top yapıştırma -Ball bonding
Top bağlama , bir tür tel bağlamadır ve yarı iletken cihaz imalatı sırasında çıplak bir silikon kalıp ile içine yerleştirildiği paketin kurşun çerçevesi arasında elektriksel ara bağlantılar kurmanın en yaygın yoludur .
Altın veya bakır tel kullanılabilir, ancak altın daha yaygındır çünkü oksidi kaynak yaparken o kadar sorunlu değildir. Bakır tel kullanılıyorsa, tel bağlama işlemi sırasında bakır oksitlerin oluşmasını önlemek için örtü gazı olarak nitrojen kullanılmalıdır. Bakır ayrıca altından daha serttir, bu da çipin yüzeyine zarar verme olasılığını artırır. Bununla birlikte, bakır altından daha ucuzdur ve üstün elektriksel özelliklere sahiptir ve bu nedenle zorlayıcı bir seçim olmaya devam etmektedir.
Hemen hemen tüm modern bilyalı birleştirme işlemleri, telin her iki ucunda bir kaynak yapmak için ısı, basınç ve ultrasonik enerjinin bir kombinasyonunu kullanır. Kullanılan telin çapı 15 µm kadar küçük olabilir; öyle ki, bir insan saçı genişliği boyunca birkaç kaynak sığabilir.
Bir kişi, bir top bağlayıcıyı ilk gördüğünde, çalışmasını genellikle bir dikiş makinesininkiyle karşılaştırır . Aslında , içinden telin beslendiği kılcal damar adı verilen iğneye benzer tek kullanımlık bir alet vardır . Kabloya yüksek voltajlı bir elektrik yükü uygulanır. Bu, kılcalın ucundaki teli eritir. Erimiş metalin yüzey gerilimi nedeniyle telin ucu bir top oluşturur .
Top hızla katılaşır ve kılcal damar, tipik olarak en az 125°C'ye kadar ısıtılan çipin yüzeyine indirilir. Makine daha sonra kapileri aşağı doğru iter ve bağlı bir dönüştürücü ile ultrasonik enerji uygular . Kombine ısı, basınç ve ultrasonik enerji, bakır veya altın top ile çipin yüzeyi (genellikle bakır veya alüminyum) arasında bir kaynak oluşturur . Bu , işleme adını veren sözde top bağıdır . (Yarı iletken imalatındaki tamamı alüminyum sistemler, bazen saf altın bağlama teliyle ilişkilendirilen kırılgan bir altın-alüminyum intermetalik bileşik olan " mor vebayı " ortadan kaldırır. Bu özellik, alüminyumu ultrasonik bağlama için ideal hale getirir.)
Daha sonra tel kılcal borudan geçirilir ve makine birkaç milimetre ilerleyerek çipin kablolanması gereken yere (genellikle ana çerçeve olarak adlandırılır ) gider. Makine, bu sefer top yapmadan tekrar yüzeye iner, böylece tel kılavuz çerçeve ile kılcal borunun ucu arasında ezilir. Bu sefer yüzey genellikle altın, paladyum veya gümüştür, ancak kaynak aynı şekilde yapılır. Ortaya çıkan kaynak, bilyalı bağdan görünüş olarak oldukça farklıdır ve kama bağı , kuyruk bağı veya kısaca ikinci bağ olarak adlandırılır .
Son adımda, makine küçük bir tel uzunluğunu öder ve bir dizi kıskaç kullanarak teli yüzeyden koparır. Bu , kılcal damarın ucundan sarkan küçük bir tel kuyruğu bırakır. Döngü daha sonra bu kuyruğa yüksek voltajlı elektrik yükünün uygulanmasıyla yeniden başlar.
Top oluştuktan hemen sonra telin kesildiği işleme saplama çarpması da denir . Paket (SIP) modüllerinde sistemdeki çipleri istiflerken saplama darbesi kullanılır .
Mevcut son teknoloji makineler (2003 itibariyle) bu döngüyü saniyede yaklaşık 20 kez tekrarlayabilir. Modern bir bilyalı bağlayıcı tamamen otomatiktir ve esasen bir görüş sistemi, sensörler ve karmaşık servo sistemlerle tamamlanan, kendi kendine yeten bir endüstriyel robottur.
Top bağlama dönüştürücü
Piezoelektrik transdüserler bilyalı birleştirme işleminde ultrasonik enerji sağlamak için kullanılır. Bu dönüştürücüler cıvata kelepçeli dönüştürücüler veya Langevin dönüştürücüler olarak bilinir. Hepsi bir cıvata ile bir arada tutulan metal bileşenlerden ve piezoelektrik elemanlardan oluşurlar. Bu transdüserler, kılcal damara yanal ultrasonik uyarım sağlamak için yanal titreşimin rezonans frekansında çalışır. Dönüştürücünün yanal yönü boyunca, düğüm noktaları (büyük yer değiştirme) ve antinodal noktalar (yer değiştirme yok) bulunur. Piezoelektrik elemanlar, (rezonans frekansında olacak) alternatif voltaj uyarılması üzerine genişler ve büzülür, böylece yapıdaki rezonans titreşimini uyarır. Genellikle, uygulanan bir voltaj için elektrik alanını artırmak amacıyla birkaç eleman istiflenir (elektrik alanla orantılı olarak stres üretilir). Piezoelektrik elemandan yapıya enerji transferini en üst düzeye çıkarmak için, yüksek gerinim ve yüksek gerilim bölgeleri olan düğüm noktalarına yerleştirilirler. Aynı zamanda, çevreye enerji kaybını en aza indirmek için dönüştürücü bir antinodda tutulur (yer değiştirme yok).
Dönüştürücünün ön ucunda, titreşimi büyütmek için konik bir korna kullanılır. Doğrusal koniklik veya parabolik koniklik gibi istenen sonucu elde etmek için farklı koniklik profilleri kullanılabilir. Kornanın konikliği enine kesit alanını azaltarak daha büyük bir ultrasonik enerji yoğunluğuna neden olur ve ardından ucun yakınında daha fazla yer değiştirmeye yol açar. Kılcal bu nedenle ucuna yakın yerleştirilir. Kılcalda, oldukça ideal olmayan daha yüksek dereceli bükülme modları uyarılır. Bu etkiyi hafifletmek için, kılcal kıstırma konumu, kılcalın bir antinoduna ayarlanır. İdeal olarak kılcal damar kısa olacaktır, ancak bu mümkün değildir çünkü bağın ulaşılması zor alanlarda yapılması gerekir.
Cıvata, kornaya vidalanarak tüm yapıyı birbirine kenetler (konfigürasyona bağlı olarak). Performansı optimize etmek için doğru ön yükün uygulanması gerekir. Piezo seramikler gerilim altında zayıftır; bu nedenle, büyük bir ön yük, öngerilim gerilimi nedeniyle seramiğin çoğunlukla sıkıştırmada çalışmasını sağlayacaktır.