سیم نیمه هادی و باندرهای گوه ای
به روز رسانی شده در ۱۴۰۳/۴/۱۹ زمان مطالعه 10 دقیقه
اطلاعات سیم نیمه هادی و باندرهای گوه ای
نمایش تمام سازندگان سیم نیمه هادی و باندرهای گوه ای
برای میلیاردها مدار مجتمع (IC) که هر سال تولید می شود، سیم نیمه هادی و اتصالات گوه ای برای اتصال الکتریکی آی سی ها به حامل های تراشه آنها حیاتی هستند. سیم نیمه هادی و باندرهای گوه ای برای اتصال سیم های بسیار کوچک به پدهای ریز آی سی ها با دقت بالا استفاده می شود. سرعت و دقت اتصالات گوه ای همراه با پیشرفت در مواد سیم نیمه هادی به رشد صنعت کمک کرده و در عین حال قابلیت اطمینان قطعات نیمه هادی را افزایش داده است.
تئوری عملیات
سیم نیمه هادی و باندرهای گوه ای ابزارهای ضروری هستند که در صنعت میکروالکترونیک برای اتصال آی سی ها یا سایر دستگاه های نیمه هادی به بسته بندی یا بستر آنها استفاده می شود. آنها اتصالات الکتریکی را از طریق فرآیند اتصال سیم ایجاد می کنند، که شامل اتصال یک سیم فلزی نازک بین دو نقطه تماس است، معمولاً با استفاده از تکنیک های اولتراسونیک، ترموسونیک یا ترموتراکشن.
سیم باندر
اتصالات سیمی برای ایجاد اتصالات با استفاده از یک سیم فلزی نازک که اغلب از طلا، آلومینیوم یا مس ساخته می شود، طراحی شده اند. رایج ترین تکنیک های اتصال سیم، باندینگ توپی و پیوند گوه ای است.
در پیوند توپ، انرژی و حرارت اولتراسونیک برای ایجاد پیوند توپی شکل بین سیم و اولین نقطه پیوند (معمولا IC) استفاده می شود. سپس سیم به نقطه اتصال دوم (معمولاً بستر یا بسته) کشیده می شود و پیوند اولتراسونیک دیگری تشکیل می شود. سپس سیم بریده می شود و این روند برای سایر اتصالات تکرار می شود.
برای اتصال گوه ای، سیم بین دو ابزار گوه ای شکل بسته می شود و انرژی اولتراسونیک برای ایجاد پیوند بین سیم و نقاط اتصال اعمال می شود. سپس سیم کشیده شده و به نقطه اتصال دوم متصل می شود. پیوند گوه ای اغلب برای سیم های آلومینیومی یا سایر موادی که به راحتی توپ را تشکیل نمی دهند استفاده می شود.
گوه باندرز
باندهای گوه ای نوع خاصی از اتصالات سیمی هستند که از تکنیک پیوند گوه ای استفاده می کنند. اجزای اصلی یک باند گوه عبارتند از:
سر باندینگ
گیره سیم
مبدل اولتراسونیک
مرحله پیوند
سر باندینگ ابزار گوه و گیره سیم را نگه می دارد و در الگوهای دقیق حرکت می کند تا اتصالات ایجاد شود. گیره سیم، سیم را در طول فرآیند اتصال نگه می دارد. انرژی اولتراسونیک که در طول فرآیند اتصال به سیم اعمال می شود توسط مبدل اولتراسونیک تولید می شود. در نهایت مرحله باندینگ دستگاه نیمه هادی و بستر را در حین اتصال در جای خود نگه می دارد.
عملیات باندر گوه ای نسبتاً ساده است اما بسیار سریع با تکرارپذیری و دقت بالا اتفاق می افتد. سر باندینگ سیم را برمی دارد و روی اولین نقطه اتصال قرار می دهد. مبدل اولتراسونیک انرژی را به ابزار گوه اعمال می‌کند و یک پیوند بین سیم و نقطه اتصال ایجاد می‌کند. سر باندینگ به نقطه اتصال دوم حرکت می کند و روند را تکرار می کند. سیم بریده می شود و سر اتصال به اتصال بعدی حرکت می کند.
