तार का जोड़
वायर बॉन्डिंग, निर्माण (अर्धचालक) के दौरान एक एकीकृत परिपथ (IC) या अन्य अर्धचालक उपकरण और इसकी एकीकृत सर्किट पैकेजिंग के बीच इंटरकनेक्शन बनाने की विधि है। हालांकि कम आम, वायर बॉन्डिंग का उपयोग एक आईसी को अन्य इलेक्ट्रॉनिक्स से जोड़ने या एक मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी) से दूसरे में जोड़ने के लिए किया जा सकता है। वायर बॉन्डिंग को आमतौर पर सबसे अधिक लागत प्रभावी और लचीली इंटरकनेक्ट तकनीक माना जाता है और इसका उपयोग सेमीकंडक्टर पैकेजों के विशाल बहुमत को इकट्ठा करने के लिए किया जाता है। वायर बॉन्डिंग का इस्तेमाल 100 GHz से ज़्यादा फ़्रीक्वेंसी पर किया जा सकता है।[1]
सामग्री
बॉन्डवायर्स में आमतौर पर निम्नलिखित सामग्रियों में से एक होता है:
वायर व्यास 10 माइक्रोन से कम से शुरू 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।[2][3][4] यह परिवर्तन सोने की बढ़ती कीमत और तुलनात्मक रूप से स्थिर, और बहुत कम, तांबे की कीमत से शुरू 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 उम्मीद की जाती है कि उपयोग में आने वाली सभी वायर बॉन्डिंग मशीनों में से एक तिहाई से अधिक तांबे के लिए स्थापित की जाएंगी।[5] कई अर्धचालक और माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों में वायर बॉन्डिंग इंटरकनेक्ट के लिए कॉपर वायर पसंदीदा सामग्रियों में से एक बन गया है। कॉपर का उपयोग आकार में फाइन वायर बॉल बॉन्डिंग के लिए किया जाता है 10 micrometers (0.00039 in) तक 75 micrometers (0.003 in).[6] तांबे के तार में उच्च सामग्री लागत के बिना सोने के समान प्रदर्शन प्रदान करने वाले छोटे व्यास में उपयोग करने की क्षमता होती है।
तांबे के तार तक 500 micrometers (0.02 in)[7] सफलतापूर्वक वेज बॉन्डिंग हो सकती है। बड़े व्यास तांबे के तार एल्यूमीनियम तार को बदल सकते हैं और जहां उच्च वर्तमान वहन क्षमता की आवश्यकता होती है या जहां जटिल ज्यामिति के साथ समस्याएं होती हैं। निर्माताओं द्वारा उपयोग किए जाने वाले एनीलिंग और प्रोसेस स्टेप्स बड़े व्यास वाले तांबे के तार का उपयोग करने की क्षमता को बढ़ाते हैं ताकि मरने से होने वाले नुकसान 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 कठिन है, इसलिए बंधन मापदंडों को कड़े नियंत्रण में रखा जाना चाहिए। इस सामग्री के साथ ऑक्साइड का निर्माण निहित है, इसलिए भंडारण और शेल्फ जीवन ऐसे मुद्दे हैं जिन पर विचार किया जाना चाहिए। तांबे के तार की सुरक्षा और लंबी शेल्फ लाइफ हासिल करने के लिए विशेष पैकेजिंग की आवश्यकता होती है। दुर्ग 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। तार बांड के निर्माण के दौरान, तांबे के तार, साथ ही इसकी चढ़ाया किस्मों को जंग को रोकने के लिए गैस बनाने [95% नाइट्रोजन और 5% हाइड्रोजन] या एक समान एनोक्सिक गैस की उपस्थिति में काम किया जाना चाहिए। तांबे की आपेक्षिक कठोरता से निपटने का एक तरीका उच्च शुद्धता [5N+] किस्मों का उपयोग है।[5]
ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने पर दीर्घकालिक जंग प्रभाव (Cu2Si) और अन्य स्थिरता विषयों ने गुणवत्ता की आवश्यकताओं को बढ़ा दिया [8]
फीरोज़ा और अन्य तत्वों की नियंत्रित मात्रा के साथ डोप किए गए शुद्ध सोने के तार का आमतौर पर बॉल बॉन्डिंग के लिए उपयोग किया जाता है। यह प्रक्रिया दो सामग्रियों को एक साथ लाती है जिन्हें गर्मी, दबाव और अल्ट्रासाउंड ऊर्जा का उपयोग करके थर्मोसोनिक बॉन्डिंग कहा जाता है। थर्मोसोनिक बॉन्डिंग में सबसे आम दृष्टिकोण चिप को बॉल-बॉन्ड करना है, फिर प्रिंटेड सर्किट बोर्ड को सिलाई-बंधन करना है। प्रसंस्करण के दौरान बहुत कड़े नियंत्रण लूपिंग विशेषताओं को बढ़ाते हैं और सैगिंग को खत्म करते हैं।
जंक्शन आकार, बंधन शक्ति और चालकता आवश्यकताएं आमतौर पर एक विशिष्ट तार संबंध अनुप्रयोग के लिए सबसे उपयुक्त तार आकार निर्धारित करती हैं। विशिष्ट निर्माता व्यास में सोने के तार बनाते हैं 8 micrometers (0.00031 in) और बड़ा। सोने के तार व्यास पर उत्पादन सहनशीलता +/- 3% है।
मिश्र धातु एल्यूमीनियम तारों को आम तौर पर उच्च-वर्तमान उपकरणों को छोड़कर शुद्ध एल्यूमीनियम तार के लिए पसंद किया जाता है क्योंकि तैयार उपकरणों में अधिक ड्राइंग आसानी से ठीक आकार और उच्च पुल-परीक्षण ताकत होती है। शुद्ध एल्युमीनियम और 0.5% मैग्नीशियम एल्यूमीनियम का उपयोग आमतौर पर इससे बड़े आकार में किया जाता है 100 micrometers (0.0039 in).
सेमीकंडक्टर निर्माण में ऑल-एल्युमिनियम सिस्टम कभी-कभी शुद्ध सोने के बंधन तार से जुड़े बैंगनी प्लेग (भंगुर सोना-एल्यूमीनियम इंटरमेटेलिक यौगिक) को खत्म करते हैं। एल्यूमीनियम विशेष रूप से थर्मोसोनिक बॉन्डिंग के लिए उपयुक्त है।
यह सुनिश्चित करने के लिए कि उच्च उत्पादन गति पर उच्च गुणवत्ता वाले बांड प्राप्त किए जा सकते हैं, 1% एल्यूमीनियम-सिलिकॉन मिश्र धातु | सिलिकॉन-एल्यूमीनियम तार के निर्माण में विशेष नियंत्रण का उपयोग किया जाता है। इस प्रकार के उच्च ग्रेड संबंध तार की सबसे महत्वपूर्ण विशेषताओं में से एक मिश्र धातु प्रणाली का सजातीय (रसायन विज्ञान) है। निर्माण प्रक्रिया के दौरान एकरूपता पर विशेष ध्यान दिया जाता है। 1% सिलिकॉन-एल्यूमीनियम तार के समाप्त लॉट की मिश्र धातु संरचना की सूक्ष्म जांच नियमित रूप से की जाती है। प्रसंस्करण भी उन परिस्थितियों में किया जाता है जो सतह की सफाई और चिकनी खत्म में अंतिम परिणाम देते हैं और पूरी तरह से स्नैग-मुक्त डी-रीलिंग की अनुमति देते हैं।
अटैचमेंट तकनीक
वायर बॉन्डिंग के मुख्य वर्ग:
- बॉल बॉन्डिंग
- वेज बॉन्डिंग
- आज्ञाकारी बंधन
बॉल बॉन्डिंग आमतौर पर सोने और तांबे के तार तक ही सीमित होती है और आमतौर पर गर्मी की आवश्यकता होती है। वेज बॉन्डिंग के लिए केवल गोल्ड वायर को हीट की जरूरत होती है। पावर इलेक्ट्रॉनिक्स एप्लिकेशन के लिए वेज बॉन्डिंग बड़े व्यास के तारों या वायर रिबन का उपयोग कर सकती है। बॉल बॉन्डिंग छोटे व्यास के तारों तक सीमित है, जो इंटरकनेक्ट एप्लिकेशन के लिए उपयुक्त है।
