Collage de fils semi-conducteurs | Collage à billes vs collage en coin

Lors de l’emballage des semi-conducteurs, les puces nécessitent des connexions électriques fiables pour transmettre les signaux et conduire le courant vers les circuits externes. En raison des variations de taille des puces, des besoins en énergie et des structures de boîtiers, l’industrie emploie généralement différents procédés de liaison et matériaux de liaison correspondants.

Le collage par fil est l’une des technologies d’interconnexion les plus largement utilisées dans l’emballage de semi-conducteurs. Il relie les puces à des câbles d’emballage, des substrats ou d’autres structures conductrices à l’aide de fils de liaison à semi-conducteurs ou de rubans de liaison.

En fonction des méthodes de connexion et des besoins d’application, l’industrie des semi-conducteurs utilise principalement deux techniques de liaison :

• Collage à billes
• Collage en coin

Ces deux processus correspondent à des systèmes matériels différents :

Ainsi, lors du choix des matériaux de liaison semi-conducteurs, les clients associent généralement les procédés et matériaux appropriés en fonction de leur type de produit, de leur méthode d’emballage et de leurs exigences en matière de performance électrique.

Cet article présente les principes de fonctionnement, les matériaux applicables et les méthodes de sélection pour le Collage à billes et le Collage en coin dans différents scénarios d’application. Cela aide les clients à mieux comprendre la compatibilité entre les matériaux de liaison des semi-conducteurs.

2. Collation à billes : procédé, matériaux et applications

Qu’est-ce que le lien avec les balles ?

Le collage à billes est l’une des méthodes de collage les plus utilisées dans l’emballage de semi-conducteurs. Il connecte principalement les puces à des câbles de boîtier, des substrats ou d’autres structures conductrices à l’aide de fils métalliques fins pour permettre la transmission du signal électrique.

Dans le processus de liaison à billes, une bille métallique est d’abord formée à l’extrémité du fil de liaison via un effet de décharge électrique (EFO). La bille métallique est ensuite connectée au pad de puce en utilisant la chaleur, la pression et l’énergie ultrasonique. Par la suite, le contrôle par boucle de fil forme le chemin de connexion, complétant ainsi la seconde liaison.

Étapes de base du collage de billes

1. Fusion des fils

Les hautes températures générées par la décharge électrique font fondre l’extrémité du fil, formant une structure sphérique.

2. Formation balle libre

La tension superficielle fait que la gouttelette métallique en fusion prend une forme sphérique régulière, appelée la boule d’air libre (FAB).

3. Première formation de l’obligation

Un outil capillaire appuie la boule métallique sur la surface du tampon de puce. La chaleur, la pression et les vibrations ultrasoniques créent une connexion stable.

4. Formation en boucle de fil

L’outil de collage déplace et contrôle la forme du fil pour former une hauteur et un chemin de boucle répondant aux exigences de conception du boîtier.

5. Deuxième formation de l’obligation

Une seconde liaison se forme à l’autre extrémité du fil, reliant la puce au cadre principal, au substrat ou à d’autres zones de connexion externes.

Le collage à billes est principalement appliqué aux produits semi-conducteurs nécessitant des connexions fines de fil, de petits pas de tampons et des emballages à haute densité. Par conséquent, il est largement utilisé dans les emballages de circuits intégrés, les dispositifs mémoire, les emballages LED et d’autres composants électroniques de précision.

Matériaux utilisés pour le collage de billes

Le collage à billes utilise généralement des fils métalliques fins avec une bonne conductivité, ductilité et stabilité de liaison. Le choix des matériaux dépend principalement de la structure du dispositif à semi-conducteurs, des exigences d’emballage, des exigences de performance électrique et des facteurs de coût.

Actuellement, les matériaux les plus couramment utilisés pour le collage de billes incluent :

• Fil de liaison à l’or

  Grâce à son excellente ductilité et à son expérience mature en application de collage, le fil d’or est largement utilisé dans le collage à billes. Dans les applications d’emballage de semi-conducteurs nécessitant des connexions à pas fin et haute précision, le fil d’or répond aux besoins de microconnexion grâce à des propriétés de matériaux stables. Les applications typiques couvrent l’emballage de circuits intégrés, les emballages LED et les dispositifs RF.

• Fil de liaison en cuivre

  Avec une conductivité plus élevée et des coûts matériaux plus avantageux que l’or, le fil de liaison en cuivre est devenu un choix important dans les emballages modernes des semi-conducteurs. Il convient à des scénarios d’application nécessitant une amélioration des performances électriques tout en optimisant les coûts d’emballage. Les applications typiques concernent l’emballage avancé des circuits intégrés et les dispositifs semi-conducteurs.

