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UNIÓN DE CABLES

HOJA INFORMATIVA BASE DE CONOCIMIENTOS

¿Qué es la unión de cables?

La unión de cables es el método mediante el cual se une un trozo de alambre de metal blando de pequeño diámetro a una superficie metálica compatible sin el uso de soldadura, fundente y, en algunos casos, con el uso de calor por encima de 150 grados Celsius.Los metales blandos incluyen oro (Au), cobre (Cu), plata (Ag), aluminio (Al) y aleaciones como paladio-plata (PdAg) y otros.

Comprensión de las técnicas y procesos de unión de cables para aplicaciones de ensamblaje de microelectrónica.
Técnicas/procesos de unión en cuña: cinta, bola termosónica y unión en cuña ultrasónica
La unión de cables es el método para realizar interconexiones entre un circuito integrado (IC) o dispositivo semiconductor similar y su paquete o estructura conductora durante la fabricación.También se usa comúnmente ahora para proporcionar conexiones eléctricas en conjuntos de baterías de iones de litio. La unión de cables generalmente se considera la más rentable y flexible de las tecnologías de interconexión microelectrónica disponibles, y se usa en la mayoría de los paquetes de semiconductores producidos en la actualidad. Existen varias técnicas de unión de cables, que comprenden: Unión de cables por termocompresión:
La unión de cables por termocompresión (combinación de superficies probables (generalmente Au) bajo una fuerza de sujeción con altas temperaturas de interfaz, generalmente superiores a 300 °C, para producir una soldadura), se desarrolló inicialmente en la década de 1950 para interconexiones de microelectrónica, sin embargo, esto fue rápidamente reemplazado por la unión ultrasónica y termosónica en los años 60 como la tecnología de interconexión dominante.La unión por termocompresión todavía se utiliza para aplicaciones específicas hoy en día, pero los fabricantes generalmente la evitan debido a las altas (a menudo dañinas) temperaturas de interfaz necesarias para realizar una unión exitosa. Unión por alambre de cuña ultrasónica:
En la década de 1960, la unión ultrasónica de cables en forma de cuña se convirtió en la metodología de interconexión dominante.La aplicación de una vibración de alta frecuencia (a través de un transductor resonante) a la herramienta de unión 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 a promover el crecimiento intermetálico para desarrollar y 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 alambres grandes (pesados) para alambres de >100 µm de diámetro Unión de alambres finos (pequeños) para alambres de <75 µm de diámetro. Aquí se pueden encontrar ejemplos de ciclos típicos de unión ultrasónica. para alambre fino y aquí para alambre grande. La unión de alambre de cuña ultrasónica utiliza una herramienta de unión específica o “cuña”, generalmente construida con 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 se encuentran disponibles cuñas con punta de cerámica para distintas aplicaciones. Unión de cables termosónicos:
Cuando se requiere calentamiento adicional (normalmente para alambre de oro, con interfaces de unión en el rango de 100 a 250 °C), el proceso se denomina unión de alambre termosónico.Esto tiene grandes ventajas sobre el sistema tradicional de termocompresión, 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 termosónica de bolas:
Otra forma de unión de cables termosónicos es la unión de bolas (consulte el ciclo de unión de bolas aquí).Esta metodología utiliza una herramienta de unión capilar cerámica en lugar de los diseños de cuña tradicionales para combinar las mejores cualidades tanto en termocompresión como en unión ultrasónica sin los inconvenientes.La vibración termosónica garantiza que la temperatura de la interfaz se mantenga baja, mientras que la primera interconexión, la unión esférica 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 gran volumen, las uniones de bolas son considerablemente más rápidas que las uniones ultrasónicas/termosónicas (de cuña), lo que hace que la unión de bolas termosónicas sea la tecnología de interconexión dominante en microelectrónica durante los últimos 50 años.Unión de cintas:
La unión de cintas, que utiliza cintas metálicas planas, ha sido dominante en la electrónica de RF 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 cintas de oro pequeñas, normalmente de hasta 75 µm de ancho y 25 µm de grosor, se unen mediante un proceso termosónico con una herramienta de unión de cuña grande de cara plana. Las cintas de aluminio de hasta 2000 µm de ancho y 250 µm de grosor también se pueden unir con un proceso de cuña ultrasónico, como Ha aumentado la necesidad de interconexiones de bucle inferior y alta densidad.

¿Qué es el alambre de unión de oro?

La unión con 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 ruta eléctricamente conductora.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 bola de oro en la punta de la herramienta de unión del alambre, el capilar.Esta bola se presiona sobre la superficie calentada del conjunto mientras se aplica una cantidad de fuerza específica de la aplicación y una frecuencia de movimiento ultrasónico de 60 kHz - 152 kHz con la herramienta. Una vez que se haya realizado la primera unión, el cable se manipulará de forma estrictamente controlada. de manera que se forme la forma de bucle adecuada para la geometría del conjunto.La segunda unión, a menudo denominada puntada, se forma en la otra superficie presionando hacia abajo con el alambre y usando una abrazadera para romper el alambre en la unión.

La unión con alambre de oro ofrece un método de interconexión dentro de paquetes que es altamente conductor de electricidad, casi un orden de magnitud mayor que algunas soldaduras.Además, los alambres de oro tienen una alta tolerancia a la oxidación en comparación con otros materiales de alambre y son más blandos que la mayoría, lo cual es esencial para superficies sensibles.
El proceso también puede variar según las necesidades del montaje.Con materiales sensibles, se puede colocar una bola de oro en la segunda área de unión para crear una unión más fuerte y una unión "más suave" para evitar daños a la superficie del componente.En espacios reducidos, se puede utilizar una sola bola como punto de partida para dos enlaces, formando un enlace en forma de “V”.Cuando una unión de alambre necesita ser más robusta, se puede colocar una bola encima de una puntada para formar una unión de seguridad, aumentando la estabilidad y resistencia del alambre.Las diferentes aplicaciones y variaciones de la unión de cables son casi ilimitadas y se pueden lograr mediante el uso del software automatizado en los sistemas de unión de cables de Palomar.