किसी भी प्रकार के वायर बॉन्डिंग में, वेल्डिंग करने के लिए नीचे की ओर दबाव, अल्ट्रासोनिक ऊर्जा और कुछ मामलों में गर्मी के संयोजन का उपयोग करके तार को दोनों सिरों पर जोड़ा जाता है। धातु को मुलायम बनाने के लिए ऊष्मा का उपयोग किया जाता है। तार बंधन 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 बॉन्ड 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 बॉन्ड बनाता है, जिसमें शीर्ष पर तार चिपका होता है, जिसमें कोई दिशात्मक वरीयता नहीं होती है। इस प्रकार, तार को किसी भी दिशा में खींचा जा सकता है, जिससे यह तेज प्रक्रिया बन जाती है।
आज्ञाकारी बंधन[9] एक आज्ञाकारी या इंडेंटेबल एल्यूमीनियम टेप के माध्यम से गर्मी और दबाव को प्रसारित करता है और इसलिए सोने के तारों और बीम लीड्स को जोड़ने में लागू होता है जो सिलिकॉन इंटीग्रेटेड सर्किट (बीम लीडेड इंटीग्रेटेड सर्किट के रूप में जाना जाता है) के लिए इलेक्ट्रोफॉर्म किया गया है।
निर्माण और विश्वसनीयता चुनौतियां
जब वायर बॉन्ड निर्माण और विश्वसनीयता की बात आती है तो कई चुनौतियाँ होती हैं। ये चुनौतियाँ कई मापदंडों जैसे सामग्री प्रणालियों, बंधन मापदंडों और पर्यावरण का उपयोग करने का कार्य करती हैं। अलग-अलग वायर बॉन्ड-बॉन्ड पैड मेटल सिस्टम 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।
तार बंधन निर्माण
विभिन्न धातु प्रणालियों को चिह्नित करने, महत्वपूर्ण निर्माण मापदंडों की समीक्षा करने और वायर बॉन्डिंग में होने वाली विशिष्ट विश्वसनीयता के मुद्दों की पहचान करने के लिए बहुत काम किया गया है।[10][11] जब सामग्री के चयन की बात आती है, तो अनुप्रयोग और पर्यावरण का उपयोग धातु प्रणाली को निर्देशित करेगा। निर्णय लेते समय अक्सर विद्युत गुणों, यांत्रिक गुणों और लागत को ध्यान में रखा जाता है। उदाहरण के लिए, एक अंतरिक्ष अनुप्रयोग के लिए एक उच्च वर्तमान डिवाइस को हर्मेटिकली सीलबंद सिरेमिक पैकेज में बड़े व्यास एल्यूमीनियम तार बंधन की आवश्यकता हो सकती है। यदि लागत एक बड़ी बाधा है, तो गोल्ड वायर बॉन्ड से बचना एक आवश्यकता हो सकती है। ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों में कॉपर वायर बॉन्ड को देखने के लिए हाल ही में कुछ काम किया गया है।[12] यह केवल एक छोटा सा नमूना है, क्योंकि विभिन्न अनुप्रयोगों में कौन सी सामग्री प्रणाली सबसे अच्छा काम करती है, इसकी समीक्षा और परीक्षण करने का एक विशाल निकाय है।
मैन्युफैक्चरिंग के नजरिए से, बॉन्डिंग पैरामीटर बॉन्ड बनाने और बॉन्ड की गुणवत्ता में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। बांड बल, अल्ट्रासोनिक ऊर्जा, तापमान और लूप ज्योमेट्री जैसे पैरामीटर, कुछ नाम रखने के लिए, बांड की गुणवत्ता पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकते हैं। विभिन्न वायर बॉन्डिंग तकनीकें (थर्मोसोनिक बॉन्डिंग, अल्ट्रासोनिक बॉन्डिंग, थर्मोकम्प्रेशन बॉन्डिंग) और वायर बॉन्ड्स के प्रकार (बॉल बॉन्डिंग, वेज बॉन्डिंग) हैं जो निर्माण दोष और विश्वसनीयता के मुद्दों की संवेदनशीलता को प्रभावित करते हैं। ठीक पिच या जटिल लेआउट के लिए कुछ सामग्री और तार व्यास अधिक व्यावहारिक हैं। बॉन्ड पैड भी एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है क्योंकि मेटलाइज़ेशन और बैरियर लेयर (एस) स्टैकअप बॉन्ड के गठन को प्रभावित करेगा।
