Collage de fils vs collage en ruban : Choisir des interconnexions pour les modules d’alimentation

Dans l’emballage des semi-conducteurs, le collage par fil et le collage en ruban (également appelé bande de liaison) sont les deux méthodes courantes pour connecter le tampon de la puce au cadre ou au substrat. La différence réside dans la forme en section transversale du conducteur — l’un est un fil rond, l’autre un ruban plat.

Cet article couvre les matériaux de collage matrice-emballage sous forme de fil de collage et de ruban de collage ; il ne couvre pas les bandes de mise à la terre électrique, les rubans photovoltaïques ou les tresses de mise à la terre.

Les sections ci-dessous expliquent le courant, la dissipation de chaleur, la fiabilité, la conversion d’équivalence, le coût et les applications pour vous aider à choisir entre fil rond et ruban plat dans les modules d’alimentation.

En résumé : fil rond vs ruban plat

• La différence entre fil et ruban réside dans la forme en section transversale (rond vs plat), pas dans le procédé ; le ruban ne peut être que collé en coin.
• Un seul ruban peut remplacer plusieurs fils ronds épais en parallèle, réduisant ainsi le nombre de points de liaison.
• Les petits groupes d’alimentation à fort courant privilégient le ruban ; les routages à pas fin et dans toutes les directions favorisent le fil rond.

Qu’est-ce que le collage par fil dans les emballages semi-conducteurs ?

Le collage par fil est une technologie d’interconnexion d’emballage qui utilise un fil métallique fin, entraîné par une énergie ultrasonique, thermosonique ou thermocompression, pour relier la plaque de la puce au cadre ou au substrat.

Les matériaux courants pour fils incluent l’or, l’aluminium, le cuivre et l’argent, avec des diamètres allant de fils fins de plus d’une douzaine de microns à des fils lourds de plusieurs centaines de microns.

À ce jour, elle reste la méthode d’interconnexion au niveau de la puce la plus mature et la plus utilisée — les sources industrielles affirment généralement que la plupart des connexions matrice-à-boîtier dans le monde sont encore réalisées par liaison filaire. Même face à des alternatives comme la puce flip, elle reste la clé de bataille pour les ensembles de broches à faible à moyenne en broches, alimentation et dispositifs discrets.

Pourtant, le conducteur utilisé pour le collage de fils n’est pas limité à une section transversale ronde. Aplatir le fil rond en un fil rectangulaire obtient un collage ruban — toujours un collage ultrasonique, mais avec une forme de conducteur différente.

Cette différence de forme est précisément ce qui détermine les compromis entre performance et processus qui découlent.

Fil rond vs ruban plat — quelle est la vraie différence ?

La méprise la plus courante est de considérer la liaison ruban comme un " procédé " distinct. En fait, la différence entre celle-ci et la liaison à fil rond réside dans la forme du matériau, pas la voie du procédé.

Le fil rond a une section transversale circulaire décrite par le diamètre, couvrant une large plage, du fil fin au fil lourd. Le ruban plat a une section rectangulaire décrite par deux dimensions, largeur × épaisseur — par exemple 1,0 mm × 0,1 mm.

Les deux sont des matériaux de liaison ultrasonique ; le ruban n’est pas un procédé tout nouveau, juste un ensemble de nouvelles caractéristiques issues de l'" aplatissement du fil ".

Le point clé : une fois que la forme de la section transversale change, le processus de liaison qu’il peut utiliser, le courant qu’il peut transporter, et les emballages auxquels elle convient changent tous avec lui.

Le fil rond a un paramètre ajustable (diamètre), tandis que le ruban en a deux (largeur et épaisseur), offrant plus de flexibilité de conception — un point qui devient très clair lors de la conversion d’équivalence plus tard.

Petite note sur la dénomination : le ruban apparaît également dans la littérature sous forme de bande de liaison ou de fil ruban — tous désignant le même ruban plat de liaison, à ne pas confondre avec le ruban photovoltaïque photovoltaïque.

Comment le processus de collage se lie au choix des matériaux

Pour comprendre le compromis fil-fil-ruban, commencez par un fait asymétrique : le ruban ne peut être qu’en coin, tandis que le fil rond fonctionne à la fois avec la liaison à billes et à la fois en coin.

