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LIGAÇÃO DE FIOS

FICHA INFORMATIVA DA BASE DE CONHECIMENTO

O que é ligação de fio?

A ligação de fio é o método pelo qual um pedaço de fio de metal macio de pequeno diâmetro é preso a uma superfície metálica compatível sem o uso de solda, fluxo e, em alguns casos, com o uso de calor acima de 150 graus Celsius. Os metais macios incluem ouro (Au), cobre (Cu), prata (Ag), alumínio (Al) e ligas como paládio-prata (PdAg) e outros.

Noções básicas sobre técnicas e processos de ligação de fios para aplicações de montagem de microeletrônicos.
Técnicas/processos de colagem em cunha: fita, bola termossônica e colagem em cunha ultrassônica
A ligação de fios é o método de fazer interconexões entre um circuito integrado (IC) ou dispositivo semicondutor semelhante e seu pacote ou estrutura principal durante a fabricação. Também é comumente usado agora para fornecer conexões elétricas em conjuntos de baterias de íons de lítio. A ligação de fios é geralmente considerada a mais econômica e flexível das tecnologias de interconexão microeletrônica disponíveis e é usada na maioria dos pacotes de semicondutores produzidos hoje. Existem várias técnicas de ligação de fios, compreendendo: Colagem de fios por termocompressão:
A ligação de fios por termocompressão (combinando superfícies prováveis ​​(geralmente Au) sob uma força de fixação com altas temperaturas de interface, normalmente superiores a 300°C, para produzir uma solda), foi inicialmente desenvolvida na década de 1950 para interconexões microeletrônicas, no entanto, isso foi rapidamente substituído pela ligação ultrassônica e termossônica na década de 60 como a tecnologia de interconexão dominante. A ligação por termocompressão ainda é usada para aplicações de nicho hoje, mas geralmente evitada pelos fabricantes devido às altas (muitas vezes prejudiciais) temperaturas de interface necessárias para fazer uma ligação bem-sucedida.
Na década de 1960, a ligação ultrassônica de fios em cunha tornou-se a metodologia de interconexão dominante. A aplicação de uma vibração de alta frequência (através de um transdutor ressonante) à ferramenta de colagem com uma força de fixação simultânea permitiu que os fios de alumínio e ouro fossem soldados à temperatura ambiente. Esta vibração ultrassônica auxilia na remoção de contaminantes (óxidos, impurezas, etc.) das superfícies de ligação no início do ciclo de ligação e na promoção do crescimento intermetálico para desenvolver e fortalecer ainda mais a ligação. As frequências típicas para ligação são 60 - 120 KHz. A técnica de cunha ultrassônica possui duas tecnologias de processo principais: União de fios grandes (pesados) para fios com diâmetro > 100 µm União de fios finos (pequenos) para fios com diâmetro < 75 µm Exemplos de ciclos típicos de ligação ultrassônica podem ser encontrados aqui para fio fino e aqui para fio grande. A ligação ultrassônica de fio em cunha usa uma ferramenta de ligação específica ou “cunha”, geralmente construída em carboneto de tungstênio (para fio de alumínio) ou carboneto de titânio (para fio de ouro), dependendo dos requisitos do processo e dos diâmetros do fio; Cunhas com ponta de cerâmica para aplicações distintas também estão disponíveis. Colagem de fio termosônico:
Quando for necessário aquecimento suplementar (normalmente para fio de ouro, com interfaces de ligação na faixa de 100 a 250°C), o processo é chamado de ligação de fio termossônico. Isto tem grandes vantagens sobre o sistema de termocompressão tradicional, uma vez que são necessárias temperaturas de interface muito mais baixas (a ligação Au à temperatura ambiente foi mencionada, mas na prática não é confiável sem calor adicional).
Outra forma de ligação de fio termossônico é a ligação de bola (veja o ciclo de ligação de bola aqui). Esta metodologia utiliza uma ferramenta de ligação capilar cerâmica em vez dos designs de cunha tradicionais para combinar as melhores qualidades em ligação térmica e ultrassônica sem as desvantagens. A vibração termossônica garante que a temperatura da interface permaneça baixa, enquanto a primeira interconexão, a ligação esférica termicamente comprimida permite que o fio e a ligação secundária sejam colocados em qualquer direção, não alinhados com a primeira ligação, o que é uma restrição na ligação ultrassônica do fio . Para fabricação automática de alto volume, os bonders esféricos são consideravelmente mais rápidos do que os bonders ultrassônicos/termossônicos (cunha), tornando a colagem termossônica de esferas a tecnologia de interconexão dominante em microeletrônica nos últimos mais de 50 anos.
A colagem de fitas, utilizando fitas metálicas planas, tem sido dominante na eletrônica de RF e micro-ondas há décadas (a fita proporciona uma melhoria significativa na perda de sinal [efeito de pele] em comparação com o fio redondo tradicional). Pequenas fitas de ouro, normalmente de até 75 µm de largura e 25 µm de espessura, são coladas por meio de um processo termossônico com uma grande ferramenta de colagem em cunha de face plana. Fitas de alumínio de até 2.000 µm de largura e 250 µm de espessura também podem ser coladas com um processo de cunha ultrassônico, como a necessidade de interconexões de loop inferior e de alta densidade aumentou.

O que é fio de ligação de ouro?

A ligação do fio de ouro é o processo pelo qual o fio de ouro é conectado a dois pontos em uma montagem para formar uma interconexão ou um caminho eletricamente condutor. Calor, ultrassom e força são empregados para formar os pontos de fixação do fio de ouro. O processo de criação do ponto de fixação começa com a formação de uma bola de ouro na ponta da ferramenta de ligação do fio, o capilar. Esta bola é pressionada na superfície de montagem aquecida enquanto aplica uma quantidade de força específica da aplicação e uma frequência de 60kHz - 152kHz de movimento ultrassônico com a ferramenta. maneira de formar o formato de loop apropriado para a geometria da montagem. A segunda ligação, muitas vezes referida como ponto, é então formada na outra superfície pressionando o fio para baixo e usando uma pinça para rasgar o fio na ligação.

A ligação com fio de ouro oferece um método de interconexão dentro de embalagens que é altamente condutor de eletricidade, quase uma ordem de grandeza maior do que algumas soldas. Além disso, os fios de ouro têm alta tolerância à oxidação em comparação com outros materiais de fio e são mais macios que a maioria, o que é essencial para superfícies sensíveis.
O processo também pode variar de acordo com as necessidades da montagem. Com materiais sensíveis, uma bola de ouro pode ser colocada na segunda área de ligação para criar uma ligação mais forte e uma ligação “mais suave” para evitar danos à superfície do componente. Com espaços apertados, uma única bola pode ser usada como ponto de partida para duas ligações, formando uma ligação em forma de “V”. Quando uma ligação de fio precisa ser mais robusta, uma bola pode ser colocada em cima de um ponto para formar uma ligação de segurança, aumentando a estabilidade e a resistência do fio. As diversas aplicações e variações da ligação de fios são quase ilimitadas e podem ser alcançadas através do uso do software automatizado nos sistemas de ligação de fios da Palomar.