Qu'est-ce que la technologie du câblage métallique ?

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Liaison des fils est le principal moyen utilisé pour établir un lien électrique et mécanique entre une puce de semi-conducteur et son boîtier ou pour relier des pièces à l'intérieur d'un module. Ce processus est au cœur de la microélectronique moderne, et les choix en matière de collage ont une incidence sur le rendement, la fiabilité et le coût. En d'autres termes, il s'agit de relier les petites pastilles d'une puce aux pastilles plus grandes d'un support de manière à ce que les deux parties se rejoignent. puce peut se connecter au monde extérieur. La liaison sert à la fois de chemin électrique et d'ancrage mécanique. Les puces ne cessent de rétrécir et les courants dans les dispositifs d'alimentation ne cessent d'augmenter, de sorte que le collage doit être précis, reproductible et solide. Ce guide présente les méthodes de collage les plus courantes, les matériaux utilisés, le fonctionnement du processus, les causes d'échec, la manière de tester les collages, les règles de conception simples et l'évolution du secteur.

Comparaison : Wire Bonding vs Flip Chip

Fonctionnalité	Liaison par fil	Puce flip
Vue d'ensemble	Méthode d'interconnexion mature et largement utilisée. Elle utilise de minces fils d'or, d'aluminium ou de cuivre pour relier les pastilles des puces aux fils de l'emballage ou aux fils de l'emballage. Plaques de circuits imprimés.	Une méthode d'emballage plus récente dans laquelle la puce est retournée et connectée directement à l'emballage. Substrat de PCB à travers de minuscules points de soudure, créant ainsi des chemins courts et directs.
Styles de collage	– Collage des billes: Forme une petite boule sur l'extrémité du fil et la lie à la chaleur et à la force, puis connecte l'autre extrémité à la grille de connexion ou au câble. Point de contact du circuit imprimé. – Collage de la cale: Utilise la pression et l'énergie ultrasonique sans former de boule, souvent à température ambiante, convient au fil d'aluminium. Plaques de circuits imprimés.	– Bosses de soudure: Les produits sont créés à l'aide de méthodes telles que la galvanoplastie, l'évaporation ou la sérigraphie. - Les bosses relient directement la filière au Substrat de PCBqui servent à la fois de joints électriques et mécaniques.
Étapes du processus	1. Préparez le substrat et Surface du PCB. 2. Placez et alignez la matrice. 3. Formez la première et la deuxième liaison (boule ou coin). 4. Coupez le fil et formez la boucle. 5. Ajoutez une encapsulation si nécessaire pour protéger la matrice et les éléments suivants Connexions PCB.	1. Formez des bosses de soudure sur les pastilles de la puce. 2. Retournez et alignez la puce avec Substrat de PCB. 3. Chauffer pour refondre la soudure et réaliser les joints. 4. Appliquez une sous-couche pour renforcer la liaison entre l'éclat et le sol. PCB.
Avantages	- Procédé peu coûteux et éprouvé avec Emballage à base de PCB. - Fonctionne avec de nombreux types d'emballages et de tailles de puces. - Conception facile à modifier, rapide à prototyper Assemblages de circuits imprimés. - Fiable pour la production de masse.	- Densité d'E/S élevée avec des interconnexions plus courtes pour Plaques de circuits imprimés. - Meilleures performances électriques et thermiques. - Gain de place dans un espace compact Schémas de circuits imprimés. - Prise en charge de l'intégration avancée de l'emballage en 3D.
Défis	- Moins d'E/S par surface par rapport à une puce flip chip. PCB. - Des fils plus longs peuvent ajouter de la résistance et de la capacité, ce qui affecte la qualité de l'air. Performance de la carte de circuit imprimé. - Une plus grande surface de matrice est nécessaire pour les tampons le long des bords. - Les utilisations RF et à très haut débit sont limitées.	- Le processus est plus complexe et plus coûteux pour les Assemblage du PCB. - Alignement sur Substrat de PCB doit être exacte. - La tension thermique entre la matrice et le circuit imprimé peut réduire la durée de vie. - Plus difficile à réparer ou à retravailler sur les produits finis Cartes de circuits imprimés.

