SamsPcbGuide, भाग 14: प्रौद्योगिकी - माइक्रोडेवलपमेंट और चिप-ऑन-बोर्ड प्रौद्योगिकी

इस स्व-पृथक लेख में, मैं माइक्रो-लीड्स (अंग्रेजी वायर बॉन्डिंग) के तार संबंध के बारे में बात करूंगा। मुद्रित सर्किट बोर्डों के संदर्भ में, हम एक मुद्रित सर्किट बोर्ड (अंग्रेजी चिप-ऑन-बोर्ड, COB) पर बढ़ते क्रिस्टल की तकनीक पर ध्यान केंद्रित करेंगे। लिंक पर वीडियो देखना सुनिश्चित करें, microwelding बहुत सुंदर है!

वेल्डिंग मामले के निष्कर्षों के साथ क्रिस्टल का एक विद्युत कनेक्शन प्रदान करता है (जब चिप को पैकेजिंग करता है), या सीधे मुद्रित सर्किट बोर्ड (COB प्रौद्योगिकी) के कंडक्टरों के साथ। विद्युत कनेक्शन का एक वैकल्पिक तरीका क्रिस्टल के उल्टे बढ़ते (अंग्रेजी फ्लिप-चिप) है, दोनों ही मामले के डिजाइन में और सीधे मुद्रित सर्किट बोर्ड (छवि 1) पर।

1960 के दशक की शुरुआत में पहले एकीकृत परिपथों के बाद माइक्रोवियर लीड का उपयोग करते हुए इंस्टॉलेशन दिखाई दिया और आज तक इसका सफलतापूर्वक उपयोग किया जा रहा है। उलटा स्थापना एक आधुनिक तकनीक है जो निष्कर्षों की संख्या बढ़ाने, गति बढ़ाने और आयामों को कम करने की आवश्यकताओं के जवाब में उत्पन्न हुई है। हालाँकि, इसमें विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के साथ कई डिज़ाइन सीमाएँ हैं (मैंने इसके बारे में यहाँ विस्तार से लिखा है ), और तकनीकी रूप से अधिक जटिल है।

यह लेख विभिन्न वेल्डिंग विधियों के वर्गीकरण और सिद्धांत के बारे में विस्तार से जांच नहीं करेगा - यह एक बहुत ही चमकदार सामग्री है जो चर्चा के तहत मुद्दे के दायरे से बाहर जाती है। तथ्य यह है कि अपने लंबे इतिहास में, माइक्रोएरे को जोड़ने की तकनीक बढ़ती स्थिरता, विश्वसनीयता, विधानसभा प्रक्रिया की गति के क्षेत्रों में विकसित हुई है, जटिल आकार के वेल्डिंग छोरों और स्थापना के उच्च घनत्व (छवि। 2) बनाने के लिए उपकरणों की क्षमताओं का विस्तार। विभिन्न प्रकार के कार्यों और सार्वभौमिक प्रौद्योगिकी की कमी ने विभिन्न वेल्डिंग विधियों के विकास के लिए खोज प्रक्रिया का नेतृत्व किया। संक्षेप में मुख्य बिंदुओं पर विचार करें। तरीकों की विविधता के बावजूद, सभी के लिए एक सामान्य सिद्धांत यह हैएक वेल्डेड संयुक्त एक उच्च तापमान पर संपर्क सतहों के दबाव और हीटिंग के परिणामस्वरूप बनता है, जब तक कि इंटरटॉमिक यौगिकों का गठन नहीं होता है (सबसे अधिक बार ये इंटरमेटेलिक यौगिक होते हैं)। हीटिंग विधि के आधार पर, वेल्ड को मुख्य प्रकारों में विभाजित किया जाता है: थर्मोकम्पशन (बाहरी हीटिंग), अल्ट्रासोनिक (अल्ट्रासोनिक पल्स के साथ घर्षण), थर्मोसोनिक (बाहरी हीटिंग और अल्ट्रासोनिक पल्स का एक संयोजन) और संपर्क (विद्युत प्रवाह के साथ छिद्रित हीटिंग) वेल्डिंग। माइक्रोवेव टर्मिनलों के लिए मुख्य सामग्री एल्यूमीनियम, सोना, तांबा हैं। सोने की बजाय कम लागत में तांबा का उपयोग किया जाता है, लेकिन यह कठिन होता है और हवा में जल्दी से ऑक्सीकरण होता है, जो वेल्डिंग प्रक्रिया को जटिल बनाता है और अधिक परिष्कृत उपकरणों की आवश्यकता होती है जो वेल्डिंग ज़ोन (नाइट्रोजन या मोल्डिंग गैस) में एक निष्क्रिय वातावरण बनाता है।तांबे की उच्च चालकता अधिक जटिल विनिर्माण प्रक्रिया के बावजूद, बिजली उपकरणों के टूटने में एल्यूमीनियम को बदलने के लिए एक चालक है।