پیوندهای گوه ای از سیم نیمه هادی برای ایجاد اتصالات الکتریکی قوی و پایدار در نیمه هادی ها استفاده می کنند. دقت و تکرارپذیری بالای آنها به دلیل تعداد نیمه هادی های تولید شده بسیار مهم است.
مشخصات فنی
مشخصات سیم نیمه هادی و اتصالات گوه ای بسیار مهم است. استفاده از سیم نیمه هادی اشتباه یا باند گوه ای می تواند منجر به عملکرد ضعیف یا قابلیت اطمینان نیمه هادی در طول زمان شود. برخی از مهمترین مشخصاتی که باید از آنها آگاه بود عبارتند از:
مواد و قطر سیم اتصال
باندرهای سیمی می توانند با مواد سیمی مختلفی مانند طلا، آلومینیوم و مس کار کنند. این مواد سیمی در سطوح مختلف خلوص وجود دارند و می‌توانند عناصر یا ترکیبات دیگری را با هم مخلوط کنند. سیم همچنین دارای اندازه های مختلف قرقره است، بنابراین مهم است که اندازه قرقره ای را انتخاب کنید که باندر گوه بتواند آن را بپذیرد.
نیروی پیوند
این نیروی اعمال شده در طول فرآیند پیوند است که معمولاً در گرم (گرم) اندازه گیری می شود. نیروی اتصال مناسب به مواد سیم، قطر و تکنیک اتصال مورد استفاده بستگی دارد. باندهای گوه ای امکان تنظیم نیرو را فراهم می کنند، اما دانستن محدوده نیروهای موجود خوب است.
قدرت اولتراسونیک
قدرت مبدل اولتراسونیک یک مشخصات مهم است که معمولاً با وات (W) اندازه گیری می شود. قدرت بالاتر می تواند منجر به اتصالات قوی تر و قابل اعتمادتر شود، اما انتخاب توان مناسب برای مواد سیم خاص و تکنیک اتصال مهم است.
سرعت اتصال
سرعت اتصال که معمولاً بر حسب پیوند در ثانیه (bps) یا پیوند در دقیقه (bpm) اندازه گیری می شود، نشان می دهد که ماشین با چه سرعتی می تواند اتصالات را ایجاد کند. سرعت اتصال سریعتر می تواند بهره وری را افزایش دهد، اما ممکن است برای اطمینان از کیفیت به اپراتورهای ماهر بیشتری نیز نیاز داشته باشد.
دقت اتصال
دقت اتصال که معمولاً بر حسب میکرومتر (µm) اندازه‌گیری می‌شود، دقت دستگاه را نشان می‌دهد که می‌تواند سیم را قرار داده و پیوند ایجاد کند. دقت بالاتر برای ایجاد اتصالات قابل اعتماد، به ویژه در دستگاه‌های متراکم یا در مقیاس کوچک ضروری است.
تکنیک های باندینگ
برخی از باندرها می‌توانند چندین تکنیک باندینگ، مانند باندینگ توپی و پیوند گوه‌ای را پشتیبانی کنند، در حالی که برخی دیگر به یک تکنیک خاص اختصاص داده شده‌اند.
اندازه و سازگاری بستر
باندر باید با اندازه و نوع زیرلایه ها یا بسته های مورد استفاده، مانند قاب های سربی، برد مدار چاپی (PCB) یا بسترهای سرامیکی سازگار باشد.
اتوماسیون و کنترل
باندهای سیم و گوه مدرن ممکن است ویژگی‌های خودکار مانند الگوهای اتصال قابل برنامه‌ریزی، سیستم‌های بینایی برای تراز و بازرسی و نرم‌افزار برای نظارت بر فرآیند و جمع‌آوری داده‌ها را ارائه دهند.
رد پا و ارگونومی
اندازه فیزیکی باندر و سازگاری آن با محیط تولید ملاحظات مهمی است. علاوه بر این، ارگونومی دستگاه را برای اپراتورها در نظر بگیرید، مانند سهولت استفاده، دسترسی، و ویژگی های ایمنی.