Pour les projets de collage à billes à fil fin, le fil de liaison en alliage d’argent peut également être évalué comme une alternative au fil d’or ou de cuivre, selon la structure du boîtier, les conditions de liaison et les exigences de fiabilité.

Collage en coin : procédé, matériaux et applications

Qu’est-ce que le Collage en coin ?

Le collage en coin est une autre méthode de collage essentielle dans l’emballage des semi-conducteurs. Il utilise principalement un outil en coin pour appliquer une pression sur les fils ou rubans métalliques, combiné à l’énergie ultrasonique, afin de former des connexions stables entre le matériau et les puces, les châssis de plomb ou d’autres structures conductrices pour la transmission électrique.

Contrairement à la liaison à billes, la liaison en coin ne forme pas une boule d’air libre à l’extrémité du fil. Au lieu de cela, l’outil en coin sertise directement la surface du matériau. Les vibrations ultrasoniques génèrent de la friction, créant une connexion à semi-conducteurs sur la surface métallique.

La liaison en coin convient généralement aux empaquetements de semi-conducteurs de puissance nécessitant une capacité de charge de courant plus élevée, des zones de connexion plus grandes et une fiabilité à long terme. Par conséquent, elle est largement utilisée dans les modules IGBT, les dispositifs de puissance MOSFET, les modules de puissance des véhicules à énergie nouvelle, les systèmes de conversion de puissance et l’électronique industrielle de puissance.

Comparé au collage à bille, principalement utilisé pour le conditionnement de circuits intégrés à pas fin, le collage en coin se concentre davantage sur la force de connexion, la capacité de transmission du courant et la fiabilité dans des conditions de fonctionnement des dispositifs de puissance.

Étapes de base du collage en coin

1. Positionnement des matériaux

Le fil ou le ruban de liaison est placé à l’endroit spécifié sur la puce ou la borne de connexion.

2. Application de l’énergie ultrasonique

L’outil en coin exerce une pression tout en générant des vibrations ultrasoniques à haute fréquence. Cela casse la couche d’oxyde à l’interface de contact entre le matériau et la plaquette, formant une interconnexion métallique.

3. Première formation de l’obligation

La pression et l’action ultrasonique créent une connexion stable entre le pad de puce et le matériau de liaison.

4. Formation en boucle fil/ruban

Le chemin de connexion du fil ou du ruban de liaison est contrôlé selon les exigences de la structure du boîtier.

5. Deuxième formation de l’obligation

L’autre extrémité est connectée, établissant un chemin électrique complet entre la puce et les bornes externes ou les structures de circuits.

Matériaux utilisés pour le collage en coin

Le collage en coin utilise généralement des fils ou rubans métalliques avec une bonne conductivité, des propriétés mécaniques et une bonne adéquation pour des caractéristiques de connexion ultrasonique.

Puisque les applications de semi-conducteurs de puissance supportent souvent de grands courants et font face à des environnements de cycle thermique à long terme, le fil de liaison en aluminium et le ruban en aluminium sont devenus les choix de matériaux les plus courants pour la liaison en coin.

Actuellement, les matériaux couramment utilisés pour le collage en coin incluent :

• Fil de liaison en aluminium

  Le fil de liaison en aluminium offre une bonne conductivité, des propriétés mécaniques et une large gamme de diamètres de fil. Il est largement utilisé dans les connexions de liaison en coin des semi-conducteurs de puissance. Comparé aux fils métalliques fins utilisés dans l’emballage de circuits intégrés de précision, le fil d’aluminium est mieux adapté aux dispositifs de puissance nécessitant une capacité de transport de courant plus élevée. Les applications typiques concernent les modules IGBT, les dispositifs semi-conducteurs de puissance et les modules électroniques automobiles.

• Ruban de liaison en aluminium

  Le ruban de liaison en aluminium présente une section transversale rectangulaire. Comparé aux fils de liaison rond, il offre une plus grande surface de connexion, ce qui le rend adapté aux emballages électroniques de puissance à haute intensité. Sa capacité de connexion électrique stable en fait une utilisation largement utilisée dans les domaines des modules de nouvelles énergies et de modules à haute puissance. Les applications typiques concernent les modules de puissance pour véhicules électriques, les systèmes d’onduleurs et les équipements électroniques de nouvelle énergie.

Différences principales entre le liaison à billes et le collage en coin

Le collage à billes et le collage en coin sont tous deux des procédés courants dans les emballages de semi-conducteurs. Cependant, en raison des différences dans les méthodes de connexion, les structures d’outils et les matériaux applicables, ils sont principalement appliqués à différents types de produits semi-conducteurs.