अलिखित के दौरान तार की धुरी समानांतर में उन्मुख हो सकती है - यह एक पच्चर प्रकार की पच्चर (संलग्न। वेज बॉन्ड), या लंबवत है - यह एक पच्चर प्रकार का वेल्ड (संलग्न। बॉल बॉन्ड) (छवि 3) है। लूप में अक्सर दो संपर्क बिंदु होते हैं, इसलिए, वेल्डिंग बिंदुओं के प्रकार के अनुसार, वेल्डिंग विधियों को "बॉल-वेज" और "वेज-वेज" में विभाजित किया जाता है। वेज-वेज एल्यूमीनियम वायर ( वीडियो ) और थर्मो-साउंड वेल्डिंग के साथ सोना / कॉपर बॉल-वेज टाइप ( वीडियो ) के साथ सबसे आम अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग हैं । बाद के मामले में, तार की नोक को एक गेंद बनाने के लिए एक स्पार्क डिस्चार्ज ( वीडियो ) के साथ फ्यूज किया जाता है , जो केवल वेल्डिंग प्रक्रिया में एपिडिटी और सौंदर्य जोड़ता है। बिजली उपकरणों के लिए, एल्यूमीनियम और सोने के टेप का उपयोग किया जाता है ( वीडियो ठाठ साउंडट्रैक के साथ)।

अल्ट्रासोनिक / थर्मसोनिक वेल्डिंग में प्रमुख पैरामीटर अल्ट्रासोनिक पल्स की वेल्डिंग बल, शक्ति और अवधि है। किसी दिए गए वेल्डिंग सेटअप, एक विशिष्ट तार (व्यास, कठोरता), एक विशिष्ट खाना पकाने के उपकरण, संपर्क पैड (आकार, सामग्री) के विशिष्ट मापदंडों के लिए उनका संयोजन गारंटी कनेक्शन विश्वसनीयता मापदंडों के साथ वेल्डिंग प्रक्रिया की पुनरावृत्ति सुनिश्चित करना चाहिए। प्रत्यक्ष रूप से नियंत्रित पैरामीटर उपस्थिति, पुल-आउट बल (Eng। खींच परीक्षण) और कतरनी बल (Eng। कतरनी बल) (चित्र 4), अप्रत्यक्ष रूप से - थर्मल साइकलिंग और उत्पाद में अन्य परीक्षणों के दौरान विफलताएं हैं।

