Lösningar

TRÅDBINDNING

KUNSKAPSBAS FAKTABLAD

Vad är trådbindning?

Trådbindning är den metod genom vilken en mjuk metalltråd med liten diameter fästs vid en kompatibel metallyta utan användning av lödning, flussmedel och i vissa fall med hjälp av värme över 150 grader Celsius. Mjuka metaller inkluderar guld (Au), koppar (Cu), silver (Ag), aluminium (Al) och legeringar som palladium-silver (PdAg) och andra.

Förstå trådbindningstekniker och processer för mikroelektronikmonteringstillämpningar.
Kilbindningstekniker/processer: Band, termosonisk kula och ultraljudskilbindning
Trådbindning är metoden att skapa sammankopplingar mellan en integrerad krets (IC) eller liknande halvledarkomponent och dess kapsling eller leadframe under tillverkning. Det används också ofta nu för att tillhandahålla elektriska anslutningar i litiumjonbatteripaket. Trådbindning anses allmänt vara den mest kostnadseffektiva och flexibla av de tillgängliga mikroelektroniska sammankopplingsteknikerna och används i de flesta halvledarkapslar som produceras idag. Det finns flera trådbindningstekniker, innefattande: Termokompressionstrådbindning:
Termokompressionstrådbindning (att kombinera till potentiella ytor (vanligtvis Au) under en klämkraft med höga gränssnittstemperaturer, vanligtvis högre än 300 °C, för att skapa en svets) utvecklades ursprungligen på 1950-talet för mikroelektroniska sammankopplingar, men detta ersattes snabbt av ultraljuds- och termosonisk bindning på 60-talet som den dominerande sammankopplingstekniken. Termokompressionsbindning används fortfarande för nischtillämpningar idag, men undviks generellt av tillverkare på grund av de höga (ofta skadliga) gränssnittstemperaturerna som krävs för att skapa en framgångsrik bindning. Ultraljudskiltrådsbindning:
På 1960-talet blev ultraljudskilbindning av trådar den dominerande sammankopplingsmetoden. Genom att applicera en högfrekvent vibration (via en resonansgivare) på bindningsverktyget med en samtidig klämkraft kunde aluminium- och guldtrådar svetsas vid rumstemperatur. Denna ultraljudsvibration hjälper till att avlägsna föroreningar (oxider, föroreningar etc.) från bindningsytorna i början av bindningscykeln och främjar intermetallisk tillväxt för att ytterligare utveckla och stärka bindningen. Typiska frekvenser för bindning är 60–120 kHz. Ultraljudskiltekniken har två huvudsakliga processtekniker: Stor (tung) trådbindning för trådar med en diameter på >100 µm. Fin (liten) trådbindning för trådar med en diameter på <75 µm. Exempel på typiska ultraljudsbindningscykler finns här för fin tråd och här för stor tråd. Ultraljudskilbindning av trådar använder ett specifikt bindningsverktyg eller "kil", vanligtvis tillverkat av volframkarbid (för aluminiumtråd) eller titankarbid (för guldtråd) beroende på processkrav och tråddiametrar; Keramiska kilar för olika tillämpningar finns också tillgängliga. Termosonisk trådbindning:
Där ytterligare uppvärmning krävs (vanligtvis för guldtråd, med bindningsgränssnitt i intervallet 100–250 °C) kallas processen termosonisk trådbindning. Detta har stora fördelar jämfört med det traditionella termokompressionssystemet, eftersom mycket lägre gränssnittstemperaturer krävs (Au-bindning vid rumstemperatur har nämnts men i praktiken är det opålitligt utan ytterligare värme). Termosonisk kulbindning:
En annan form av termosonisk trådbindning är kulbindning (se kulbindningscykeln här). Denna metod använder ett keramiskt kapillärbindningsverktyg framför traditionella kilkonstruktioner för att kombinera de bästa egenskaperna inom både termokompression och ultraljudsbindning utan nackdelarna. Termosonisk vibration säkerställer att gränssnittstemperaturen förblir låg, medan den första sammankopplingen, den termiskt komprimerade kulbindningen, gör att tråden och den sekundära bindningen kan placeras i vilken riktning som helst, inte i linje med den första bindningen, vilket är en begränsning vid ultraljudsbindning av tråd. För automatisk tillverkning av höga volymer är kulbindare betydligt snabbare än ultraljuds-/termosoniska (kil) bindare, vilket gör termosonisk kulbindning till den dominerande sammankopplingstekniken inom mikroelektronik under de senaste 50+ åren. Bandbindning:
Bandbindning, med hjälp av platta metallband, har varit dominerande inom RF- och mikrovågselektronik i årtionden (band ger en betydande förbättring av signalförlust [skin-effekt] jämfört med traditionell rund tråd). Små guldband, vanligtvis upp till 75 µm breda och 25 µm tjocka, binds via en termosonic-process med ett stort platt kilbindningsverktyg. Aluminiumband upp till 2 000 µm breda och 250 µm tjocka kan också bindas med en ultraljudskilprocess, eftersom kravet på sammankopplingar med lägre loop och hög densitet har ökat.

Vad är guldbindningstråd?

Guldtrådsbindning är den process genom vilken guldtråd fästs vid två punkter i en sammansättning för att bilda en sammankoppling eller en elektriskt ledande bana. Värme, ultraljud och kraft används alla för att bilda fästpunkterna för guldtråden. Processen att skapa fästpunkten börjar med att en guldkula bildas vid spetsen av trådbindningsverktyget, kapillärröret. Denna kula pressas mot den uppvärmda monteringsytan samtidigt som både en applikationsspecifik mängd kraft och en frekvens på 60 kHz - 152 kHz ultraljudsrörelse appliceras med verktyget. När den första bindningen har gjorts kommer tråden att manipuleras på ett noggrant kontrollerat sätt för att bilda lämplig ögleform för monteringens geometri. Den andra bindningen, ofta kallad stygn, formas sedan på den andra ytan genom att trycka ner med tråden och använda en klämma för att riva tråden vid bindningen.

Guldtrådsbindning erbjuder en sammankopplingsmetod inom kapslar som är mycket elektriskt ledande, nästan en storleksordning högre än vissa lödtenn. Dessutom har guldtrådar en hög oxidationstolerans jämfört med andra trådmaterial och är mjukare än de flesta, vilket är viktigt för känsliga ytor.
Processen kan också variera beroende på monteringens behov. Med känsliga material kan en guldkula placeras på det andra bindningsområdet för att skapa både en starkare bindning och en "mjukare" bindning för att förhindra skador på komponentens yta. Vid trånga utrymmen kan en enda kula användas som utgångspunkt för två bindningar, vilket bildar en "V"-formad bindning. När en trådbindning behöver vara mer robust kan en kula placeras ovanpå en stygn för att bilda en säkerhetsbindning, vilket ökar trådens stabilitet och styrka. De många olika tillämpningarna och variationerna av trådbindning är nästan obegränsade och kan uppnås genom användning av den automatiserade programvaran i Palomars trådbindningssystem.