Giải pháp

LIÊN KẾT DÂY

TỜ THÔNG TIN CƠ SỞ KIẾN THỨC

Nối dây là gì?

Hàn dây là phương pháp gắn một đoạn dây kim loại mềm có đường kính nhỏ vào một bề mặt kim loại tương thích mà không cần sử dụng chất hàn, chất trợ hàn, và trong một số trường hợp có thể sử dụng nhiệt độ trên 150 độ C. Các kim loại mềm bao gồm vàng (Au), đồng (Cu), bạc (Ag), nhôm (Al) và các hợp kim như paladi-bạc (PdAg) và các loại khác.

Hiểu rõ các kỹ thuật và quy trình hàn dây dẫn trong ứng dụng lắp ráp vi mạch điện tử.
Kỹ thuật/Quy trình liên kết nêm: Liên kết nêm dạng dải, liên kết nêm nhiệt âm và liên kết nêm siêu âm.
Hàn dây là phương pháp tạo các kết nối giữa mạch tích hợp (IC) hoặc thiết bị bán dẫn tương tự và vỏ hoặc khung dẫn của nó trong quá trình sản xuất. Phương pháp này hiện cũng được sử dụng phổ biến để cung cấp các kết nối điện trong các cụm pin lithium-ion. Hàn dây thường được coi là công nghệ kết nối vi điện tử hiệu quả về chi phí và linh hoạt nhất hiện có, và được sử dụng trong phần lớn các gói bán dẫn được sản xuất ngày nay. Có một số kỹ thuật hàn dây, bao gồm: Hàn dây nén nhiệt:
Hàn dây bằng phương pháp nén nhiệt (kết hợp hai bề mặt tiếp xúc (thường là vàng) với nhau dưới lực kẹp ở nhiệt độ giao diện cao, thường lớn hơn 300°C, để tạo mối hàn), ban đầu được phát triển vào những năm 1950 cho các kết nối vi điện tử, tuy nhiên phương pháp này nhanh chóng bị thay thế bởi phương pháp hàn siêu âm và hàn nhiệt siêu âm vào những năm 1960 trở thành công nghệ kết nối chủ đạo. Hàn nén nhiệt vẫn được sử dụng cho các ứng dụng chuyên biệt ngày nay, nhưng thường bị các nhà sản xuất tránh sử dụng do nhiệt độ giao diện cao (thường gây hư hại) cần thiết để tạo ra mối hàn thành công. Hàn dây bằng phương pháp nêm siêu âm:
Vào những năm 1960, phương pháp hàn dây bằng sóng siêu âm dạng nêm trở thành phương pháp kết nối chủ đạo. Việc áp dụng rung động tần số cao (thông qua bộ chuyển đổi cộng hưởng) vào dụng cụ hàn cùng với lực kẹp đồng thời cho phép hàn dây nhôm và vàng ở nhiệt độ phòng. Rung động siêu âm này hỗ trợ loại bỏ các chất gây ô nhiễm (oxit, tạp chất, v.v.) khỏi bề mặt hàn ở giai đoạn đầu của chu kỳ hàn và thúc đẩy sự phát triển hợp kim liên kim loại để phát triển và tăng cường mối hàn. Tần số điển hình cho việc hàn là 60 – 120 KHz. Kỹ thuật nêm siêu âm có hai công nghệ xử lý chính: Hàn dây lớn (nặng) cho dây có đường kính >100µm; Hàn dây nhỏ (mảnh) cho dây có đường kính <75µm. Ví dụ về các chu kỳ hàn siêu âm điển hình có thể được tìm thấy ở đây cho dây mảnh và ở đây cho dây lớn. Hàn dây bằng sóng siêu âm dạng nêm sử dụng một dụng cụ hàn hoặc “nêm” chuyên dụng, thường được chế tạo từ cacbua vonfram (cho dây nhôm) hoặc cacbua titan (cho dây vàng) tùy thuộc vào yêu cầu của quy trình và đường kính dây; Các loại nêm có đầu bằng gốm dành cho các ứng dụng khác nhau cũng có sẵn. Hàn dây bằng sóng siêu âm nhiệt:
Trong trường hợp cần gia nhiệt bổ sung (thường là đối với dây vàng, với giao diện liên kết trong khoảng 100 – 250°C), quy trình này được gọi là hàn dây bằng sóng siêu âm nhiệt. Phương pháp này có nhiều ưu điểm vượt trội so với hệ thống nén nhiệt truyền thống, vì chỉ cần nhiệt độ giao diện thấp hơn nhiều (việc hàn vàng ở nhiệt độ phòng đã được đề cập nhưng trên thực tế, nó không đáng tin cậy nếu không có gia nhiệt bổ sung). Hàn bi bằng sóng siêu âm nhiệt:
Một dạng khác của hàn dây bằng sóng siêu âm nhiệt là hàn bi (xem chu trình hàn bi tại đây). Phương pháp này sử dụng dụng cụ hàn mao dẫn bằng gốm thay vì thiết kế nêm truyền thống để kết hợp những ưu điểm tốt nhất của cả hàn nén nhiệt và hàn siêu âm mà không có nhược điểm. Rung động sóng siêu âm nhiệt đảm bảo nhiệt độ giao diện luôn thấp, trong khi mối nối đầu tiên, mối hàn bi nén nhiệt, cho phép dây và mối hàn thứ cấp được đặt theo bất kỳ hướng nào, không cần thẳng hàng với mối hàn đầu tiên, điều này là một hạn chế trong hàn dây siêu âm. Đối với sản xuất tự động, khối lượng lớn, máy hàn bi nhanh hơn đáng kể so với máy hàn siêu âm/sóng siêu âm nhiệt (nêm), khiến hàn bi sóng siêu âm nhiệt trở thành công nghệ kết nối chủ đạo trong vi điện tử trong hơn 50 năm qua. Hàn dải:
Công nghệ hàn dải băng, sử dụng các dải kim loại phẳng, đã chiếm ưu thế trong lĩnh vực điện tử tần số vô tuyến và vi sóng trong nhiều thập kỷ (dải băng mang lại sự cải thiện đáng kể về suy hao tín hiệu [hiệu ứng bề mặt] so với dây dẫn tròn truyền thống). Các dải băng vàng nhỏ, thường rộng đến 75µm và dày đến 25µm, được hàn bằng quy trình siêu âm nhiệt với một dụng cụ hàn hình nêm mặt phẳng lớn. Các dải băng nhôm rộng đến 2.000µm và dày đến 250µm cũng có thể được hàn bằng quy trình siêu âm hình nêm, do nhu cầu về các kết nối liên mạch mật độ cao, vòng lặp ngắn hơn ngày càng tăng.