मापदंडों का चयन किसी तरह से एक जादुई प्रक्रिया है, लेकिन कई सिफारिशें हैं। सामान्य तौर पर, यह वैज्ञानिक प्रहार की विधि द्वारा किया जाता हैडिजाइन प्रयोग (डीओई), यानी एक निश्चित सीमा में मापदंडों का अनुक्रमिक गणना। इस खोज में, आप प्राप्त किए गए अनुभव पर, उपकरण निर्माता की सिफारिशों पर और निश्चित रूप से, पैरामीटर अनुकूलन (उदाहरण के लिए, [1, 2]) पर प्रकाशित परिणामों पर निर्माण कर सकते हैं। इसके बाद, परीक्षण अछूता मापदंडों के प्रत्येक सेट के लिए किया जाता है, उपस्थिति और अलगाव / बदलाव के प्रयासों के नियंत्रण के बाद। उपस्थिति को नियंत्रित करने के लिए, रैखिक आयामों को मापने की क्षमता के साथ x100 की वृद्धि पर्याप्त है (छवि 5), विशेष उपकरण का उपयोग आंसू / पारी बलों को मापने के लिए किया जाता है (प्रयोगशाला कार्यों के लिए, उदाहरण के लिए, आप एक हुक के साथ एक ग्राम मीटर का उपयोग कर सकते हैं, और मैन्युअल रूप से शिफ्ट कर सकते हैं और फ्रैक्चर आकार की जांच कर सकते हैं। बढ़ाई पर x100 ... 200 और अधिक)।उपस्थिति का आकलन करने के लिए, संभव के रूप में सुंदर और बदसूरत वेल्ड बिंदु के कई माइक्रोग्राफ को देखना महत्वपूर्ण है (यहां)यहाँ और यहाँ, उदाहरण के लिए, एक विवरण के साथ कुछ अच्छे माइक्रोफोटोग्राफ हैं), क्योंकि मेरे अनुभव में अलौकिक की सुंदरता और इसकी गुणवत्ता के बीच एक संबंध है। इसके अलावा, अनुभव के साथ, वांछित परिणाम प्राप्त करने के लिए पैरामीटर सेट करते समय उन्हें कैसे अलग करना है, इसकी समझ है (वेल्डिंग या बहुत अधिक शक्ति होने पर पर्याप्त प्रयास नहीं है), अर्थात्, खोज अधिक से अधिक जागरूक और दिशात्मक हो जाती है। एक समय में, वेल्डिंग के निर्माण के सिद्धांतों और इसकी गुणवत्ता पर मापदंडों के प्रभाव से लेखों को पढ़ने से मुझे बहुत मदद मिली [3, 4]। और फिर भी ये समान रूप से कम सुंदर लेख नहीं हैं [५, ६], जहां लेखकों (स्मारकों ने इसे इस तरह से रखा है) ने उच्च गति वाले कैमरे का उपयोग करके लूप के गठन की जांच की। और इसलिए, लेखों की संख्या को 100 तक पूरा करने के लिए पढ़ा जाता है, 10,000 तक उबले हुए और फटे हुए कूदने वालों की संख्या और इस प्रक्रिया में जादू थोड़ा कम होगा। अभी भी बहुत स्थापना से,बेशक, यह निर्भर करता है - एक कड़वे संघर्ष में मैंने बेलारूसी ईएम -4450 मशीन से अधिकतम निचोड़ा।

अब वापस मुद्रित सर्किट बोर्ड और COB प्रौद्योगिकी का उपयोग करके उनके डिजाइन की कुछ विशेषताएं। प्रौद्योगिकी का उपयोग लागत को कम करने या सूक्ष्म-लघु-उपयोग के मामले में, मल्टी-चिप मॉड्यूल और असेंबली (विशेष रूप से, एलईडी) के निर्माण के लिए किया जाता है। अंजीर में। 6 प्रस्तुतियों में से एक से एक छवि दिखाता हैडिजाइन की सिफारिशों के साथ इस विषय पर Wurth इलेक्ट्रॉनिक्स। प्रस्तुत आकार प्रतिबंध एक दिशानिर्देश के रूप में काम कर सकते हैं, इसके अलावा खाना पकाने के उपकरण के 3 डी मॉडल का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है ताकि सभी केपी की उपलब्धता की जांच की जा सके ताकि वास्तव में पहले से ही समस्याओं से बचा जा सके। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि वेल्ड ज़ोन में मुद्रित सर्किट बोर्ड पर मुखौटा हटा दिया जाता है, ताकि खाना पकाने के उपकरण के काम करने वाले विमान के साथ हस्तक्षेप न करें। ट्रेसिंग के लिए क्रिस्टल के तहत क्षेत्र का उपयोग नहीं करना बेहतर है, लेकिन बढ़ते पैड को वहां लगाने के लिए (जैसा कि आंकड़ा में है), खासकर अगर क्रिस्टल के आधार में क्षमता है या गर्मी लंपटता को बढ़ाने के लिए एक प्रवाहकीय चिपकने पर घुड़सवार करने की आवश्यकता है। क्रिस्टल को मुखौटा पर माउंट करना संभव है, खासकर क्रिस्टल को आगे बढ़ाने के मामले में। क्रिस्टल को एक मुद्रित सर्किट बोर्ड में कट-आउट में भी लगाया जा सकता है।एक ही टोपोलॉजिकल परत या उच्चतर में सीपी के स्थान के साथ पीसीबी गुहा)।

