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INCOLLAGGIO DEL FILO

SCHEDA INFORMATIVA BASE DELLA CONOSCENZA

Cos'è il Wire Bonding?

Il wire bonding è il metodo mediante il quale un tratto di filo di metallo morbido di piccolo diametro viene fissato a una superficie metallica compatibile senza l'uso di saldature, flusso e in alcuni casi con l'uso di calore superiore a 150 gradi Celsius.I metalli teneri includono oro (Au), rame (Cu), argento (Ag), alluminio (Al) e leghe come palladio-argento (PdAg) e altri.

Comprensione delle tecniche e dei processi di collegamento dei cavi per applicazioni di assemblaggio di microelettronica.
Tecniche/processi di incollaggio a cuneo: nastro, sfera termosonica e incollaggio a cuneo a ultrasuoni
Il wire bonding è il metodo per realizzare interconnessioni tra un circuito integrato (IC) o un dispositivo semiconduttore simile e il relativo package o leadframe durante la produzione.Attualmente è anche comunemente utilizzato per fornire collegamenti elettrici nei gruppi di batterie agli ioni di litio. Il wire bonding è generalmente considerato la tecnologia di interconnessione microelettronica più conveniente e flessibile tra quelle disponibili e viene utilizzato nella maggior parte dei pacchetti di semiconduttori prodotti oggi. Esistono diverse tecniche di bonding dei fili, tra cui: Bonding con fili a termocompressione:
Il collegamento del filo a termocompressione (unione di superfici probabili (solitamente Au) insieme sotto una forza di serraggio con temperature di interfaccia elevate, tipicamente superiori a 300°C, per produrre una saldatura), è stato inizialmente sviluppato negli anni '50 per le interconnessioni microelettroniche, tuttavia questo era rapidamente sostituito dal collegamento a ultrasuoni e termosonico negli anni '60 come tecnologia di interconnessione dominante.L'incollaggio a termocompressione è ancora in uso oggi per applicazioni di nicchia, ma generalmente evitato dai produttori a causa delle elevate temperature dell'interfaccia (spesso dannose) necessarie per realizzare un legame di successo. Incollaggio con filo a cuneo ultrasonico:
Negli anni '60 il wedge wire bonding a ultrasuoni divenne la metodologia di interconnessione dominante.L'applicazione di una vibrazione ad alta frequenza (tramite un trasduttore risonante) allo strumento di incollaggio con una forza di serraggio simultanea, ha consentito di saldare fili di alluminio e oro a temperatura ambiente.Questa vibrazione ultrasonica aiuta a rimuovere i contaminanti (ossidi, impurità, ecc.) dalle superfici di incollaggio all'inizio del ciclo di incollaggio e a promuovere la crescita intermetallica per sviluppare e rafforzare ulteriormente il legame.Le frequenze tipiche per l'incollaggio sono 60 – 120 KHz. La tecnica del cuneo a ultrasuoni prevede due tecnologie di processo principali: Unione di fili grandi (pesanti) per fili di diametro >100 µm Unione di fili fini (piccoli) per fili di diametro <75 µm. È possibile trovare esempi di cicli tipici di unione a ultrasuoni qui per fili sottili e qui per fili di grandi dimensioni. Il collegamento a cuneo a ultrasuoni utilizza uno strumento di collegamento specifico o "cuneo", solitamente costruito in carburo di tungsteno (per filo di alluminio) o carburo di titanio (per filo d'oro) a seconda dei requisiti di processo e dei diametri del filo;Sono inoltre disponibili cunei con punta in ceramica per applicazioni specifiche. Incollaggio di fili termosonici:
Laddove è richiesto un riscaldamento supplementare (tipicamente per il filo d'oro, con interfacce di incollaggio nell'intervallo 100 – 250°C), il processo è chiamato incollaggio del filo termosonico.Ciò presenta grandi vantaggi rispetto al tradizionale sistema di termocompressione, poiché sono richieste temperature di interfaccia molto più basse (è stato menzionato il legame Au a temperatura ambiente ma in pratica è inaffidabile senza calore aggiuntivo). Legame termosonico a sfera:
Un'altra forma di bonding termosonico è il Ball Bonding (vedi il ciclo di bonding a sfera qui).Questa metodologia utilizza uno strumento di bonding capillare in ceramica rispetto ai tradizionali design a cuneo per combinare le migliori qualità sia nella termocompressione che nel bonding a ultrasuoni senza gli inconvenienti.La vibrazione termosonica garantisce che la temperatura dell'interfaccia rimanga bassa, mentre la prima interconnessione, il collegamento a sfera termicamente compresso, consente di posizionare il filo e il collegamento secondario in qualsiasi direzione, non in linea con il primo collegamento, che rappresenta un vincolo nel collegamento dei cavi a ultrasuoni .Per la produzione automatica di grandi volumi, i bonder a sfera sono notevolmente più veloci dei bonder a ultrasuoni/termosonici (a cuneo), rendendo il ball bonding termosonico la tecnologia di interconnessione dominante nella microelettronica negli ultimi 50+ anni.Incollaggio di nastri:
Il collegamento a nastro, che utilizza nastri metallici piatti, è stato dominante per decenni nell'elettronica RF e a microonde (il nastro fornisce un miglioramento significativo nella perdita di segnale [effetto pelle] rispetto al tradizionale filo tondo).Piccoli nastri d'oro, tipicamente fino a 75 µm di larghezza e 25 µm di spessore, vengono incollati tramite un processo termosonico con un grande strumento di incollaggio a cuneo a faccia piatta. I nastri di alluminio fino a 2.000 µm di larghezza e 250 µm di spessore possono anche essere incollati con un processo a cuneo a ultrasuoni, poiché è aumentata la richiesta di interconnessioni ad anello inferiore e ad alta densità.