انواع
انواع مختلفی از سیم نیمه هادی و اتصالات گوه ای وجود دارد که هر کدام برای تکنیک ها و کاربردهای اتصال خاص طراحی شده اند. انواع اولیه باندورها عبارتند از:
توپ باندرز
باندهای توپی برای تکنیک باندینگ توپی طراحی شده اند که رایج ترین روش اتصال سیم است. آنها معمولاً از سیم های طلایی، مسی یا نقره ای استفاده می کنند و با استفاده از ترکیبی از گرما و انرژی مافوق صوت، یک پیوند توپی شکل در یک انتهای سیم ایجاد می کنند. باندهای توپ به دلیل سرعت بالا، قابلیت های گام خوب و قابلیت اطمینان باند قوی به طور گسترده در صنعت میکروالکترونیک استفاده می شوند.
گوه باندرز
باندهای گوه ای از تکنیک پیوند گوه ای استفاده می کنند که شامل بستن سیم بین دو ابزار گوه ای شکل و اعمال انرژی مافوق صوت برای تشکیل پیوند است. باندرهای گوه ای اغلب با سیم های آلومینیومی و همچنین مواد دیگری که به راحتی توپ را تشکیل نمی دهند استفاده می شود. آنها می توانند پیوندهای قوی و قابل اعتماد ایجاد کنند و اغلب در برنامه هایی استفاده می شوند که نیاز به پیوند پایین تر دارند، مانند دستگاه های برق یا برنامه های کاربردی با فرکانس بالا.
باندهای سیم سنگین
اتصالات سیمی سنگین برای اتصال سیم های با قطر بزرگتر، معمولاً در محدوده 100 میکرومتر تا 500 میکرومتر طراحی شده اند. آنها برای کاربردهای پرقدرت و جریان بالا، مانند لوازم الکترونیکی خودرو یا ماژول‌های قدرت استفاده می‌شوند. باندهای سیمی سنگین بسته به مواد سیم و الزامات کاربرد ممکن است از تکنیک‌های باندینگ توپی یا پیوند گوهی استفاده کنند.
روبان باندرز
باندهای نواری برای چسباندن سیم‌های مسطح و روبان‌شکل استفاده می‌شوند که می‌تواند مزایایی در عملکرد حرارتی و ظرفیت حمل جریان در مقایسه با سیم‌های گرد داشته باشد. باندهای روبانی معمولاً از تکنیک پیوند گوه ای استفاده می کنند و اغلب در کاربردهای پرقدرت و دمای بالا مانند الکترونیک قدرت یا دستگاه های الکترونیک نوری استفاده می شوند.
باندهای ریز
این باندرها برای کاربردهایی با گام‌های باند بسیار کوچک، معمولاً کمتر از 50 میکرومتر طراحی شده‌اند. باندهای ریز ممکن است از تکنیک‌های پیوند توپی یا گوه‌ای استفاده کنند، بسته به نیازهای کاربردی، و اغلب در میکروالکترونیک‌های پیشرفته یا بسته‌بندی با چگالی بالا استفاده می‌شوند.
امکانات
سیم های نیمه هادی و باندرهای گوه ای دارای ویژگی های مختلفی هستند تا عملکرد، قابلیت اطمینان و سهولت استفاده را افزایش دهند. این ویژگی ها می تواند بسته به سازنده و مدل خاص متفاوت باشد، اما برخی از ویژگی های رایج عبارتند از:
الگوهای اتصال قابل برنامه ریزی
باندهای مدرن اغلب شامل نرم افزارهایی هستند که به شما امکان می دهد الگوهای پیوند سفارشی را برنامه ریزی و ذخیره کنید. الگوهای پیوند بهینه می تواند به ساده سازی فرآیند پیوند و بهبود بهره وری و کیفیت کمک کند.
سیستم های ویژن
بسیاری از باندرها از سیستم های بینایی برای کمک به هم ترازی، بازرسی و نظارت بر فرآیند استفاده می کنند. این سیستم ها می توانند به اطمینان از قرارگیری مناسب باندها و شناسایی هر گونه نقص یا مشکل در فرآیند اتصال کمک کنند.
کنترل حرکت چند محوره
باندهای پیشرفته معمولاً دارای سیستم های کنترل حرکت چند محوره دقیقی هستند که امکان قرارگیری دقیق سر و سیم باندینگ را در طول فرآیند اتصال فراهم می کند.