विशिष्ट विफलता मोड जो खराब बॉन्ड गुणवत्ता और निर्माण दोषों के परिणामस्वरूप होते हैं: बॉल बॉन्ड नेक में फ्रैक्चर, हील क्रैकिंग (वेज बॉन्ड), पैड लिफ्टऑफ़, पैड पील, ओवरकंप्रेशन और अनुचित इंटरमेटेलिक फॉर्मेशन। वायर बॉन्ड पुल/शियर परीक्षण, गैर-विनाशकारी परीक्षण और विनाशकारी परीक्षण|विनाशकारी भौतिक विश्लेषण (डीपीए) के संयोजन का उपयोग स्क्रीन निर्माण और गुणवत्ता के मुद्दों के लिए किया जा सकता है।
वायर बॉन्ड विश्वसनीयता
जबकि वायरबॉन्ड निर्माण बॉन्ड की गुणवत्ता पर ध्यान केंद्रित करता है, यह अक्सर वायर बॉन्ड विश्वसनीयता से संबंधित पहनने वाले तंत्र के लिए जिम्मेदार नहीं होता है। इस मामले में, एप्लिकेशन की समझ और पर्यावरण का उपयोग विश्वसनीयता के मुद्दों को रोकने में मदद कर सकता है। वातावरण के सामान्य उदाहरण जो वायर बॉन्ड विफलताओं की ओर ले जाते हैं, उनमें ऊंचा तापमान, आर्द्रता और तापमान चक्र शामिल हैं।[13] ऊंचे तापमान के तहत, अत्यधिक इंटरमेटेलिक | इंटरमेटेलिक्स (आईएमसी) वृद्धि फ्रैक्चर के भंगुर बिंदु बना सकती है। विभिन्न धातु प्रणालियों के लिए इंटरमेटेलिक गठन और उम्र बढ़ने की विशेषता के लिए बहुत काम किया गया है। यह मेटल सिस्टम में कोई समस्या नहीं है जहां वायर बॉन्ड और बॉन्ड पैड अल-अल जैसे समान सामग्री हैं। यह असमान धातु प्रणालियों में एक चिंता का विषय बन जाता है। सबसे प्रसिद्ध उदाहरणों में से एक सोना-एल्यूमीनियम इंटरमेटेलिक्स | गोल्ड-एल्यूमीनियम आईएमसी जैसे गोल्ड-एल्यूमीनियम इंटरमेटेलिक्स में गठित भंगुर इंटरमेटेलिक्स है। इसके अतिरिक्त, प्रसार संबंधी मुद्दे, जैसे कि किर्केंडल प्रभाव और हॉर्स्टिंग वोडिंग, भी वायर बॉन्ड विफलताओं का कारण बन सकते हैं।
ऊंचे तापमान और आर्द्रता वाले वातावरण में जंग एक चिंता का विषय हो सकता है। यह Au-Al मेटल सिस्टम में सबसे आम है और बिजली उत्पन्न करनेवाली जंग द्वारा संचालित होता है। क्लोरीन जैसे हलाइड्स की उपस्थिति इस व्यवहार को तेज कर सकती है। इस Au-Al जंग को अक्सर विफलता के भौतिकी के साथ चित्रित किया जाता है # अगला चरण - इलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग | तापमान और आर्द्रता के लिए पेक का नियम। यह अन्य धातु प्रणालियों में सामान्य नहीं है।
तापमान चक्रण के तहत, थर्मल विस्तार के परिणामस्वरूप वायर बॉन्ड में थर्मोमैकेनिकल तनाव उत्पन्न होता है। थर्मल विस्तार का गुणांक (CTE) epoxy के बीच बेमेल | एपॉक्सी मोल्डिंग कंपाउंड (EMC), नेतृत्व फ्रेम , डाई, डाई चिपकने वाला, और तार बंधन। तार बंधन में कतरनी या तन्य तनाव के कारण यह कम-चक्र थकान की ओर जाता है। ऐसी परिस्थितियों में तार बांड के थकान जीवन की भविष्यवाणी करने के लिए विभिन्न थकान (सामग्री) मॉडल का उपयोग किया गया है।
