ربط متوافق

الوصل المرن هو طريقة لتوصيل أسلاك الذهب بالمكونات الكهربائية، مثل رقائق الدوائر المتكاملة . وقد ابتكره ألكسندر كوكولاس في ستينيات القرن الماضي. ^{[ 1 ]} تتشكل هذه الوصلة عند درجة حرارة أقل بكثير من درجة انصهار أسطح الذهب المتلامسة، ولذلك تُسمى وصلة الحالة الصلبة. وتتشكل الوصلة المرنة بنقل الحرارة والضغط إلى منطقة الوصل عبر وسط مرن أو قابل للانضغاط ذي سمك نسبي ، وعادةً ما يكون شريطًا من الألومنيوم (الشكل 1). ^{[ 2 ]}

تشكل الروابط الصلبة أو روابط الضغط روابط دائمة بين سلك ذهبي وسطح معدني ذهبي عن طريق جعل أسطحهما المتزاوجة في اتصال وثيق عند حوالي 300  درجة مئوية، وهو أقل بكثير من نقاط انصهارهما البالغة 1064  درجة مئوية، ومن هنا جاء مصطلح الروابط الصلبة .

هناك طريقتان شائعتان لتشكيل هذا النوع من الروابط وهما الربط بالضغط الحراري ^{[ 3 ]} والربط الحراري الصوتي . تشكل كلتا العمليتين الروابط باستخدام أداة ربط ذات سطح صلب تتلامس مباشرة مع أسطح الذهب المقابلة لتشكيل أسلاك الذهب (الشكل 2).

نظرًا لأن الذهب هو المعدن الوحيد الذي لا يُكوّن طبقة أكسيد قد تعيق التوصيل المعدني الموثوق، تُستخدم أسلاك الذهب على نطاق واسع في مجال تغليف الإلكترونيات الدقيقة لإنشاء هذه التوصيلات السلكية المهمة. خلال دورة الربط المرن، يتم التحكم في ضغط الربط بشكل فريد من خلال خصائص التدفق المتأصلة في شريط الألومنيوم المرن (الشكل 3). لذلك، إذا لزم الأمر ضغوط ربط أعلى لزيادة التشوه النهائي (التسطيح) لسلك الذهب المربوط بشريط مرن، فيمكن استخدام سبيكة ألومنيوم ذات مقاومة أعلى. كما أن استخدام وسط مرن يتغلب على اختلافات السماكة عند محاولة ربط عدة أسلاك موصلة في وقت واحد بركيزة مطلية بالذهب (الشكل 4). ويمنع أيضًا تشوه الأطراف بشكل مفرط، حيث يتشوه العنصر المرن حول الأطراف أثناء دورة الربط، مما يمنع الفشل الميكانيكي للسلك المربوط نتيجة التشوه المفرط الناتج عن أداة ذات سطح صلب (الشكل 3)، والتي تُستخدم في الربط بالضغط الحراري والربط الحراري الصوتي.

• 
  الشكل 5. مصفوفة من الدوائر المتكاملة المصنوعة من السيليكون والموصلة بشعاع، توضح أطراف الشعاع المشكّلة كهربائياً والمتصلة والممتدة حول محيط شريحة السيليكون.
• 
  الشكل 6. أسلاك ملتصقة مباشرة بالوسادات المعدنية لشريحة دائرة متكاملة من السيليكون
• 
  الشكل 7. أداة ربط ذات سطح صلب تقوم بربط جميع أسلاك توصيل الشعاع الممتدة في وقت واحد
• 
  الشكل 8. عملية ربط مرنة لدائرة متكاملة من السيليكون ذات أطراف توصيل شعاعية، توضح العضو المرن المسنن بعد ربط الشريحة.

