راهکارها

اتصال سیمی

برگه اطلاعات پایگاه دانش

اتصال سیمی چیست؟

اتصال سیمی روشی است که در آن یک سیم فلزی نرم با قطر کوچک بدون استفاده از لحیم، شار و در برخی موارد با استفاده از حرارت بالای ۱۵۰ درجه سانتیگراد به یک سطح فلزی سازگار متصل می‌شود. فلزات نرم شامل طلا (Au)، مس (Cu)، نقره (Ag)، آلومینیوم (Al) و آلیاژهایی مانند پالادیوم-نقره (PdAg) و سایر فلزات هستند.

آشنایی با تکنیک‌ها و فرآیندهای اتصال سیم برای کاربردهای مونتاژ میکروالکترونیک
تکنیک‌ها/فرآیندهای اتصال گوه‌ای: نوار، توپ ترموسونیک و اتصال گوه‌ای اولتراسونیک
اتصال سیمی روشی برای ایجاد اتصالات بین یک مدار مجتمع (IC) یا دستگاه نیمه‌هادی مشابه و بسته یا قاب سربی آن در حین تولید است. همچنین اکنون معمولاً برای ایجاد اتصالات الکتریکی در مجموعه‌های باتری لیتیوم-یونی استفاده می‌شود. اتصال سیمی عموماً مقرون به صرفه‌ترین و انعطاف‌پذیرترین فناوری‌های اتصال میکروالکترونیکی موجود محسوب می‌شود و در اکثر بسته‌های نیمه‌هادی تولید شده امروزی استفاده می‌شود. چندین تکنیک اتصال سیمی وجود دارد که عبارتند از: اتصال سیمی حرارتی-فشاری:
اتصال سیمی ترمو-کمپرسی (ترکیب سطوح احتمالی (معمولاً طلا) با یکدیگر تحت نیروی گیره با دمای سطح مشترک بالا، معمولاً بیش از 300 درجه سانتیگراد، برای تولید جوش)، در ابتدا در دهه 1950 برای اتصالات میکروالکترونیک توسعه داده شد، اما این روش به سرعت در دهه 60 با اتصال اولتراسونیک و ترموسونیک به عنوان فناوری غالب اتصالات جایگزین شد. اتصال ترمو-کمپرسی امروزه هنوز برای کاربردهای خاص استفاده می‌شود، اما به دلیل دمای سطح مشترک بالا (که اغلب آسیب‌زا است) مورد نیاز برای ایجاد یک اتصال موفق، تولیدکنندگان عموماً از آن اجتناب می‌کنند. اتصال سیمی گوه‌ای اولتراسونیک:
در دهه 1960، اتصال سیمی گوه‌ای اولتراسونیک به روش غالب اتصال تبدیل شد. اعمال ارتعاش فرکانس بالا (از طریق یک مبدل رزونانس) به ابزار اتصال با نیروی گیره همزمان، امکان جوشکاری سیم‌های آلومینیوم و طلا را در دمای اتاق فراهم می‌کرد. این ارتعاش اولتراسونیک به حذف آلاینده‌ها (اکسیدها، ناخالصی‌ها و غیره) از سطوح اتصال در ابتدای چرخه اتصال و همچنین به افزایش رشد بین فلزی برای توسعه و تقویت بیشتر اتصال کمک می‌کند. فرکانس‌های معمول برای اتصال ۶۰ تا ۱۲۰ کیلوهرتز است. تکنیک گوه اولتراسونیک دو فناوری فرآیند اصلی دارد: اتصال سیم بزرگ (سنگین) برای سیم‌های با قطر >100 میکرومتر اتصال سیم ظریف (کوچک) برای سیم‌های با قطر <75 میکرومتر نمونه‌هایی از چرخه‌های معمول اتصال اولتراسونیک را می‌توانید برای سیم ظریف اینجا و برای سیم بزرگ اینجا بیابید. اتصال سیم گوه اولتراسونیک از یک ابزار اتصال یا "گوه" خاص استفاده می‌کند که معمولاً از کاربید تنگستن (برای سیم آلومینیومی) یا کاربید تیتانیوم (برای سیم طلایی) بسته به نیازهای فرآیند و قطر سیم ساخته می‌شود. گوه‌های نوک سرامیکی نیز برای کاربردهای متمایز موجود است. اتصال سیم ترموسونیک:
در مواردی که گرمایش تکمیلی مورد نیاز است (معمولاً برای سیم طلا، با سطوح اتصال در محدوده ۱۰۰ تا ۲۵۰ درجه سانتیگراد)، این فرآیند، اتصال سیم ترموسونیک نامیده می‌شود. این روش مزایای زیادی نسبت به سیستم سنتی ترمو-فشرده‌سازی دارد، زیرا به دمای سطح تماس بسیار پایین‌تری نیاز است (پیوند طلا در دمای اتاق ذکر شده است، اما در عمل بدون گرمای اضافی قابل اعتماد نیست). اتصال توپ ترموسونیک:
نوع دیگری از اتصال سیم ترموسونیک، اتصال توپی است (چرخه اتصال توپی را اینجا ببینید). این روش از یک ابزار اتصال مویین سرامیکی به جای طرح‌های سنتی گوه‌ای استفاده می‌کند تا بهترین کیفیت‌ها را در هر دو روش اتصال حرارتی-فشرده‌سازی و اولتراسونیک بدون معایب آن ترکیب کند. ارتعاش ترموسونیک تضمین می‌کند که دمای سطح مشترک پایین بماند، در حالی که اولین اتصال، یعنی اتصال توپی فشرده شده حرارتی، به سیم و اتصال ثانویه اجازه می‌دهد تا در هر جهتی قرار گیرند، نه در راستای اتصال اول، که یک محدودیت در اتصال سیم اولتراسونیک است. برای تولید خودکار و با حجم بالا، اتصال‌دهنده‌های توپی به طور قابل توجهی سریع‌تر از اتصال‌دهنده‌های اولتراسونیک/ترموسونیک (گوه‌ای) هستند، و اتصال توپی ترموسونیک را به فناوری اتصال غالب در میکروالکترونیک در بیش از 50 سال گذشته تبدیل می‌کند. اتصال نواری:
اتصال نواری، با استفاده از نوارهای فلزی تخت، برای دهه‌ها در الکترونیک RF و مایکروویو غالب بوده است (این نوار در مقایسه با سیم گرد سنتی، بهبود قابل توجهی در افت سیگنال [اثر پوستی] ایجاد می‌کند). نوارهای کوچک طلا، معمولاً تا عرض 75 میکرومتر و ضخامت 25 میکرومتر، از طریق فرآیند ترموسونیک با یک ابزار اتصال گوه‌ای مسطح بزرگ به هم متصل می‌شوند. نوارهای آلومینیومی تا عرض 2000 میکرومتر و ضخامت 250 میکرومتر نیز می‌توانند با فرآیند گوه‌ای اولتراسونیک به هم متصل شوند، زیرا نیاز به اتصالات با حلقه کمتر و چگالی بالا افزایش یافته است.

