การเชื่อมลวดเซมิคอนดักเตอร์ |การเชื่อมแบบบอลกับแบบลิ่ม

ในระหว่างการบรรจุเซมิคอนดักเตอร์ ชิปต้องการการเชื่อมต่อไฟฟ้าที่เชื่อถือได้เพื่อส่งสัญญาณและนํากระแสไปยังวงจรภายนอกเนื่องจากขนาดชิป ความต้องการพลังงาน และโครงสร้างบรรจุภัณฑ์ที่แตกต่างกัน อุตสาหกรรมจึงมักใช้กระบวนการยึดติดและวัสดุยึดติดที่แตกต่างกัน

การเชื่อมลวดเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีการเชื่อมต่อที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์มันเชื่อมต่อแผ่นชิปกับสายนํา วัสดุรองรับ หรือโครงสร้างนําไฟฟ้าอื่น ๆ โดยใช้ ลวดเชื่อมเซมิคอนดักเตอร์ หรือ ริบบอนเชื่อม

โดยอิงจากวิธีการเชื่อมต่อและความต้องการการใช้งาน อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ใช้เทคนิคการยึดติดสองแบบหลัก:

• การเชื่อมลูกบอล
• การเชื่อมแบบลิ่ม

กระบวนการทั้งสองนี้สอดคล้องกับระบบวัสดุที่แตกต่างกัน:

ดังนั้น เมื่อเลือก วัสดุยึดติดเซมิคอนดักเตอร์ ลูกค้ามักจะเลือกกระบวนการและวัสดุที่เหมาะสมตามประเภทผลิตภัณฑ์ วิธีการบรรจุ และความต้องการด้านประสิทธิภาพไฟฟ้า

บทความนี้แนะนําหลักการทํางาน วัสดุที่ใช้ และวิธีการเลือกสําหรับการเชื่อมบอลและการเชื่อมแบบลิ่มในสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกันสิ่งนี้ช่วยให้ลูกค้าเข้าใจความเข้ากันได้ระหว่างวัสดุการเชื่อมเซมิคอนดักเตอร์ได้ดียิ่งขึ้น

2. การยึดติดบอล: กระบวนการ วัสดุ และการใช้งาน

การผูกมัดลูกบอลคืออะไร?

การเชื่อมแบบบอลเป็นหนึ่งในวิธีการยึดติดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์โดยหลักแล้วจะเชื่อมต่อแผ่นชิปกับสายนํา วัสดุรองรับ หรือโครงสร้างนําไฟฟ้าอื่น ๆ โดยใช้ลวดโลหะละเอียดเพื่อรองรับการส่งสัญญาณไฟฟ้า

ในกระบวนการเชื่อมต่อด้วยลูกบอล ลูกบอลโลหะจะถูกสร้างขึ้นที่ปลายสายเชื่อมต่อโดยใช้เทคนิค Electrical Flame-Off (EFO)จากนั้นลูกบอลโลหะจะถูกเชื่อมต่อกับแผ่นชิปโดยใช้ความร้อน แรงดัน และพลังงานอัลตราโซนิกจากนั้นการควบคุมวงจรลวดจะเป็นเส้นทางเชื่อมต่อ ทําให้การเชื่อมที่สองสมบูรณ์

ขั้นตอนพื้นฐานของการเชื่อมบอล

1. การหลอมลวด

อุณหภูมิสูงที่เกิดจากการปล่อยประจุไฟฟ้าจะละลายปลายลวดและก่อตัวเป็นโครงสร้างทรงกลม

2. รูปแบบลูกบอลลมอิสระ

แรงตึงผิวทําให้หยดโลหะหลอมเหลวก่อตัวเป็นทรงกลมที่สม่ําเสมอ เรียกว่า Free Air Ball (FAB)

3. การสร้างพันธะครั้งแรก

เครื่องมือแคปิลลารีจะกดลูกบอลโลหะลงบนพื้นผิวแผ่นชิปความร้อน แรงดัน และการสั่นสะเทือนด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงสร้างการเชื่อมต่อที่มั่นคง

