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CONNEXION DE FIL

FICHE D'INFORMATION SUR LA BASE DE CONNAISSANCES

Qu’est-ce que le wire bonding ?

La liaison par fil est la méthode par laquelle une longueur de fil métallique mou de petit diamètre est fixée à une surface métallique compatible sans utiliser de soudure, de flux et, dans certains cas, avec l'utilisation d'une chaleur supérieure à 150 degrés Celsius. Les métaux mous comprennent l'or (Au), le cuivre (Cu), l'argent (Ag), l'aluminium (Al) et des alliages tels que le palladium-argent (PdAg) et d'autres.

Comprendre les techniques et les processus de liaison de fils pour les applications d'assemblage de microélectroniques.
Techniques/procédés de collage par coin : ruban, boule thermosonique et collage par coin ultrasonique
La liaison filaire est la méthode permettant de réaliser des interconnexions entre un circuit intégré (CI) ou un dispositif semi-conducteur similaire et son boîtier ou sa grille de connexion pendant la fabrication. Il est également couramment utilisé aujourd'hui pour fournir des connexions électriques dans les assemblages de batteries lithium-ion. La liaison filaire est généralement considérée comme la plus rentable et la plus flexible des technologies d'interconnexion microélectronique disponibles et est utilisée dans la majorité des boîtiers semi-conducteurs produits aujourd'hui. Il existe plusieurs techniques de collage de fils, notamment : Collage de fils par thermo-compression :
Le collage de fils par thermocompression (se combinant à des surfaces probables (généralement Au) sous une force de serrage avec des températures d'interface élevées, généralement supérieures à 300°C, pour produire une soudure), a été initialement développé dans les années 1950 pour les interconnexions microélectroniques, mais cela a été rapidement remplacé par la liaison ultrasonique et thermosonique dans les années 60 comme technologie d'interconnexion dominante. La liaison par thermocompression est encore utilisée aujourd'hui pour des applications de niche, mais elle est généralement évitée par les fabricants en raison des températures d'interface élevées (souvent dommageables) nécessaires pour réaliser une liaison réussie.
Dans les années 1960, la liaison par fil ultrasonique est devenue la méthodologie d'interconnexion dominante. L'application d'une vibration à haute fréquence (via un transducteur résonant) à l'outil de collage avec une force de serrage simultanée a permis de souder des fils d'aluminium et d'or à température ambiante. Cette vibration ultrasonique aide à éliminer les contaminants (oxydes, impuretés, etc.) des surfaces de liaison au début du cycle de liaison et à favoriser la croissance intermétallique pour développer et renforcer davantage la liaison. Les fréquences typiques pour le collage sont de 60 à 120 KHz. La technique du coin ultrasonique comporte deux technologies de processus principales : Collage de fils larges (lourds) pour des fils de diamètre > 100 µm. Collage de fils fins (petits) pour des fils de diamètre < 75 µm. Des exemples de cycles de collage par ultrasons typiques peuvent être trouvés ici. pour les fils fins et ici pour les gros fils. Le collage de fils par coin par ultrasons utilise un outil de collage spécifique ou « coin », généralement construit à partir de carbure de tungstène (pour le fil d'aluminium) ou de carbure de titane (pour le fil d'or) en fonction des exigences du processus et des diamètres de fil ; Des cales à pointe en céramique pour des applications distinctes sont également disponibles. Liaison de fil thermosonique :
Lorsqu'un chauffage supplémentaire est requis (généralement pour le fil d'or, avec des interfaces de liaison comprises entre 100 et 250 °C), le processus est appelé liaison par fil Thermosonic. Cela présente de grands avantages par rapport au système de thermocompression traditionnel, car des températures d'interface beaucoup plus basses sont nécessaires (la liaison Au à température ambiante a été mentionnée mais en pratique, elle n'est pas fiable sans chaleur supplémentaire). Liaison thermosonique à billes :
Une autre forme de liaison par fil Thermosonic est le Ball Bonding (voir le cycle de liaison à bille ici). Cette méthodologie utilise un outil de liaison capillaire en céramique par rapport aux conceptions de coin traditionnelles pour combiner les meilleures qualités de thermo-compression et de liaison par ultrasons sans les inconvénients. La vibration thermosonique garantit que la température de l'interface reste basse, tandis que la première interconnexion, la liaison à bille thermiquement comprimée, permet au fil et à la liaison secondaire d'être placés dans n'importe quelle direction, non alignés avec la première liaison, ce qui constitue une contrainte dans la liaison par fil par ultrasons. . Pour la fabrication automatique de grands volumes, les liaisons à billes sont considérablement plus rapides que les liaisons ultrasoniques/thermosoniques (coins), ce qui fait du collage à billes thermosonique la technologie d'interconnexion dominante en microélectronique depuis plus de 50 ans.
Le collage par ruban, utilisant des rubans métalliques plats, est dominant dans l'électronique RF et hyperfréquences depuis des décennies (le ruban offrant une amélioration significative de la perte de signal [effet de peau] par rapport au fil rond traditionnel). Les petits rubans d'or, généralement jusqu'à 75 µm de large et 25 µm d'épaisseur, sont liés via un processus thermosonique avec un grand outil de collage à coin plat. Les rubans d'aluminium jusqu'à 2 000 µm de large et 250 µm d'épaisseur peuvent également être liés avec un processus de coin ultrasonique, comme les besoins en interconnexions à boucle inférieure et à haute densité ont augmenté.

Qu'est-ce que le fil de liaison en or ?

La liaison par fil d'or est le processus par lequel un fil d'or est attaché à deux points d'un assemblage pour former une interconnexion ou un chemin électriquement conducteur. La chaleur, les ultrasons et la force sont tous utilisés pour former les points de fixation du fil d'or. Le processus de création du point de fixation commence par la formation d'une boule d'or à l'extrémité de l'outil de liaison par fil, le capillaire. Cette bille est pressée sur la surface d'assemblage chauffée tout en appliquant à la fois une force spécifique à l'application et une fréquence de 60 kHz à 152 kHz de mouvement ultrasonique avec l'outil. Une fois la première liaison réalisée, le fil sera manipulé de manière étroitement contrôlée. manière à former la forme de boucle appropriée pour la géométrie de l'assemblage. La deuxième liaison, souvent appelée point, est ensuite formée sur l'autre surface en appuyant avec le fil et en utilisant une pince pour déchirer le fil au niveau de la liaison.

La liaison par fil d'or offre une méthode d'interconnexion au sein des boîtiers qui est hautement conductrice d'électricité, presque un ordre de grandeur supérieur à certaines soudures. De plus, les fils d'or ont une tolérance à l'oxydation élevée par rapport aux autres matériaux de fil et sont plus doux que la plupart, ce qui est essentiel pour les surfaces sensibles.
Le processus peut également varier en fonction des besoins de l’assemblée. Avec des matériaux sensibles, une boule d'or peut être placée sur la deuxième zone de liaison pour créer à la fois une liaison plus forte et une liaison « plus douce » pour éviter d'endommager la surface du composant. Dans des espaces restreints, une seule bille peut être utilisée comme point de départ pour deux liaisons, formant une liaison en forme de « V ». Lorsqu'un fil de liaison doit être plus robuste, une boule peut être placée sur un point pour former un lien de sécurité, augmentant ainsi la stabilité et la résistance du fil. Les nombreuses applications et variations différentes du câblage filaire sont presque illimitées et peuvent être réalisées grâce à l'utilisation du logiciel automatisé sur les systèmes de câblage filaire de Palomar.