Løsninger

TRÅDBINDING

KUNNSKAPSBASE FAKTAARK

Hva er trådbinding?

Trådbinding er metoden der en myk metalltråd med liten diameter festes til en kompatibel metalloverflate uten bruk av lodding, flussmiddel og i noen tilfeller ved bruk av varme over 150 grader Celsius. Myke metaller inkluderer gull (Au), kobber (Cu), sølv (Ag), aluminium (Al) og legeringer som palladium-sølv (PdAg) og andre.

Forståelse av trådbindingsteknikker og -prosesser for montering av mikroelektronikk.
Kilebindingsteknikker/-prosesser: Bånd, termosonisk kule og ultralydkilebinding
Trådbinding er metoden for å lage sammenkoblinger mellom en integrert krets (IC) eller lignende halvlederenhet og dens pakke eller ledningsramme under produksjon. Det brukes også ofte nå for å lage elektriske forbindelser i litiumionbatteripakker. Trådbinding anses generelt som den mest kostnadseffektive og fleksible av de tilgjengelige mikroelektroniske sammenkoblingsteknologiene, og brukes i de fleste halvlederpakker som produseres i dag. Det finnes flere trådbindingsteknikker, som omfatter: Termokompresjonstrådbinding:
Termokompresjonstrådbinding (kombinering til sannsynlige overflater (vanligvis Au) sammen under en klemkraft med høye grensesnitttemperaturer, vanligvis høyere enn 300 °C, for å produsere en sveis), ble opprinnelig utviklet på 1950-tallet for mikroelektroniske sammenkoblinger, men dette ble raskt erstattet av ultralyd- og termosonisk binding på 60-tallet som den dominerende sammenkoblingsteknologien. Termokompresjonsbinding er fortsatt i bruk for nisjeapplikasjoner i dag, men unngås vanligvis av produsenter på grunn av de høye (ofte skadelige) grensesnitttemperaturene som trengs for å oppnå en vellykket binding. Ultralyd kiletrådbinding:
På 1960-tallet ble ultralydkilebinding av tråder den dominerende sammenkoblingsmetoden. Ved å bruke en høyfrekvent vibrasjon (via en resonanstransduser) på bindingsverktøyet med en samtidig klemkraft, kunne aluminium- og gulltråder sveises ved romtemperatur. Denne ultralydvibrasjonen bidrar til å fjerne forurensninger (oksider, urenheter osv.) fra bindingsflatene ved starten av bindingssyklusen, og til å fremme intermetallisk vekst for å videreutvikle og styrke bindingen. Typiske frekvenser for binding er 60–120 kHz. Ultralydkileteknikken har to hovedprosessteknologier: Stor (tung) trådbinding for tråder med en diameter på >100 µm. Fin (liten) trådbinding for tråder med en diameter på <75 µm. Eksempler på typiske ultralydbindingssykluser finnes her for fin tråd og her for stor tråd. Ultralydkilebinding av tråder bruker et spesifikt bindingsverktøy eller en "kile", vanligvis konstruert av wolframkarbid (for aluminiumtråd) eller titankarbid (for gulltråd), avhengig av prosesskrav og tråddiametere. Keramiske tippekiler for forskjellige bruksområder er også tilgjengelige. Termosonisk trådbinding:
Der det kreves tilleggsoppvarming (vanligvis for gulltråd, med bindingsgrensesnitt i området 100–250 °C), kalles prosessen termosonisk trådbinding. Dette har store fordeler i forhold til det tradisjonelle termokompresjonssystemet, ettersom det kreves mye lavere grensesnitttemperaturer (Au-binding ved romtemperatur har blitt nevnt, men i praksis er det upålitelig uten ekstra varme). Termosonisk kulebinding:
En annen form for termosonisk trådbinding er kulebinding (se kulebindingssyklusen her). Denne metoden bruker et keramisk kapillærbindingsverktøy fremfor tradisjonelle kilekonstruksjoner for å kombinere de beste egenskapene i både termokompresjon og ultralydbinding uten ulempene. Termosonisk vibrasjon sikrer at grensesnitttemperaturen forblir lav, mens den første sammenkoblingen, den termisk komprimerte kulebindingen, tillater at tråden og den sekundære bindingen plasseres i alle retninger, ikke på linje med den første bindingen, noe som er en begrensning ved ultralydtrådbinding. For automatisk produksjon i store mengder er kulebindingsmaskiner betydelig raskere enn ultralyd-/termosoniske (kile) bindingsmaskiner, noe som gjør termosonisk kulebinding til den dominerende sammenkoblingsteknologien innen mikroelektronikk de siste 50 årene. Båndbinding:
Båndbinding, ved bruk av flate metallbånd, har vært dominerende innen RF- og mikrobølgeelektronikk i flere tiår (bånd gir en betydelig forbedring i signaltap [hudeffekt] sammenlignet med tradisjonell rund tråd). Små gullbånd, vanligvis opptil 75 µm brede og 25 µm tykke, bindes via en termosonisk prosess med et stort, flatt kilebindingsverktøy. Aluminiumbånd opptil 2000 µm brede og 250 µm tykke kan også bindes med en ultralydkileprosess, ettersom kravet til sammenkoblinger med lavere sløyfe og høy tetthet har økt.

Hva er gullbindingstråd?

Gulltrådbinding er prosessen der gulltråd festes til to punkter i en sammenstilling for å danne en sammenkobling eller en elektrisk ledende bane. Varme, ultralyd og kraft brukes alle til å danne festepunktene for gulltråden. Prosessen med å lage festepunktet begynner med dannelsen av en gullkule på spissen av trådbindingsverktøyet, kapillærrøret. Denne kulen presses mot den oppvarmede monteringsoverflaten mens både en applikasjonsspesifikk mengde kraft og en frekvens på 60 kHz - 152 kHz ultralydbevegelse påføres med verktøyet. Når den første bindingen er laget, vil tråden bli manipulert på en strengt kontrollert måte for å danne den passende løkkeformen for monteringens geometri. Den andre bindingen, ofte referert til som stinget, dannes deretter på den andre overflaten ved å presse ned med tråden og bruke en klemme til å rive tråden ved bindingen.

Gulltrådbinding tilbyr en sammenkoblingsmetode i pakker som er svært elektrisk ledende, nesten en størrelsesorden større enn noen loddematerialer. I tillegg har gulltråder høy oksidasjonstoleranse sammenlignet med andre trådmaterialer og er mykere enn de fleste, noe som er viktig for sensitive overflater.
Prosessen kan også variere basert på monteringens behov. Med sensitive materialer kan en gullkule plasseres på det andre bindingsområdet for å skape både en sterkere binding og en "mykere" binding for å forhindre skade på overflaten av komponenten. Med trange mellomrom kan en enkelt kule brukes som utgangspunkt for to bindinger, som danner en "V"-formet binding. Når en trådbinding må være mer robust, kan en kule plasseres oppå en søm for å danne en sikkerhetsbinding, noe som øker trådens stabilitet og styrke. De mange forskjellige bruksområdene og variasjonene for trådbinding er nesten ubegrensede og kan oppnås ved bruk av den automatiserte programvaren på Palomars trådbindingssystemer.