Durante el empaquetado de semiconductores, los chips requieren conexiones eléctricas fiables para transmitir señales y conducir corriente a circuitos externos. Debido a las variaciones en el tamaño del chip, los requisitos de energía y las estructuras del envase, la industria suele emplear diferentes procesos de unión y materiales de unión correspondientes.
La unión de cables es una de las tecnologías de interconexión más utilizadas en el envasado de semiconductores. Conecta las almohadillas de chip a cables de encapsulamiento, sustratos u otras estructuras conductoras utilizando cables de unión o cintas de unión semiconductoras.
Según los métodos de conexión y las necesidades de aplicación, la industria de semiconductores utiliza principalmente dos técnicas de unión:
- Enlace de bolas
- Unión de cuñas
Estos dos procesos corresponden a sistemas materiales diferentes:
| Método de unión | Materiales comunes | Aplicaciones típicas |
| Enlace de bolas | Alambre de unión de oro, alambre de unión de cobre | Empaquetado de circuitos integrados, dispositivos de memoria, LEDs, componentes electrónicos de precisión |
| Unión de cuñas | Alambre de unión de aluminio, cinta de aluminio | IGBTs, módulos de potencia, electrónica de vehículos eléctricos, sistemas eléctricos |
Por lo tanto, al seleccionar materiales de unión semiconductora, los clientes suelen adaptar los procesos y materiales adecuados según su tipo de producto, método de envasado y requisitos de rendimiento eléctrico.
Este artículo presenta los principios de funcionamiento, los materiales aplicables y los métodos de selección para el Enlace de Bola y el Enlace en Cuña en diferentes escenarios de aplicación. Esto ayuda a los clientes a comprender mejor la compatibilidad entre materiales de unión semiconductor.
2. Enlace de bolas: proceso, materiales y aplicaciones
¿Qué es el vínculo con bola?
El enlace de bola es uno de los métodos de unión más utilizados en envases de semiconductores. Principalmente conecta almohadillas de chip a cables de encapsulamiento, sustratos u otras estructuras conductoras utilizando finos cables metálicos para permitir la transmisión de señales eléctricas.
En el proceso de unión de bolas, primero se forma una bola metálica al final del cable de unión mediante un Apagado Eléctrico de Llamas (EFO). La bola metálica se conecta entonces a la almohadilla del chip mediante calor, presión y energía ultrasónica. Posteriormente, el control por lazo de alambre forma el camino de conexión, completando el segundo enlace.
Pasos básicos del unión de bolas
1. Fusión de alambre
Las altas temperaturas generadas por descarga eléctrica funden el extremo del cable, formando una estructura esférica.
2. Formación de Bola Libre
La tensión superficial hace que la gota metálica fundida forme una forma esférica regular, conocida como Bola de Aire Libre (FAB).
3. Primera formación de bonos
Una herramienta capilar presiona la bola metálica contra la superficie de la almohadilla del chip. El calor, la presión y la vibración ultrasónica crean una conexión estable.
4. Formación de lazo de alambre
La herramienta de unión mueve y controla la forma del alambre para formar una altura y un recorrido de lazo que cumplan con los requisitos de diseño del encapsulado.
5. Segunda formación de bonos
Se forma un segundo enlace en el otro extremo del cable, conectando el chip con el marco de derivación, el sustrato u otras áreas externas de conexión.
El enlace de bolas se aplica principalmente a productos semiconductores que requieren conexiones de alambre fino, pasos pequeños de pastilla y envases de alta densidad. Por ello, se utiliza ampliamente en envasado de circuitos integrados, dispositivos de memoria, envases LED y otros componentes electrónicos de precisión.
Materiales utilizados para el enlace de bolas
El enlace de bolas suele utilizar cables metálicos finos con buena conductividad, ductilidad y estabilidad de unión. La selección de materiales depende principalmente de la estructura del dispositivo semiconductor, los requisitos de encapsulado, las necesidades de rendimiento eléctrico y los factores de coste.
Actualmente, los materiales más comunes usados en el unión de bolas incluyen:
Alambre de unión de oro Debido a su excelente ductilidad y experiencia madura en aplicaciones de enlace, el alambre de oro se utiliza ampliamente en el envasado de bolas. En aplicaciones de envasado de semiconductores que requieren paso fino y conexiones de alta precisión, el alambre de oro satisface las necesidades de microconexión mediante propiedades estables del material. Las aplicaciones típicas incluyen envases de CI, envases LED y dispositivos RF.