ظهر تطبيق مهم للربط المرن في أوائل الستينيات، عندما طُوّرت تقنيات ^{[ 4 ]} لتصنيع رقاقة دارة متكاملة من السيليكون ذات أطراف توصيل شعاعية ، تتكون من أطراف أو "أشعة" ذهبية مُشكّلة كهربائيًا بسمك 0.13 مم (0.005 بوصة) مُثبتة مسبقًا ، تمتد من رقاقة السيليكون (الشكل 5). وبذلك، ألغت الرقاقة ذات الأطراف الشعاعية الحاجة إلى الربط الحراري الصوتي للأسلاك مباشرةً على وسادات معدنية لرقاقة السيليكون الهشة (كما هو موضح في الشكل 6). بعد ذلك، يمكن ربط الأطراف الممتدة للأشعة المُشكّلة كهربائيًا بشكل دائم بدائرة شعاعية معدنية مُطابقة، مُرسبّة مسبقًا على ركيزة خزفية. يُظهر الشكل 7 أداة صلبة مُشكّلة مسبقًا تقوم بالربط الحراري بالضغط لجميع أطراف الأشعة لرقاقة في دورة ربط واحدة. ولتجنب تشويه أطراف الأشعة الدقيقة بشكل مفرط باستخدام أداة الربط الصلبة، وتعريضها لخطر التلف الميكانيكي، يجب مراقبة قوى الربط المُطبقة بعناية. 

تُزيل تقنية الربط المرن المشاكل المرتبطة بأدوات الربط ذات الأسطح الصلبة، ولذلك فهي مثالية لربط جميع أطراف شعاع الذهب المطلية كهربائيًا والممتدة بركيزة خزفية ذهبية معدنية بنمط شعاعي متطابق (الشكل 8). على سبيل المثال، تُزيل تقنية الربط المرن مشاكل استخدام أدوات الربط ذات الأسطح الصلبة، مثل محاولة تشويه أطراف الشعاع التي يبلغ سمكها 0.13 مم (0.005 بوصة ) بشكل موحد ، نظرًا لوجود اختلافات طفيفة في سمكها، والتشوه المفرط للأطراف الذي قد يُسبب تلفًا ميكانيكيًا وفشلًا مكلفًا لهذه الرقائق. توفر وسائط شريط الربط المرن ميزة إضافية تتمثل في نقل الرقاقة إلى موقع الربط، مما يُسهل عملية الإنتاج. ^{[ 5 ]} يُظهر الشكلان 9 و10 أن الشريط المرن يوفر ميزة نقل الرقاقة ذات أطراف الشعاع إلى موقع الربط كما ذُكر سابقًا. يوضح الشكل 11 دائرة متكاملة من السيليكون ذات أطراف توصيل شعاعية، ملتصقة بشكل مرن بنمط شعاعي مطلي بالذهب، مُرسب على ركيزة من سيراميك الألومينا ، والتي سيتم تغليفها وتعبئتها . يوضح الشكل 12 العنصر المرن المستخدم لربط الشريحة في الشكل 11، والذي يُظهر بوضوح صورة معكوسة لأطراف التوصيل الشعاعية الملتصقة بشكل منتظم. 

• 
  الشكل 9. شريط مرن يحمل الدائرة المتكاملة لسلك الشعاع إلى موقع الربط.
• 
  الشكل 10. شريط مرن يحمل رقاقة ذات أسلاك توصيل إلى موقع الربط.
• 
  الشكل 11. دائرة متكاملة من السيليكون ذات شعاع ملتصق متوافق
• 
  الشكل 12. صورة معكوسة لأطراف الشعاع الملتصقة، موضحة بوضوح وهي مغروسة في العضو المرن المستهلك

الشكلان المذكوران أعلاه للدوائر المتكاملة هما: الدائرة المتكاملة ذات الموصلات الذهبية المُشكّلة كهربائيًا (الشكل 5)، وشريحة الدائرة المتكاملة المصنوعة من السيليكون (الشكل 6). بالنسبة لشريحة السيليكون ذات الموصلات الذهبية، يمكن استخدام كلٍ من التوصيل المرن والتوصيل بالضغط الحراري، حيث يتميز كل منهما بمزاياه. حاليًا، يُعدّ الشكل الأكثر شيوعًا هو شريحة الدائرة المتكاملة المصنوعة من السيليكون، والتي لا تحتوي على موصلات ذهبية، مما يستلزم توصيلات كهربائية مباشرة بشريحة السيليكون المعدنية (الشكل 6). إذا كانت التوصيلات السلكية هي الخيار الأمثل، فإنّ التوصيل الحراري الصوتي لأسلاك الذهب مباشرةً بشريحة السيليكون هو العملية الأكثر استخدامًا نظرًا لموثوقيتها العالية، وذلك بفضل انخفاض متطلبات التوصيل من حيث القوة ودرجة الحرارة والوقت اللازمين.