Ratkaisut

LANGALIITOS

TIETOPANKAN TIETOLOMAKE

Mikä on lankaliitos?

Lankaliitos on menetelmä, jossa pienen halkaisijan omaava pehmeä metallilanka kiinnitetään yhteensopivaan metallipintaan ilman juotetta, juoksutetta ja joissakin tapauksissa yli 150 celsiusasteen lämpöä. Pehmeisiin metalleihin kuuluvat kulta (Au), kupari (Cu), hopea (Ag), alumiini (Al) ja seokset, kuten palladium-hopea (PdAg) ja muut.

Mikroelektroniikan kokoonpanosovelluksissa käytettävien johtojen liimaustekniikoiden ja -prosessien ymmärtäminen.
Kiilaliitostekniikat/prosessit: nauha-, termosonipallo- ja ultraäänikiilaliitos
Lankaliitos on menetelmä, jolla integroidun piirin (IC) tai vastaavan puolijohdelaitteen ja sen kotelon tai johdinrungon välille tehdään liitäntöjä valmistuksen aikana. Sitä käytetään nykyään myös yleisesti sähköliitäntöjen tekemiseen litiumioniakkukokoonpanoissa. Lankaliitosta pidetään yleensä kustannustehokkaimpana ja joustavimpana saatavilla olevista mikroelektronisista liitostekniikoista, ja sitä käytetään useimmissa nykyään valmistetuissa puolijohdekoteloissa. Lankaliitostekniikoita on useita, mukaan lukien: Lämpöpuristuslankaliitos:
Lämpöpuristusliitos (yhdistäminen todennäköisiin pintoihin (yleensä Au) puristusvoiman alaisena korkeissa rajapintalämpötiloissa, tyypillisesti yli 300 °C, hitsin aikaansaamiseksi) kehitettiin alun perin 1950-luvulla mikroelektroniikan liitäntöjä varten. Ultraääni- ja termosoniliitos korvasi sen kuitenkin nopeasti 60-luvulla hallitsevana liitostekniikkana. Lämpöpuristusliitosta käytetään edelleen joissakin erityissovelluksissa, mutta valmistajat yleensä välttävät sitä onnistuneen liitoksen edellyttämien korkeiden (usein vahingollisten) rajapintalämpötilojen vuoksi. Ultraäänikiilaliitos:
1960-luvulla ultraäänikiinnitystekniikalla tehdystä kiilaliitoksesta tuli hallitseva yhteenliittämismenetelmä. Korkeataajuisen värähtelyn (resonanssimuuntimen kautta) kohdistaminen liitostyökaluun samanaikaisen puristusvoiman kanssa mahdollisti alumiini- ja kultalankojen hitsauksen huoneenlämmössä. Tämä ultraäänivärähtely auttaa poistamaan epäpuhtauksia (oksideja, epäpuhtauksia jne.) liitospinnoista liitossyklin alussa ja edistää metallien välistä kasvua sidoksen kehittämiseksi ja vahvistamiseksi. Tyypilliset liitostaajuudet ovat 60–120 kHz. Ultraäänikiinnitystekniikassa on kaksi pääprosessitekniikkaa: Suurten (raskaiden) lankojen liittäminen yli 100 µm:n halkaisijaltaan oleville langoille Hienojen (pienten) lankojen liittäminen alle 75 µm:n halkaisijaltaan oleville langoille Esimerkkejä tyypillisistä ultraäänikiinnityssykleistä löytyy täältä hienolle langalle ja täältä suurille langoille. Ultraäänikiinnitystekniikalla tehdyssä kiilaliitoksessa käytetään erityistä liitostyökalua tai "kiilaa", joka on yleensä valmistettu volframikarbidista (alumiinilangalle) tai titaanikarbidista (kultalangalle) prosessivaatimusten ja langan halkaisijoiden mukaan; Saatavilla on myös keraamikärkisiä kiiloja erilaisiin sovelluksiin. Termoäänilangan liimaus:
Kun tarvitaan lisälämmitystä (tyypillisesti kultalangalle, jonka liitosrajapinnat ovat 100–250 °C:n alueella), prosessia kutsutaan termosoniseksi langanliitokseksi. Tällä on suuria etuja perinteiseen lämpöpuristusjärjestelmään verrattuna, koska tarvitaan paljon alhaisempia rajapintalämpötiloja (Au-liitos huoneenlämmössä on mainittu, mutta käytännössä se on epäluotettava ilman lisälämmitystä). Termosonimainen palloliitos:
Toinen termäänijohtimien liittämisen muoto on kuulaliitos (katso kuulaliitossykli täältä). Tässä menetelmässä käytetään keraamista kapillaariliitostyökalua perinteisten kiilarakenteiden sijaan yhdistääkseen parhaat ominaisuudet sekä termisessä puristus- että ultraääniliitoksessa ilman haittoja. Termäänivärähtely varmistaa, että rajapinnan lämpötila pysyy alhaisena, kun taas ensimmäinen yhteenliitos, termisesti puristettu kuulaliitos, mahdollistaa langan ja toissijaisen sidoksen sijoittamisen mihin tahansa suuntaan, ei linjaan ensimmäisen sidoksen kanssa, mikä on rajoitus ultraäänijohtimien liittämisessä. Automaattisessa, suuren volyymin valmistuksessa kuulaliitokset ovat huomattavasti nopeampia kuin ultraääni-/termääni(kiila)liitokset, mikä tekee termäänijohtimien kuulaliitoksesta mikroelektroniikan hallitsevan yhteenliitostekniikan viimeisten yli 50 vuoden ajan. Nauhaliitos:
Nauhaliitosmenetelmä, jossa käytetään litteitä metallinauhoja, on ollut vallitseva RF- ja mikroaaltoelektroniikassa vuosikymmeniä (nauha tarjoaa merkittävän parannuksen signaalihäviöön [ihoefekti] perinteiseen pyöreään johtoon verrattuna). Pienet kultaiset nauhat, tyypillisesti jopa 75 µm leveät ja 25 µm paksut, liimataan termosoniprosessilla suurella tasapintaisella kiilaliitostyökalulla. Alumiininauhat, joiden leveys on jopa 2 000 µm ja paksuus 250 µm, voidaan myös liittää ultraäänikiilaprosessilla, koska tiheiden ja matalasilmukoisten liitosten tarve on kasvanut.