Au début de chaque cycle de liaison, la liaison à billes fait fondre la queue de fil en une boule (balle à air libre, FAB) avec une étincelle électrique, puis la lie en tant que première liaison. Elle est non directionnelle — la seconde liaison peut être placée dans n’importe quelle direction — et rapide, principalement utilisée pour l’or fin, le cuivre, le cuivre recouvert de palladium et les fils d’argent, nécessitant généralement une température élevée.

Le collage en coin ne forme pas de bille ; il se lie directement sous pression et énergie ultrasonique, avec une faible boucle et une contrainte directionnelle, et peut lier des fils ronds de toute taille ainsi qu’un ruban. Le fil d’aluminium et le ruban d’aluminium peuvent être assemblés par ultrasons à température ambiante.

Pourquoi le ruban ne peut-il être lié qu’en coin ? Parce que sa section transversale plate ne peut pas être collée omnidirectionnellement sur un lieur à billes comme le peut faire un fil rond — il doit être lié directionnellement par un outil en coin dédié. En d’autres termes, la combinaison " liaison ruban + bille " n’existe tout simplement pas physiquement.

Cela définit à son tour le bassin de matériaux : avec le collage en coin, on obtient du fil d’aluminium et tous types de rubans ; avec le collage à bille, on obtient des fils ronds en métal précieux ou cuivre de diamètre fin.

Pour un examen plus approfondi des deux procédés eux-mêmes, consultez notre guide Lien de Balles vs Collage en Coin .

Là où le ruban l’emporte — courant, chaleur et fiabilité

Dans les applications à fort courant, l’avantage du ruban va au-delà d’une simple " section transversale plus grande " — il existe un mécanisme plus spécifique derrière.

Entrée de courant plus uniforme dans la puce. Des recherches techniques publiées soulignent que lorsque plusieurs fils ronds sont parallèlement sur la même plaque, leurs zones de contact de liaison sont séparées et discontinues ; un courant fort entrant dans la puce depuis ces points diffusés peut créer des différences locales de dissipation de chaleur et de champ électrique. Un ruban, en revanche, fournit une grande surface de contact continue, de sorte que le courant entre dans la puce de manière plus homogène.

Pour les dispositifs à haute puissance et à fort courant, une grande surface continue liée peut souvent transporter plus de courant.

Meilleure dissipation de la chaleur. Le contact plus important et la surface aident à dissiper la chaleur — précieuse pour les dispositifs d’alimentation fonctionnant en continu à fort courant.

Inductance parasite plus faible. Dans les chemins RF et hautes fréquences, la faible inductance du ruban est un avantage secondaire mais réel.

Durabilité lors du cycle de température. Des recherches publiées montrent qu’en cycle de température, la durée de vie d’un ruban d’aluminium équivalent peut atteindre environ 2,17 fois celle d’un fil d’aluminium équivalent (en comparant le ruban d’aluminium et le fil d’aluminium de capacité de transport de courant comparable).

Pour référence, les données publiées indiquent également qu’à une longueur de boucle d’environ 1 cm, un fil d’aluminium de 300 μm transporte environ 25 A et un fil de 500 μm environ 60 A — des chiffres qui varient selon les conditions d’essai et ne servent qu’à référence d’ordre de grandeur.

Ces avantages sont particulièrement visibles dans les modules de puissance IGBT / SiC à haute densité de courant.

Un ruban, combien de fils ? La logique d’équivalence

L’une des questions les plus pratiques que se posent les ingénieurs : " J’utilise actuellement N fils d’aluminium lourds — combien de rubans les remplaceraient ? " Pour y répondre, comprenez d’abord la logique de conversion plutôt que de mémoriser une table.

L’essence de la conversion est une résistance égale sur une longueur égale, déterminée par la surface de la section transversale × la résistivité. La largeur × l’épaisseur d’une section transversale d’un ruban peut égaler la combinaison des sections transversales de plusieurs fils ronds — correspond à la section transversale et la résistance sur la même longueur correspond également.

