Совместимое соединение
Соответствующее соединение используется для соединения золотых проводов с электрическими компонентами, такими как интегральных схем «чипы» . Его изобрел Александр Кукулас в 1960-х годах. [1] Связь образуется значительно ниже температуры плавления сопрягаемых золотых поверхностей и поэтому называется связью твердотельного типа. Податливое соединение образуется путем передачи тепла и давления в область соединения через относительно толстую, способную к вдавливанию или податливую среду , обычно алюминиевую ленту (рис. 1). [2]
сварки твердотельной Сравнение с другими методами
Твердотельные связи или связи под давлением образуют постоянные связи между золотой проволокой и поверхностью золотого металла путем тесного контакта их сопрягаемых поверхностей при температуре около 300 ° C, что значительно ниже их соответствующих точек плавления (1064 ° C), отсюда и термин «твердое состояние». облигации.
Двумя широко используемыми методами формирования этого типа соединения являются термокомпрессионное соединение. [3] и термозвуковая сварка . Оба этих процесса образуют связи с помощью инструмента для склеивания с твердым покрытием, который обеспечивает прямой контакт, деформируя золотые проволоки к сопрягаемым золотым поверхностям (рис. 2).
Поскольку золото является единственным металлом, который не образует оксидного покрытия, которое может помешать установлению надежного контакта металлов с металлами, золотые проволоки широко используются для создания этих важных проводных соединений в области микроэлектронной упаковки. Во время цикла совместимого соединения давление соединения уникально.контролируется собственными свойствами текучести алюминиевой ленты (рис. 3). Следовательно, если для увеличения конечной деформации (плоскостности) эластичной связанной золотой проволоки необходимо более высокое давление соединения, можно использовать более высокопрочный сплав алюминия. Использование податливой среды также позволяет избежать разницы в толщине при попытке одновременного соединения нескольких проводов с металлизированной золотой подложкой (рис. 4). Это также предотвращает чрезмерную деформацию выводов, поскольку податливый элемент деформируется вокруг выводов во время цикла соединения, что исключает механическое разрушение соединенного провода из-за чрезмерной деформации твердосплавным инструментом (рис. 3), который используется путем термокомпрессии и термозвукового воздействия. склеивание.
Рисунок 5. Массив кремниевых интегральных схем с лучевыми выводами, показывающий прикрепленные и вытянутые гальванически сформированные лучевые выводы по периферии кремниевого чипа.
Рисунок 6. Твердотельные провода, прикрепленные непосредственно к металлизированным площадкам кремниевой интегральной схемы.
Рисунок 7. Инструмент для склеивания с твердым покрытием, одновременно склеивающий все выводы удлиненной балки.
Рисунок 8. Совместимое соединение кремниевой интегральной схемы с лучевыми выводами, демонстрирующее совместимый элемент с отступом после соединения «чипа».
История [ править ]
Важное применение эластичного соединения возникло в начале 1960-х годов, когда были разработаны методы [4] для изготовления «чипа» кремниевой интегральной схемы с лучевыми выводами , состоящего из предварительно прикрепленных электроформованных золотых выводов толщиной 0,005 дюйма или «лучей», отходящих от кремниевого чипа (рис. 5). Таким образом, «чип» с лучевым выводом устранил необходимость термозвукового соединения проводов непосредственно с металлизированными контактными площадками хрупкого кремниевого чипа (как показано на рисунке 6). Удлиненные концы гальванопластичных лучей затем можно было окончательно прикрепить в твердом состоянии к соответствующему металлизированному солнечному лучу. Схема, предварительно нанесенная на керамическую подложку, соответствующим образом упакованную в создаваемый компьютер. На рис. 7 показано термокомпрессионное соединение предварительно сформированного твердосплавного инструмента, соединяющего все лучевые выводы чипа за один цикл соединения. Чтобы избежать чрезмерной деформации тонких выводов балки с помощью инструмента для жесткого соединения и возникновения риска механического повреждения, необходимо тщательно контролировать приложенные силы соединения.
