Кіріспе

Шарықты байланыстыру – сымды байланыстырудың бір түрі және жартылай өткізгіш құрылғыны жасау кезінде жалаңаш кремнийлі кристал мен оны орналастыратын корпустың қорғасын қаңқасы арасындағы электрлік қосылыстарды жасаудың ең көп таралған тәсілі. Алтын немесе мыс сымды қолдануға болады, бірақ алтын жиірек қолданылады, себебі оның оксиді дәнекерлеу кезінде қиындық тудырмайды. Егер мыс сым қолданылса, сымды біріктіру процесінде мыс оксидтерінің түзілуін болдырмау үшін азот газы қолданылуы тиіс. Мыс алтыннан қаттырақ, сондықтан кристалл бетін зақымдау ықтималдығы жоғары. Дегенмен, мыс алтыннан арзан және электрлік қасиеттері жақсырақ, сондықтан ол тартымды таңдау болып табылады. Көптеген қазіргі заманғы шарықты байланыстыру процестері дәнекерлеу үшін жылу, қысым және ультрадыбыстық энергияның үйлесімін пайдаланады. Қолданылатын сымның диаметрі 15 мкм-ге дейін болуы мүмкін – сондықтан бірнеше дәнекерлеу адам шашының еніне сыйып кетеді. Шарықты байланыстыру машинасының жұмысын алғаш көрген адам оны тігін машинасымен салыстырады. Шындығында, сымды беруге арналған ине тәрізді, бір рет қолданылатын капилляр деп аталатын құрал бар. Сымға жоғары кернеулі электр заряды беріледі. Бұл капилляр ұшындағы сымды балқытады. Балқыған металдың беттік кернеуі салдарынан сым ұшы шар тәрізді болады. Шар тез қаттыққа ие болады, ал капилляр кристалл бетіне түсіріледі, ол әдетте кемінде 125 °C-қа дейін қыздырылады. Содан кейін машина капиллярды басады және оған жалғанған түрлендіргіш арқылы ультрадыбыстық энергияны қолданады. Жылу, қысым және ультрадыбыстық энергияның үйлесімі мыс немесе алтын шарды кристалл бетімен (әдетте мыс немесе алюминий) біріктіреді. Бұл процесске есім берген шарлы байланыс осылай жасалады. (Жартылай өткізгіштерді өндірудегі барлық алюминий жүйелері "күлгін індетті" – сынғыш алтын-алюминий қоспасын – жояды, бұл таза алтын сымды қолданған кезде кездесуі мүмкін. Бұл қасиет алюминийді ультрадыбыстық байланыс үшін өте қолайлы етеді.) Содан кейін сым капилляр арқылы өтеді және машина кристаллды қосу қажетті жерге (әдетте қорғасын қаңқа деп аталады) бірнеше миллиметрге жылжып келеді. Машина қайтадан бетке түседі, бірақ бұл жолы шар жасамайды, сымды қорғасын қаңқа мен капилляр ұшы арасында қысып жатады. Бұл кезде бет әдетте алтын, палладий немесе күміс болады, бірақ дәнекерлеу сол әдіспен жасалады. Нәтижесіндегі дәнекерлеу шарлы байланыстан мүлдем өзгеше көрінеді және оны клиндік байланыс, құйрық байланыс немесе жай ғана екінші байланыс деп атайды. Соңғы қадамда машина сымның шағын бөлігін шығарып, оны қысқыштар жиынтығымен бетінен жұлып алады. Бұл капилляр ұшынан ілінген сымның кішкентай құйрығын қалдырады. Осыдан кейін цикл қайта басталады, жоғары кернеулі электр заряды осы құйрыққа беріледі. Шар жасалғаннан кейін сымды кесу процесі де штифттік соққы деп аталады. Штифттік соққы SIP модульдерінде кристалдарды жинағанда қолданылады. Қазіргі заманғы машиналар (2003 жылғы мәліметтер бойынша) бұл циклді секундтына 20 рет қайталай алады. Қазіргі заманғы шарықты байланыстыру машинасы толығымен автоматтандырылған және визуалды жүйесі, сенсорлары және күрделі сервожүйелері бар дербес өнеркәсіптік робот болып табылады.

Шарықты байланыстыру трансформаторы

Пиезоэлектрлік түрлендіргіштер шарларды біріктіру процесінде ультрадыбыстық энергияны қамтамасыз ету үшін қолданылады. Бұл түрлендіргіштер бұрандалы қысқыш түрлендіргіштер немесе Лангевин түрлендіргіштері деп аталады. Олар металл компоненттер мен пиезоэлектрлік элементтерден тұрады, барлығы бір бұрандамен бекітілген. Бұл түрлендіргіштер капиллярға көлденең ультрадыбыстық қоздыруды енгізу үшін көлденең тербелістің резонанстық жиілігінде жұмыс істейді. Түрлендіргіштің көлденең бағытында түйін (үлкен орын ауыстыру) және антитүйін (орын ауыстыру жоқ) нүктелері болады. Пиезоэлектрлік элементтер ауыспалы кернеумен (резонанстық жиілікте) кеңейіп, жиырылады, соның салдарынан құрылымда резонанстық тербеліс туындайды. Әдетте, қолданылатын кернеу үшін электр өрісін арттыру мақсатында бірнеше элемент қабаттастырылады (созылу электр өрісіне пропорционалды). Пиезоэлектрлік элементтен құрылымға энергияны барынша беру үшін олар жоғары деформация және жоғары кернеу аймақтары болып табылатын түйіндерге орналастырылады. Сонымен қатар, айналаға энергияның жоғалуын азайту үшін түрлендіргіш антитүйінде (орын ауыстыру жоқ) бекітіледі. Түрлендіргіштің алдыңғы жағында тербелісті күшейту үшін конус тәрізді мүйіз қолданылады. Сызықтық немесе параболалық конус сияқты, қажетті нәтижеге жету үшін әртүрлі конус пішіндері қолданылуы мүмкін. Мүйіздің конустығы көлденең қима ауданын азайтады, бұл ультрадыбыстық энергия тығыздығының артуына және содан кейін ұштың жанындағы үлкен орын ауыстыруға әкеледі. Осы себепті капилляр ұшқа жақын орналастырылады. Капиллярда жоғары ретті иілу режимдері пайда болады, бұл тиімсіз. Бұл әсерді азайту үшін капиллярдың бекітілу орны капиллярдың антитүйініне реттеледі. Идеалды жағдайда капилляр қысқа болуы керек, бірақ бұл мүмкін емес, себебі қосылыс қол жеткізу қиын аймақтарда жасалуы керек. Бұранда мүйізге бұралып (конфигурациясына байланысты) бүкіл құрылымды бірге қысады. Оптималды жұмыс істеу үшін дұрыс алдын ала жүктеме қолданылуы керек. Пиезокерамика созуға қатысты нашар; сондықтан үлкен алдын ала жүктеме керамиканың көбінесе қысымда жұмыс істеуін қамтамасыз етеді, бұл алдын ала тудырылған кернеудің нәтижесінде болады.