Les données de conversion publiées indiquent qu’un ruban en aluminium avec un rapport largeur/épaisseur d’environ 10:1 peut remplacer environ 12 fils d’aluminium dont le diamètre est égal à l’épaisseur du ruban, soit environ 8 fils de cuivre. Par exemple, un ruban aluminium de 1,0 mm × 0,1 mm a une section transversale d’environ 100 000 μm², tandis qu’un fil rond en aluminium de 100 μm a environ 7 854 μm² — un ratio d’environ 12,7, conforme à la figure ci-dessus.

Un exemple concret : supposons que vous utilisiez actuellement quatre fils d’aluminium de 380 μm, soit une section transversale totale d’environ 0,454 mm². Un seul ruban d’aluminium de 2,0 mm × 0,25 mm (section transversale de 0,5 mm²) est alors suffisant comme équivalent électrique. Les étapes sont simples — additionner les sections transversales des fils, choisir un ruban de section égale ou légèrement supérieure, puis vérifier par rapport aux conditions du paquet.

Équivalence géométrique rapide (dérivée de l’aire de section transversale, arrondie) :

(Calculé à partir de la géométrie de la section transversale ; la sélection réelle doit toujours tenir compte du courant et de la fenêtre de processus.)

Différents matériaux remplacent différents dénombres de fils car leurs résistivités diffèrent : ρ_Al ≈ 2,7, ρ_Cu ≈ 1,7, ρ_Au ≈ 2,3 ×10⁻⁶ Ω·cm. La résistivité plus faible du cuivre signifie qu’un ruban de cuivre de même section transversale remplace un nombre différent de fils qu’un fil en aluminium.

Le gain pratique de la conversion est un nombre de liaisons plus faible — moins d’interfaces de rupture potentielles et un cycle de liaison plus rapide.

Petit rappel : la conversion d’équivalence n’est que le point de départ de " l’équivalence électrique " — la sélection finale doit toujours prendre en compte la hauteur de la boucle, la taille du pad et la fenêtre de processus.

Le collage ruban réduit-il réellement votre coût ?

Est-ce que passer au ruban fait réellement économiser de l’argent ? La réponse n’est pas un simple " oui " ou " non " — cela dépend de la combinaison de plusieurs facteurs de coût.

Coût des matériaux

Les coûts unitaires diffèrent nettement entre les fils de liaison en or, argent, cuivre et aluminium — l’or est le plus élevé, tandis que le cuivre et l’aluminium sont plus économiques. Le choix du matériau est lui-même un levier de coût, pris en compte en plus du choix de la forme fil contre ruban.

Nombre d’obligations et débit

Un ruban remplaçant plusieurs fils signifie moins de cycles de collage et un rythme de collage plus rapide, réduisant le temps de travail de collage par emballage. C’est la source d’économie la plus directe du ruban dans la production à grande volée.

Coût de fiabilité

Moins d’interfaces de liaison signifient moins de points de défaillance potentiels, ce qui, avec le temps, aide à réduire les coûts liés aux retouches et aux défaillances.

L’investissement ponctuel de l’autre côté

Le ruban nécessite des outils en coin dédiés et une tête de liaison à accès profond, donc l’adoption implique un investissement unique en équipements et outillages. Pour de petits volumes, ou lorsqu’une ligne de fils lourds mature existe déjà, la commutation peut ne pas être rentable.

Donc, si cela permet d’économiser de l’argent dépend du coût total de possession — matériaux, main-d’œuvre, rendement et amortissement des équipements — et non du prix unitaire du matériau seul. Le fait que le changement soit rentable varie selon le type de colis, le volume de production et l’état actuel de votre gamme.

Quelles applications utilisent du fil métallique ou du ruban ?

Les exigences actuelles et de pitch varient selon l’application, tout comme le bon choix — utilisez ceci pour localiser rapidement le vôtre :

Modules d’alimentation (IGBT / SiC / DBC)

Des chemins à fort courant — le terrain d’origine du fil d’aluminium lourd et du ruban en aluminium.

Automobile et VE

Les modules de commande moteur, les modules de batterie et les interconnexions CCS à haute intensité, où la fiabilité du ruban et ses avantages en temps de cycle se distinguent.