سیم خودکار
عبور سیم نیمه هادی با قطر کوچک از طریق ابزار گوه می تواند بسیار دشوار باشد. این ویژگی باندر را قادر می سازد تا سیم را به طور خودکار از طریق ابزار مویرگی یا گوه عبور دهد، که می تواند باعث صرفه جویی در زمان و کاهش احتمال خطای اپراتور شود.
نیروی اتصال قابل تنظیم و قدرت اولتراسونیک
بسیاری از باندرها به کاربران این امکان را می دهند که نیروی اتصال و قدرت اولتراسونیک را برای بهینه سازی فرآیند اتصال برای مواد، قطرها و تکنیک های مختلف سیم تنظیم کنند. برخی از باندها به اپراتور اجازه می دهند تا پارامترهای پیوند اولیه و پیوند دوم را به طور مستقل کنترل کند.
رابط صفحه نمایش لمسی
یک رابط کاربر پسند صفحه لمسی می‌تواند تعامل اپراتورها با باندر، تنظیمات ورودی و نظارت بر فرآیند اتصال را آسان‌تر کند.
نظارت بر فرآیند و جمع آوری داده ها
برخی از باندها شامل قابلیت‌های نظارت داخلی و جمع‌آوری داده‌ها هستند که می‌تواند به کاربران کمک کند پارامترهای کلیدی فرآیند را ردیابی کنند، عملکرد باندر را تحلیل کنند و بهبودهای فرآیند را پیاده‌سازی کنند.
بستن و برش سیم اتوماتیک
بسیاری از باندرها دارای مکانیزم های گیره و برش سیم اتوماتیک هستند که می تواند به اطمینان از طول سیم ثابت و برش تمیز کمک کند و کیفیت کلی و قابلیت اطمینان پیوندها را بهبود بخشد.
مرحله کار گرم
برخی از باندها شامل یک مرحله کار گرم می شوند که می تواند به بهبود کیفیت و قابلیت اطمینان پیوند کمک کند، به خصوص هنگام کار با مواد حساس به دما یا فرآیندهایی مانند پیوند حرارتی یا ترموتراکشن.
سازگاری با مواد و قطرهای مختلف سیم
چسب های پیشرفته ممکن است برای کار با انواع مواد سیمی (مانند طلا، آلومینیوم یا مس) و قطر طراحی شوند که انعطاف پذیری را در کاربردهای اتصال ارائه می دهند. سیم نیمه هادی همچنین در اندازه های مختلف قرقره وجود دارد، بنابراین مهم است که بدانید دستگاه می تواند چه اندازه هایی را بپذیرد.
ساخت
فرآیند تولید باندرهای گوه شامل مراحل مختلفی از جمله طراحی، انتخاب اجزا، مونتاژ، آزمایش و کنترل کیفیت است. در حالی که فرآیندهای خاص ممکن است در بین تولید کنندگان و مدل ها متفاوت باشد، رویکرد کلی را می توان به صورت زیر خلاصه کرد:
پس از نهایی شدن طراحی، سازنده قطعات مناسب را برای باندر انتخاب می کند. این قطعات می‌توانند شامل موتورها و محرک‌ها برای حرکت دقیق، مبدل‌های اولتراسونیک، حسگرها، دوربین‌های سیستم‌های بینایی و سیستم‌های کنترل برای مدیریت فرآیند پیوند باشند. سازنده ممکن است این قطعات را از تامین کنندگان خارجی تهیه کند یا آنها را در داخل تولید کند.
سپس اجزای باندر برای ایجاد ماشین نهایی مونتاژ می شوند. این می تواند شامل مونتاژ ساختار مکانیکی، نصب موتورها و محرک ها، اتصال الکترونیک و سیستم های کنترل و یکپارچه سازی نرم افزار باشد. مونتاژ به تکنسین های ماهر و اقدامات کنترل کیفیت دقیق نیاز دارد تا از عملکرد مناسب و قابلیت اطمینان باندر اطمینان حاصل شود.
