Wire Bond Process

Wire Bond เป็น เทคนิค ในการ สร้าง สะพาน(พันธะ) เชื่อมต่อทางกระแสไฟฟ้า ระหว่าง Silicon Chip กับจุดนำไฟฟ้า ภายนอก ใน อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์

ทำได้โดยการสร้างเส้นสายเล็กๆระหว่างที่มีการประกอบอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์  

    เส้นสายเล็กๆ (Wire) เหล่านี้ ส่วนใหญ่ ทำมาจาก ทองแดง( Cu ) , ทอง      ( Au ) และ อลูมิเนียม ( Al )

ในอุตสาหกรรม มีรูปแบบการทำ Wire Bond อยู่หลากหลายวิธีด้วยกัน ได้แก่

1) Thermocompression
2) Ultrasonic
3) Thermosonic

1) Thermocompression bonding 

    มีชื่อเรียกอีกชื่อหนึ่งในอุตสาหกรรมว่า Thermocompression Welding

เป็นกระบวนการ ให้ความร้อน การควบคุมเวลา และ ใช้แรงกดให้ wire เกิดการเปลี่ยนรูป และ สามารถเกิดพันธะขึ้นได้

แรงกด เวลา และ อุณหภูมิ เป็นปัจจัยที่สำคัญของกระบวนการนี้  การสร้างพันธะแบบนี้ต้องทำที่สภาวะอุณหภูมิสูง โดยปกติ จะอยู่ที่มากกว่า 300 องศา และต้องการแรงกด ประมาณ 5,000 ถึง 10,000 ปอนด์ ต่อ ตารางนิ้ว อีกทั้งยังต้องการเวลาที่มากพอที่จะทำให้เกิดก่อพันธะใหม่ที่เหมาะสมขึ้นมาได้

ทองแดง ทอง และ อลูมิเนียม เป็นวัสดุที่นิยมใช้ สำหรับ การทำ Thermocompression Bonding เนื่องด้วยมีอัตราการแพร่ของอนุภาคสูง

2) Ultrasonic Wire Bonding

  ในกระบวนการทำ Ultrasonic Wire Bonding นั้น จะใช้คลื่น ultrasonic แทนการใช้ ความร้อนในการฟอร์มพันธะ

   กระบวนการนี้เกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำ  โดยเส้นลวด wire จะ ถูกส่งผ่านช่องสอดผ่าน และมีขาหนีบ ยึดไว้เพื่อให้อยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสม 

  หลังจากนั้นจะมีการใส่พลังงาน ultrasonic เข้าไป เพื่อให้พื้นผิวเกิดแรงเครียด จนถึงจุด breaks down ของ oxides ที่พื้นผิว และ ฟอร์มพันธะขึ้นมา

Ultrasonic Wire Bonding แบ่งเป็น 2 แบบย่อยได้แก่

• Ultrasonic Wedge to Wedge Bonding

• Ultrasonic Ball to Wedge Bonding

3) Thermosonic Wire Bonding

   เป็นกระบวนการที่ใช้ พลังงานจาก คลื่น ultrasonic แรงกด และ ความร้อนในการสร้างพันธะ ที่พื้นผิวของ substate

  ในกระบวนการนี้ จะใช้อุณหภูมิประมาณ 100-150 องศา เท่านั้น และจะใช้ ลวด wire ที่มีขนาดประมาณ ต่ำกว่า 3 มิลลิเมตร ซึ่งจะเป็นขนาดที่เล็กเพียงพอที่จะทำให้เกิดการ deform ของลวดโดยใช้คลื่น Ultrasonic ที่อุณหภูมิที่กำหนดข้างต้น

  การทำ Ball to Ball Wire ส่วนใหญ่ จะใช้กระบวนการ Thermosonic Wire Bonding นี้

Reference and Article Reference

https://oricus-semicon.com/what-is-the-wire-bond-process/