तार का जोड़

वायर बॉन्डिंग एक एकीकृत परिपथ (आईसी) या अन्य अर्धचालक उपकरण और अर्धचालक उपकरण निर्माण के दौरान इसकी पैकेजिंग के बीच अंतःसंबंध बनाने की विधि है। हालांकि कम साधारण, वायर बॉन्डिंग का उपयोग आईसी (IC) को अन्य इलेक्ट्रॉनिक्स से जोड़ने या मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी) से दूसरे में जोड़ने के लिए किया जा सकता है। वायर बॉन्डिंग को प्रायः सबसे अधिक लागत प्रभावी और लचीली अन्तर्संबद्ध तकनीक माना जाता है और इसका उपयोग अधिकांश अर्धचालक पैकेजों को इकट्ठा करने के लिए किया जाता है। वायर बॉन्डिंग का उपयोग 100 गीगाहर्ट्ज़ से अधिक आवृत्तियों पर किया जा सकता है।

पदार्थ
बॉन्डवायर्स प्रायः निम्नलिखित पदार्थों में से एक होते हैं-
 * एल्युमिनियम
 * ताँबा
 * चाँदी
 * सोना

तार का व्यास 10 माइक्रोन से प्रारम्भ होता है और उच्च शक्ति वाले अनुप्रयोगों के लिए कई सौ माइक्रोमीटर तक हो सकता है।

वायर बॉन्डिंग उद्योग सोने से तांबे में परिवर्तित हो रहा है। यह परिवर्तन सोने की बढ़ती कीमत और तुलनात्मक रूप से स्थिर, और बहुत कम, तांबे की कीमत से प्रारम्भ हुआ है। सोने की तुलना में उच्च तापीय और विद्युत चालकता होने के बावजूद, तांबे को पहले इसकी कठोरता और संक्षारण की संवेदनशीलता के कारण कम विश्वसनीय माना जाता था। 2015 तक, यह आशा की जाती है कि उपयोग में आने वाली सभी वायर बॉन्डिंग मशीनों में से एक तिहाई से अधिक तांबे के लिए स्थापित की जाएंगी।

कई अर्धचालक और माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों में वायर बॉन्डिंग अन्तर्संबद्ध के लिए कॉपर वायर पसंदीदा पदार्थों में से एक बन गया है। कॉपर का उपयोग 10 माइक्रोमीटर (0.00039 इंच) से लेकर 75 माइक्रोमीटर (0.003 इंच) तक के आकार में सूक्ष्म वायर बॉल बॉन्डिंग के लिए किया जाता है। तांबे के तार में उच्च पदार्थ लागत के बिना सोने के समान प्रदर्शन प्रदान करने वाले छोटे व्यास में उपयोग करने की क्षमता होती है।

500 माइक्रोमीटर (0.02 इंच) तक के तांबे के तार को सफलतापूर्वक वेज बॉन्डिंग जा सकता है। बड़े व्यास तांबे के तार एल्यूमीनियम तार को बदल सकते हैं और जहां उच्च विद्युत वहन क्षमता की आवश्यकता होती है या जहां जटिल ज्यामिति के साथ समस्याएं होती हैं। निर्माताओं द्वारा उपयोग किए जाने वाले तापानुशीतलन और प्रक्रिया चरण बड़े व्यास वाले तांबे के तार का उपयोग करने की क्षमता को बढ़ाते हैं ताकि मरने से होने वाली क्षति के बिना सिलिकॉन को वेज बॉन्ड किया जा सके।

कॉपर वायर कुछ चुनौतियों का सामना करता है, क्योंकि यह सोने और एल्यूमीनियम दोनों की तुलना में ठोस है, इसलिए बॉन्डिंग मापदंडों को सख्त नियंत्रण में रखना चाहिए। इस सामग्री के साथ ऑक्साइड का निर्माण निहित है, इसलिए भंडारण और जीवनावधि ऐसे मुद्दे हैं जिन पर विचार किया जाना चाहिए। तांबे के तार की सुरक्षा के लिए और लंबी जीवनावधि प्राप्त करने के लिए विशेष पैकेजिंग की आवश्यकता होती है। पैलेडियम लेपित तांबे का तार एक सामान्य विकल्प है जिसने जंग के लिए महत्वपूर्ण प्रतिरोध दिखाया है, यद्यपि शुद्ध तांबे की तुलना में अधिक कठोरता और अधिक कीमत, हालांकि अभी भी सोने से कम है। वायर बांड के निर्माण के दौरान, तांबे के तार, साथ ही इसकी विद्युत लेपित प्रकारों को जंग को रोकने के लिए गैस [95% नाइट्रोजन और 5% हाइड्रोजन] या एक समान अनॉक्सी गैस की उपस्थिति में काम करना चाहिए। तांबे की आपेक्षिक कठोरता से निपटने का एक तरीका उच्च शुद्धता [5N+] प्रकारों का उपयोग है।

