Principaux types de matériaux de câblage

Introduction

Dans la fabrication des semi-conducteurs, le bonding des fils établit les connexions électriques entre les puces et les circuits externes. Le choix du matériau du fil est essentiel, car il influe sur la qualité de la liaison, les performances électriques et la fiabilité à long terme des dispositifs à semi-conducteurs. Cet article présente les matériaux les plus couramment utilisés pour le câblage métallique, notamment le fil d'or, le fil doré, le fil de cuivre et le fil en alliage de cuivre.

Qu'est-ce que le bonding ?

Le wire bonding désigne le processus de création de connexions électriques et mécaniques entre les dispositifs à semi-conducteurs (tels que les circuits intégrés et les transistors) et les circuits externes. L'objectif principal du bonding est d'assurer une connexion stable et fiable entre la puce et les fils du boîtier ou le substrat, afin de permettre une transmission correcte des signaux et le bon fonctionnement du dispositif.

1. Méthodes courantes de câblage filaire :

Le wire bonding est un processus utilisé pour créer des interconnexions électriques entre une puce et son boîtier ou entre deux puces. Les principales catégories de bonding sont les suivantes

• Collage par boule :

Cette méthode consiste à former une boule à l'extrémité d'un fil à l'aide de la chaleur, puis à la presser avec force sur la pastille de collage. C'est la technique de bonding la plus courante pour les fils d'or ou de cuivre. Le bonding à billes est préféré pour les applications à grande vitesse en raison de sa simplicité et de sa fiabilité.

• Liaison par coin :

Au lieu d'une bille, une liaison en forme de coin est créée en pressant le fil dans la surface à un angle donné à l'aide d'une énergie ultrasonique. Le bonding en coin est souvent utilisé pour les fils d'aluminium et convient mieux aux dispositifs à pas fin et de petite taille, en particulier lorsque l'espace est limité.

• Collage souple :

Cette technique utilise une couche souple pour absorber les contraintes et améliorer l'intégrité de la liaison, en particulier lors du collage de matériaux différents. Cette technique est moins répandue, mais elle est efficace pour les applications où les écarts de dilatation thermique risquent de provoquer une rupture de la liaison.

Chaque classe a ses applications spécifiques et ses avantages en fonction des matériaux, de l'environnement et des performances souhaitées.

2. Fonctions clés du câblage métallique :

Le câblage des fils a un impact direct sur les performances, la fiabilité et la longévité des produits électroniques pour les caractéristiques suivantes.

- Connectivité électrique : Elle garantit la fluidité des signaux électriques entre la puce semi-conductrice et la carte de circuit imprimé.

- Stabilité mécanique : Elle fournit un support physique à la puce, l'aidant à résister aux vibrations, aux changements de température et à d'autres facteurs environnementaux.

- Gestion thermique : Aide à dissiper la chaleur générée pendant le fonctionnement à travers les fils de liaison et les connexions, ce qui permet de maintenir la stabilité des performances de l'appareil.

Principaux types de matériaux de câblage

1. fil d'or

Le fil d'or est largement utilisé dans le bonding en raison de son excellente conductivité électrique et de sa grande résistance à la corrosion. Sa facilité de collage en fait un choix fiable pour les applications à haute fiabilité, telles que l'aérospatiale et l'électronique de pointe, où la précision et la durabilité sont vitales.

- Avantages : Le fil d'or offre une conductivité supérieure, une excellente résistance à la corrosion et une grande fiabilité pour le collage thermique et ultrasonique.

- Applications : Il est couramment utilisé dans les circuits intégrés (CI), les diodes électroluminescentes (DEL) et les cellules solaires.

Le fil d'or est généralement choisi pour les environnements où la longévité et la résistance aux conditions difficiles sont essentielles. Toutefois, le coût élevé de l'or a encouragé la recherche d'alternatives plus abordables.

2. le fil plaqué or

Le fil plaqué or constitue une alternative plus économique au fil d'or massif. Il se compose généralement d'une âme en cuivre ou en argent, recouverte d'une fine couche d'or. Cette combinaison offre de nombreux avantages de l'or, tels que la résistance à la corrosion, tout en conservant la solidité et le coût inférieur du matériau de base.

- Avantages : Le fil plaqué or est moins cher que le fil d'or pur, mais il conserve une bonne conductivité et une bonne résistance à la corrosion.

- Applications : Il est couramment utilisé dans l'électronique grand public, l'électronique automobile et d'autres circuits à fiabilité moyenne.

Les industries qui exigent une fiabilité modérée et qui sont sensibles aux coûts préfèrent souvent le fil plaqué or, car il offre un équilibre entre les performances et le prix.

3) Fil de cuivre

Le fil de cuivre est devenu une alternative populaire au fil d'or dans le collage des fils en raison de son excellente conductivité électrique et thermique, associée à un coût beaucoup plus faible. Il est de plus en plus utilisé dans les applications à grand volume où le rapport coût-efficacité est essentiel.

- Avantages : Le fil de cuivre présente une conductivité électrique et thermique élevée et son prix est nettement inférieur à celui de l'or. Il est particulièrement adapté aux dispositifs de grande puissance.

- Applications : Le fil de cuivre est largement utilisé dans les transistors de puissance, l'emballage des puces et les modules de puissance.

La conductivité thermique supérieure du fil de cuivre en fait un excellent choix pour les dispositifs qui génèrent beaucoup de chaleur, car il permet de dissiper efficacement la chaleur et d'améliorer la fiabilité des dispositifs.

4) Fil en alliage de cuivre

Le fil en alliage de cuivre est fabriqué à partir de cuivre mélangé à de petites quantités d'autres métaux pour améliorer sa résistance mécanique et sa résistance à l'usure. Ce type de fil est utilisé dans les applications nécessitant une grande durabilité sans sacrifier les performances électriques.

- Avantages : Le fil en alliage de cuivre est plus solide que le cuivre pur, offre une bonne résistance à l'usure et une conductivité adéquate pour les applications à haute fréquence.

- Applications : On le trouve couramment dans les composants haute fréquence, l'électronique de puissance et les boîtiers complexes de semi-conducteurs.

Le fil en alliage de cuivre est souvent choisi pour les dispositifs à semi-conducteurs qui subissent des contraintes mécaniques importantes ou des cycles électriques fréquents. Cela permet de garantir la fiabilité à long terme du dispositif.

Conclusion

Le choix des matériaux de bonding détermine les performances, la durabilité et la rentabilité du produit semi-conducteur final. Le fil d'or reste le matériau préféré pour les applications à haute fiabilité, tandis que les fils de cuivre et d'alliage de cuivre offrent d'excellentes performances à moindre coût, en particulier pour les dispositifs à haute puissance ou à haute fréquence. Le fil plaqué or, quant à lui, offre un équilibre entre la performance et le prix dans les applications à fiabilité moyenne.

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