Ligação de Fios Semicondutores | Ligação Bola vs Cunha

Durante o empacotamento de semicondutores, chips requerem conexões elétricas confiáveis para transmitir sinais e conduzir corrente para circuitos externos. Devido a variações no tamanho do chip, requisitos de energia e estruturas de embalagem, a indústria normalmente emprega diferentes processos de ligação e materiais correspondentes.

A ligação de fios é uma das tecnologias de interconexão mais amplamente utilizadas em embalagens de semicondutores. Ela conecta chips pads a fios de embalagem, substratos ou outras estruturas condutivas usando fios de ligação semicondutor ou fitas de ligação.

Com base nos métodos de conexão e nas necessidades de aplicação, a indústria de semicondutores utiliza principalmente duas técnicas de ligação:

• Ligação de Bolinhas
• Aderência em cunha

Esses dois processos correspondem a sistemas materiais diferentes:

Portanto, ao selecionar materiais de ligação semicondutora, os clientes normalmente ajustam processos e materiais de colagem adequados com base no tipo de produto, método de embalagem e requisitos de desempenho elétrico.

Este artigo apresenta os princípios de funcionamento, materiais aplicáveis e métodos de seleção para Ligação por Bola e Ligação em Cunha em diferentes cenários de aplicação. Isso ajuda os clientes a entender melhor a compatibilidade entre materiais de ligação semicondutora.

2. Ligação por bolas: Processo, Materiais e Aplicações

O que é Ligação de Bolinhas?

A ligação por bola é um dos métodos de ligação mais amplamente utilizados em embalagens de semicondutores. Ela conecta principalmente chips pads a cabos de embalagem, substratos ou outras estruturas condutoras usando fios metálicos finos para permitir a transmissão de sinais elétricos.

No processo de ligação de bolas, uma bola metálica é formada primeiro na extremidade do fio de ligação via Chama Elétrica (EFO). A bola metálica é então conectada ao chip pad usando calor, pressão e energia ultrasônica. Subsequentemente, o controle do laço de fio forma o caminho de conexão, completando a segunda ligação.

Passos Básicos da Ligação de Bola

1. Fusão de fios

Altas temperaturas geradas por descarga elétrica derretem a extremidade do fio, formando uma estrutura esférica.

2. Formação de Bola Livre

A tensão superficial faz com que a gota de metal fundido forme uma forma esférica regular, conhecida como Bola de Ar Livre (FAB).

3. Primeira Formação de Títulos

Uma ferramenta capilar pressiona a bola metálica contra a superfície do chip. Calor, pressão e vibração ultrassônica criam uma conexão estável.

4. Formação em Loop de Fio

A ferramenta de colagem move e controla o formato do fio para formar a altura e o caminho do laço que atendam aos requisitos de projeto do encapsulamento.

5. Segunda Formação de Títulos

Uma segunda ligação é formada na outra extremidade do fio, conectando o chip ao quadro principal, substrato ou outras áreas externas de conexão.

A ligação de bola é aplicada principalmente a produtos semicondutores que requerem conexões finas de fios, pequenos passos de almofada e embalagens de alta densidade. Por isso, é amplamente utilizada em embalagens de CI, dispositivos de memória, embalagens de LED e outros componentes eletrônicos de precisão.

Materiais Usados para Ligação de Bolas

A ligação por esfera normalmente utiliza fios metálicos finos com boa condutividade, ductilidade e estabilidade de aderência. A seleção de materiais depende principalmente da estrutura do dispositivo semicondutor, requisitos de embalagem, necessidades de desempenho elétrico e fatores de custo.

Atualmente, os materiais mais comuns usados na colagem de bolas incluem:

• Fio de Ligação de Ouro

  Devido à sua excelente ductilidade e experiência madura em aplicações de colagem, o fio de ouro é amplamente utilizado em colagem de bolas. Em aplicações de embalagem de semicondutores que exigem passo fino e conexões de alta precisão, o fio de ouro atende às necessidades de microconexão por meio de propriedades estáveis do material. Aplicações típicas abrangem embalagens de CI, embalagens de LED e dispositivos RF.

• Fio de Cobre de Ligação

  Com maior condutividade e custos de materiais mais vantajosos em comparação ao ouro, o fio de cola de cobre tornou-se uma escolha importante em embalagens semicondutoras modernas. Ele se adequa a cenários de aplicação que exigem desempenho elétrico aprimorado, otimizando os custos de embalagem. Aplicações típicas abrangem embalagens avançadas de CI e dispositivos semicondutores.