4. การสร้างวงลวด

เครื่องมือยึดติดจะเคลื่อนที่และควบคุมรูปร่างของลวดเพื่อสร้างความสูงและเส้นทางของห่วงที่ตรงตามข้อกําหนดการออกแบบบรรจุภัณฑ์

5. การก่อตัวพันธะครั้งที่สอง

จะมีการสร้างพันธะที่สองที่ปลายอีกด้านของสายไฟ เชื่อมต่อชิปกับโครงนํา วัสดุรองรับ หรือจุดเชื่อมต่อภายนอกอื่น ๆ

การเชื่อมบอลถูกนําไปใช้กับผลิตภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ต้องการการเชื่อมต่อสายไฟขนาดเล็ก ระยะผ่าตัดขนาดเล็ก และบรรจุภัณฑ์ความหนาแน่นสูงดังนั้นจึงถูกใช้อย่างแพร่หลายใน บรรจุภัณฑ์ IC อุปกรณ์หน่วยความจํา บรรจุภัณฑ์ LED และส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ความแม่นยําอื่น ๆ

วัสดุที่ใช้สําหรับการยึดติดบอล

การเชื่อมแบบบอลมักใช้ลวดโลหะละเอียดที่มีการนําไฟฟ้าดี มีความเหนียว และเสถียรในการยึดติดการเลือกวัสดุขึ้นอยู่กับโครงสร้างของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ความต้องการบรรจุภัณฑ์ ความต้องการด้านไฟฟ้า และปัจจัยด้านต้นทุนเป็นหลัก

ปัจจุบัน วัสดุที่ใช้กันมากที่สุดในการเชื่อมบอล ได้แก่:

• ลวดเชื่อมทอง

  ด้วยความเหนียวที่ยอดเยี่ยมและประสบการณ์การใช้งานการยึดติดที่ชํานาญ ลวดทองจึงถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในการเชื่อมแบบบอลในงานบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ต้องการการเชื่อมต่อที่ละเอียดและความแม่นยําสูง ลวดทองตอบโจทย์การเชื่อมต่อขนาดเล็กด้วยคุณสมบัติวัสดุที่เสถียรการใช้งานทั่วไปครอบคลุมการบรรจุ IC, การบรรจุ LED และอุปกรณ์ RF

• ลวดเชื่อมทองแดง

  ด้วยความสามารถในการนําไฟฟ้าที่สูงกว่าและต้นทุนวัสดุที่ดีกว่าทองคํา ลวดเชื่อมทองแดงจึงกลายเป็นตัวเลือกสําคัญในบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์สมัยใหม่มันเหมาะกับสถานการณ์การใช้งานที่ต้องการประสิทธิภาพไฟฟ้าที่ดีขึ้นในขณะที่เพิ่มประสิทธิภาพการบรรจุการใช้งานทั่วไปครอบคลุมบรรจุภัณฑ์ IC ขั้นสูงและอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์

สําหรับโครงการบอลบอนด์ดิ้งลวดละเอียด ลวดเชื่อมโลหะผสมเงิน ยังสามารถประเมินเป็นทางเลือกแทนลวดทองหรือทองแดงได้ ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของบรรจุภัณฑ์ สภาพการยึดติด และข้อกําหนดด้านความน่าเชื่อถือ

การเชื่อมลิ่ม: กระบวนการ วัสดุ และการประยุกต์ใช้งาน

การเชื่อมแบบลิ่มคืออะไร?

การเชื่อมแบบลิ่มเป็นอีกหนึ่งวิธีการเชื่อมต่อที่สําคัญในบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์โดยหลักแล้วใช้เครื่องมือลิ่มเพื่อกดลวดโลหะหรือริบบิ้นโลหะ ร่วมกับพลังงานอัลตราโซนิก เพื่อสร้างการเชื่อมต่อที่มั่นคงระหว่างวัสดุกับแผ่นชิป โครงตะกั่ว หรือโครงสร้างนําไฟฟ้าอื่น ๆ สําหรับการส่งผ่านทางไฟฟ้า

