Lahendused

TRAATIDE ÜHENDAMINE

TEADMISBAASI FAKTIDE LEHT

Mis on traatühendus?

Traatühendus on meetod, mille käigus kinnitatakse väikese läbimõõduga pehmest metalltraadist osa sobivale metallpinnale ilma jootet või räbustit kasutamata ning mõnel juhul üle 150 kraadi Celsiuse järgi kuumutades. Pehmete metallide hulka kuuluvad kuld (Au), vask (Cu), hõbe (Ag), alumiinium (Al) ja sulamid, näiteks pallaadium-hõbe (PdAg) ja teised.

Mikroelektroonika montaažirakenduste juhtmete ühendamise tehnikate ja protsesside mõistmine.
Kiilliimimise tehnikad/protsessid: lintliimimine, termohelikuulikliimimine ja ultrahelikiilliimimine
Traatühendus on meetod integraallülituse (IC) või sarnase pooljuhtseadme ja selle korpuse või juhtmeraami vaheliste ühenduste loomiseks tootmise ajal. Seda kasutatakse tänapäeval ka liitiumioonakude komplektide elektriühenduste loomiseks. Traatühendust peetakse üldiselt kõige kulutõhusamaks ja paindlikumaks saadaolevateks mikroelektroonilisteks ühendustehnoloogiateks ning seda kasutatakse enamikus tänapäeval toodetavates pooljuhtkorpustes. Traatühendusi on mitu, sealhulgas: Termokompressiooniga traatühendus:
Termokompressiooniga traatliimimine (ühendamine tõenäoliste pindadega (tavaliselt Au) kinnitusjõu ja kõrge liidese temperatuuri, tavaliselt üle 300 °C, abil keevisõmbluse tekitamiseks) töötati algselt välja 1950. aastatel mikroelektroonika ühenduste jaoks, kuid see asendati kiiresti ultraheli ja termoheli teel liimimisega 60. aastatel kui domineeriv ühendustehnoloogia. Termokompressiooniga liimimist kasutatakse niširakendustes tänapäevalgi, kuid tootjad väldivad seda üldiselt kõrgete (sageli kahjulike) liidese temperatuuride tõttu, mis on vajalikud eduka ühenduse loomiseks. Ultraheli kiilliitmine traatidega:
1960. aastatel sai domineerivaks ühendusmeetodiks ultraheli kiilühendusega ühendamine. Kõrgsagedusliku vibratsiooni (resonantsmuunduri kaudu) rakendamine ühendamisvahendile koos samaaegse kinnitusjõuga võimaldas alumiinium- ja kuldtraate keevitada toatemperatuuril. See ultraheli vibratsioon aitab eemaldada ühendamispindadelt saasteaineid (oksiide, lisandeid jne) ühendamistsükli alguses ja soodustada metallidevahelist kasvu, et sidet edasi arendada ja tugevdada. Tüüpilised ühendamise sagedused on 60–120 kHz. Ultraheli kiilühenduse tehnikal on kaks peamist protsessitehnoloogiat: suure (raske) traadi ühendamine >100 µm läbimõõduga traatidele; peene (väikese) traadi ühendamine <75 µm läbimõõduga traatidele. Tüüpiliste ultraheli ühendamistsüklite näiteid leiate siit peene traadi ja siit suure traadi jaoks. Ultraheli kiilühendusega ühendamisel kasutatakse spetsiaalset ühendamisvahendit või "kiilu", mis on tavaliselt valmistatud volframkarbiidist (alumiiniumtraadi jaoks) või titaankarbiidist (kuldtraadi jaoks), olenevalt protsessi nõuetest ja traadi läbimõõdust; Erinevateks rakendusteks on saadaval ka keraamiliste otstega kiilud. Termosoniline traadi ühendamine:
Kui on vaja täiendavat kuumutamist (tavaliselt kuldtraadi puhul, mille liideste temperatuur on vahemikus 100–250 °C), nimetatakse seda protsessi termoheliliseks traadi ühendamiseks. Sellel on traditsioonilise termokompressioonisüsteemi ees suured eelised, kuna on vaja palju madalamaid liideste temperatuure (Au ühendamist toatemperatuuril on mainitud, kuid praktikas on see ilma täiendava kuumutamiseta ebausaldusväärne). Termoheliliseks kuulliimimiseks:
Teine termoheli teel juhtmete ühendamise vorm on kuulliimimine (kuulliimimise tsüklit vaata siit). See meetod kasutab traditsiooniliste kiilukonstruktsioonide asemel keraamilist kapillaarliimimisvahendit, et ühendada nii termokompressiooni kui ka ultraheli teel liimimise parimad omadused ilma puudusteta. Termoheli vibratsioon tagab liidese temperatuuri madalana püsimise, samas kui esimene ühendus, termiliselt kokkusurutud kuulliimimine, võimaldab traadi ja sekundaarse sideme paigutamist mis tahes suunas, mitte esimese sidemega samal joonel, mis on ultraheli juhtmete ühendamisel piirang. Automaatseks ja suuremahuliseks tootmiseks on kuulliimijad oluliselt kiiremad kui ultraheli/termosiooniga (kiiluga) liimijad, mistõttu on termoheli teel kuulliimimine mikroelektroonikas domineeriv ühendustehnoloogia viimase 50+ aasta jooksul. Lintliimimine:
Lintliimimine, kasutades lamedaid metalllinte, on olnud raadiosagedus- ja mikrolaineelektroonikas domineeriv meetod aastakümneid (lint pakub märkimisväärset signaalikadu [nahaefekti] paranemist võrreldes traditsioonilise ümara juhtmega). Väikesed kuldlindid, tavaliselt kuni 75 µm laiad ja 25 µm paksused, ühendatakse termohelikiirusega protsessi abil, kasutades suurt lameda pinnaga kiilliimimistööriista. Alumiiniumlinte laiusega kuni 2000 µm ja paksusega kuni 250 µm saab ühendada ka ultraheli kiilliimimisprotsessi abil, kuna madalama ahelaga ja suure tihedusega ühenduste vajadus on suurenenud.

