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CONEXIÓN DE ALAMBRE

FICHA INFORMATIVA SOBRE LA BASE DE CONOCIMIENTOS

¿Qué es la unión de cables?

La unión por hilo es un método mediante el cual se fija un trozo de hilo metálico blando de pequeño diámetro a una superficie metálica compatible sin utilizar soldadura ni fundente, y en algunos casos aplicando calor a temperaturas superiores a 150 grados Celsius. Entre los metales blandos se incluyen el oro (Au), el cobre (Cu), la plata (Ag), el aluminio (Al) y aleaciones como la de paladio-plata (PdAg), entre otras.

Comprensión de las técnicas y procesos de unión de cables para aplicaciones de ensamblaje de microelectrónica.
Técnicas/Procesos de unión por cuña: Unión por cinta, bola termosónica y cuña ultrasónica
El enlace de alambre es el método para realizar interconexiones entre un circuito integrado (CI) o un dispositivo semiconductor similar y su encapsulado o marco de conexión durante la fabricación. También se utiliza comúnmente ahora para proporcionar conexiones eléctricas en conjuntos de baterías de iones de litio. El enlace de alambre se considera generalmente la tecnología de interconexión microelectrónica más rentable y flexible disponible, y se utiliza en la mayoría de los encapsulados de semiconductores producidos en la actualidad. Existen varias técnicas de enlace de alambre, que incluyen: Enlace de alambre por termocompresión:
La unión de cables por termocompresión (que consiste en unir superficies similares (generalmente de oro) bajo una fuerza de sujeción con altas temperaturas en la interfaz, típicamente superiores a 300 °C, para producir una soldadura) se desarrolló inicialmente en la década de 1950 para interconexiones de microelectrónica; sin embargo, en la década de 1960, la unión ultrasónica y termosónica la reemplazó rápidamente como la tecnología de interconexión dominante. La unión por termocompresión todavía se utiliza hoy en día para aplicaciones específicas, pero los fabricantes generalmente la evitan debido a las altas temperaturas en la interfaz (a menudo dañinas) necesarias para lograr una unión exitosa. Unión de cables por cuña ultrasónica:
En la década de 1960, la unión por ultrasonidos con alambre en cuña se convirtió en la metodología de interconexión dominante. La aplicación de una vibración de alta frecuencia (mediante un transductor resonante) a la herramienta de unión, junto con una fuerza de sujeción simultánea, permitió soldar alambres de aluminio y oro a temperatura ambiente. Esta vibración ultrasónica ayuda a eliminar contaminantes (óxidos, impurezas, etc.) de las superficies de unión al inicio del ciclo de unión y promueve el crecimiento de compuestos intermetálicos para fortalecer aún más la unión. Las frecuencias típicas para la unión son de 60 a 120 kHz. La técnica de cuña ultrasónica tiene dos tecnologías de proceso principales: Unión de alambre grande (grueso) para alambres de diámetro >100 µm Unión de alambre fino (pequeño) para alambres de diámetro <75 µm Se pueden encontrar ejemplos de ciclos típicos de unión ultrasónica aquí para alambre fino y aquí para alambre grande. La unión de alambre con cuña ultrasónica utiliza una herramienta de unión específica o "cuña", generalmente construida de carburo de tungsteno (para alambre de aluminio) o carburo de titanio (para alambre de oro) según los requisitos del proceso y los diámetros del alambre; también hay disponibles cuñas con punta de cerámica para aplicaciones específicas. Unión de alambre termosónica:
Cuando se requiere calentamiento suplementario (típicamente para alambre de oro, con interfaces de unión en el rango de 100 a 250 °C), el proceso se denomina unión de alambre termosónica. Esto presenta grandes ventajas sobre el sistema de termocompresión tradicional, ya que se requieren temperaturas de interfaz mucho más bajas (se ha mencionado la unión de Au a temperatura ambiente, pero en la práctica no es confiable sin calor adicional). Unión de bola termosónica:
Otra forma de unión de cables termosónicos es la unión de bolas (vea el ciclo de unión de bolas aquí). Esta metodología utiliza una herramienta de unión capilar cerámica sobre los diseños de cuña tradicionales para combinar las mejores cualidades de la unión por termocompresión y ultrasónica sin sus inconvenientes. La vibración termosónica garantiza que la temperatura de la interfaz se mantenga baja, mientras que la primera interconexión, la unión de bolas comprimida térmicamente, permite que el cable y la unión secundaria se coloquen en cualquier dirección, no en línea con la primera unión, lo cual es una limitación en la unión de cables ultrasónicos. Para la fabricación automática de alto volumen, las máquinas de unión de bolas son considerablemente más rápidas que las máquinas de unión ultrasónicas/termosónicas (de cuña), lo que ha convertido a la unión de bolas termosónicas en la tecnología de interconexión dominante en microelectrónica durante los últimos 50 años. Unión de cinta:
La unión mediante cintas, que utilizan cintas metálicas planas, ha sido la técnica dominante en la electrónica de radiofrecuencia y microondas durante décadas (la cinta proporciona una mejora significativa en la pérdida de señal [efecto piel] en comparación con el cable redondo tradicional). Las pequeñas cintas de oro, normalmente de hasta 75 µm de ancho y 25 µm de espesor, se unen mediante un proceso termosónico con una herramienta de unión en cuña de cara plana de gran tamaño. Las cintas de aluminio de hasta 2000 µm de ancho y 250 µm de espesor también se pueden unir mediante un proceso de cuña ultrasónica, debido a la creciente demanda de interconexiones de menor bucle y alta densidad.

¿Qué es el alambre de unión de oro?

La unión de alambre de oro es el proceso mediante el cual se une un alambre de oro a dos puntos de un conjunto para formar una interconexión o una vía conductora eléctrica. Se emplean calor, ultrasonidos y fuerza para formar los puntos de unión del alambre de oro. El proceso de creación del punto de unión comienza con la formación de una esfera de oro en la punta de la herramienta de unión de alambre, el capilar. Esta esfera se presiona sobre la superficie caliente del conjunto mientras se aplica una cantidad de fuerza específica para la aplicación y una frecuencia de movimiento ultrasónico de 60 kHz a 152 kHz con la herramienta. Una vez realizada la primera unión, el alambre se manipula de forma controlada para formar la forma de bucle adecuada para la geometría del conjunto. La segunda unión, a menudo denominada puntada, se forma en la otra superficie presionando con el alambre y utilizando una abrazadera para cortar el alambre en la unión.

La unión mediante hilo de oro ofrece un método de interconexión dentro de los encapsulados que presenta una alta conductividad eléctrica, casi un orden de magnitud superior a la de algunas soldaduras. Además, los hilos de oro tienen una alta tolerancia a la oxidación en comparación con otros materiales y son más blandos que la mayoría, lo cual es esencial para superficies delicadas.
El proceso también puede variar según las necesidades del ensamblaje. Con materiales sensibles, se puede colocar una esfera de oro en la segunda zona de unión para crear una unión más fuerte y, a la vez, una unión más suave que evite daños en la superficie del componente. En espacios reducidos, se puede usar una sola esfera como punto de partida para dos uniones, formando una unión en forma de "V". Cuando se requiere mayor robustez en una unión de alambre, se puede colocar una esfera sobre una puntada para formar una unión de seguridad, aumentando la estabilidad y la resistencia del alambre. Las numerosas aplicaciones y variaciones de la unión de alambre son prácticamente ilimitadas y se pueden lograr mediante el software automatizado de los sistemas de unión de alambre de Palomar.