स्वचालित अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने पर दीर्घकालिक जंग प्रभाव (Cu2Si) और अन्य स्थिरता विषयों ने गुणवत्ता की आवश्यकताओं में वृद्धि की

बेरिलियम और अन्य तत्वों की नियंत्रित मात्रा के साथ डोप किए गए शुद्ध सोने के तार का उपयोग सामान्य रूप से बॉल बॉन्डिंग के लिए किया जाता है। यह प्रक्रिया दो पदार्थों को एक साथ लाती है जिन्हें थर्मोसोनिक बॉन्डिंग के रूप में संदर्भित ऊष्मा, दाब और अल्ट्रासोनिक ऊर्जा का उपयोग करके जोड़ा जाना है। थर्मोसोनिक बॉन्डिंग में सबसे सामान्य दृष्टिकोण चिप को बॉल-बॉन्ड करना है, फिर अवस्तर को स्टिच-बॉन्ड करना है। प्रसंस्करण के दौरान बहुत कड़े नियंत्रण लूपिंग विशेषताओं को बढ़ाते हैं और शिथिलता को समाप्त करते हैं।

संयोजन आकार, बंधन शक्ति और चालकता आवश्यकताएं प्रायः एक विशिष्ट वायर बॉन्डिंग अनुप्रयोग के लिए सबसे उपयुक्त तार आकार निर्धारित करती हैं। विशिष्ट निर्माता 8 माइक्रोमीटर (0.00031 इंच) और बड़े व्यास में सोने के तार बनाते हैं। सोने के तार व्यास पर उत्पादन सहनशीलता +/- 3% है।

मिश्र धातु एल्यूमीनियम तारों को प्रायः उच्च-विद्युत उपकरणों को छोड़कर शुद्ध एल्यूमीनियम तार के लिए पसंद किया जाता है क्योंकि तैयार उपकरणों में अधिक कर्षण आसानी से सूक्ष्म आकार और उच्च आकर्षन-परीक्षण क्षमता होती है। शुद्ध एल्यूमीनियम और 0.5% मैग्नीशियम-एल्यूमीनियम का उपयोग प्रायः 100 माइक्रोमीटर (0.0039 इंच) से बड़े आकार में किया जाता है।

अर्धचालक निर्माण में सभी-एल्युमीनियम प्रणालियां "बैंगनी प्लेग" (भंगुर सोना-एल्यूमीनियम अंतराधात्विक यौगिक) को समाप्त करते हैं, जो कभी-कभी शुद्ध सोने के बंधन तार से जुड़े होते हैं। एल्यूमीनियम विशेष रूप से थर्मोसोनिक बॉन्डिंग के लिए उपयुक्त है।

यह सुनिश्चित करने के लिए कि उच्च उत्पादन गति पर उच्च गुणवत्ता वाले बंधन प्राप्त किए जा सकते हैं, 1% सिलिकॉन-एल्यूमीनियम तार के निर्माण में विशेष नियंत्रणों का उपयोग किया जाता है। इस प्रकार के उच्च ग्रेड बंधन तार की सबसे महत्वपूर्ण विशेषताओं में मिश्र धातु प्रणाली की समरूपता है। निर्माण प्रक्रिया के दौरान समरूपता पर विशेष ध्यान दिया जाता है। 1% सिलिकॉन-एल्यूमीनियम तार के तैयार लॉट की मिश्र धातु संरचना की सूक्ष्म जाँच नियमित रूप से की जाती है। प्रसंस्करण भी उन परिस्थितियों में किया जाता है जो सतह की सफाई और निर्बाध समाप्ति में अंतिम परिणाम देते हैं और पूरी तरह से कठिनाई-मुक्त डी-रीलिंग की अनुमति देते हैं।



संलग्नक तकनीक
वायर बॉन्डिंग के मुख्य वर्ग-
 * बॉल बॉन्डिंग
 * वेज बॉन्डिंग
 * अनुरूप बंधन