Mis on kullast sideaine?

Kuldtraadiga ühendamine on protsess, mille käigus kinnitatakse kuldtraat kahe punkti külge sõlmes, moodustades ühenduse või elektrijuhtivuse. Kuldtraadi kinnituspunktide moodustamiseks kasutatakse kuumust, ultraheli ja jõudu. Kinnituspunkti loomise protsess algab kuldkuuli moodustamisega traadi ühendamise tööriista, kapillaari, otsa. See kuul surutakse kuumutatud sõlme pinnale, rakendades samal ajal nii rakendusepõhist jõudu kui ka tööriista ultraheli liikumist sagedusel 60 kHz - 152 kHz. Kui esimene ühendus on loodud, manipuleeritakse traati rangelt kontrollitud viisil, et moodustada sõlme geomeetriale sobiv silmusekuju. Teine ühendus, mida sageli nimetatakse õmbluseks, moodustatakse seejärel teisele pinnale, surudes traadiga alla ja kasutades klambrit traadi rebimiseks ühenduskohast.

Kuldtraadiga ühendamine pakub pakendites ühendusmeetodit, mis on väga elektrijuhtiv, peaaegu suurusjärgu võrra parem kui mõnedel joodistel. Lisaks on kuldtraatidel võrreldes teiste traatmaterjalidega kõrge oksüdatsioonitaluvus ja nad on enamikust pehmemad, mis on tundlike pindade puhul oluline.
Protsess võib varieeruda ka vastavalt montaaži vajadustele. Tundlike materjalide puhul saab teisele liimimisalale asetada kuldkuuli, et luua nii tugevam kui ka pehmem side, et vältida komponendi pinna kahjustamist. Kitsastes kohtades saab ühte kuuli kasutada kahe sideme lähtepunktina, moodustades V-kujulise sideme. Kui traatside peab olema tugevam, saab õmbluse peale asetada kuuli, et moodustada turvaside, suurendades traadi stabiilsust ja tugevust. Traadiga liimimise paljud erinevad rakendused ja variatsioonid on peaaegu piiramatud ja neid saab saavutada Palomari traatühendussüsteemide automatiseeritud tarkvara abil.