Tipi principali di materiali per l'incollaggio dei fili

Introduzione

Nella produzione di semiconduttori, il wire bonding stabilisce le connessioni elettriche tra i chip e i circuiti esterni. La scelta del materiale del filo è essenziale, poiché influisce sulla qualità del collegamento, sulle prestazioni elettriche e sull'affidabilità a lungo termine dei dispositivi a semiconduttore. Questo articolo presenta i materiali più comuni utilizzati per il wire bonding, tra cui il filo d'oro, il filo placcato in oro, il filo di rame e il filo in lega di rame.

Che cos'è il wire bonding?

Il wire bonding si riferisce al processo di creazione di connessioni elettriche e meccaniche tra dispositivi a semiconduttore (come circuiti integrati e transistor) e circuiti esterni. Lo scopo principale del wire bonding è quello di garantire una connessione stabile e affidabile tra il chip e i conduttori del pacchetto o il substrato, consentendo una corretta trasmissione del segnale e la funzionalità del dispositivo.

1. Metodi comuni di wire bonding:

Il wire bonding è un processo utilizzato per creare interconnessioni elettriche tra un microchip e il suo package o tra due chip. Le principali classi di wire bonding sono:

• Legame a sfera:

Questo metodo prevede la formazione di una pallina all'estremità del filo mediante il calore e la successiva pressione con forza sul pad di incollaggio. È la tecnica di wire bonding più comunemente utilizzata con fili d'oro o di rame. L'incollaggio a sfera è preferito per le applicazioni ad alta velocità grazie alla sua semplicità e affidabilità.

• Incollaggio a cuneo:

Invece di una sfera, si crea un legame a forma di cuneo premendo il filo sulla superficie in un angolo utilizzando l'energia degli ultrasuoni. L'incollaggio a cuneo è spesso utilizzato per i fili di alluminio ed è più adatto per i dispositivi a passo fine e più piccoli, in particolare quando lo spazio è limitato.

• Incollaggio conforme:

Questa tecnica utilizza uno strato morbido per assorbire le sollecitazioni e migliorare l'integrità dell'incollaggio, soprattutto quando si incollano materiali dissimili. È meno comune, ma efficace per le applicazioni in cui la mancata corrispondenza dell'espansione termica potrebbe portare al fallimento dell'incollaggio.

Ogni classe ha le sue applicazioni specifiche e i suoi vantaggi in base ai materiali, all'ambiente e alle prestazioni desiderate.

2. Funzioni chiave del wire bonding:

Il wire bonding influisce direttamente sulle prestazioni, sull'affidabilità e sulla durata dei prodotti elettronici per le seguenti caratteristiche.

- Connettività elettrica: Assicura che i segnali elettrici possano fluire senza problemi tra il chip semiconduttore e il circuito stampato.

- Stabilità meccanica: Fornisce un supporto fisico al chip, aiutandolo a resistere alle vibrazioni, alle variazioni di temperatura e ad altri fattori ambientali.

- Gestione termica: Aiuta a dissipare il calore generato durante il funzionamento attraverso i fili di collegamento e le connessioni, mantenendo stabili le prestazioni del dispositivo.

Tipi principali di materiali per il wire bonding

1. Filo d'oro

Ilfilo d'oro è ampiamente utilizzato nel wire bonding grazie alla sua eccellente conducibilità elettrica e all'elevata resistenza alla corrosione. La facilità di incollaggio lo rende una scelta affidabile per le applicazioni ad alta affidabilità, come quelle aerospaziali e di elettronica avanzata, dove precisione e durata sono fondamentali.

- Vantaggi: Il filo d'oro offre una conduttività superiore, un'eccellente resistenza alla corrosione ed è altamente affidabile per l'incollaggio termico e a ultrasuoni.

- Applicazioni: È comunemente utilizzato nei circuiti integrati (IC), nei diodi a emissione luminosa (LED) e nelle celle solari.

Il filo d'oro è tipicamente scelto per ambienti in cui la longevità e la resistenza a condizioni difficili sono essenziali. Tuttavia, il costo elevato dell'oro ha incoraggiato la ricerca di alternative più accessibili.

2. Filo placcato oro

Il filo placcato oro rappresenta un'alternativa più economica al filo d'oro massiccio. In genere ha un'anima in rame o argento, rivestita da un sottile strato d'oro. Questa combinazione offre molti dei vantaggi dell'oro, come la resistenza alla corrosione, mantenendo la forza e il costo inferiore del materiale dell'anima.

- Vantaggi: Il filo placcato in oro è meno costoso di quello in oro puro, pur mantenendo una buona conduttività e resistenza alla corrosione.

- Applicazioni: È comunemente utilizzato nell'elettronica di consumo, nell'elettronica automobilistica e in altri circuiti a media affidabilità.

Le industrie che richiedono una moderata affidabilità e sono sensibili ai costi spesso preferiscono il filo placcato in oro, in quanto offre un equilibrio tra prestazioni e convenienza.

3. Filo di rame

Ilfilo di rame è diventato un'alternativa popolare al filo d'oro nel wire bonding grazie alla sua eccellente conducibilità elettrica e termica, unita a un costo molto inferiore. È sempre più preferito nelle applicazioni ad alto volume dove l'efficienza dei costi è fondamentale.

- Vantaggi: Il filo di rame ha un'elevata conducibilità elettrica e termica ed è molto più conveniente dell'oro. È particolarmente adatto ai dispositivi ad alta potenza.

- Applicazioni: Il filo di rame è ampiamente utilizzato nei transistor di potenza, nel packaging dei chip e nei moduli di potenza.

La conducibilità termica superiore del filo di rame lo rende una scelta eccellente per i dispositivi che generano molto calore, in quanto aiuta a dissipare efficacemente il calore e migliora l'affidabilità del dispositivo.

4. Filo in lega di rame

Il filo in lega di rame è costituito da rame mescolato con piccole quantità di altri metalli per migliorarne la forza meccanica e la resistenza all'usura. Questo tipo di filo viene utilizzato nelle applicazioni in cui è richiesta un'elevata durata senza sacrificare le prestazioni elettriche.

- Vantaggi: Il filo in lega di rame è più resistente del rame puro, offre una buona resistenza all'usura e una conduttività adeguata per le applicazioni ad alta frequenza.

- Applicazioni: Si trova comunemente nei componenti ad alta frequenza, nell'elettronica di potenza e nei complessi pacchetti di semiconduttori.

Il filo in lega di rame viene spesso scelto per i dispositivi a semiconduttore sottoposti a forti sollecitazioni meccaniche o a frequenti cicli elettrici. Questo garantisce l'affidabilità a lungo termine del dispositivo.

Conclusione

La scelta dei materiali per il wire bonding determina le prestazioni, la durata e l'economicità del prodotto finale a semiconduttori. Il filo d'oro rimane il materiale preferito per le applicazioni ad alta affidabilità, mentre i fili in rame e in lega di rame offrono prestazioni eccellenti a un costo inferiore, in particolare per i dispositivi ad alta potenza o ad alta frequenza. I fili placcati in oro, invece, offrono un equilibrio tra prestazioni e convenienza nelle applicazioni a media affidabilità.

Stanford Advanced Materials (SAM) offre un'ampia gamma di prodotti a filo di alta qualità, noti per l'eccezionale purezza, precisione e affidabilità. Sia che si utilizzino metalli preziosi, metalli non ferrosi o leghe refrattarie, i nostri fili offrono resistenza, flessibilità e durata superiori. Per maggiori dettagli, visitate la nostra homepage.