Alambre de unión de cobre Con mayor conductividad y costes de materiales más ventajosos en comparación con el oro, el alambre de unión de cobre se ha convertido en una opción importante en el empaquetado moderno de semiconductores. Se adapta a escenarios de aplicación que requieren un mejor rendimiento eléctrico mientras optimiza los costes de empaquetado. Las aplicaciones típicas abarcan envases avanzados de circuitos integrados y dispositivos semiconductores.
Para proyectos de enlace de bola con alambre fino, el alambre de unión de aleación de plata también puede evaluarse como alternativa al alambre de oro o cobre, dependiendo de la estructura del envase, las condiciones de unión y los requisitos de fiabilidad.
Enlace en cuña: procesos, materiales y aplicaciones
¿Qué es el enlace de cuña?
La unión en cuña es otro método crítico de unión en el envasado de semiconductores. Principalmente utiliza una herramienta de cuña para aplicar presión a cables o cintas metálicas, combinada con energía ultrasónica, para formar conexiones estables entre el material y las almohadillas de chips, marcos de derivación u otras estructuras conductoras para la transmisión eléctrica.
A diferencia del enlace de bola, el enlace en cuña no forma una bola de aire libre en el extremo del alambre. En su lugar, la herramienta cuña crimpa directamente la superficie del material. La vibración ultrasónica genera fricción, creando una conexión de estado sólido en la superficie metálica.
El enlace de cuña es típicamente adecuado para empaquetados de semiconductores de potencia que requieren mayor capacidad de carga de corriente, mayores áreas de conexión y fiabilidad a largo plazo. Por ello, se utiliza ampliamente en módulos IGBT, dispositivos de potencia MOSFET, módulos de potencia para vehículos de nueva energía, sistemas de conversión de potencia y electrónica de potencia industrial.
En comparación con el enlace de bolas, que se utiliza principalmente para el empaquetado de circuitos integrados de paso fino, el enlace en cuña se centra más en la resistencia de la conexión, la capacidad de transmisión de corriente y la fiabilidad bajo condiciones de funcionamiento de dispositivos de potencia.
Pasos básicos del unión de cuñas
1. Posicionamiento de materiales
El cable o la cinta de unión se coloca en la posición especificada en la plataforma de chip o terminal de conexión.
2. Aplicación de energía ultrasónica
La herramienta cuña aplica presión mientras genera vibraciones ultrasónicas de alta frecuencia. Esto rompe la capa de óxido en la interfaz de contacto entre el material y la almohadilla, formando una interconexión metálica.
3. Primera formación de bonos
La presión y la acción ultrasónica crean una conexión estable entre la almohadilla del chip y el material de unión.
4. Formación de lazo de alambre/cinta
El camino de conexión del cable o cinta de unión se controla según los requisitos de la estructura del envase.
5. Segunda formación de bonos
El otro extremo está conectado, estableciendo un camino eléctrico completo entre el chip y los terminales externos o estructuras del circuito.
Materiales utilizados para la unión de cuñas
El enlace de cuña suele utilizar cables o cintas metálicas con buena conductividad, propiedades mecánicas y idoneidad para características de conexión ultrasónica.
Dado que las aplicaciones de semiconductores de potencia suelen soportar grandes corrientes y enfrentarse a entornos de ciclo térmico a largo plazo, el alambre de unión de aluminio y la cinta de aluminio se han convertido en las opciones de materiales más comunes para el enlace en cuña.
Actualmente, los materiales más comunes utilizados en el encapsulado de cuñas incluyen:
Alambre de unión de aluminio El alambre de unión de aluminio ofrece buena conductividad, propiedades mecánicas y una amplia gama de diámetros de hilo. Se utiliza ampliamente en conexiones de unión de cuña de semiconductores de potencia. En comparación con los hilos metálicos finos usados en envasado de CI de precisión, el alambre de aluminio es más adecuado para dispositivos de potencia que requieren mayor capacidad de transporte de corriente. Las aplicaciones típicas incluyen módulos IGBT, dispositivos semiconductores de potencia y módulos electrónicos automotrices.