Гибкое соединение устраняет проблемы, связанные с инструментом для склеивания с твердой поверхностью, и поэтому идеально подходит для одновременного соединения всех протяженных гальванически покрытых золотых проводов луча с соответствующей керамической подложкой с металлизированным золотом и рисунком солнечных лучей, упакованной в компьютер (рис. 8). Например, податливое соединение устранило проблемы, связанные с использованием инструмента для склеивания с твердым покрытием, такие как: попытка равномерно деформировать балки номинальной толщиной 0,005 дюйма, приводящие к небольшим изменениям в их толщине; чрезмерная деформация вывода, которая может вызвать механическое повреждение и в конечном итоге «дорогостоящий» выход из строя этих тонких кремниевых чипов с лучевыми выводами, которые являются «мозгами» наших компьютеров. Соответствующий требованиям клейкий ленточный носитель давал дополнительное преимущество, заключающееся в переносе «кремниевого чипа с лучевым выводом» к месту склеивания, что облегчало производство. [5] На рисунках 9 и 10 показано, что эластичная лента дает преимущество в переносе чипа с лучевыми выводами к месту соединения, как обсуждалось выше. На рисунке 11 показана кремниевая интегральная схема с лучевым выводом, совместимая с металлизированным золотым узором солнечных лучей, нанесенным на керамическую подложку из оксида алюминия, которая будет инкапсулирована и упакована в устройство компьютерного типа. На рис. 12 показан отработанный податливый элемент, использованный для соединения чипа на рис. 11, где четко показано зеркальное изображение равномерно соединенных выводов пучка.
Рисунок 9. Соответствующая лента, переносящая интегральную схему вывода балки к месту соединения.
Рисунок 10. Соответствующая лента, переносящая лучевой чип к месту соединения.
Рисунок 11. Соответствующая кремниевая интегральная схема со связным лучом.
Рисунок 12. Зеркальное изображение выводов связанного пучка, четко показанных с углублением в отработавшем эластичном элементе.
Кремниевая интегральная схема [ править ]
Двумя формами интегральных схем, обсуждавшихся выше, были интегральная схема с лучевыми выводами, состоящая из присоединенных электроформованных золотых выводов или балок (рис. 5) и кремниевая интегральная схема (рис. 6). Что касается кремниевого чипа с лучевым выводом, можно использовать как податливое, так и термокомпрессионное соединение, поскольку каждое из них имеет свои преимущества. В это время, [ когда? ] наиболее широко используемой формой является кремниевый чип интегральной схемы без выводов луча, поэтому требуется электрическое соединение непосредственно с металлизированным кремниевым чипом (рис. 6). Если соединения проводов являются предпочтительным методом формирования этих соединений, термозвуковое соединение золотых проволок непосредственно с кремниевым чипом было наиболее широко используемым процессом из-за его доказанной надежности в результате низких параметров соединения, необходимых для силы, температуры и времени. чтобы сформировать связь.
Ссылки [ править ]
- ^ Александр Кукулас «Связывание с совместимой средой» . Патент США 3533155 . 13 октября 1970 г. Подано 6 июля 1967 г.
- ^ Кукулас, А. (1970) Труды «Соответствующее соединение», 1970 г., 20-я конференция IEEE по электронным компонентам, стр. 380–89. PDF , PDF2
- ^ Андерсон, ОЛ; Кристенсен, Х.; Андреатч, П. (1957). «Техника соединения электрических выводов с полупроводниками». Журнал прикладной физики . 28 (8): 923. Бибкод : 1957JAP....28..923A . дои : 10.1063/1.1722893 .
- ^ Лепсельтер, член парламента; Ваггенер, штат Ха; Макдональд, RW; Дэвис, Р.Э. (1965). «Лучково-выводные устройства и интегральные схемы». Труды IEEE . 53 (4): 405. doi : 10.1109/PROC.1965.3772 .
- ^ Людвиг; Дэвид П., Цвикель; Фридих, патент США 4029536.