Le collage à billes est généralement utilisé pour des applications nécessitant des connexions à haute densité et un emballage à pas fin. Les matériaux courants incluent les fils de liaison en or et en cuivre, principalement appliqués à des emballages de semi-conducteurs de précision tels que les circuits intégrés et les dispositifs mémoire.

Le collage en coin est plus adapté aux applications d’électronique de puissance nécessitant une capacité de transport de courant plus élevée et des zones de connexion plus grandes. Il utilise couramment des fils de liaison en aluminium ou des rubans en aluminium et est largement appliqué aux IGBT, modules de puissance et dispositifs électroniques à énergie nouvelle.

Comment choisir la bonne méthode de collage en fonction de l’application

Dans l’emballage des semi-conducteurs, le choix de la méthode de collage dépend principalement du type de puce, de la structure du boîtier et des exigences de performance électrique. Différentes applications correspondent à différents procédés de liaison et systèmes de matériaux.

Le tableau suivant aide les clients à comprendre rapidement la relation de correspondance entre les applications courantes et les matériaux de collage.

FAQ

Quelle est la différence entre le lien à billes et le collage en coin ?

Les principales différences entre le collage à billes et le collage en coin résident dans la méthode de connexion, les outils utilisés et les matériaux applicables.

Le collage à billes complète la connexion en formant une boule métallique. Il utilise généralement des fils de liaison en or ou en cuivre et est principalement utilisé pour les emballages de semi-conducteurs à haute densité tels que les circuits intégrés et les dispositifs mémoire.

La liaison en coin forme la connexion à l’aide d’un outil en forme de coin et d’énergie ultrasonique. Elle utilise généralement un fil de liaison en aluminium ou un ruban en aluminium et est principalement appliquée dans les semi-conducteurs de puissance et les champs d’emballage à haute intensité.

Quelle méthode de liaison est utilisée pour les dispositifs semi-conducteurs de puissance ?

Les dispositifs semi-conducteurs de puissance utilisent généralement la liaison en coin.

Comme les dispositifs d’alimentation doivent transporter de grands courants et fonctionner dans des environnements de cycle thermique à long terme, le fil de liaison en aluminium et le ruban de liaison en aluminium sont souvent utilisés pour les connexions de liaison en coin.

Les applications typiques incluent :

IGBT Modules

Modules d’alimentation

Systèmes électroniques pour véhicules électriques

Le fil de liaison en aluminium est-il adapté au collage à billes ?

Dans des circonstances normales, le fil de liaison en aluminium est principalement utilisé pour les applications de liaison en coin plutôt que pour le collage à bille.

Cela s’explique par le fait que le fil d’aluminium est généralement utilisé dans l’emballage de semi-conducteurs de puissance nécessitant des fils de plus grand diamètre et une grande capacité de transport de courant, tandis que la liaison à billes est principalement utilisée pour l’emballage de circuits intégrés à pas fin et haute densité, souvent en utilisant des fils d’or ou de cuivre.

Quels facteurs faut-il prendre en compte lors du choix des matériaux de collage ?

Lors du choix des matériaux de liaison semi-conducteurs — notamment en comparaison des fils de liaison en or, argent, cuivre et aluminium — il faut considérer de manière exhaustive :

• Type d’application
• Méthode de liaison
• Diamètre du fil / Dimensions du ruban
• Propriétés mécaniques
• Exigences électriques

Différentes structures de boîtiers et environnements d’application ont des exigences différentes pour les matériaux de collage, qui doivent être adaptés selon les besoins spécifiques.

Choisir le bon matériau de liaison pour l’emballage des semi-conducteurs

Dans l’emballage des semi-conducteurs, le matériau de collage approprié doit être choisi en fonction des exigences de l’application, de la structure du boîtier et du processus de collage.

• Le bond à billes est principalement utilisé pour les emballages semi-conducteurs à pas fin et haute densité, utilisant couramment le fil de liaison à l’or et le fil de liaison au cuivre.
• La liaison en coin est largement utilisée dans le domaine des semi-conducteurs de puissance, utilisant généralement un fil de liaison en aluminium et un ruban de liaison en aluminium.

Le choix des matériaux de collage nécessite un jugement approfondi combinant la forme du paquet, les exigences actuelles, les exigences de taille et l’environnement d’application.

En comprenant la relation d’adaptation entre différentes méthodes de collage et matériaux, les clients peuvent plus efficacement sélectionner des solutions de matériaux de collage adaptées à leurs besoins d’application en semi-conducteurs.