แตกต่างจากการเชื่อมด้วยบอล การเชื่อมแบบลิ่มจะไม่สร้างลูกบอลอากาศอิสระที่ปลายลวดเครื่องมือลิ่มจะบีบผิววัสดุโดยตรงการสั่นสะเทือนด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงสร้างแรงเสียดทาน ทําให้เกิดการเชื่อมต่อแบบสถานะของแข็งบนพื้นผิวโลหะ

การเชื่อมลิ่มโดยทั่วไปเหมาะสําหรับ บรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์กําลัง ที่ต้องการความจุรับกระแสสูงขึ้น พื้นที่เชื่อมต่อที่กว้างขึ้น และความน่าเชื่อถือในระยะยาวดังนั้นจึงถูกใช้อย่างแพร่หลายในโมดูล IGBT, อุปกรณ์พลังงาน MOSFET, โมดูลพลังงานยานยนต์พลังงานใหม่, ระบบแปลงพลังงาน และอิเล็กทรอนิกส์กําลังอุตสาหกรรม

เมื่อเทียบกับการบอนดิ้งแบบบอล ซึ่งส่วนใหญ่ใช้สําหรับบรรจุภัณฑ์ IC แบบละเอียด การบอนดิ้งแบบลิ่มจะเน้นที่ความแข็งแรงของการเชื่อมต่อ ความสามารถในการส่งกระแส และความน่าเชื่อถือภายใต้สภาวะการทํางานของอุปกรณ์ไฟฟ้า

ขั้นตอนพื้นฐานของการเชื่อมลิ่ม

1. การจัดวางวัสดุ

สายหรือริบบอนจะถูกวางในตําแหน่งที่กําหนดบนแผ่นชิปหรือขั้วต่อ

2. การประยุกต์ใช้พลังงานอัลตราโซนิก

เครื่องมือลิ่มจะสร้างแรงกดขณะสร้างการสั่นสะเทือนความถี่สูงด้วยคลื่นอัลตราโซนิกสิ่งนี้จะทําลายชั้นออกไซด์ที่ผิวสัมผัสระหว่างวัสดุกับแผ่นโลหะ ทําให้เกิดการเชื่อมต่อโลหะ

3. การสร้างพันธะครั้งแรก

แรงดันและอัลตราโซนิกช่วยสร้างการเชื่อมต่อที่มั่นคงระหว่างแผ่นชิปกับวัสดุยึดติด

4. การก่อตัวเป็นห่วงลวด/ริบบิ้น

เส้นทางการเชื่อมต่อของลวดหรือริบบอนจะถูกควบคุมตามข้อกําหนดโครงสร้างบรรจุภัณฑ์

5. การก่อตัวพันธะครั้งที่สอง

ปลายอีกด้านหนึ่งเชื่อมต่อกัน สร้างเส้นทางไฟฟ้าที่สมบูรณ์ระหว่างชิปกับขั้วภายนอกหรือโครงสร้างวงจร

วัสดุที่ใช้สําหรับการเชื่อมลิ่ม

การเชื่อมลิ่มมักใช้ ลวดโลหะหรือริบบิ้น ที่มีการนําไฟฟ้าดี มีคุณสมบัติทางกล และเหมาะสมกับคุณสมบัติการเชื่อมต่อด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง

เนื่องจากการใช้งานเซมิคอนดักเตอร์กําลังมักมีกระแสไฟฟ้าสูงและต้องเผชิญกับสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงความร้อนระยะยาว ลวดอลูมิเนียมและริบบิ้นอลูมิเนียมจึงกลายเป็นวัสดุที่ใช้กันทั่วไปสําหรับการเชื่อมลิ่ม

ปัจจุบัน วัสดุที่ใช้กันทั่วไปในการเชื่อมลิ่ม ได้แก่:

• ลวดยึดติดอลูมิเนียม

  ลวดยึดติดอลูมิเนียมให้การนําไฟฟ้าที่ดี คุณสมบัติทางกล และมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางลวดที่หลากหลายลวดนี้ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในการเชื่อมต่อแบบลิ่มเซมิคอนดักเตอร์กําลังเมื่อเทียบกับลวดโลหะละเอียดที่ใช้ในบรรจุภัณฑ์ IC ความแม่นยํา ลวดอลูมิเนียมเหมาะสมกว่าสําหรับอุปกรณ์พลังงานที่ต้องการความจุรับกระแสสูงกว่าการใช้งานทั่วไปครอบคลุมโมดูล IGBT, อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กําลัง และโมดูลอิเล็กทรอนิกส์ในยานยนต์

