Ligação de Fios vs Ligação em Fita: Escolhendo Interconexões para Módulos de Energia

Em embalagens semicondutoras, a ligação por fios e a colagem em fita (também chamada de banda de ligação) são as duas formas principais de conectar a placa do chip ao quadro ou substrato. A diferença está no formato da seção transversal do condutor — um é um fio redondo, o outro uma fita plana.

Este artigo aborda materiais de adesão matriz-embalagem na forma de fio de ligação e fita de adesão; não cobre fitas de aterramento elétrica, fitas fotovoltaicas fotovoltaicas ou tranças de aterramento.

As seções abaixo explicam corrente, dissipação de calor, confiabilidade, conversão de equivalência, custo e aplicações para ajudar você a decidir entre fio redondo e fita plana nos módulos de potência.

Em resumo: arame redondo vs fita plana

• A diferença entre fio e fita é o formato transversal (arredondado vs plano), não o processo; a fita só pode ser colada em cunha.
• Uma fita pode substituir vários fios redondos grossos em paralelo, reduzindo o número de pontos de ligação.
• Pacotes de energia pequenos e de alta corrente preferem fita; roteamento de passo fino e qualquer direção favorece fios circulares.

O que é ligação de fios em embalagens de semicondutores?

A ligação de fios é uma tecnologia de interconexão de embalagens que utiliza fio metálico fino, acionado por energia ultrasônica, termossônica ou termocompressão, para conectar a almofada do die ao leadframe ou substrato.

Materiais comuns para fios incluem ouro, alumínio, cobre e prata, com diâmetros que variam de fios finos de mais de uma dúzia de micrômetros até fios pesados de várias centenas de micrômetros.

Até hoje, ele continua sendo o método de interconexão em nível de die mais maduro e amplamente utilizado — fontes da indústria geralmente sustentam que a maioria das conexões die-to-package no mundo mundial ainda é feita por wire bonding. Mesmo contra alternativas como flip chip, continua sendo o cavalo de batalha para pacotes de pinos baixos a médios, potência e dispositivos discretos.

No entanto, o condutor usado na ligação de fios não se limita a uma seção transversal redonda. Achatando o fio redondo em um retangular, você obtém a ligação em fita — ainda assim ligação ultrasônica, só que com uma forma de condutor diferente.

Essa diferença de formato é exatamente o que impulsiona os trade-offs de desempenho e processo que seguem.

Fio redondo vs fita plana — qual é a verdadeira diferença?

O equívoco mais comum é tratar a colagem em fita como um "processo" separado. Na verdade, a diferença entre ela e a ligação por fio redondo está na forma do material, não na rota do processo.

O fio redondo tem seção transversal circular descrita pelo diâmetro, abrangendo uma ampla faixa de fio fino a fio pesado. Fita plana tem seção retangular descrita por duas dimensões, largura × espessura — por exemplo, 1,0 mm × 0,1 mm.

Ambos são materiais de ligação ultrasônica; fita não é um processo totalmente novo, apenas um conjunto de novas características que vêm do "achatamento do fio".

O ponto chave: uma vez que a forma da seção transversal muda, o processo de colagem que ele pode usar, a corrente que pode transportar e os pacotes que combina mudam junto com ele.

O fio redondo tem um parâmetro ajustável (diâmetro), enquanto a fita tem dois (largura e espessura), proporcionando mais flexibilidade de projeto — um ponto que fica muito claro na conversão de equivalência posteriormente.

Uma nota rápida sobre nomeação: fita também aparece na literatura como fita de colagem ou fio de fita — todas referindo-se à mesma fita plana, não confundir com fita fotovoltaica fotovoltaica.

Como o processo de ligação se conecta à escolha do material

Para entender a troca entre fio e fita, comece com um fato assimétrico: fita só pode ser ligada em cunha, enquanto fio redondo funciona tanto com ligação esfera quanto com colagem em cunha.

No início de cada ciclo de ligação, a ligação por bola derrete a cauda de fio em uma esfera (bola de ar livre, FAB) com uma faísca elétrica, e então a liga como a primeira ligação. Ela é não direcional — a segunda ligação pode ser colocada em qualquer direção — e rápida, usada principalmente para fios de ouro fino, cobre, cobre revestido com paládio e prata, e geralmente requer temperatura elevada.

A colagem em cunha não forma esfera; ela se liga diretamente sob pressão e energia ultrassônica, com um laço baixo e uma restrição direcional, podendo ligar fios redondos de qualquer tamanho, bem como fita. Fios de alumínio e fita de alumínio podem ser ligados ultrassônicamente em temperatura ambiente.

Por que a fita só pode ser colada em cunha? Como sua seção transversal plana não pode ser unida omnidirecionalmente em um colador de bolas, da mesma forma que o fio circular pode — ele deve ser ligado direcionalmente por uma ferramenta dedicada em cunha. Em outras palavras, a combinação "fita + ligação de bola" simplesmente não existe fisicamente.