Cinta de unión de aluminio La cinta de unión de aluminio presenta una sección transversal rectangular. En comparación con los cables de unión redondos, proporciona una mayor área de conexión, lo que la hace adecuada para empaquetados de electrónica de alta corriente. Su capacidad estable de conexión eléctrica la hace ampliamente utilizada en campos de nuevas energías y módulos de alta potencia. Las aplicaciones típicas incluyen módulos de potencia para vehículos eléctricos, sistemas inversores y equipos electrónicos de nueva energía.
Diferencias principales entre la unión por bola y la unión en cuña
Tanto el enlace de bola como el de cuña son procesos comunes de unión en envases de semiconductores. Sin embargo, debido a las diferencias en los métodos de conexión, las estructuras de las herramientas y los materiales aplicables, se aplican principalmente a distintos tipos de productos semiconductores.
El enlace de bolas se utiliza típicamente para aplicaciones que requieren conexiones de alta densidad y envasado de paso fino. Los materiales comunes incluyen los hilos de unión de oro y cobre, aplicados principalmente a envases de semiconductores de precisión como circuitos integrados y dispositivos de memoria.
El enlace de cuña es más adecuado para aplicaciones de electrónica de potencia que requieren mayor capacidad de transporte de corriente y áreas de conexión más grandes. Comúnmente utiliza alambre de unión de aluminio o cinta de aluminio y se aplica ampliamente a IGBT, módulos de potencia y dispositivos electrónicos de nueva energía.
| Artículo de comparación | Enlace de bolas | Unión de cuñas | Artículo de comparación |
| Forma de enlace | Unión Bola + Puntada | Enlace de cuña plano | Forma de enlace |
| Herramienta principal | Herramienta capilar | Herramienta de cuña | Herramienta principal |
| Materiales comunes | Alambre de unión de oro (cable Au Wire), Alambre de unión de cobre (cable de cu) | Alambre de unión de aluminio (alambre de Al), cinta de unión de aluminio (cinta de Al) | Materiales comunes |
| Tamaño del alambre | Principalmente utiliza especificaciones de alambre fino | Soporta cables finos hasta cables/cintas de gran tamaño | Tamaño del alambre |
| Principal ventaja | Adecuado para envases de paso fino y alta densidad | Adecuado para conexiones de alta corriente y aplicaciones de alimentación | Principal ventaja |
| Aplicaciones típicas | Empaquetado de circuitos integrados, dispositivos de memoria, LEDs, componentes electrónicos de precisión | Semiconductores de potencia, módulos IGBT, electrónica de vehículos eléctricos | Aplicaciones típicas |
Cómo elegir el método de unión adecuado según la aplicación
En el empaquetado de semiconductores, la elección del método de unión depende principalmente del tipo de chip, la estructura del envase y los requisitos de rendimiento eléctrico. Diferentes aplicaciones corresponden a distintos procesos de unión y sistemas de materiales.
La siguiente tabla ayuda a los clientes a entender rápidamente la relación de coincidencia entre las aplicaciones comunes y los materiales de adhesión.
| Área de aplicación | Producto típico | Método recomendado de unión | Material común |
| Embalaje de CI | Circuitos integrados, chips lógicos | Enlace de bolas | Alambre de unión de oro Alambre de unión de cobre |
| Empaquetado de memoria | Dispositivo de memoria | Enlace de bolas | Alambre de unión de oro Alambre de unión de cobre |
| Embalaje LED | LED Chip | Enlace de bolas | Alambre de unión de oro |
| Dispositivos RF | Dispositivo RF | Enlace de bolas | Alambre de unión de oro Alambre de unión de cobre |
| Módulos IGBT | Módulo de potencia | Unión de cuñas | Alambre de unión de aluminio |
| Electrónica de Vehículos de Nueva Energía | Electrónica de Potencia de Vehículos Eléctricos | Unión de cuñas | Alambre de unión de aluminio Cinta de aluminio |
| Sistemas de inversores | Módulo inversor | Unión de cuñas | Cinta de aluminio |
| Equipos electrónicos de alta potencia | Semiconductores de potencia | Unión de cuñas | Alambre de aluminio Cinta de aluminio |
| Área de aplicación | Producto típico | Método recomendado de unión | Material común |
| Embalaje de CI | Circuitos integrados, chips lógicos | Enlace de bolas | Alambre de unión de oro Alambre de unión de cobre |
| Empaquetado de memoria | Dispositivo de memoria | Enlace de bolas | Alambre de unión de oro Alambre de unión de cobre |
| Embalaje LED | LED Chip | Enlace de bolas | Alambre de unión de oro |
| Dispositivos RF | Dispositivo RF | Enlace de bolas | Alambre de unión de oro Alambre de unión de cobre |
| Módulos IGBT | Módulo de potencia | Unión de cuñas | Alambre de unión de aluminio |
| Electrónica de Vehículos de Nueva Energía | Electrónica de Potencia de Vehículos Eléctricos | Unión de cuñas | Alambre de unión de aluminioCinta de aluminio |
| Sistemas de inversores | Módulo inversor | Unión de cuñas | Cinta de aluminio |
| Equipos electrónicos de alta potencia | Semiconductores de potencia | Unión de cuñas | Alambre de aluminioCinta de aluminio |
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre el enlace de bola y el enlace en cuña?
