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와이어 본딩

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와이어 본딩이란 무엇인가요?

와이어 본딩은 납땜이나 플럭스를 사용하지 않고, 경우에 따라 150도 이상의 열을 가하지 않고, 직경이 작은 연질 금속선을 적합한 금속 표면에 접합하는 방법입니다. 연질 금속에는 금(Au), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 팔라듐-은(PdAg) 등의 합금이 포함됩니다.

마이크로 전자 조립 응용 분야를 위한 와이어 본딩 기술 및 공정 이해.
웨지 본딩 기술/공정: 리본, 열음파 볼 및 초음파 웨지 본딩
와이어 본딩은 제조 과정에서 집적 회로(IC) 또는 유사한 반도체 소자와 패키지 또는 리드프레임 사이에 상호 연결을 만드는 방법입니다. 또한 현재는 리튬 이온 배터리 팩 어셈블리에서 전기 연결을 제공하는 데에도 일반적으로 사용됩니다. 와이어 본딩은 일반적으로 사용 가능한 마이크로 전자 상호 연결 기술 중에서 가장 비용 효율적이고 유연한 기술로 간주되며, 오늘날 생산되는 대부분의 반도체 패키지에 사용됩니다. 와이어 본딩 기술에는 열압착 와이어 본딩을 비롯한 여러 가지가 있습니다.
열압착 와이어 본딩(높은 계면 온도, 일반적으로 300°C 이상에서 클램핑력을 가해 접합면(일반적으로 금)을 결합하여 용접하는 방식)은 1950년대 마이크로 전자 장치 상호 연결을 위해 처음 개발되었지만, 1960년대에 초음파 및 열음파 본딩으로 대체되어 주요 상호 연결 기술이 되었습니다. 열압착 본딩은 오늘날에도 특정 분야에서 사용되고 있지만, 성공적인 본딩을 위해 필요한 높은(종종 손상을 유발하는) 계면 온도 때문에 제조업체에서는 일반적으로 사용을 지양합니다. 초음파 웨지 와이어 본딩:
1960년대에 초음파 웨지 와이어 본딩은 주요 인터커넥트 기술로 자리 잡았습니다. 공진 변환기를 통해 고주파 진동을 본딩 툴에 가하고 동시에 클램핑력을 가함으로써 알루미늄과 금 와이어를 상온에서 용접할 수 있었습니다. 이 초음파 진동은 본딩 과정 초기에 접합면에서 오염물질(산화물, 불순물 등)을 제거하고 금속간 화합물 성장을 촉진하여 접합을 더욱 강화하는 데 도움을 줍니다. 일반적인 접합 주파수는 60~120kHz입니다. 초음파 웨지 기술에는 두 가지 주요 공정 기술이 있습니다. 직경 100µm 이상의 와이어에 대한 대형(무거운) 와이어 접합과 직경 75µm 미만의 와이어에 대한 미세(작은) 와이어 접합입니다. 일반적인 초음파 접합 사이클의 예는 미세 와이어의 경우 여기에서, 대형 와이어의 경우 여기에서 확인할 수 있습니다. 초음파 웨지 와이어 접합은 특정 접합 도구 또는 "웨지"를 사용하며, 일반적으로 공정 요구 사항 및 와이어 직경에 따라 텅스텐 카바이드(알루미늄 와이어용) 또는 티타늄 카바이드(금 와이어용)로 제작됩니다. 특정 용도에 따라 세라믹 팁 웨지도 사용할 수 있습니다. 열음파 와이어 접합:
추가적인 가열이 필요한 경우(일반적으로 금선 접합에 사용되며, 접합 계면 온도는 100~250°C 범위임), 이 공정을 열음파 와이어 본딩이라고 합니다. 이는 기존의 열압착 시스템에 비해 접합 계면 온도가 훨씬 낮아도 되기 때문에 큰 장점이 있습니다(상온에서의 금 접합이 언급되기는 했지만, 실제로는 추가적인 가열 없이는 신뢰성이 떨어집니다). 열음파 볼 본딩:
또 다른 형태의 열음파 와이어 본딩은 볼 본딩입니다(볼 본딩 사이클은 여기 참조). 이 방식은 기존의 웨지 디자인 대신 세라믹 모세관 본딩 툴을 사용하여 열압착 본딩과 초음파 본딩의 장점을 단점 없이 결합합니다. 열음파 진동은 인터페이스 온도를 낮게 유지하는 반면, 첫 번째 상호 연결인 열압착 볼 본딩을 통해 와이어와 두 번째 본딩을 초음파 와이어 본딩에서 제약되는 첫 번째 본딩과 일직선이 아닌 어떤 방향으로든 배치할 수 있습니다. 자동화된 대량 생산에서 볼 본더는 초음파/열음파(웨지) 본더보다 훨씬 빠르기 때문에 열음파 볼 본딩은 지난 50년 이상 마이크로일렉트로닉스 분야에서 지배적인 상호 연결 기술로 자리 잡았습니다. 리본 본딩:
평평한 금속 테이프를 사용하는 리본 본딩은 수십 년 동안 RF 및 마이크로파 전자 분야에서 지배적인 기술이었습니다(리본은 기존의 원형 전선에 비해 신호 손실[표피 효과]을 크게 개선합니다). 일반적으로 최대 폭 75µm, 두께 25µm의 작은 금 리본은 대형 평면 웨지 본딩 툴을 사용한 열음파 공정을 통해 본딩됩니다. 루프가 낮고 고밀도 상호 연결에 대한 요구가 증가함에 따라 최대 폭 2,000µm, 두께 250µm의 알루미늄 리본도 초음파 웨지 공정을 사용하여 본딩할 수 있습니다.

