Solucións

CONEXIÓN DE FÍOS

FOLLA DE INFORMACIÓN DA BASE DE COÑECEMENTOS

Que é a unión por fíos?

A unión por fíos é o método polo cal un anaco de fío metálico brando de pequeno diámetro se une a unha superficie metálica compatible sen o uso de soldadura, fluxo e, nalgúns casos, co uso de calor por riba dos 150 graos Celsius. Os metais brandos inclúen ouro (Au), cobre (Cu), prata (Ag), aluminio (Al) e aliaxes como o paladio-prata (PdAg) e outras.

Comprensión das técnicas e procesos de unión de fíos para aplicacións de ensamblaxe de microelectrónica.
Técnicas/procesos de unión en cuña: cinta, bola termosónica e unión en cuña ultrasónica
A unión por fíos é o método de facer interconexións entre un circuíto integrado (CI) ou dispositivo semicondutor similar e o seu encapsulado ou marco de conexións durante a fabricación. Tamén se usa habitualmente agora para proporcionar conexións eléctricas en conxuntos de baterías de ións de litio. A unión por fíos considérase xeralmente a máis rendible e flexible das tecnoloxías de interconexión microelectrónica dispoñibles e úsase na maioría dos encapsulados semicondutores que se producen hoxe en día. Existen varias técnicas de unión por fíos, que inclúen: Unión por termocompresión de fíos:
A unión por termocompresión de fíos (unión a superficies probables (xeralmente Au) baixo unha forza de suxeición con altas temperaturas de interface, normalmente superiores a 300 °C, para producir unha soldadura) desenvolveuse inicialmente na década de 1950 para interconexións microelectrónicas, pero foi rapidamente substituída pola unión ultrasónica e termosónica na década de 1960 como a tecnoloxía de interconexión dominante. A unión por termocompresión aínda se usa para aplicacións de nicho na actualidade, pero xeralmente os fabricantes evítana debido ás altas temperaturas de interface (a miúdo prexudiciais) necesarias para realizar unha unión exitosa. Unión por ultrasóns con fíos en cuña:
Na década de 1960, a unión con fíos en cuña ultrasónica converteuse na metodoloxía de interconexión dominante. A aplicación dunha vibración de alta frecuencia (a través dun transdutor resonante) á ferramenta de unión cunha forza de suxeición simultánea permitiu soldar fíos de aluminio e ouro a temperatura ambiente. Esta vibración ultrasónica axuda a eliminar contaminantes (óxidos, impurezas, etc.) das superficies de unión ao comezo do ciclo de unión e a promover o crecemento intermetálico para desenvolver e fortalecer aínda máis a unión. As frecuencias típicas para a unión son de 60 a 120 kHz. A técnica de cuña ultrasónica ten dúas tecnoloxías de proceso principais: Unión con fíos grandes (pesados) para fíos de >100 µm de diámetro Unión con fíos finos (pequenos) para fíos de <75 µm de diámetro. Exemplos de ciclos típicos de unión ultrasónica pódense atopar aquí para fíos finos e aquí para fíos grandes. A unión con fíos en cuña ultrasónica utiliza unha ferramenta de unión específica ou "cuña", xeralmente construída con carburo de volframio (para fíos de aluminio) ou carburo de titanio (para fíos de ouro) dependendo dos requisitos do proceso e dos diámetros dos fíos; Tamén hai dispoñibles cuñas con punta cerámica para distintas aplicacións. Unión termosónica de fíos:
Cando se require quecemento suplementario (normalmente para fío de ouro, con interfaces de unión no rango de 100 a 250 °C), o proceso denomínase unión termosónica por fío. Isto ten grandes vantaxes sobre o sistema tradicional de termocompresión, xa que se requiren temperaturas de interface moito máis baixas (mencionouse a unión de Au a temperatura ambiente, pero na práctica non é fiable sen calor adicional). Unión termosónica por bólas:
Outra forma de unión termosónica por fíos é a unión por bólas (consulta o ciclo de unión por bólas aquí). Esta metodoloxía usa unha ferramenta de unión capilar cerámica en lugar dos deseños tradicionais de cuña para combinar as mellores calidades tanto na termocompresión como na unión ultrasónica sen os inconvenientes. A vibración termosónica garante que a temperatura da interface se manteña baixa, mentres que a primeira interconexión, a unión por bólas comprimida termicamente, permite que o fío e a unión secundaria se coloquen en calquera dirección, non en liña coa primeira unión, o que é unha limitación na unión por fíos ultrasónica. Para a fabricación automática de alto volume, as unións por bólas son considerablemente máis rápidas que as unións ultrasónicas/termosónicas (cuña), o que fai que a unión por bólas termosónica sexa a tecnoloxía de interconexión dominante na microelectrónica durante os últimos 50 anos. Unión por cinta:
A unión con cintas, utilizando cintas metálicas planas, foi dominante na electrónica de RF e microondas durante décadas (a cinta proporciona unha mellora significativa na perda de sinal [efecto pelicular] en comparación co arame redondo tradicional). As pequenas cintas de ouro, normalmente de ata 75 µm de ancho e 25 µm de grosor, únense mediante un proceso termosónico cunha ferramenta de unión en cuña de cara plana grande. As cintas de aluminio de ata 2.000 µm de ancho e 250 µm de grosor tamén se poden unir cun proceso de cuña ultrasónica, xa que aumentou o requisito de interconexións de alta densidade e bucle inferior.

Que é o fío de unión de ouro?

A unión con fío de ouro é o proceso polo cal o fío de ouro se une a dous puntos dun conxunto para formar unha interconexión ou unha vía electricamente condutora. Empréganse calor, ultrasóns e forza para formar os puntos de unión para o fío de ouro. O proceso de creación do punto de unión comeza coa formación dunha bóla de ouro na punta da ferramenta de unión con fíos, o capilar. Esta bóla prémese sobre a superficie quentada do conxunto mentres se aplica unha cantidade de forza específica da aplicación e unha frecuencia de movemento ultrasónico de 60 kHz a 152 kHz coa ferramenta. Unha vez feita a primeira unión, o fío manipularase dun xeito estritamente controlado para formar a forma de bucle axeitada para a xeometría do conxunto. A segunda unión, a miúdo denominada puntada, fórmase entón na outra superficie presionando co fío e usando unha abrazadera para rasgar o fío na unión.

A unión con fíos de ouro ofrece un método de interconexión dentro dos encapsulados que é altamente condutor da electricidade, case unha orde de magnitude maior que algunhas soldaduras. Ademais, os fíos de ouro teñen unha alta tolerancia á oxidación en comparación con outros materiais de arame e son máis brandos que a maioría, o que é esencial para superficies sensibles.
O proceso tamén pode variar segundo as necesidades da montaxe. Con materiais sensibles, pódese colocar unha bóla de ouro na segunda área de unión para crear unha unión máis forte e unha unión "máis suave" para evitar danar a superficie do compoñente. Con espazos reducidos, pódese usar unha única bóla como punto de partida para dúas unións, formando unha unión en forma de "V". Cando unha unión con arame precisa ser máis robusta, pódese colocar unha bóla enriba dunha puntada para formar unha unión de seguridade, aumentando a estabilidade e a resistencia do arame. As moitas aplicacións e variacións diferentes da unión con arame son case ilimitadas e pódense conseguir mediante o uso do software automatizado nos sistemas de unión con arame de Palomar.