Para projetos de ligação esfera com fios finos, o fio de ligação de liga de prata também pode ser avaliado como alternativa ao fio de ouro ou cobre, dependendo da estrutura do embalo, condições de ligação e requisitos de confiabilidade.

Bondagem em cunha: Processo, Materiais e Aplicações

O que é Ligação em Cnea?

A colagem em cunha é outro método crítico de colagem em embalagens de semicondutores. Ele utiliza principalmente uma ferramenta de cunha para aplicar pressão em fios ou fitas metálicas, combinadas com energia ultrassônica, para formar conexões estáveis entre o material e chips, quadros de derivação ou outras estruturas condutoras para transmissão elétrica.

Ao contrário da ligação por bola, a ligação em cunha não forma uma bola de ar livre na extremidade do fio. Em vez disso, a ferramenta cunha crimpa diretamente a superfície do material. A vibração ultrassônica gera atrito, criando uma conexão de estado sólido na superfície metálica.

A ligação em cunha é tipicamente adequada para empacotamentos de semicondutores de potência que exigem maior capacidade de transporte de corrente, áreas de conexão maiores e confiabilidade de longo prazo. Por isso, é amplamente utilizada em módulos IGBT, dispositivos de energia MOSFET, módulos de energia para veículos de nova energia, sistemas de conversão de energia e eletrônica de energia industrial.

Comparado ao enquadramento de bolas, que é usado principalmente para empacotamento de circuitos integrados de passo fino, o encolagem em cunha foca mais na resistência da conexão, capacidade de transmissão de corrente e confiabilidade sob condições operacionais de dispositivos de potência.

Etapas Básicas da Ligação em Cunha

1. Posicionamento do Material

O fio ou fita de ligação é colocado na posição especificada no chip pad ou terminal de conexão.

2. Aplicação de Energia Ultrassônica

A ferramenta cunha aplica pressão enquanto gera vibrações ultrassônicas de alta frequência. Isso rompe a camada de óxido na interface de contato entre o material e a almofada, formando uma interconexão metálica.

3. Primeira Formação de Títulos

Pressão e ação ultrassônica criam uma conexão estável entre o chip pad e o material de ligação.

4. Formação de Arame/Fita em Laço

O caminho de conexão do fio ou fita de ligação é controlado de acordo com os requisitos da estrutura do pacote.

5. Segunda Formação de Títulos

A outra extremidade é conectada, estabelecendo um caminho elétrico completo entre o chip e terminais externos ou estruturas de circuito.

Materiais Usados para Ligação em Cunha

A colagem em cunha normalmente utiliza fios ou fitas metálicas com boa condutividade, propriedades mecânicas e adequação para características de conexão ultrasônica.

Como aplicações em semicondutores de potência frequentemente carregam grandes correntes e enfrentam ambientes de ciclo térmico de longo prazo, fios de ligação de alumínio e fitas de alumínio tornaram-se as escolhas de materiais mais comuns para a colagem em cunha.

Atualmente, materiais comuns usados na colagem em cunha incluem:

• Fio de Alumínio para Ligação

  O fio de ligação de alumínio oferece boa condutividade, propriedades mecânicas e uma ampla gama de diâmetros de fios. É amplamente utilizado em conexões de ligação em cunha de semicondutores de potência. Comparado aos fios metálicos finos usados em embalagens de CI de precisão, o fio de alumínio é mais adequado para dispositivos de potência que exigem maior capacidade de transporte de corrente. Aplicações típicas abrangem módulos IGBT, dispositivos semicondutores de potência e módulos eletrônicos automotivos.

• Fita de Adesão de Alumínio

  A fita de colagem de alumínio apresenta uma seção transversal retangular. Comparada aos fios de ligação redondos, ela oferece uma área de conexão maior, tornando-a adequada para embalagens de eletrônicos de alta corrente. Sua capacidade estável de conexão elétrica a torna amplamente utilizada em campos de módulos de nova energia e de alta potência. Aplicações típicas abrangem módulos de potência de veículos elétricos, sistemas inversores e equipamentos eletrônicos de energia nova.

Diferenças Centrais entre Ligação por Bola e Ligação em Cunha

Tanto a ligação por bola quanto a ligação em cunha são processos comuns de ligação em embalagens de semicondutores. No entanto, devido a diferenças nos métodos de conexão, estruturas de ferramentas e materiais aplicáveis, eles são aplicados principalmente a diferentes tipos de produtos semicondutores.