ट्रेसिंग के बारे में अगली बारीकियों में सोने के तार के लिए वेल्डिंग लूप की दिशा में मुद्रित सर्किट बोर्ड पर नियंत्रण इकाई को उन्मुख करने की सिफारिश है। मैं इसकी वैधता को तभी समझ पाया जब एक अपघटन कार्यक्रम लिख रहा था। लब्बोलुआब यह है कि दूसरा खाना पकाने के बिंदु केशिका (छवि 7) के किनारे पर बनता है, और जब एक कार्यक्रम लिखते हैं, तो इसका केंद्र इंगित किया जाता है, जो बड़े कोणों पर इसे ध्यान में रखने और कार्यक्रम में बिंदु के स्थान को स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है। दूसरे शब्दों में, यह अधिक सुविधाजनक है, लेकिन यह एक मौलिक सीमा नहीं है, और ट्रेसिंग की सुविधा की उच्च प्राथमिकता है।

मुद्रित सर्किट बोर्डों की फिनिश कोटिंग के बारे में उद्योग में एक आम सहमति है: ENIG एल्यूमीनियम तार के साथ वेल्डिंग के लिए पर्याप्त है, ENEPIG या सोने के तार के लिए गैल्वेनिक सोना (चित्र। 8)। आप सोने के तार के साथ वेल्डिंग के लिए सस्ती और अधिक सस्ती ENIG का उपयोग क्यों नहीं कर सकते? इसका उत्तर यह पाया जा सकता है कि निकल बहाव से वेल्डेड जोड़ का क्षरण होता है और इसकी विश्वसनीयता में उल्लेखनीय कमी आती है। और ENEPIG में, पैलेडियम एक बाधा परत के रूप में कार्य करता है जो इस बहाव को रोकता है। यह डीबगिंग नमूनों के लिए ENIG का उपयोग करने के लिए काफी स्वीकार्य है, सभी इसलिए कि वेल्डिंग मापदंडों के बाद से, अन्य सभी चीजें समान हो रही हैं, इन कोटिंग्स के करीब हैं। ENEPIG को सीधे कई स्रोतों में अनुशंसित कोटिंग के रूप में दर्शाया गया है, और यह विश्वसनीयता परीक्षणों [7, 8] पर डेटा प्रदान करता है।

अवांछनीय एयू-अल इंटरमेटेलिक यौगिकों ("बैंगनी प्लेग" और अन्य डरावने शब्दों) के गठन की समस्या पर भी बहुत ध्यान दिया जाता है, जो एल्यूमीनियम क्रिस्टल सीपी पर सोने के तार के साथ वेल्डिंग करते समय या ENIG पर एल्यूमीनियम तार के साथ होता है। यह प्रश्न काफी जटिल है और रसायन विज्ञान के आवश्यक ज्ञान की मेरी पूरी समझ के लिए, मैं, दुर्भाग्य से, नहीं। निष्कर्ष यह है कि Au-Al प्रणाली में अपघटन विफलताओं का एक संभावित स्रोत है, विशेष रूप से उच्च तापमान पर, और विश्वसनीयता के लिए पूरी तरह से परीक्षण किया जाना चाहिए। पुल-आउट बल को अधिकतम करना रणनीतियों में से एक है, क्योंकि वेल्डिंग की ताकत और दीर्घकालिक विश्वसनीयता जुड़े हुए हैं (एक बड़ा कोटिंग क्षेत्र के साथ एक पतली इंटरमीटल परत)।