Isso, por sua vez, define o conjunto de materiais: com a colagem em cunha, você obtém fios de alumínio e todos os tipos de fita; com a colagem esfera, obtém fios redondos de metal precioso ou cobre de diâmetro fino.

Para uma análise mais aprofundada dos dois processos, consulte nosso guia Ligação com Bola vs Ligação em Cunha .

Onde a fita vence — corrente, calor e confiabilidade

Em aplicações de alta corrente, a vantagem da fita vai além de simplesmente "uma seção transversal maior" — existe um mecanismo mais específico por trás dela.

entrada de corrente mais uniforme no chip. Pesquisas técnicas publicadas apontam que, quando múltiplos fios circulares são paralelos na mesma pad, suas áreas de contato de ligação são separadas e descontínuas; a corrente forte entrando no chip a partir desses pontos espalhados pode criar diferenças locais na dissipação de calor e no campo elétrico. Uma fita, por outro lado, fornece uma área de contato contínua e grande, então a corrente entra no chip de forma mais uniforme.

Para dispositivos de alta potência e alta corrente, uma área contínua e grande e ligada pode frequentemente transportar mais corrente.

Melhor dissipação de calor. O maior contato e área de superfície ajuda a dissipar calor — valioso em dispositivos de energia que operam continuamente em alta corrente.

Indutância parasita menor. Em caminhos RF e de alta frequência, a baixa indutância da fita é uma vantagem secundária, mas real.

Durabilidade sob ciclagem de temperatura. Pesquisas publicadas mostram que, sob ciclagem de temperatura, a vida útil de uma fita de alumínio equivalente pode atingir aproximadamente 2,17 vezes a do fio de alumínio equivalente (comparando fita de alumínio e fio de alumínio de capacidade de transporte de corrente comparável).

Para referência, dados publicados também indicam que, com um comprimento de laço de cerca de 1 cm, um fio de alumínio de 300 μm transporta aproximadamente 25 A e um fio de 500 μm cerca de 60 A — valores que variam conforme as condições de teste e servem apenas para referência de ordem de grandeza.

Essas vantagens são mais visíveis em módulos de potência IGBT / SiC de alta densidade de corrente.

Uma fita, quantos fios? A lógica de equivalência

Uma das perguntas mais práticas que engenheiros fazem: "Atualmente uso N fios pesados de alumínio — quantas fitas os substituiriam?" Para responder, entenda primeiro a lógica da conversão em vez de memorizar uma tabela.

A essência da conversão é resistência igual sobre comprimento igual, determinada pela área da seção transversal × resistividade. A largura × a espessura da seção transversal de uma fita podem igualar as seções combinadas de vários fios redondos — igualar a seção transversal e a resistência no mesmo comprimento também corresponde.

Dados publicados de conversão indicam que uma fita de alumínio com relação largura-espessura de aproximadamente 10:1 pode substituir cerca de 12 fios de alumínio cujo diâmetro é igual à espessura da fita, ou cerca de 8 fios de cobre. Por exemplo, uma fita de alumínio de 1,0 mm × 0,1 mm tem seção transversal de cerca de 100.000 μm², enquanto um fio redondo de alumínio de 100 μm tem cerca de 7.854 μm² — uma razão de aproximadamente 12,7, consistente com a figura acima.

Um exemplo prático: suponha que você use atualmente quatro fios de alumínio de 380 μm, uma seção transversal total de cerca de 0,454 mm². Uma única fita de alumínio de 2,0 mm × 0,25 mm (seção transversal de 0,5 mm²) é então suficiente como equivalente elétrico. Os passos são simples — somar as seções transversais dos fios, escolher uma fita de seção igual ou ligeiramente maior, e então verificar contra as condições do embalagem.

Equivalência geométrica rápida (derivada da área da seção transversal, arredondada):

(Calculado a partir da geometria da seção transversal; a seleção real ainda deve levar em conta a corrente e a janela do processo.)

Materiais diferentes substituem diferentes contagens de fios porque suas resistividades diferem: ρ_Al ≈ 2,7, ρ_≈ 1,7, ρ_Au ≈ 2,3 ×10⁻⁶ Ω·cm. A resistividade menor do cobre significa que uma fita de cobre com a mesma seção transversal substitui um número diferente de fios do que uma de alumínio.

O ganho prático da conversão é uma menor contagem de ligação — menos interfaces potenciais de falha e um ciclo de ligação mais rápido.

Um lembrete, porém: a conversão de equivalência é apenas o ponto de partida da "equivalência elétrica" — a seleção final ainda deve levar em conta a altura do laço, o tamanho da almofada e a janela do processo.