A ligação de bola é tipicamente usada para aplicações que exigem conexões de alta densidade e embalagens de passo fino. Materiais comuns incluem fios de ligação de ouro e cobre, aplicados principalmente a embalagens de semicondutores de precisão, como circuitos integrados integrados e dispositivos de memória.

A ligação em cunha é mais adequada para aplicações de eletrônica de potência que exigem maior capacidade de transporte de corrente e áreas de conexão maiores. Comumente utiliza fio de colagem de alumínio ou fita de alumínio e é amplamente aplicada a IGBTs, módulos de energia e dispositivos eletrônicos de nova energia.

Como escolher o método de colagem correto com base na aplicação

No empacotamento de semicondutores, a escolha do método de bonding depende principalmente do tipo de chip, estrutura do pacote e requisitos de desempenho elétrico. Diferentes aplicações correspondem a diferentes processos de bonding e sistemas de materiais.

A tabela a seguir ajuda os clientes a entender rapidamente a relação de correspondência entre aplicações comuns e materiais de ligação.

FAQ

Qual é a diferença entre ligação por bola e ligação em cunha?

As principais diferenças entre Ligação por Bola e Ligação em Cunha estão no método de conexão, nas ferramentas utilizadas e nos materiais aplicáveis.

A ligação de bola completa a conexão formando uma esfera metálica. Normalmente utiliza fios de ligação de ouro ou cobre e é usada principalmente para embalagens de semicondutores de alta densidade, como circuitos integrados e dispositivos de memória.

A ligação em cunha forma a conexão usando uma ferramenta em forma de cunha e energia ultrasônica. Normalmente utiliza fio de ligação de alumínio ou fita de alumínio e é aplicada principalmente em semicondutores de potência e campos de embalagem de alta corrente.

Qual método de ligação é usado para dispositivos semicondutores de potência?

Dispositivos semicondutores de potência normalmente utilizam Ligação em Cunha (Aderência em cunha).

Como dispositivos de energia precisam transportar grandes correntes e operar em ambientes de ciclo térmico de longo prazo, o Fio de Ligação de Alumínio e a Fita de Adesão de Alumínio são frequentemente usados para conexões de ligação em cunha.

Aplicações típicas incluem:

Módulos IGBT

Módulos de Potência

Sistemas Eletrônicos para Veículos Elétricos

O fio de colagem de alumínio é adequado para a colagem de bolas?

Em circunstâncias normais, o fio de colagem de alumínio é usado principalmente para aplicações de Ligação em Cunha em vez de Ligação de Bolas.

Isso ocorre porque fios de alumínio são tipicamente usados em embalagens de semicondutores de potência, exigindo diâmetros maiores de fios e alta capacidade de transporte de corrente, enquanto a ligação de bola é usada principalmente para embalagens de CI de passo fino e alta densidade, frequentemente empregando fios de ouro ou cobre.

Quais fatores devem ser considerados ao escolher materiais de aderência?

Ao selecionar materiais de ligação semicondutor — especialmente ao comparar fios de ligação de ouro, prata, cobre e alumínio — você precisa considerar de forma abrangente:

• Tipo de Aplicação
• Método de Ligação
• Diâmetro do Fio / Dimensões da Fita
• Propriedades Mecânicas
• Requisitos Elétricos

Diferentes estruturas de embalagem e ambientes de aplicação têm requisitos distintos para materiais de colagem, que precisam ser adaptados às necessidades específicas.

Selecionando o Material de Ligação Adequado para Embalagem de Semicondutores

Em embalagens de semicondutores, o material de colagem adequado precisa ser selecionado com base nos requisitos da aplicação, estrutura do pacote e processo de colagem.

• A ligação de bola é usada principalmente para embalagens de semicondutores de passo fino e alta densidade, comumente empregando fios de ligação de ouro e fios de cobre.
• A Ligação em Cunha é amplamente utilizada no campo de semicondutores de potência, normalmente empregando Fios de Ligação de Alumínio e Fita de Adesão de Alumínio.

A seleção dos materiais de colagem exige um julgamento abrangente que combine forma do pacote, requisitos atuais, requisitos de tamanho e ambiente de aplicação.

Ao compreender a relação de correspondência entre diferentes métodos de ligação e materiais, os clientes podem selecionar de forma mais eficaz soluções de materiais de colagem que atendam às suas necessidades de aplicação em semicondutores.