Cos'è il filo d'oro?

Il bonding del filo d'oro è il processo mediante il quale il filo d'oro è collegato a due punti in un assieme per formare un'interconnessione o un percorso elettricamente conduttivo.Calore, ultrasuoni e forza vengono tutti impiegati per formare i punti di attacco per il filo d'oro. Il processo di creazione del punto di attacco inizia con la formazione di una sfera d'oro sulla punta dello strumento di fissaggio del filo, il capillare.Questa sfera viene premuta sulla superficie riscaldata dell'assemblaggio applicando con lo strumento sia una quantità di forza specifica per l'applicazione sia una frequenza di 60kHz - 152kHz di movimento ultrasonico. Una volta effettuato il primo collegamento, il filo verrà manipolato in modo strettamente controllato modo per formare la forma ad anello appropriata per la geometria dell'assieme.Il secondo legame, spesso indicato come punto, viene quindi formato sull'altra superficie premendo con il filo e utilizzando un morsetto per strappare il filo in corrispondenza del legame.

Il bonding del filo d'oro offre un metodo di interconnessione all'interno dei pacchetti altamente conduttivo elettricamente, quasi un ordine di grandezza maggiore rispetto ad alcune saldature.Inoltre, i fili d'oro hanno un'elevata tolleranza all'ossidazione rispetto ad altri materiali di filo e sono più morbidi della maggior parte, il che è essenziale per le superfici sensibili.
Il processo può variare anche in base alle esigenze dell'assemblaggio.Con i materiali sensibili, è possibile posizionare una sfera dorata sulla seconda area di incollaggio per creare sia un legame più forte che un legame “più morbido” per evitare danni alla superficie del componente.Con spazi ristretti, una singola sfera può essere utilizzata come punto di partenza per due legami, formando un legame a forma di “V”.Quando un legame metallico deve essere più robusto, è possibile posizionare una pallina sopra un punto per formare un legame di sicurezza, aumentando la stabilità e la resistenza del filo.Le numerose e diverse applicazioni e variazioni del wire bonding sono quasi illimitate e possono essere ottenute attraverso l'uso del software automatizzato sui sistemi wire bond di Palomar.