A colagem com fita realmente reduz seu custo?

A mudança para a fita realmente economiza dinheiro? A resposta não é um simples "sim" ou "não" — depende da combinação de vários fatores de custo.

Custo do material

Os custos unitários variam bastante entre fios de colagem de ouro, prata, cobre e alumínio — ouro é o mais alto, enquanto cobre e alumínio são mais econômicos. A escolha do material é uma alavanca de custo, considerada em conjunto com a escolha de fio versus fita.

Contagem de títulos e throughput

Uma fita substituindo vários fios significa menos ciclos de colagem e um ritmo de colagem mais rápido, reduzindo o tempo de trabalho de colagem por embalagem. Essa é a fonte mais direta de economia da fita na produção em grande volume.

Custo de confiabilidade

Menos interfaces de ligação significam menos pontos potenciais de falha, o que, com o tempo, ajuda a reduzir os custos relacionados à reformulação e falhas.

O investimento pontual do outro lado

A fita requer ferramentas de cunha dedicadas e uma cabeça de ligação de acesso profundo, então a adoção implica um investimento único em equipamentos e ferramentas. Para volumes pequenos, ou onde já existe uma linha de fios pesados madura, a comutação pode não compensar.

Portanto, se economiza dinheiro depende do custo total de propriedade — materiais, mão de obra, rendimento e amortizamento dos equipamentos juntos — e não apenas do preço unitário do material. Se a troca vale a pena varia conforme o tipo de embalagem, volume de produção e o estado atual da sua linha.

Quais aplicações usam fio em vez de fita?

As exigências atuais e de pitch variam conforme a aplicação, assim como a escolha certa — use isto para localizar o seu rapidamente:

Módulos de energia (IGBT / SiC / DBC)

Caminhos de alta corrente — o território de fio de alumínio pesado e fita de alumínio.

Automotivo & EV

Módulos de controle de motor, módulos de bateria e interconexões CCS de alta corrente, onde a confiabilidade da fita e as vantagens de tempo de ciclo se destacam.

RF / Micro-ondas

Caminhos de sinal de alta frequência, onde a baixa indutância da fita é uma vantagem secundária.

LED / Optoeletrônica

Principalmente fios redondos finos com ligação esfera; LEDs de alta potência mostram uma tendência para fitas.

IC / Lógica / MEMS

Arremesso fino e contagem alta de pinos — o terreno principal do fio redondo fino.

A aplicação define os requisitos de corrente e passo, que por sua vez decidem fio ou fita. Para mais informações sobre cenários de módulos de potência, consulte nossa página de aplicações de empacotamento de semicondutores.

Como escolher — arame redondo ou fita?

Tendo coberto as vantagens, o quadro completo também importa: fita não é a melhor para tudo — em muitas situações, arame redondo continua sendo a escolha certa.

Onde o fio redondo ainda vence.

A fita é direcional — não pode ser roteada omnidirecionalmente como o fio redondo, então o fio redondo é mais flexível para curvas fechadas ou roteamento complexo; circuitos integrados de passo fino e linhas de sinal permanecem território de fios redondos. A fita também precisa de ferramentas dedicadas de cunha e uma cabeça de ligação de acesso profundo, então nem toda linha pode adotá-la plug-and-play.

Modos de falha para encarar de frente.

Análises de falha publicadas apontam que a elevação da segunda ligação e a rachadura do calcanhar são modos reais de falha para fitas, e que a fita é mais sensível à janela de ligação e à limpeza da interface. Isso não é um caso contra fita — é um lembrete de que os controles correspondentes do processo devem estar em funcionamento.

Referência rápida de decisão:

No fim das contas, a seleção é sobre igualar o cenário — não sobre a fita ser incondicionalmente melhor que arame.

Qualificação da mudança — teste de fiança e uma lista prática de verificação

Depois de decidir testar a fita, ainda precisa saber como verificar a qualidade do título e o que verificar antes da adoção.

Como a força da ligação é verificada.

Dois métodos comuns: o teste de puxão do fio (tração destrutiva, avaliação da resistência do laço e da ligação) e o teste de cisalhamento da ligação (força de cisalhamento, avaliação da interface ligada).

As ligações de fita, com sua grande área de contato, são avaliadas principalmente por teste de cisalhamento/empurramento, enquanto o fio redondo depende principalmente do teste de puxamento. Métodos de teste podem seguir normas como ASTM F459 e JEDEC JESD22-B116A (verifique a revisão atual antes de citar).

Note que esses testes respondem à questão da "resistência de ligação"; eles complementam, em vez de substituir, as verificações amostrais da própria carga de ruptura e elongação do material.