बॉल बॉन्डिंग प्रायः सोने और तांबे के तार तक ही सीमित होती है और प्रायः इसके लिए ऊष्मा की आवश्यकता होती है। वेज बॉन्डिंग के लिए केवल सोने के तार को गर्म करने की आवश्यकता होती है। पावर इलेक्ट्रॉनिक्स अनुप्रयोग के लिए वेज बॉन्डिंग बड़े व्यास के तारों या तार के रिबन का उपयोग कर सकती है। बॉल बॉन्डिंग छोटे व्यास के तारों तक सीमित है, जो अन्तर्संबद्ध अनुप्रयोग के लिए उपयुक्त है।

किसी भी प्रकार के वायर बॉन्डिंग में, वेल्ड बनाने के लिए नीचे की ओर दाब, अल्ट्रासोनिक ऊर्जा और कुछ स्थितियों में ऊष्मा के संयोजन का उपयोग करके तार को दोनों सिरों पर जोड़ा जाता है। धातु को नरम बनाने के लिए ऊष्मा का उपयोग किया जाता है। वायर बॉन्ड की विश्वसनीयता और ताकत को अधिकतम करने के लिए तापमान और अल्ट्रासोनिक ऊर्जा का सही संयोजन उपयोग किया जाता है। यदि ऊष्मा और अल्ट्रासोनिक ऊर्जा का उपयोग किया जाता है, तो प्रक्रिया को थर्मोसोनिक बॉन्डिंग कहा जाता है।

वेज बॉन्डिंग में, तार को पहले बंध के अनुसार एक सीधी रेखा में खींचा जाना चाहिए। उपकरण संरेखण के लिए आवश्यक समय के कारण यह प्रक्रिया को धीमा कर देता है। बॉल बॉन्डिंग, हालांकि, गेंद के आकार में अपना पहला बंध बनाता है, जिसमें शीर्ष पर तार चिपका होता है, जिसमें कोई दिशात्मक प्राथमिकता नहीं होती है। इस प्रकार, तार को किसी भी दिशा में खींचा जा सकता है, जिससे यह प्रक्रिया तेज हो जाती है।

अनुपालक बंधन एक अनुपालन या इंडेंटेबल एल्यूमीनियम टेप के माध्यम से ऊष्मा और दाब को प्रसारित करता है और इसलिए सोने के तारों और बीम चालक तारों को जोड़ने में लागू होता है जो सिलिकॉन एकीकृत परिपथ (बीम लीडेड एकीकृत परिपथ के रूप में जाना जाता है) के लिए वैद्युत अभिरूपित किया गया है।

निर्माण और विश्वसनीयता की चुनौतियां
जब वायर बॉन्ड निर्माण और विश्वसनीयता की बात आती है तो कई चुनौतियाँ होती हैं। ये चुनौतियाँ कई मापदंडों जैसे पदार्थ प्रणालियों, बंधन मापदंडों और पर्यावरण का उपयोग करने का कार्य करती हैं। अलग-अलग वायर बॉन्ड-बॉन्ड पैड धातु प्रणाली जैसे एल्युमिनियम-एल्युमिनियम (Al-Al), गोल्ड-एल्युमिनियम (Au-Al), और कॉपर-एल्युमीनियम (Cu-Al) को अलग-अलग निर्माण मापदंडों की आवश्यकता होती है और एक ही उपयोग के वातावरण में अलग-अलग व्यवहार करते हैं।

वायर बॉन्ड निर्माण
विभिन्न धातु प्रणालियों को चिह्नित करने, महत्वपूर्ण विनिर्माण मापदंडों की समीक्षा करने और वायर बॉन्डिंग में होने वाली विशिष्ट विश्वसनीयता समस्याओं की पहचान करने के लिए बहुत काम किया गया है। जब पदार्थ के चयन की बात आती है, तो अनुप्रयोग और पर्यावरण का उपयोग धातु प्रणाली को निर्देशित करेगा। निर्णय लेते समय प्रायः विद्युत गुणों, यांत्रिक गुणों और लागत को ध्यान में रखा जाता है। उदाहरण के लिए, अंतराल अनुप्रयोग के लिए एक उच्च विद्युत डिवाइस को वायुरुद्ध रूप से बंद किए गए सिरेमिक पैकेज में बड़े व्यास एल्यूमीनियम तार बंधन की आवश्यकता हो सकती है। यदि लागत एक बड़ी बाधा है, तो सोने के वायर बॉन्ड से बचना एक आवश्यकता हो सकती है। स्वचालित अनुप्रयोगों में कॉपर वायर बॉन्ड को देखने के लिए हाल ही में कुछ काम किया गया है। यह केवल एक छोटा सा नमूना है, क्योंकि विभिन्न अनुप्रयोगों में कौन सी पदार्थ प्रणाली सबसे अच्छा काम करती है, इसकी समीक्षा और परीक्षण करने का एक विशाल निकाय है।