Las principales diferencias entre el Enlace de bolas y el Unión de cuñas radican en el método de conexión, las herramientas utilizadas y los materiales aplicables.
El enlace de bola completa la conexión formando una bola metálica. Normalmente utiliza cables de unión de oro o cobre y se emplea principalmente para encapsulados de semiconductores de alta densidad como circuitos integrados y dispositivos de memoria.
La unión en cuña forma la conexión mediante una herramienta en forma de cuña y energía ultrasónica. Normalmente utiliza alambre de unión de aluminio o cinta de aluminio y se aplica principalmente en semiconductores de potencia y campos de envasado de alta corriente.
¿Qué método de enlace se utiliza para dispositivos semiconductores de potencia?
Los dispositivos semiconductores de potencia suelen usar enlace de cuña.
Dado que los dispositivos de alimentación necesitan transportar grandes corrientes y funcionar en entornos de ciclo térmico a largo plazo, el Alambre de Enlace de Aluminio y la Cinta de Enlace de Aluminio se utilizan a menudo para las conexiones de unión en cuña.
Las aplicaciones típicas incluyen:
Módulos IGBT
Módulos de potencia
Sistemas electrónicos para vehículos eléctricos
¿Es adecuado el alambre de unión de aluminio para la unión de bolas?
En circunstancias normales, el alambre de unión de aluminio se utiliza principalmente para aplicaciones de unión de cuña en lugar de unión por bola.
Esto se debe a que el alambre de aluminio se utiliza típicamente en envases de semiconductores de potencia que requieren diámetros de hilo mayores y alta capacidad de transporte de corriente, mientras que el enlace de bola se utiliza principalmente para encapsulados de CI de paso fino y alta densidad, empleando a menudo hilos de oro o cobre.
¿Qué factores deben tenerse en cuenta al elegir materiales para la adherencia?
Al seleccionar materiales de unión semiconductores —especialmente al comparar cables de unión de oro, plata, cobre y aluminio— debe considerar a fondo:
- Tipo de aplicación
- Método de unión
- Diámetro del alambre / Dimensiones de la cinta
- Propiedades mecánicas
- Requisitos eléctricos
Las diferentes estructuras de envases y entornos de aplicación tienen distintos requisitos para materiales de adhesión, que deben adaptarse según necesidades específicas.
Selección del material de unión adecuado para el embalaje de semiconductores
En el embalaje de semiconductores, es necesario seleccionar el material de unión adecuado en función de los requisitos de aplicación, la estructura del envase y el proceso de unión.
- El enlace de bola se utiliza principalmente para envases semiconductores de paso fino y alta densidad, empleando comúnmente alambre de unión de oro y alambre de unión de cobre.
- El enlace de cuña se utiliza ampliamente en el campo de los semiconductores de potencia, empleando típicamente alambre de unión de aluminio y cinta de unión de aluminio.
La selección de materiales de unión requiere un juicio exhaustivo que combine la forma del paquete, los requisitos actuales, los requisitos de tamaño y el entorno de aplicación.
Al comprender la relación de emparejamiento entre diferentes métodos de unión y materiales, los clientes pueden seleccionar de forma más eficaz soluciones de materiales de unión que se adapten a sus necesidades de aplicación de semiconductores.