Zgodne wiązanie
Odpowiednie łączenie służy do łączenia złotych drutów z elementami elektrycznymi, takimi jak „chipy” układów scalonych . Został wynaleziony przez Alexandra Coucoulasa w latach 60. Wiązanie tworzy się znacznie poniżej temperatury topnienia współpracujących powierzchni złota i dlatego jest określane jako wiązanie typu stałego. Podatne wiązanie jest tworzone przez przekazywanie ciepła i nacisku do obszaru wiązania przez stosunkowo gruby, podatny na wgniecenia lub podatny środek , zazwyczaj taśmę aluminiową (Rysunek 1).
Porównanie z innymi metodami wiązania w stanie stałym
Wiązania w stanie stałym lub ciśnieniowe tworzą trwałe wiązania między złotym drutem a złotą metalową powierzchnią, doprowadzając ich współpracujące powierzchnie do bliskiego kontaktu w temperaturze około 300 ° C, czyli znacznie poniżej ich odpowiednich temperatur topnienia 1064 ° C, stąd określenie stan stały obligacje.
Dwie powszechnie stosowane metody tworzenia tego typu spoin to spajanie termokompresyjne i spajanie termodźwiękowe . Oba te procesy tworzą wiązania za pomocą narzędzia łączącego o twardej powierzchni, które bezpośrednio styka się w celu odkształcenia złotych drutów na współpracujących ze sobą powierzchniach złota (Rysunek 2).
Ponieważ złoto jest jedynym metalem, który nie tworzy powłoki tlenkowej, która może zakłócać niezawodny kontakt metal-metal, złote druty są szeroko stosowane do wykonywania tych ważnych połączeń przewodowych w dziedzinie opakowań mikroelektronicznych. Podczas cyklu łączenia podatnego nacisk wiązania jest w unikalny sposób kontrolowany przez naturalne właściwości płynięcia taśmy zgodnej z aluminium (Rysunek 3). Dlatego też, jeśli potrzebne są wyższe naciski wiązania, aby zwiększyć końcowe odkształcenie (płaskość) podatnego spojonego złotego drutu, można zastosować stop aluminium o wyższej plastyczności. Zastosowanie zgodnego medium eliminuje również wahania grubości przy próbie jednoczesnego łączenia wielu drutów przewodzących z metalizowanym złotem podłożem (Rysunek 4). Zapobiega to również nadmiernemu odkształceniu przewodów, ponieważ podatny element odkształca się wokół przewodów podczas cyklu łączenia, eliminując w ten sposób uszkodzenia mechaniczne połączonego przewodu z powodu nadmiernego odkształcenia narzędzia o twardej powierzchni (Rysunek 3), które jest wykorzystywane przez termokompresję i termodźwięki. wiązanie.
Rysunek 5. Szereg krzemowych układów scalonych z wyprowadzeniami wiązek, pokazujący dołączone i rozciągnięte elektrycznie kształtowane przewody wiązek wokół obwodu krzemowego układu scalonego
Rysunek 6. Przewody półprzewodnikowe połączone bezpośrednio z metalizowanymi podkładkami krzemowego układu scalonego
Rysunek 7. Narzędzie do łączenia z twardą powierzchnią łączące jednocześnie wszystkie przewody przedłużonej wiązki
Rysunek 8. Podlegające łączenie krzemowego układu scalonego z wyprowadzeniami wiązki, przedstawiające wcięty element podatny po połączeniu „układu”
Historia