Checklist de avaliação pré-troca:

• O tamanho e o layout da almofada podem acomodar a largura da fita e a impressão da cunha?
• O bonder possui uma cabeça de ligação de acesso profundo e as ferramentas de cunha correspondentes;
• A camada de fixação do die (solda macia / pasta de solda / epóxi de prata) suporta a maior energia ultrassônica da colagem de fita?
• Ajuste a altura do laço e a altura do espaço dentro do pacote;
• Plano de verificação de confiabilidade: ciclo de temperatura / ciclo de energia mais amostragem por tração / cisalhamento;
• Cadeia de suprimentos: se os tamanhos das fitas e o formato do carretel combinam com seu sistema de alimentação?

Materiais em resumo — opções de arame e fita

Com a estrutura em prática, aqui estão os materiais disponíveis e como cada um é posicionado.

Fio de ligação:

• Ouro: altamente confiável, a base da ligação de bolas, com crescimento intermetálico lento na interface.
• Liga de prata: excelente condutividade elétrica e térmica, uma alternativa comum ao fio de ouro.
• Cobre / Cobre revestido com Pd: o equilíbrio custo-confiabilidade; a aderência de cobre precisa de uma atmosfera inerte.
• Alumínio: o principal suporte de ligação em cunha para dispositivos de energia; se liga ultrassônicamente à temperatura ambiente.

Fita de aderência:

• Alumínio: o principal suporte das interconexões de alta corrente nos módulos de energia.
• Cobre / Ouro / Prata: opções para diferentes necessidades de condutividade e confiabilidade.

A Henan Chalco fornece tanto fio de colagem quanto fita de colagem nos materiais acima; a fita de colagem está disponível em tamanhos de largura × espessura.

Para especificações, consulte as páginas de produtos Fio de Adesão de Alumínio, Fio de Adesão de Ouro, Fio de Cobre / Revestido com PD, Fio de Adesão de Prata e Fita-Adesão.

Citação Instantânea

Fio de ligação semicondutor

Fio de ligação de ouro

Fio de cobre de ligação

Fio de colagem de alumínio

Fio de ligação de liga de prata

Fita de ligação de semicondutores

Fita de colagem de alumínio

Pilar de cobre

Materiais alvo de sputtering semicondutor

Perguntas frequentes

O que é ligação de fios em embalagens de semicondutores?

A ligação de fios utiliza fio metálico fino, acionado por energia ultrassônica, termosônica ou termocompressão, para conectar a placa do die ao leadframe ou substrato. É o método de interconexão em nível de chip mais maduro e amplamente utilizado, comumente usando fio de ouro, alumínio, cobre ou prata.

Qual é a diferença entre ligação com fios e fita?

A diferença está na seção transversal do condutor: o fio é redondo, a fita é retangular plana. A fita só pode ser colada em cunha, oferece maior área de contato e maior capacidade de corrente, e é usada principalmente em pacotes de energia de alta corrente; fio redondo se adequa a roteamento de passo fino e em qualquer direção.

Quantas ligações de fio uma fita pode substituir?

Como ordem de grandeza, uma fita de alumínio com uma relação largura-espessura de cerca de 10:1 pode substituir aproximadamente 12 fios de alumínio cujo diâmetro é igual à espessura da fita (a contagem exata varia com o tamanho e o material). A conversão baseia-se em resistência igual sobre igual comprimento, ou seja, seção transversal equivalente — veja a seção de equivalência acima.

A colagem com fita é mais confiável do que a ligação com fios pesados?

Durante o ciclo de temperatura, uma fita de alumínio equivalente normalmente dura mais que fio de alumínio equivalente (pesquisas publicadas a estimam em cerca de 2,17×). Mas a fita tem seus próprios modos de falha, como a elevação da segunda ligação e a rachadura do calcanhar, e precisa dos controles de processo correspondentes.

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

A ligação por bola derrete a cauda de arame em uma esfera antes da ligação — não direcional e rápida, para fios finos e redondos. A ligação em cunha não forma esfera, com um laço baixo e uma restrição direcional, podendo ligar tanto fio redondo quanto fita. Veja nosso guia de Ligação por Bola vs Ligação em Cnea.

Qual é a diferença entre ligação de fios e flip chip?

Na ligação de fio/fita, o die fica voltado para cima e é conectado à estrutura por fios metálicos; no flip chip, o chip é invertido e interligado diretamente por relevos ou bolas de solda, sem fios. Este artigo foca na escolha fio versus fita dentro da família de ligação de fios. Em aplicações LED e similares, cada abordagem tem seu lugar — veja fio de colagem de embalagem LED.

Fita de colagem é igual a uma faixa de colagem ou fita PV?

Fita de colagem e faixa de colagem são dois nomes para a mesma fita plana usada na colagem de matrizes. Não é a mesma coisa que fita fotovoltaica fotovoltaica (fita solar de aterramento) ou fitas de aterramento elétrico — os usos e especificações diferem.