RF / Micro-ondes

Des chemins de signal haute fréquence, où la faible inductance du ruban est un avantage secondaire.

LED / Optoélectronique

Fil rond principalement fin avec liaison à billes ; les LED haute puissance montrent une tendance vers le ruban.

CI / Logique / MEMS

Un bon lancer et un nombre élevé de quilles — le terrain d’origine du fil rond fin.

L’application définit les exigences de courant et de pitch, qui déterminent à leur tour le fil ou le ruban. Pour plus de contexte sur les scénarios de modules de puissance, consultez notre page d’applications d’emballage de semi-conducteurs.

Comment choisir — fil rond ou ruban ?

Après avoir couvert les avantages, la vue d’ensemble compte aussi : le ruban n’est pas le meilleur pour tout — dans de nombreuses situations, le fil rond reste le bon choix.

Où le fil de fer est toujours l’emportant.

Le ruban est directionnel — il ne peut pas être acheminé omnidirectionnellement comme le fil rond, donc le fil rond est plus flexible pour les virages serrés ou les routages complexes ; les circuits intégrés à pas fin et les lignes de signal restent le territoire du fil rond. Le ruban nécessite également des outils en coin dédiés et une tête de liaison à accès profond, donc toutes les lignes ne peuvent pas l’adopter en mode plug-and-play.

Modes de défaillance à affronter directement.

Des analyses de rupture publiées indiquent que le soulèvement de seconde liaison et la fissure du talon sont de véritables modes de défaillance pour le ruban, et que le ruban est plus sensible à la propreté de la fenêtre de collage et de l’interface. Ce n’est pas un argument contre le ruban — c’est un rappel que les contrôles de procédé correspondants doivent être en place.

Référence rapide sur la décision :

Au final, la sélection consiste à correspondre au scénario — pas à ce que le ruban soit inconditionnellement meilleur que le fil de fer.

Qualifier le changement — tests de caution et liste de contrôle pratique

Une fois que vous décidez d’essayer le ruban, vous devez toujours savoir comment vérifier la qualité des cautions et ce qu’il faut vérifier avant l’adoption.

Comment la résistance de la liaison est vérifiée.

Deux méthodes courantes : le test de traction du fil (traction destructive, évaluation de la boucle et de la résistance des liaisons) et l’essai de cisaillement (force de cisaillement, évaluation de l’interface liée).

Les liaisons ruban, avec leur grande surface de contact, sont principalement évaluées par essai de cisaillement/poussée, tandis que le fil rond repose principalement sur des tests de traction. Les méthodes d’essai peuvent suivre des normes telles que ASTM F459 et JEDEC JESD22-B116A (vérifiez la révision actuelle avant de citer).

Notez que ces tests répondent à la question de la " résistance de la liaison " ; ils complètent, plutôt que de remplacer, les contrôles d’échantillonnage de la charge de rupture et de l’allongement du matériau.

Liste de contrôle pour l’évaluation avant le changement :

• La taille et la disposition du coussinet peuvent-elles s’adapter à la largeur du ruban et à l’empreinte en coin ?
• Le bonder a-t-il une tête de liaison à accès profond et les outils en coin correspondants ;
• La couche d’attache de la puce (soudure douce / pâte à souder / époxy argent) peut-elle supporter l’énergie ultrasonique plus élevée du collage ruban ?
• Faites l’ajustement de la hauteur de boucle et du dégagement dans le paquet ;
• Plan de vérification de fiabilité : cycle de température / cycle de puissance plus échantillonnage par traction / cisaillement ;
• Chaîne d’approvisionnement : est-ce que les tailles des rubans et le format de la bobine correspondent à votre système d’alimentation ?

Matériaux en un coup d’œil — options de fils et de rubans

Avec ce cadre en place, voici les matériaux disponibles et la façon dont chacun est positionné.