Ważna aplikacja zgodnego łączenia pojawiła się na początku lat 60. XX wieku, kiedy opracowano techniki wytwarzania „układu” krzemowego układu scalonego z wiązką ołowiu, składającego się z wstępnie przymocowanych, formowanych galwanicznie złotych przewodów lub „wiązek” wystających z krzemowego układu scalonego o grubości 0,005 cala (rysunek 5). W ten sposób „układ” z wiązką wyeliminował potrzebę łączenia termodźwiękowego przewodów bezpośrednio z metalizowanymi podkładkami delikatnego krzemowego układu scalonego (jak pokazano na rysunku 6). obwodu, który został wstępnie osadzony na podłożu ceramicznym odpowiednio zapakowanym w komputerze w trakcie tworzenia. Figura 7. przedstawia wstępnie ukształtowane narzędzie o twardej powierzchni, łączące termokompresyjnie wszystkie przewody wiązki chipa w jednym cyklu łączenia. Aby uniknąć nadmiernego odkształcenia cienkich przewodów wiązki za pomocą narzędzia do twardego klejenia i narażenia ich na uszkodzenie mechaniczne, należy dokładnie monitorować przyłożone siły wiążące. Wynalazek łączenia zgodnego wyeliminował problemy związane z narzędziem do łączenia z twardą powierzchnią i dlatego idealnie nadawał się do jednoczesnego łączenia wszystkich przedłużonych, pokrytych galwanicznie złotą wiązką przewodów z pasującym metalizowanym złotem ceramicznym podłożem z wzorem rozbłysku słonecznego, zapakowanym w komputerze (Rysunek 8). Na przykład zgodne łączenie wyeliminowało problemy związane z użyciem narzędzia do łączenia z twardą powierzchnią, takie jak: próba równomiernego odkształcenia belek o nominalnej grubości 0,005 cala, które mają niewielkie różnice w ich grubości; nadmierne odkształcenie ołowiu, które może spowodować uszkodzenia mechaniczne i ostateczną „kosztowną” awarię tych drobnych krzemowych chipów ołowiowych, które są „mózgami” naszych komputerów. Zgodne nośniki taśmy łączącej oferowały dodatkową korzyść polegającą na przenoszeniu „silikonowego układu scalonego prowadzonego wiązką” do miejsca łączenia, ułatwiając w ten sposób produkcję. Figury 9 i 10 pokazują, że podatna taśma ma tę zaletę, że przenosi chip prowadzony wiązką do miejsca łączenia, jak omówiono powyżej. Figura 11 przedstawia krzemowy układ scalony z wyprowadzeniami wiązki, odpowiednio połączony z metalizowanym złotem wzorem rozbłysku słonecznego osadzonym na ceramicznym podłożu z tlenku glinu, który zostanie zamknięty i zapakowany w urządzenie typu komputerowego. Figura 12 przedstawia zużyty człon podatny zastosowany do łączenia chipa z figury 11, który wyraźnie pokazuje lustrzane odbicie równomiernie połączonych doprowadzeń wiązki.
Rysunek 9. Taśma podatna przenosząca układ scalony wyprowadzenia wiązki do miejsca łączenia.
Ryc. 10. Zgodna taśma przenosząca wiór ołowiany wiązką do miejsca łączenia.
Rysunek 11. Zgodny krzemowy układ scalony z wyprowadzeniami wiązki wiązanej
Rysunek 12. Lustrzane odbicie połączonych przewodów belki, wyraźnie pokazane wgniecenia w zużytym elemencie podatnym
Silikonowy układ scalony
Dwie formy układów scalonych omówione powyżej to układ scalony z wyprowadzeniami wiązek składający się z dołączonych, formowanych galwanicznie złotych przewodów lub wiązek (Rysunek 5) oraz krzemowego układu scalonego (Rysunek 6). W odniesieniu do chipa krzemowego prowadzonego wiązką, można zastosować zarówno łączenie podatne, jak i termokompresyjne, ponieważ każde z nich ma swoje zalety. W tej chwili [ kiedy? ] najczęściej stosowaną postacią jest krzemowy układ scalony bez wyprowadzeń wiązki, który wymaga zatem połączeń elektrycznych bezpośrednio z metalizowanym układem krzemowym (Rysunek 6). Jeśli połączenia przewodowe są preferowaną metodą tworzenia tych połączeń, termodźwiękowe łączenie złotych drutów bezpośrednio z chipem krzemowym jest procesem najczęściej stosowanym ze względu na jego sprawdzoną niezawodność wynikającą z niskich parametrów wiązania, takich jak siła, temperatura i potrzebny czas aby utworzyć więź.