Qu'est-ce que le câblage métallique et pourquoi est-il important ?

La liaison filaire permet de relier un de la puce Le fil est généralement un fil métallique fin dont la taille varie de quelques micromètres à quelques centaines de micromètres en fonction de l'usage qui en est fait. Le fil est généralement un fil métallique fin dont la taille varie de quelques micromètres à quelques centaines de micromètres, en fonction de l'utilisation. Il peut être bouclé, droit ou en forme de ruban. Le lien doit présenter une faible résistance électrique, une bonne résistance mécanique et un travail stable à travers les cycles thermiques et les vibrations. Il doit également survivre aux étapes ultérieures telles que le moulage, la soudure et le chauffage pendant l'utilisation.

De nombreux ingénieurs choisissent le câblage filaire parce qu'il est flexible et économique pour de nombreux types de boîtiers, du simple DIP au BGA complexe et aux modules multi-puces. Il prend en charge une large gamme de pas, il fonctionne pour les puces à signaux mixtes et c'est un processus bien connu des équipes industrielles. Le flip-chip peut permettre des liaisons plus courtes et de meilleurs chemins RF ou thermiques, mais il est souvent plus coûteux ou oblige à des changements en amont. Pour de nombreux produits, le câblage par fil reste le bon équilibre entre coût et performance.

Cette étape est importante car c'est là que la conception rencontre le processus réel. Un tampon bien conçu et un processus régulier assurent une longue durée de vie. Des choix erronés de matériau, de forme de boucle ou de configuration de la machine entraînent des défaillances précoces ou des défauts cachés qui se révèlent plus tard. Dans les dispositifs de puissance, une liaison faible peut provoquer de la chaleur ou même une défaillance complète. Dans les puces grand public, elle peut entraîner des erreurs aléatoires ou des retours prématurés. Dans l'automobile et l'aérospatiale, le processus de collage est essentiel pour l'approbation et la sécurité d'utilisation.

Méthodes et matériaux de collage

Collage des billes

Le collage à la boule est la méthode la plus utilisée pour les fils d'or et de nombreux cas de cuivre. Le processus commence par la formation d'une petite boule à l'extrémité du fil, généralement à l'aide d'une étincelle ou d'une flamme. Un outil appelé capillaire presse la boule sur le tampon de la matrice. L'énergie et la force des ultrasons sont ajoutées tandis que la face de liaison est chauffée à une température moyenne. Le mélange de chaleur et de vibration produit un joint semblable à une soudure. Le fil est ensuite déplacé vers la plaque de substrat ou la grille de connexion, et une deuxième liaison est formée en pressant le fil en place et en ajoutant de l'énergie. Le collage à la bille est populaire parce qu'il permet d'obtenir des premières liaisons solides sur des tampons souples et parce qu'il permet d'obtenir des pas fins.

Collage des cales

Le collage par coin utilise un outil à coin et est souvent utilisé pour les fils d'aluminium et certains fils de cuivre. La cale glisse et lie le fil par cisaillement, plus l'énergie ultrasonique et un peu de chaleur. Le Wedge Bonding permet de réaliser des bondings inversés et des stitchs. Il est flexible pour un pas fin et est utile dans les boîtiers de puissance et de radiofréquence où les boucles de liaison doivent être solides.

Collage du ruban

La liaison par ruban utilise des fils plats en forme de ruban pour une très faible inductance et une faible résistance. Le ruban peut être collé avec des outils de calage et est utilisé lorsqu'un courant élevé ou un bon chemin thermique est nécessaire. Il est moins flexible dans les petits pas, mais il est courant dans les modules de puissance et les liaisons fil à fil.