پس از مونتاژ، باندر تحت آزمایش و کالیبراسیون قرار می گیرد تا اطمینان حاصل شود که معیارهای عملکرد مشخص شده را برآورده می کند. این می تواند شامل تست هایی برای دقت، نیروی پیوند، قدرت اولتراسونیک و سرعت اتصال باشد. باندر همچنین ممکن است با مواد سیمی مختلف و تکنیک‌های اتصال آزمایش شود تا از سازگاری و عملکرد آن در کاربردهای مختلف اطمینان حاصل شود.
در طول فرآیند تولید، اقدامات کنترل کیفیت دقیق برای اطمینان از قابلیت اطمینان و عملکرد باند انجام می شود. این می تواند شامل بازرسی اجزای ورودی، نظارت بر روند مونتاژ و انجام بازرسی های نهایی ماشین تکمیل شده باشد. اقدامات کنترل کیفیت کمک می کند تا عیوب به حداقل برسد و اطمینان حاصل شود که باندر مطابق انتظار در میدان عمل می کند.
فرآیند تولید باندهای گوه ای به ترکیبی از مهندسی ماهر، مونتاژ دقیق و اقدامات کنترل کیفیت دقیق نیاز دارد تا نیازهای این ماشین های دقیق را برآورده کند. با پیروی از این مراحل، تولیدکنندگان می توانند باندرهایی تولید کنند که نیازهای صنعت میکروالکترونیک را برآورده کند و اتصالات قابل اعتماد و با کیفیت بالا را برای طیف گسترده ای از دستگاه های نیمه هادی فراهم کند.
برنامه های کاربردی
سیم نیمه هادی و پیوندهای گوه ای با ایجاد اتصالات الکتریکی بین مدارهای مجتمع، دستگاه های نیمه هادی و بسته بندی یا بستر آنها، نقش مهمی در صنعت میکروالکترونیک دارند. کاربردهای اتصالات سیمی و گوه ای گسترده است و در صنایع مختلف متکی به دستگاه های الکترونیکی است. برخی از برنامه های کاربردی کلیدی عبارتند از:
لوازم الکترونیکی مصرفی
الکترونیک خودرو
الکترونیک قدرت
مخابرات
تجهیزات پزشکی
دستگاه های IoT (اینترنت اشیا).
MEMS (سیستم های میکروالکترومکانیکی)
اتصالات سیم و گوه برای ایجاد اتصالات در دستگاه های الکترونیکی مختلف مصرفی مانند تلفن های هوشمند، تبلت ها، لپ تاپ ها و دستگاه های پوشیدنی استفاده می شود. این دستگاه‌ها اغلب به اتصالات با چگالی بالا و گام‌های ریز نیاز دارند تا فاکتورهای فرم فشرده و عملکرد پیشرفته خود را تطبیق دهند.
وسایل نقلیه مدرن به سیستم های الکترونیکی متعددی برای کنترل موتور، ایمنی، اطلاعات سرگرمی و غیره مجهز هستند. باندهای سیم و گوه برای ایجاد اتصالات در قطعات الکترونیکی خودرو، مانند واحدهای کنترل موتور (ECU)، ماژول‌های کنترل کیسه هوا و سیستم‌های پیشرفته کمک راننده (ADAS) استفاده می‌شوند.
اتصالات سیم و گوه در تولید دستگاه های قدرت مانند ماژول های قدرت، اینورترها، مبدل ها و منابع تغذیه ضروری هستند. این دستگاه ها اغلب به سیم یا روبان چسباندن سنگین نیاز دارند تا نیازهای جریان و حرارت بالا را برطرف کنند.
صنعت ارتباطات از راه دور برای تولید دستگاه‌های RF (فرکانس رادیویی) و مایکروویو، از جمله تقویت‌کننده‌ها، فیلترها و آنتن‌ها به اتصالات سیم و گوه متکی است. این دستگاه ها به دلیل الزامات عملکرد فرکانس بالا، اغلب نیاز به اتصال گوه ای دارند.
باندرهای سیم و گوه در تولید وسایل پزشکی مختلف مانند ضربان ساز قلب قابل کاشت، سمعک و تجهیزات تصویربرداری پزشکی استفاده می شوند. این برنامه ها اغلب به اتصالات با قابلیت اطمینان بالا و مواد زیست سازگار نیاز دارند.