سیم اتصال طلا چیست؟

اتصال سیم طلا فرآیندی است که طی آن سیم طلا به دو نقطه در یک مجموعه متصل می‌شود تا یک اتصال یا یک مسیر رسانای الکتریکی تشکیل شود. گرما، فراصوت و نیرو، همگی برای تشکیل نقاط اتصال سیم طلا به کار گرفته می‌شوند. فرآیند ایجاد نقطه اتصال با تشکیل یک گوی طلایی در نوک ابزار اتصال سیم، یعنی لوله مویین، آغاز می‌شود. این گوی روی سطح گرم شده مجموعه فشار داده می‌شود و همزمان مقدار نیروی مخصوص به کاربرد و فرکانس ۶۰ کیلوهرتز تا ۱۵۲ کیلوهرتز حرکت فراصوت با ابزار اعمال می‌شود. پس از ایجاد اولین اتصال، سیم به شیوه‌ای کاملاً کنترل‌شده دستکاری می‌شود تا شکل حلقه‌ای مناسب برای هندسه مجموعه ایجاد شود. سپس اتصال دوم، که اغلب به عنوان بخیه شناخته می‌شود، با فشار دادن سیم به پایین و استفاده از گیره برای پاره کردن سیم در محل اتصال، روی سطح دیگر ایجاد می‌شود.

اتصال سیم طلا روشی برای اتصال درون بسته‌هایی ارائه می‌دهد که رسانایی الکتریکی بالایی دارند، تقریباً یک مرتبه بزرگتر از برخی لحیم‌ها. علاوه بر این، سیم‌های طلا در مقایسه با سایر مواد سیم، تحمل اکسیداسیون بالایی دارند و از اکثر آنها نرم‌تر هستند، که برای سطوح حساس ضروری است.
این فرآیند همچنین می‌تواند بر اساس نیازهای مونتاژ متفاوت باشد. در مورد مواد حساس، می‌توان یک گوی طلایی را روی ناحیه اتصال دوم قرار داد تا هم پیوند قوی‌تری ایجاد شود و هم پیوندی «نرم‌تر» برای جلوگیری از آسیب به سطح قطعه ایجاد شود. در فضاهای تنگ، می‌توان از یک گوی به عنوان نقطه شروع برای دو پیوند استفاده کرد و یک پیوند «V» شکل تشکیل داد. هنگامی که نیاز به استحکام بیشتر یک پیوند سیمی باشد، می‌توان یک گوی را روی یک کوک قرار داد تا یک پیوند امنیتی تشکیل دهد و پایداری و استحکام سیم را افزایش دهد. کاربردها و تغییرات مختلف پیوند سیمی تقریباً نامحدود هستند و می‌توان از طریق استفاده از نرم‌افزار خودکار روی سیستم‌های پیوند سیمی پالومار به آنها دست یافت.