Fil de liaison :

• Or : très fiable, la base du collage à billes, avec une croissance intermétallique lente à l’interface.
• Alliage d’argent : excellente conductivité électrique et thermique, une alternative courante au fil d’or.
• Cuivre / Cuivre revêtu de : l’équilibre coût/fiabilité ; le collage cuivré nécessite une atmosphère inerte.
• Aluminium : le pilier en coin pour les dispositifs d’alimentation ; se lie par ultrasons à température ambiante.

Ruban de liaison :

• Aluminium : la base des interconnexions à haute intensité dans les modules d’alimentation.
• Cuivre / Or / Argent : options selon les besoins de conductivité et de fiabilité.

Henan Chalco fournit à la fois du fil de liaison et du ruban de liaison sur les matériaux ci-dessus ; le ruban de collage est disponible en tailles de largeur × épaisseur.

Pour les spécifications, consultez les pages produits Fil de liaison en aluminium, Fil de liaison en or, Fil de liaison cuivre / revêtement, Fil de liaison argenté et Ruban de liaison.

Devis instantané

Fil de liaison semi-conducteur

Fil de liaison en or

Fil de liaison en cuivre

Fil de liaison en aluminium

Fil de liaison en alliage d’argent

Ruban de liaison semi-conducteur

Ruban de collage en aluminium

Pilier en cuivre

Matériaux cibles de sputtering à semi-conducteurs

Questions fréquemment posées

Qu’est-ce que le collage par fil dans les emballages semi-conducteurs ?

La liaison par fil utilise un fil métallique fin, entraîné par une énergie ultrasonique, thermosonique ou thermocompression, pour relier la plaque à la matrice ou au substrat. C’est la méthode d’interconnexion à niveau de puce la plus mature et la plus largement utilisée, utilisant couramment du fil d’or, d’aluminium, de cuivre ou d’argent.

Quelle est la différence entre le collage par fil et le collage ruban ?

La différence réside dans la section transversale du conducteur : le fil est rond, le ruban est rectangulaire plat. Le ruban ne peut être qu’en coin, offre une plus grande surface de contact et une plus grande capacité de courant, et est principalement utilisé dans les groupes de puissance à fort courant ; le fil rond convient au routage à pas fin et dans toutes les directions.

Combien de liaisons filaires un ruban peut-il remplacer ?

À titre d’ordre de grandeur, un ruban d’aluminium avec un rapport largeur/épaisseur d’environ 10:1 peut remplacer environ 12 fils d’aluminium dont le diamètre est égal à l’épaisseur du ruban (le nombre exact varie selon la taille et le matériau). La conversion est basée sur une résistance égale sur une longueur uniforme, c’est-à-dire une section équivalente — voir la section d’équivalence ci-dessus.

Le collage ruban est-il plus fiable que le collage à fil lourd ?

Lors des cycles de température, un ruban aluminium équivalent dure généralement plus longtemps que le fil d’aluminium équivalent (des recherches publiées le situent à environ 2,17×). Mais le ruban possède ses propres modes de défaillance, tels que le soulèvement de seconde liaison et la fissure du talon, et nécessite les contrôles de procédé correspondants.

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

Le collage à billes fait fondre la queue en fil en boule avant de se lier — non directionnel et rapide, pour un fil rond fin. Le collage en coin ne forme pas de boule, avec une boucle basse et une contrainte directionnelle, et peut lier à la fois fil rond et ruban. Consultez notre guide Lien à billes vs Collage en coin.

Quelle est la différence entre le collage par fil et le flip chip ?

Dans le collage fil/ruban, la puce est orientée vers le haut et est reliée au cadre par des fils métalliques ; dans le flip chip, la puce est inversée et interconnectée directement à travers des bosses ou des billes de soudure, sans fils. Cet article se concentre sur le choix fil-versus-ruban au sein de la famille du collage à fil. Dans les applications LED et similaires, chaque approche a sa place — voir fil de collage d’emballage LED.

Le ruban de liaison est-il la même chose qu’un ruban de liaison ou un ruban PV ?

Ruban de collage et bande de collage sont deux noms pour le même ruban plat utilisé dans le collage de puces. Ce n’est pas la même chose qu’un ruban photovoltaïque (ruban solaire de languette) ou des courroies de mise à la terre électriques — les usages et les spécifications diffèrent.