Mikä on kultainen liitoslanka?

Kultalangan liittäminen on prosessi, jossa kultalanka kiinnitetään kokoonpanon kahteen pisteeseen muodostaen yhteenliitännän tai sähköä johtavan polun. Lämpöä, ultraääntä ja voimaa käytetään kultalangan kiinnityspisteiden muodostamiseen. Kiinnityspisteen luomisprosessi alkaa kultapallon muodostamisella lankaliitostyökalun, kapillaarin, kärkeen. Tätä palloa painetaan lämmitettyä kokoonpanopintaa vasten samalla, kun työkaluun kohdistetaan sekä sovelluskohtaista voimaa että 60 kHz - 152 kHz:n ultraääniliikettä. Kun ensimmäinen liitos on tehty, lankaa käsitellään tarkasti kontrolloidusti sopivan silmukan muodostamiseksi kokoonpanon geometrialle. Toinen liitos, jota usein kutsutaan ompeleeksi, muodostetaan sitten toiselle pinnalle painamalla lankaa alas ja repimällä lanka puristimella liitoksesta.

Kultalangan liittäminen tarjoaa pakkausten sisällä erittäin sähköä johtavan liitäntämenetelmän, lähes kertaluokkaa paremmin kuin jotkut juotteet. Lisäksi kultalangoilla on korkea hapettumisenkesto verrattuna muihin lankamateriaaleihin ja ne ovat pehmeämpiä kuin useimmat, mikä on olennaista herkille pinnoille.
Prosessi voi myös vaihdella kokoonpanon tarpeiden mukaan. Herkkien materiaalien kanssa toiselle liimausalueelle voidaan asettaa kultainen kuula, joka luo sekä vahvemman että "pehmeämmän" sidoksen, jotta komponentin pinta ei vahingoitu. Ahtaissa tiloissa yhtä kuulaa voidaan käyttää lähtökohtana kahdelle sidokselle, jolloin muodostuu "V"-muotoinen sidos. Kun lankaliitoksen on oltava kestävämpi, kuula voidaan asettaa ompeleen päälle turvaliitoksen muodostamiseksi, mikä lisää langan vakautta ja lujuutta. Lankaliitoksen monet erilaiset sovellukset ja variaatiot ovat lähes rajattomat, ja ne voidaan saavuttaa käyttämällä Palomarin lankaliitosjärjestelmien automatisoitua ohjelmistoa.