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와이어 본딩

지식 기반 자료표

와이어 본딩이란 무엇입니까?

와이어 본딩은 땜납이나 플럭스를 사용하지 않고 경우에 따라 섭씨 150도 이상의 열을 사용하지 않고 작은 직경의 연질 금속 와이어를 호환 가능한 금속 표면에 부착하는 방법입니다. 연질 금속에는 금(Au), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 팔라듐-은(PdAg) 등과 같은 합금이 포함됩니다.

마이크로 전자 조립 애플리케이션을 위한 와이어 본딩 기술 및 프로세스 이해.
웨지 본딩 기술/공정: 리본, 열음파 볼 및 초음파 웨지 본드
와이어 본딩은 제조 과정에서 집적 회로(IC) 또는 유사한 반도체 장치와 해당 패키지 또는 리드프레임 사이에 상호 연결을 만드는 방법입니다. 또한 현재 리튬 이온 배터리 팩 어셈블리에서 전기 연결을 제공하는 데 일반적으로 사용됩니다. 와이어 본딩은 일반적으로 사용 가능한 마이크로 전자 상호 연결 기술 중 가장 비용 효율적이고 유연한 것으로 간주되며 오늘날 생산되는 대부분의 반도체 패키지에 사용됩니다. 열압축 와이어 본딩으로 구성된 여러 가지 와이어 본딩 기술이 있습니다.
열압축 와이어 본딩(일반적으로 300°C보다 높은 높은 인터페이스 온도로 조임력을 가해 가능한 표면(보통 Au)을 결합하여 용접을 생성하는 방식)은 1950년대에 마이크로 전자공학 상호 연결을 위해 처음 개발되었습니다. 지배적인 상호 연결 기술로서 60년대에 초음파 및 열음파 결합으로 빠르게 대체되었습니다. 열압착 접합은 오늘날에도 여전히 틈새 응용 분야에 사용되고 있지만 성공적인 접합을 위해 필요한 높은(종종 손상을 일으키는) 인터페이스 온도로 인해 제조업체에서는 일반적으로 기피합니다.초음파 웨지 와이어 접합:
1960년대에는 초음파 웨지 와이어 본딩이 지배적인 상호 연결 방법이 되었습니다. 동시 조임력으로 접합 도구에 고주파 진동(공진 변환기를 통해)을 적용하면 알루미늄 및 금 와이어가 실온에서 용접될 수 있습니다. 이 초음파 진동은 결합 주기 시작 시 결합 표면에서 오염 물질(산화물, 불순물 등)을 제거하고 금속간 성장을 촉진하여 결합을 더욱 발전시키고 강화하는 데 도움을 줍니다. 일반적인 결합 주파수는 60~120KHz입니다. 초음파 웨지 기술에는 두 가지 주요 공정 기술이 있습니다. 직경이 100μm를 초과하는 와이어를 위한 대형(무거운) 와이어 본딩직경이 75μm 미만인 와이어를 위한 미세(작은) 와이어 본딩일반적인 초음파 본딩 사이클의 예는 여기에서 확인할 수 있습니다. 가는 와이어의 경우, 큰 와이어의 경우 초음파 웨지 와이어 본딩은 특정 본딩 도구 또는 "웨지"를 사용하며 일반적으로 프로세스 요구 사항 및 와이어 직경에 따라 텅스텐 카바이드(알루미늄 와이어용) 또는 티타늄 카바이드(골드 와이어용)로 구성됩니다. 별도의 용도를 위한 세라믹 팁 웨지도 제공됩니다.열음파 와이어 본딩:
추가 가열이 필요한 경우(일반적으로 100~250°C 범위의 접합 인터페이스를 갖춘 금 와이어의 경우) 이 프로세스를 열음파 와이어 본딩이라고 합니다. 이는 훨씬 더 낮은 인터페이스 온도가 필요하기 때문에 기존 열 압축 시스템에 비해 큰 이점이 있습니다. (실온에서의 Au 결합이 언급되었지만 실제로는 추가 열 없이는 신뢰할 수 없습니다.) 열음파 볼 결합:
열음파 와이어 본딩의 또 다른 형태는 볼 본딩입니다(여기서 볼 본드 사이클 참조). 이 방법론은 기존 웨지 디자인 대신 세라믹 모세관 접합 도구를 사용하여 단점 없이 열압착과 초음파 접합 모두에서 최고의 품질을 결합합니다. 열음파 진동은 인터페이스 온도를 낮게 유지하는 동시에 첫 번째 상호 연결인 열 압축 볼 본드를 사용하여 와이어와 2차 본드를 첫 번째 본드와 일직선이 아닌 모든 방향으로 배치할 수 있습니다. 이는 초음파 와이어 본딩의 제약입니다. . 자동 대량 제조의 경우 볼 본더는 초음파/열음파(웨지) 본더보다 훨씬 빠르므로 열음파 볼 본딩은 지난 50년 이상 동안 마이크로 전자공학 분야의 지배적인 상호 연결 기술이 되었습니다.리본 본딩:
평평한 금속 테이프를 활용하는 리본 본딩은 수십 년 동안 RF 및 마이크로파 전자 장치에서 지배적이었습니다(리본은 기존 원형 와이어에 비해 신호 손실(표피 효과)을 크게 개선했습니다). 일반적으로 최대 폭 75μm, 두께 25μm의 작은 금 리본은 대형 평면 웨지 접착 도구를 사용하여 열음파 공정을 통해 접착됩니다. 최대 폭 2,000μm 및 두께 250μm의 알루미늄 리본도 다음과 같이 초음파 웨지 공정으로 접착할 수 있습니다. 더 낮은 루프, 고밀도 상호 연결에 대한 요구 사항이 증가했습니다.