Dây mạ vàng là gì?

Hàn dây vàng là quá trình gắn dây vàng vào hai điểm trong một cụm chi tiết để tạo thành một đường dẫn điện hoặc kết nối. Nhiệt, sóng siêu âm và lực đều được sử dụng để tạo các điểm gắn cho dây vàng. Quá trình tạo điểm gắn bắt đầu bằng việc tạo một viên bi vàng ở đầu dụng cụ hàn dây, hay còn gọi là mao dẫn. Viên bi này được ấn lên bề mặt cụm chi tiết đã được nung nóng trong khi áp dụng một lực phù hợp với ứng dụng và tần số chuyển động siêu âm từ 60kHz đến 152kHz bằng dụng cụ. Sau khi mối hàn đầu tiên được tạo ra, dây sẽ được điều khiển chặt chẽ để tạo thành hình dạng vòng phù hợp với hình học của cụm chi tiết. Mối hàn thứ hai, thường được gọi là mối nối, sau đó được tạo trên bề mặt còn lại bằng cách ấn dây xuống và sử dụng kẹp để xé dây tại mối hàn.

Phương pháp hàn dây vàng cung cấp một cách kết nối bên trong các gói linh kiện có độ dẫn điện cao, gần gấp mười lần so với một số loại chất hàn. Ngoài ra, dây vàng có khả năng chịu oxy hóa cao hơn so với các vật liệu dây khác và mềm hơn hầu hết các loại dây khác, điều này rất cần thiết cho các bề mặt nhạy cảm.
Quy trình này cũng có thể thay đổi tùy thuộc vào nhu cầu của việc lắp ráp. Với các vật liệu nhạy cảm, một viên bi vàng có thể được đặt trên khu vực liên kết thứ hai để tạo ra cả liên kết chắc chắn hơn và liên kết “mềm” hơn nhằm ngăn ngừa hư hại bề mặt của linh kiện. Với không gian chật hẹp, một viên bi duy nhất có thể được sử dụng làm điểm khởi đầu cho hai liên kết, tạo thành liên kết hình chữ “V”. Khi cần một mối nối dây chắc chắn hơn, một viên bi có thể được đặt lên trên đường khâu để tạo thành mối nối an toàn, tăng cường độ ổn định và sức mạnh của dây. Các ứng dụng và biến thể khác nhau của việc nối dây gần như vô hạn và có thể được thực hiện thông qua việc sử dụng phần mềm tự động trên hệ thống nối dây của Palomar.