금 접합선이란 무엇입니까?

금선 본딩은 금선을 조립체의 두 지점에 접합하여 상호 연결 또는 전기 전도성 경로를 형성하는 공정입니다. 금선 접합점을 형성하기 위해 열, 초음파 및 힘이 모두 사용됩니다. 접합점 생성 과정은 와이어 본딩 도구인 모세관 끝부분에 금 구슬을 형성하는 것으로 시작됩니다. 이 구슬은 가열된 조립체 표면에 눌러지면서 도구에 특정 힘과 60kHz~152kHz의 초음파 주파수가 가해집니다. 첫 번째 접합이 이루어지면 와이어는 조립체의 형상에 맞는 루프 모양을 형성하도록 정밀하게 제어된 방식으로 조작됩니다. 두 번째 접합(흔히 스티치라고 함)은 반대쪽 표면에 와이어를 눌러 클램프를 사용하여 접합 부위에서 와이어를 찢어 형성합니다.

금선 본딩은 패키지 내부에서 매우 높은 전기 전도성을 제공하는 상호 연결 방식으로, 일부 납땜 재료보다 거의 10배나 높은 전도성을 자랑합니다. 또한, 금선은 다른 전선 재료에 비해 산화 내성이 뛰어나고 대부분의 다른 재료보다 부드러워 민감한 표면에 사용하기에 적합합니다.
와이어 본딩 공정은 조립 요구 사항에 따라 다양하게 변형될 수 있습니다. 민감한 재료의 경우, 두 번째 본딩 영역에 금 구슬을 배치하여 더 강력한 본딩을 형성하는 동시에 부품 표면 손상을 방지하는 "연성" 본딩을 만들 수 있습니다. 공간이 협소한 경우에는 하나의 구슬을 두 개의 본딩의 시작점으로 사용하여 "V"자형 본딩을 형성할 수 있습니다. 와이어 본딩의 안정성을 더욱 높여야 할 때는 스티치 위에 구슬을 배치하여 보안 본딩을 형성함으로써 와이어의 안정성과 강도를 향상시킬 수 있습니다. 와이어 본딩의 다양한 응용 분야와 변형은 거의 무한하며, 팔로마의 와이어 본딩 시스템에 탑재된 자동화 소프트웨어를 통해 구현할 수 있습니다.