Кіріспе
Микрочипті оның корпусына қосуға арналған техника. Сымды жалғау – интегралды схема (IC) немесе басқа жартылай өткізгіш құрылғыны жасау кезінде, олардың корпусымен байланыс жасау әдісі. Сымды жалғауды IC-ті басқа электроникаға немесе бір баспа схемалық тақтадан (PCB) екіншісіне қосу үшін де қолдануға болады, бірақ мұндай жағдайлар сирек кездеседі. Сымды жалғау, әдетте, ең тиімді және икемді байланыс технологиясы болып есептеледі және жартылай өткізгіш жиынтықтарының көп бөлігін құрастыру үшін қолданылады. Сымды жалғау 100 ГГц-тен жоғары жиіліктерде де қолданылуы мүмкін.
Wire bonding is a method of making interconnections between an integrated circuit (IC) or other semiconductor device and its packaging during semiconductor device fabrication. Wire bonding can also be used to connect an IC to other electronics or to connect from one printed circuit board (PCB) to another, although these are less common. Wire bonding is generally considered the most cost effective and flexible interconnect technology and is used to assemble the vast majority of semiconductor packages. Wire bonding can be used at frequencies above 100 GHz.
Өндіріс және сенімділік проблемалары
Қылқанды тораптарды өндіру және олардың сенімділігіне қатысты бірнеше қиындықтар бар. Бұл қиындықтар материалдық жүйелер, тораптау параметрлері және қолданылу ортасы сияқты бірнеше факторларға байланысты. Әртүрлі қылқанды тораптық қосылыс жалатылатын металл жүйелері, мысалы, алюминий-алюминий (Al-Al), алтын-алюминий (Au-Al) және мыс-алюминий (Cu-Al) түрлері, әртүрлі өндіріс параметрлерін қажет етеді және бірдей қолданылу ортасында әртүрліше жұмыс істейді.
Сымды тораптар жасау
Түрлі металл жүйелерін сипаттау, өндірістің маңызды параметрлерін қарастыру және сымды біріктіруде кездесетін сенімділік мәселелерін анықтау үшін көп жұмыс атқарылды. Материалды таңдауда металл жүйесін қолданылуы мен пайдалану ортасы анықтайды. Шешім қабылдағанда көбінесе электрлік, механикалық қасиеттері мен құны ескеріледі. Мысалы, ғарышқа арналған жоғары токқа шыдас беретін құрылғыға герметикалық жабық керамикалық корпуста үлкен диаметрлі алюминий сыммен біріктіру қажет болуы мүмкін. Егер құн шектеулі болса, алтын сымды қолданудан аулақ болу қажеттігі туындауы мүмкін. Соңғы кезде автомобиль өндірісінде мыс сымдарды қолдану бойынша зерттеулер жүргізілуде. Бұл тек шағын мысал, себебі әртүрлі қолданыстарда қай материалдық жүйелер ең жақсы жұмыс істейтінін тексеру және сынау бойынша көптеген жұмыстар бар. Өндіріс тұрғысынан алғанда, біріктіру параметрлері біріктірудің қалыптасуы мен сапасында маңызды рөл атқарады. Біріктіру күші, ультрадыбыстық энергия, температура және контур геометриясы сияқты параметрлер біріктіру сапасына елеулі әсер етеді. Сымды біріктірудің әртүрлі техникалары (термозондық біріктіру, ультрадыбыстық біріктіру, термокомпрессиялық біріктіру) және сымды біріктірудің түрлері (допты біріктіру, клинді біріктіру) өндіріс ақауларына және сенімділік мәселелеріне осалдықты әсер етеді. Кейбір материалдар мен сым диаметрлері ұсақ аралықтарда немесе күрделі схемаларда тиімдірек. Біріктіру алаңы да маңызды рөл атқарады, себебі металдандыру және кедергі қабаттарының құрамы біріктірудің қалыптасуына әсер етеді. Біріктіру сапасының нашарлығынан және өндіріс ақауларынан туындайтын типтік ақаулар: допты біріктірудің мойнының сынуы, өкшелердің жарылуы (клинді біріктірулерде), алаңды көтеру, алаңды қабылдау, артық қысым және дұрыс емес металдар аралық қосылыстардың қалыптасуы. Өндірістік және сапалық мәселелерді анықтау үшін сымды біріктіруді тарту/қию арқылы сынау, бұзбайтын сынақ және бұзу арқылы жүзеге асырылатын физикалық талдау (DPA) қолданылуы мүмкін.