निर्माण के परिप्रेक्ष्य से, बॉन्डिंग पैरामीटर बंधन बनाने और बंधन की गुणवत्ता में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। बंधन बल, अल्ट्रासोनिक ऊर्जा, तापमान और लूप ज्यामिति जैसे पैरामीटर, कुछ नाम रखने के लिए, बंधन की गुणवत्ता पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकते हैं। विभिन्न वायर बॉन्डिंग तकनीकें (थर्मोसोनिक बॉन्डिंग, अल्ट्रासोनिक बॉन्डिंग, तापसंपीडन बॉन्डिंग) और वायर बॉन्ड्स के प्रकार (बॉल बॉन्डिंग, वेज बॉन्डिंग) हैं जो निर्माण दोष और विश्वसनीयता के मुद्दों की संवेदनशीलता को प्रभावित करते हैं। सूक्ष्म पिच या जटिल अभिविन्यासों के लिए कुछ पदार्थ और तार व्यास अधिक व्यावहारिक होते हैं। बॉन्ड पैड भी एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है क्योंकि धात्वीकरण और रोधिका परत (ओ) स्टैकअप बॉन्ड के गठन को प्रभावित करेगा।

विशिष्ट विफलता मोड जो खराब बंधन गुणवत्ता और निर्माण दोषों के परिणामस्वरूप होते हैं- बॉल बॉन्ड नेक में भंजन, पिछला भाग अपघटन (वेज बॉन्ड), पैड उत्तोलक, पैड पील, अतिसंपीडन और अनुचित अंतराधात्विक निर्माण। निर्माण और गुणवत्ता के मुद्दों को बचाने के लिए तार बंधन अपकर्ष / अपरूपण परीक्षण, गैर-विनाशकारी परीक्षण और विनाशकारी भौतिक विश्लेषण (डीपीए) का संयोजन उपयोग किया जा सकता है।

वायर बॉन्ड विश्वसनीयता
जबकि वायरबॉन्ड निर्माण बॉन्ड की गुणवत्ता पर ध्यान केंद्रित करता है, यह प्रायः वायर बॉन्ड विश्वसनीयता से संबंधित क्षयन तंत्र के लिए जिम्मेदार नहीं होता है। इस स्थिति में, अनुप्रयोग की समझ और पर्यावरण का उपयोग विश्वसनीयता के मुद्दों को रोकने में सहायता कर सकता है। वातावरण के सामान्य उदाहरण जो वायर बॉन्ड विफलताओं का कारण बनते हैं, उनमें उच्च तापमान, आर्द्रता और तापमान चक्र सम्मिलित हैं।

उच्च तापमान के तहत, अत्यधिक अंतराधात्विक (आईएमसी) की वृद्धि भंजन के भंगुर बिंदु बना सकती है। विभिन्न धातु प्रणालियों के लिए अंतराधात्विक गठन और परिपक्वन की विशेषता के लिए बहुत काम किया गया है। यह धातु प्रणालियों में कोई समस्या नहीं है जहां वायर बॉन्डिंग और बंधन पैड Al-Al जैसे समान पदार्थ हैं। यह असमान धातु प्रणालियों में चिंता का विषय बन जाता है। सबसे प्रसिद्ध उदाहरणों में से एक बैंगनी प्लेग जैसे सोने-एल्यूमीनियम आईएमसी (IMCs) में गठित भंगुर अंतराधात्विक है। इसके अतिरिक्त, किर्केंडल वॉयडिंग और हॉर्स्टिंग वॉयडिंग जैसे विसरण संबंधी मुद्दे भी वायर बॉन्ड की विफलता का कारण बन सकते हैं।