اتصالات سیم و گوه برای ساخت دستگاه‌های اینترنت اشیا که به اتصالات فشرده، کم مصرف و با چگالی بالا نیاز دارند، بسیار مهم هستند. به عنوان مثال می توان به سنسورهای هوشمند، سیستم های اتوماسیون خانگی و سیستم های کنترل صنعتی اشاره کرد.
اتصالات سیم و گوه در ساخت دستگاه های MEMS که اجزای مکانیکی و الکتریکی را در مقیاس میکروسکوپی ترکیب می کنند، نقش دارند. نمونه‌هایی از دستگاه‌های MEMS شامل شتاب‌سنج، ژیروسکوپ و سنسور فشار است.
اینها تنها چند نمونه از کاربردهای فراوان سیم نیمه هادی و اتصالات گوه ای هستند. تقاضا برای اتصالات الکتریکی قابل اعتماد و باکیفیت در صنایع مختلف، نیاز به فناوری های پیشرفته اتصال سیم و گوه را افزایش می دهد.
استانداردها
استانداردها و دستورالعمل های مختلف صنعتی برای سیم نیمه هادی و اتصالات گوه ای اعمال می شود تا از کیفیت، قابلیت اطمینان و ثبات در فرآیند اتصال اطمینان حاصل شود. برخی از استانداردها و سازمان های کلیدی درگیر در تدوین این دستورالعمل ها عبارتند از:
JEDEC (شورای مشترک مهندسی دستگاه های الکترونیکی)
JEDEC یک سازمان پیشرو است که استانداردها و دستورالعمل هایی را برای صنعت میکروالکترونیک توسعه می دهد. آنها چندین استاندارد مرتبط با اتصال سیم دارند، مانند JESD22-B116 (آزمایش برشی پیوند سیم) و JESD22-B113 (تست کشش باند توپ)، که روش های آزمایشی را برای ارزیابی استحکام و قابلیت اطمینان اتصالات سیم تعریف می کند.
SEMI (تجهیزات و مواد نیمه هادی بین المللی)
SEMI یک انجمن صنعتی جهانی است که تجهیزات نیمه هادی، مواد و بخش های تولید را نمایندگی می کند. آنها استانداردها و دستورالعمل های مختلفی را توسعه می دهند که در مورد تجهیزات تولید نیمه هادی، از جمله اتصالات سیم و گوه اعمال می شود. برخی از استانداردهای مربوطه عبارتند از SEMI E10 (مشخصات برای تعریف و اندازه گیری قابلیت اطمینان، در دسترس بودن و نگهداری تجهیزات) و SEMI E89 (راهنمای تجزیه و تحلیل سیستم اندازه گیری).
IPC (انجمن صنایع الکترونیک اتصال دهنده)
IPC یک سازمان بین المللی است که استانداردها و دستورالعمل هایی را برای صنایع مونتاژ و تولید الکترونیک تهیه می کند. آنها چندین استاندارد مرتبط با اتصال سیم دارند، مانند IPC-A-610 (Acceptability of Electronic Assemblis) که شامل معیارهایی برای ارزیابی کیفیت و قابلیت اطمینان پیوندهای سیم در مجموعه های الکترونیکی است.
ASTM بین المللی (انجمن آمریکایی برای آزمایش و مواد)
ASTM یک سازمان جهانی است که استانداردهای فنی را برای مواد، محصولات و خدمات مختلف توسعه و منتشر می کند. آنها چندین استاندارد مرتبط با اتصال سیم دارند، مانند ASTM F458 (روش استاندارد تست مقاومت حرارتی اتصالات سیم) و ASTM F459 (روش تست استاندارد برای اندازه گیری مقاومت کششی اتصالات سیم).
این استانداردها و سازمان ها نقش مهمی در تضمین کیفیت، قابلیت اطمینان و سازگاری فرآیندهای اتصال سیم و گوه در صنعت نیمه هادی دارند. تولیدکنندگان اتصالات سیم و گوه باید به این استانداردها و دستورالعمل‌ها پایبند باشند تا نیازهای صنعت را برآورده کنند و تجهیزات قابل اعتماد و باکیفیت را برای مشتریان خود فراهم کنند.
منبع