Processus et formation de liens

La liaison se forme par le mélange des atomes à la surface. Un oxyde fin ou de la saleté peuvent la bloquer. L'énergie ultrasonique frotte la surface et la chaleur accélère le mélange des atomes. La force crée un contact étroit. Un bon équilibre permet d'obtenir une couche fine et régulière et un joint solide. Un excès de chaleur entraîne la formation d'une couche épaisse et cassante. Une force excessive peut endommager le tampon. Un mauvais contrôle peut produire des liaisons qui semblent correctes mais qui se détériorent plus tard en cas de cycles ou de chocs.

Dans les véritables usines, ce sont les machines qui effectuent la majeure partie du travail. Une machine à lier les fils déplace la matrice et l'outil à l'aide d'un système de vision. La machine réalise la première liaison, définit la forme de la boucle, puis réalise la deuxième liaison et coupe le fil. Les machines enregistrent les paramètres afin que les ingénieurs puissent vérifier les changements. Les recettes comprennent le type et la taille du fil, le temps de soudure, la puissance, la force, la chaleur et la taille de la soudure. Les ingénieurs effectuent souvent des tests de traction et de cisaillement pour vérifier la stabilité.

Qualité, essais et fiabilité

Comment la qualité est-elle contrôlée ?

Un lien doit être porteur de courant et durer longtemps. La qualité est vérifiée à l'aide de tests de traction, de cisaillement, de contrôles visuels et de tests de contrainte. Le test de traction consiste à tirer jusqu'à ce que le fil se rompe et à noter la force. Le test de cisaillement coupe la bille collée et note la force. Il s'agit de contrôles rapides de la solidité de la liaison et de la dérive du processus.

Modes de défaillance courants

Les défaillances typiques sont le soulèvement du coussinet, où le coussinet se détache, les fissures du talon, où le fil se casse près du pied, les couches épaisses et fragiles, et la corrosion en cas d'utilisation intensive. Pour les fils de cuivre, la corrosion et la croissance des couches sont les principaux risques, de sorte que les usines peuvent utiliser un contrôle des gaz, des outils spéciaux ou des produits d'étanchéité.

Tests de résistance

Les essais sous contrainte sont également essentiels. Les cycles thermiques soumettent la puce, le fil et l'emballage à des contraintes. Des cycles répétés peuvent provoquer des fissures, des soulèvements ou une croissance qui affaiblit les joints. L'humidité peut corroder les liaisons, principalement le cuivre, si le joint de l'emballage est faible. Essais de vibrations et de chocs : conception des boucles et ancrages. Pour l'automobile ou l'aérospatiale, des séries de tests de résistance sont nécessaires pour prouver la qualité.

Règles de conception et meilleures pratiques

Le métal des pastilles, leur taille et leur disposition déterminent le résultat. Les concepteurs doivent choisir des métaux adaptés au fil : des pastilles d'aluminium pour l'or ou l'aluminium, ou des empilements de barrières pour le cuivre. Les pastilles doivent être suffisamment grandes pour le pied de connexion. La hauteur et la forme des boucles font partie de la conception. Une boucle basse risque d'être courte ; une boucle haute risque de se fissurer. Le chemin du fil doit éviter les courbes brusques et rester à l'écart de la pression du moule.

La conception doit également s'adapter aux besoins en courant et en chaleur. Si le courant est élevé, la taille du fil ou plusieurs fils peuvent être nécessaires. Pour la puissance, on utilise des rubans ou de nombreux fils. Pour l'alimentation, on utilise des rubans ou de nombreux fils. RFLa longueur et la forme de la boucle doivent être réglées pour répondre aux besoins du signal.

Orientations futures

L'avenir du câblage des fils réside dans les métaux, les machines et les nouveaux emballages. L'utilisation du cuivre est appelée à se développer, car il coûte moins cher et supporte plus de courant, mais il nécessite un traitement soigneux et un contrôle de l'air. De meilleurs outils réduisent l'usure et l'oxydation. Un plus grand nombre de capteurs sur les lignes permet aux usines de détecter plus rapidement les dérives. Pour les pas très fins, le câblage par fil se combine avec le flip-chip, les vias et les boîtiers au niveau de la plaquette. Les liaisons laser et hybrides apparaissent dans des domaines de niche.

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