ऊंचे तापमान और आर्द्रता वाले वातावरण में जंग एक चिंता का विषय हो सकता है। यह Au-Al धातु प्रणाली में सबसे सामान्य है और गैल्वेनिक जंग द्वारा संचालित होता है। क्लोरीन जैसे हैलाइड्स की उपस्थिति इस व्यवहार को गति दे सकती है। इस Au-Al जंग को प्रायः तापमान और आर्द्रता के लिए पेक का नियम के साथ वर्णित किया जाता है। यह अन्य धातु प्रणालियों के समान सामान्य नहीं है।

तापमान चक्रण के तहत, एपॉक्सी मोल्डिंग यौगिक (EMC), नेतृत्व फ्रेम, डाई, डाई आसंजक और वायर बॉन्ड के बीच बेमेल तापीय प्रसार (CTE) के गुणांक के परिणामस्वरूप वायर बॉन्ड में ऊष्मायांत्रिक तनाव उत्पन्न होता है। यह तार बंधन में अपरूपण या तन्य तनाव के कारण कम चक्र क्लान्ति का कारण बनता है। ऐसी परिस्थितियों में वायर बॉन्ड के क्लान्ति जीवन का अनुमान लगाने के लिए विभिन्न क्लान्ति मॉडल का उपयोग किया गया है।

वायर बॉन्ड की विश्वसनीयता बढ़ाने के लिए उपयोग पर्यावरण और धातु प्रणालियों की उचित समझ प्रायः सबसे महत्वपूर्ण कारक होता है।

परीक्षण
जबकि कुछ वायर बॉन्ड अपकर्ष और अपरूपण परीक्षण तकनीकें हैं,    ये विश्वसनीयता के स्थान पर विनिर्माण गुणवत्ता के लिए लागू होती हैं। वे प्रायः एकदिष्ट अतिप्रतिबल तकनीकें होती हैं, जहां चरम बल और भंजन स्थान महत्वपूर्ण आउटपुट होते हैं। इस स्थिति में हानि सुनम्यता का प्रभुत्व है, और कुछ क्षयन तंत्र को प्रतिबिंबित नहीं करता है जो पर्यावरणीय परिस्थितियों में देखा जा सकता है।

तार खींचने का परीक्षण तार के नीचे एक ऊपर की ओर बल लगाता है, प्रभावी रूप से इसे अवस्तर से दूर खींचता है या समाप्त हो जाता है। परीक्षण का उद्देश्य MIL-STD-883 2011.9 के रूप में इसका वर्णन करता है- "बॉन्ड क्षमता को मापने के लिए, बॉन्ड क्षमता वितरण का मूल्यांकन करें, या निर्दिष्ट बॉन्ड क्षमता आवश्यकताओं के अनुपालन का निर्धारण करें"। तार को नष्ट करने के लिए खींचा जा सकता है, लेकिन इसके गैर-विनाशकारी संस्करण भी हैं, जिससे यह परीक्षण किया जा सकता है कि क्या तार एक निश्चित बल का सामना कर सकता है। गैर-विनाशकारी परीक्षण विधियों का उपयोग प्रायः सुरक्षा के लिए महत्वपूर्ण, उच्च गुणवत्ता और उच्च लागत वाले उत्पादों के 100% परीक्षण के लिए किया जाता है, जो परीक्षण किए गए स्वीकार्य वायर्ड बॉन्ड को हानि से बचाते हैं।

तार अपकर्ष शब्द प्रायः बंधन परीक्षक पर अपकर्ष सेंसर पर लगे हुक के साथ तार को खींचने की क्रिया को संदर्भित करता है। हालांकि, कुछ विफलता मोड को बढ़ावा देने के लिए, तारों को काटा जा सकता है और फिर चिमटी द्वारा खींचा जा सकता है, बंधन परीक्षक पर अपकर्ष सेंसर पर भी लगाया जाता है। प्रायः 75 माइक्रोन व्यास (3 मील) तक के तारों को पतले तार के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। उस आकार से परे, हम मोटे तार परीक्षण के बारे में बात करते हैं।

यह भी देखें

 * बैंगनी प्लेग (अंतराधात्विक)
 * किर्केंडल प्रभाव
 * बॉल बॉन्डिंग
 * वेज बॉन्डिंग
 * थर्मोसोनिक बॉन्डिंग
 * सफल परीक्षण

संसाधन

 * Amkor कॉपर (Cu) वायरबॉन्डिंग
 * J-डिवाइसेस कॉपर (Cu) वायरबॉन्डिंग
 * Amkor Silver (Ag) Wirebonding

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