Сымдық байланысының сенімділігі
Сымды байланыс өндірісі көбінесе байланыстың сапасына назар аударса да, сымдық байланыстың сенімділігіне қатысты тозу механизмдерін есепке алмайды. Мұндай жағдайда, қолдану және пайдалану ортасын түсіну сенімділік мәселелерін алдын алуға көмектеседі. Сымдық байланыстың бұзылуына әкелетін орталардың жиі кездесетін мысалдары – жоғары температура, ылғалдылық және температуралық циклдар. Жоғары температурада металдар аралық қосылыстардың (IMC) артық өсуі нәзік сыну нүктелерін тудыруы мүмкін. Әртүрлі металл жүйелеріндегі металдар аралық қосылыстардың қалыптасуын және қартаюын сипаттау үшін көп жұмыс атқарылды. Бұл Al-Al сияқты сымдық байланыс пен байланыс жалатысы бір материалдан жасалған металл жүйелерінде проблема емес. Алайда, әртүрлі металл жүйелерінде бұл алаңдаушылық тудырады. Ең танымал мысал – алтын-алюминий IMC-де пайда болатын нәзік металдар аралық қосылыстар, мысалы, «қызғылт оба». Сонымен қатар, Киркендаллтың бос кеңістіктері мен Хорстингтың бос кеңістіктері сияқты диффузияға байланысты мәселелер де сымдық байланыстың сәтсіздігіне әкелуі мүмкін. Жоғары температура және ылғалдылық ортасында коррозия да маңызды мәселе болуы мүмкін. Бұл Au-Al металл жүйелерінде ең көп кездеседі және гальваникалық коррозияға байланысты. Хлор сияқты галогендердің болуы осы процесті жылдамдатуы мүмкін. Бұл Au-Al коррозиясы температура мен ылғалдылыққа қатысты Пек заңымен сипатталады. Бұл басқа металл жүйелерінде осылай жиі кездеспейді. Температуралық циклдар кезінде, сымдық байланыста эпоксидті қалыптау қоспасы (EMC), қорғасын жақтауы, кристал, кристалға жабысу және сымдық байланыс арасындағы жылулық кеңею коэффициентінің (CTE) айырмашылығынан туындаған термомеханикалық кернеу пайда болады. Бұл сымдық байланыстағы иілу немесе созу кернеулерінен туындаған төмен циклдік шаршауға әкеледі. Мұндай жағдайларда сымдық байланыстың шаршау мерзімін болжау үшін әртүрлі шаршау модельдері қолданылған. Сымдық байланыстың сенімділігін арттыру үшін пайдалану ортасын және металл жүйелерін дұрыс түсіну ең маңызды факторлар болып табылады.
Сынау
Сым байланысын тарту және қию сынақтарының MIL STD 883, ASTM F459 13 және JESD22 B116 сияқты бірнеше әдістері бар, бірақ олар көбінесе сенімділіктен гөрі өндіріс сапасын бағау үшін қолданылады. Бұл әдетте монотонды артық жүктеме техникалары болып табылады, онда ең жоғары күш және сыну орны – басты нәтижелер. Мұндай жағдайда зақымдану пластикалық деформацияға байланысты болады және қоршаған ортаның әсерінен туындайтын тозу механизмдарын көрсете бермейді. Сымды тарту сынағы сымның астынан жоғары бағытталған күш түсіріп, оны негізден немесе кристаллдан тартып шығаруды қамтиды. Сынақтың мақсаты MIL STD 883 2011.9 стандартында сипатталғандай: «Байланыстың беріктігін өлшеу, беріктік үлестірілімдерін бағалау немесе белгіленген беріктік талаптарына сәйкестігін анықтау». Сымды сындыруға дейін тартуға болады, бірақ сымның белгілі бір күшке төтеп бере алатынын тексеруге мүмкіндік беретін бұзылмайтын нұсқалар да бар. Бұзылмайтын сынау әдістері әдетте қауіпсіздігі маңызды, жоғары сапалы және қымбат өнімдердің 100% тексеруі үшін қолданылады, сынақтан өткен сымдық байланыстарға зақым келтірмейді. «Сым тарту» термині көбінесе сым тестілеу құралындағы тарту сенсорына бекітілген ілгекпен сымды тарту әрекетін білдіреді. Дегенмен, кейбір ақаулық түрлерін анықтау үшін сымдарды кесіп, содан кейін сым тестілеу құралындағы тарту сенсорына орнатылған пинцетпен тартуға болады. Әдетте, 75 мкм (3 мил) диаметріне дейінгі сымдар жұқа сымдарға жатады. Осы көлемнен асып кеткенде, қалың сымдарды сынау туралы айтамыз.