तार बंधन विश्वसनीयता बढ़ाने के लिए उपयोग पर्यावरण और धातु प्रणालियों की उचित समझ अक्सर सबसे महत्वपूर्ण कारक होती है।
परीक्षण
जबकि कुछ तार बंधन पुल और कतरनी परीक्षण तकनीकें हैं,[14][15][16][17] ये विश्वसनीयता के बजाय विनिर्माण गुणवत्ता के लिए लागू होते हैं। वे अक्सर मोनोटोनिक ओवरस्ट्रेस तकनीकें होती हैं, जहां चरम बल और फ्रैक्चर स्थान महत्वपूर्ण आउटपुट होते हैं। इस मामले में नुकसान नमनीयता का प्रभुत्व है, और कुछ पहनने वाले 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 सब्सट्रेट से दूर खींचता है या मर जाता है।[18] परीक्षण का उद्देश्य MIL-STD-883 2011.9 के रूप में इसका वर्णन करता है: बॉन्ड स्ट्रेंथ को मापने के लिए, बॉन्ड स्ट्रेंथ डिस्ट्रीब्यूशन का मूल्यांकन करें, या निर्दिष्ट बॉन्ड स्ट्रेंथ आवश्यकताओं के अनुपालन का निर्धारण करें। एक तार को नष्ट करने के लिए खींचा जा सकता है, लेकिन गैर-विनाशकारी वेरिएंट भी हैं, जिससे यह परीक्षण किया जा सकता है कि तार एक निश्चित बल का सामना कर सकता है या नहीं। गैर-विनाशकारी परीक्षण विधियों का उपयोग आमतौर पर 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 नुकसान से बचाते हैं।
वायर पुल शब्द आमतौर पर एक बंधन परीक्षक पर पुल सेंसर पर लगे हुक के साथ तार खींचने के कार्य 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, बॉन्ड टेस्टर पर पुल सेंसर पर भी चढ़ाया जा सकता है। आमतौर पर 75 माइक्रोमीटर 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 (इंटरमेटेलिक)
- किर्केंडल प्रभाव
- बॉल बॉन्डिंग
- वेज बॉन्डिंग
- थर्मोसोनिक बॉन्डिंग
- खींचो परीक्षण
संदर्भ
- ↑ V. Valenta et al., "Design and experimental evaluation of compensated bondwire interconnects above 100 GHz", International Journal of Microwave and Wireless Technologies, 2015.
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- ↑ Mokhoff, Nicolas (March 26, 2012). "रेड माइक्रो वायर ग्लास में वायर बॉन्डिंग को एनकैप्सुलेट करता है". EE Times. San Francisco: UBM plc. ISSN 0192-1541. OCLC 56085045. Archived from the original on March 20, 2014. Retrieved March 20, 2014.
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- ↑ MIL-STD-883: Test Method Standard for Microcircuits, Method 2011.7 Bond Strength (Destructive Bond Pull Test)
- ↑ MIL-STD-883: Test Method Standard for Microcircuits, Method 2023.5 Nondestructive Bond Pull
- ↑ ASTM F459-13: Standard Test Methods for Measuring Pull Strength of Microelectronic Wire Bonds
- ↑ JESD22-B116: Wire Bond Shear Test Method
- ↑ How to test bonds: How to Wire Pull? April 2016.
संसाधन
- Amkor कॉपर (Cu) वायरबॉन्डिंग
- J-डिवाइसेस कॉपर (Cu) वायरबॉन्डिंग Archived 2018-12-06 at the Wayback Machine
- Amkor Silver (Ag) Wirebonding
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