सोने की पतली परत के कारण, ENEPIG पर बॉल-वेज अनडिंडिंग का कमजोर बिंदु दूसरा वेल्ड बिंदु है। एक मुद्रित सर्किट बोर्ड पर घटकों के बढ़ते सतह के चरण के बाद केपी के संदूषण से उच्च-गुणवत्ता वाली अनइंडिंग प्राप्त करने का कार्य भी जटिल है। विश्वसनीयता बढ़ाने के दो तरीके हैं: वेल्डिंग के बाद प्रबलित टक्कर (अंग्रेजी सुरक्षा टक्कर / गेंद) के साथ, SB) और प्रारंभिक बम्पिंग (बॉल, बीएसओबी या स्टैंड-ऑफ स्टिच, एसओएस पर अंग्रेजी बॉल स्टिच) (अंजीर। 9) के साथ। इन प्रौद्योगिकियों में एक अतिरिक्त अनुकूलन पैरामीटर वेल्डिंग बिंदु [9, 10] के सापेक्ष टक्कर का विस्थापन है। मैं अपने अनुभव से कह सकता हूं कि बीएसओबी ने खुद को सीओबी के लिए अच्छा दिखाया है। वैसे, बीएसओबी भी अच्छा है क्योंकि यह आपको क्रिस्टल (अंग्रेजी रिवर्स बॉन्डिंग) पर दूसरा वेल्डिंग पॉइंट लगाने और सीधे मल्टी-चिप असेंबलियों में क्रिस्टल के बीच वेल्डिंग करने की अनुमति देता है। मुझे खुशी होगी कि अगर टिप्पणी एसबी / बीएसओबी और ईएनआईजी / ईएनईआईपीआईजी के साथ अपने अनुभव को साझा करें।

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[१] जे गोम्स, एम। मेयर, बी। लिन, "एयू बॉल बॉन्ड प्रक्रिया के अनुकूलन के लिए एक तेज़ विधि का विकास", २०१५
[२] ब्यूंग-चान किम, सोक-जेए हा, आदि। "लाइट एमिटिंग डायोड (एलईडी) वायर बॉन्डिंग में रिस्पॉन्स सरफेस एनालिसिस का उपयोग करके बॉल बॉन्डिंग का प्रोसेस क्षमता अनुकूलन
"
[४] हुई जू, चांगकिंग लियू आदि। "तार बंधन गठन में संबंध अवधि की भूमिका: एल्यूमीनियम पैड पर थर्मोसोनिक सोने के तार के पैरों के निशान का एक अध्ययन", 2010
[5] फुलियांग वांग, यूं चेन, ली हान, "थर्मोस्कोप तार संबंध के लिए गतिशील लूपिंग प्रक्रिया का प्रयोग अध्ययन", 2012
[6]फुलियांग वांग, यूं चेन, लेई हान, "थर्मोपोनिक वायर बॉन्डिंग में डायनेमिक लूप प्रो Ev ले इवोल्यूशन पर कैपिलरी ट्रेस का प्रभाव", 2012
[7] चुन-ह्सियन फू, लियांग-यी हंग, आदि। "न्यू सब्सट्रेट सर्फेस फिनिश का मूल्यांकन: इलेक्ट्रोलस निकेल / इलेक्ट्रोलस पैलेडियम / इमर्शन गोल्ड (ENEPIG)", 2008
[8] कुलदीप जोहल, स्वेन लैंपरेक्ट, ह्यूग रॉबर्ट्स, इलेक्ट्रोलस निकल / इलेक्ट्रोलस पैलेडियम / विसर्जन गोल्ड-गोल्ड और एल्यूमीनियम के लिए सोने की चढ़ाना प्रक्रिया। -उच्च तापमान अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन की गई ज्वैलरी बॉन्डिंग ”, 2000
[9] चुन्यान नान, माइकल मेयर आदि। "कम प्रक्रिया के तापमान पर 20 माइक्रोन व्यास के तार बंध वृद्धि के लिए गोल्डन बम्प", 2011
[10] यंग के। सॉन्ग और वंजा बुक्वा, "एनईईपीआईजी समाप्त पीसीबी पर चुनौतियां: गोल्ड बॉल बॉन्डिंग और पैड मेटल लिफ्ट", 2017