• ริบบิ้นยึดติดอลูมิเนียม

  ริบบิ้นเชื่อมอลูมิเนียมมีหน้าตัดสี่เหลี่ยมผืนผ้าเมื่อเทียบกับลวดเชื่อมแบบกลม มันให้พื้นที่เชื่อมต่อที่ใหญ่กว่า เหมาะสําหรับบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์กําลังไฟฟ้ากระแสสูงความสามารถในการเชื่อมต่อไฟฟ้าที่เสถียรทําให้ถูกใช้อย่างแพร่หลายในสาขาพลังงานใหม่และโมดูลกําลังสูงการใช้งานทั่วไปครอบคลุมโมดูลพลังงานรถยนต์ไฟฟ้า ระบบอินเวอร์เตอร์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พลังงานใหม่

ความแตกต่างหลักระหว่างการเชื่อมด้วยบอลและการเชื่อมแบบลิ่ม

ทั้งการเชื่อมแบบบอลและแบบลิ่มเป็นกระบวนการเชื่อมที่พบได้บ่อยในบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความแตกต่างในวิธีการเชื่อมต่อ โครงสร้างเครื่องมือ และวัสดุที่เกี่ยวข้อง จึงมักใช้กับผลิตภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ประเภทต่าง ๆ เป็นหลัก

การเชื่อมแบบบอลมักใช้สําหรับงานที่ต้องการการเชื่อมต่อความหนาแน่นสูงและการบรรจุแบบละเอียดวัสดุที่พบบ่อยได้แก่ ลวดเชื่อมทองและทองแดง ซึ่งส่วนใหญ่ใช้กับการบรรจุเซมิคอนดักเตอร์ความแม่นยํา เช่น IC และอุปกรณ์หน่วยความจํา

การเชื่อมแบบลิ่มเหมาะสําหรับงานอิเล็กทรอนิกส์กําลังที่ต้องการความจุกระแสสูงและพื้นที่เชื่อมต่อที่ใหญ่ขึ้นโดยทั่วไปจะใช้ลวดอลูมิเนียมหรือริบบิ้นอลูมิเนียม และถูกนําไปใช้กับ IGBT โมดูลพลังงาน และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พลังงานใหม่

วิธีเลือกวิธีการยึดติดที่เหมาะสมตามการใช้งาน

ในบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ การเลือกวิธีการยึดติดขึ้นอยู่กับชนิดของชิป โครงสร้างบรรจุภัณฑ์ และความต้องการด้านประสิทธิภาพทางไฟฟ้าการใช้งานที่แตกต่างกันสอดคล้องกับกระบวนการยึดติดและระบบวัสดุที่แตกต่างกัน

ตารางต่อไปนี้ช่วยให้ลูกค้าเข้าใจความสัมพันธ์ที่ตรงกันระหว่างการใช้งานทั่วไปกับวัสดุยึดติดได้อย่างรวดเร็ว

คําถามที่พบบ่อย

ความแตกต่างระหว่างการบอนดิ้งบอลกับการบอนดิ้งแบบลิ่มคืออะไร?

ความแตกต่างหลักระหว่างการเชื่อมด้วยบอลและการเชื่อมแบบลิ่มอยู่ที่วิธีการเชื่อมต่อ เครื่องมือที่ใช้ และวัสดุที่ใช้

การเชื่อมด้วยบอลช่วยเสริมการเชื่อมต่อโดยการสร้างลูกบอลโลหะโดยทั่วไปจะใช้ลวดเชื่อมทองหรือทองแดง และใช้หลักสําหรับบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ความหนาแน่นสูง เช่น IC และอุปกรณ์หน่วยความจํา

การเชื่อมแบบลิ่มสร้างการเชื่อมต่อโดยใช้เครื่องมือรูปลิ่มและพลังงานอัลตราโซนิกโดยทั่วไปจะใช้ลวดอลูมิเนียมหรือริบบิ้นอลูมิเนียม และใช้ในเซมิคอนดักเตอร์กําลังและบรรจุภัณฑ์กระแสสูง

วิธีการยึดติดแบบใดที่ใช้สําหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กําลัง?

อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กําลังมักใช้เทคนิค การเชื่อมแบบลิ่ม

เนื่องจากอุปกรณ์จ่ายไฟต้องรองรับกระแสไฟฟ้าสูงและทํางานในสภาพแวดล้อมที่มีการหมุนเวียนความร้อนระยะยาว จึงมักใช้ลวดอลูมิเนียมบอนด์ดิ้งและอลูมิเนียมบอนด์ดิ้งริบบิ้นสําหรับการเชื่อมต่อแบบลิ่ม

การใช้งานทั่วไป ได้แก่:

โมดูล IGBT

โมดูลพลังงาน

ระบบอิเล็กทรอนิกส์ของรถยนต์ไฟฟ้า

ลวดอลูมิเนียมบอนด์ดิ้งเหมาะสําหรับการบอนด์บอลหรือไม่?

ในสถานการณ์ปกติ ลวดอลูมิเนียมสําหรับการเชื่อมต่อส่วนใหญ่จะใช้สําหรับงาน การเชื่อมแบบลิ่ม มากกว่าการ การเชื่อมลูกบอล

เนื่องจากสายอลูมิเนียมมักใช้ในบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์กําลังที่ต้องการเส้นผ่านศูนย์กลางสายไฟขนาดใหญ่และความสามารถในการรับกระแสสูง ขณะที่การบอนดิ้งบอลจะใช้หลักสําหรับบรรจุภัณฑ์ IC ที่มีความหนาแน่นสูง และความละเอียดสูง มักใช้ลวดทองหรือทองแดง

ปัจจัยใดบ้างที่ควรพิจารณาเมื่อเลือกวัสดุยึดติด?

เมื่อเลือกวัสดุยึดติดเซมิคอนดักเตอร์ โดยเฉพาะเมื่อเปรียบเทียบ ลวดเชื่อมทอง เงิน ทองแดง และอลูมิเนียม คุณต้องพิจารณาอย่างรอบคอบ:

• ประเภทการใช้งาน
• วิธีการยึดติด
• เส้นผ่านศูนย์กลางลวด / ขนาดริบบิ้น
• คุณสมบัติทางกล
• ข้อกําหนดทางไฟฟ้า

โครงสร้างบรรจุภัณฑ์และสภาพแวดล้อมการใช้งานที่แตกต่างกันมีความต้องการวัสดุยึดติดที่แตกต่างกัน ซึ่งต้องปรับให้เหมาะสมกับความต้องการเฉพาะ

การเลือกวัสดุยึดติดที่เหมาะสมสําหรับบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์

ในบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ วัสดุยึดติดที่เหมาะสมต้องถูกเลือกตามข้อกําหนดการใช้งาน โครงสร้างบรรจุภัณฑ์ และกระบวนการยึดติด

• การบอนดิ้งแบบบอลถูกใช้เป็นหลักสําหรับบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีความหนาแน่นสูงและความละเอียดสูง โดยมักใช้ลวดทองเชื่อมและลวดทองแดง
• การเชื่อมลิ่มถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาเซมิคอนดักเตอร์กําลัง โดยมักใช้ลวดอลูมิเนียมและริบบิ้นอลูมิเนียม

การเลือกวัสดุยึดติดต้องใช้การตัดสินใจอย่างรอบคอบ โดยผสมผสานรูปแบบบรรจุภัณฑ์ ความต้องการปัจจุบัน ขนาด และสภาพแวดล้อมการใช้งาน

ด้วยการเข้าใจความสัมพันธ์ที่ตรงกันระหว่างวิธีการยึดติดและวัสดุต่าง ๆ ลูกค้าจะสามารถเลือกโซลูชันวัสดุยึดติดที่เหมาะสมกับความต้องการในงานเซมิคอนดักเตอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น