골드본딩와이어란?

금 와이어 본딩은 금 와이어를 어셈블리의 두 지점에 부착하여 상호 연결 또는 전기 전도성 경로를 형성하는 프로세스입니다. 열, 초음파 및 힘은 모두 골드 와이어의 부착 지점을 형성하는 데 사용됩니다. 부착 지점을 만드는 과정은 와이어 본드 도구의 끝 부분인 모세관에 금 볼이 형성되는 것으로 시작됩니다. 이 볼은 공구를 사용하여 용도별 힘과 60kHz - 152kHz의 초음파 모션 주파수를 모두 적용하면서 가열된 조립 표면에 눌러집니다. 일단 첫 번째 결합이 이루어지면 와이어는 엄격하게 제어되는 방식으로 조작됩니다. 어셈블리의 형상에 적합한 루프 모양을 형성하는 방식입니다. 종종 스티치라고 불리는 두 번째 본드는 와이어로 누르고 클램프를 사용하여 본드에서 와이어를 찢어 다른 표면에 형성됩니다.

금 와이어 본딩은 일부 솔더보다 거의 10배 더 큰 전기 전도성이 높은 패키지 내 상호 연결 방법을 제공합니다. 또한 금 와이어는 다른 와이어 재료에 비해 산화 내성이 높고 대부분의 와이어보다 부드러워 민감한 표면에 필수적입니다.
프로세스는 어셈블리의 요구 사항에 따라 달라질 수도 있습니다. 민감한 재료의 경우 금구를 두 번째 결합 영역에 배치하여 더 강한 결합과 "더 부드러운" 결합을 모두 생성하여 부품 표면의 손상을 방지할 수 있습니다. 공간이 좁은 경우 하나의 볼을 두 개의 결합의 시작점으로 사용하여 "V" 모양의 결합을 형성할 수 있습니다. 와이어 본드가 더욱 견고해야 할 경우 스티치 위에 볼을 배치하여 보안 본드를 형성하여 와이어의 안정성과 강도를 높일 수 있습니다. 와이어 본딩에 대한 다양한 적용 및 변형은 거의 무한하며 Palomar의 와이어 본드 시스템에서 자동화된 소프트웨어를 사용하여 달성할 수 있습니다.