Principais tipos de materiais de ligação de fios

Introdução

Na fabricação de semicondutores, a ligação de fios estabelece as conexões elétricas entre os chips e os circuitos externos. A seleção do material do fio é essencial, pois afeta a qualidade da ligação, o desempenho elétrico e a confiabilidade de longo prazo dos dispositivos semicondutores. Este artigo apresentará os materiais de fio mais comuns usados na ligação de fios, incluindo fio de ouro, fio banhado a ouro, fio de cobre e fio de liga de cobre.

O que é wire bonding?

A ligação de fios refere-se ao processo de criação de conexões elétricas e mecânicas entre dispositivos semicondutores (como circuitos integrados e transistores) e circuitos externos. O objetivo principal da ligação de fios é garantir uma conexão estável e confiável entre o chip e os condutores ou o substrato do pacote, permitindo a transmissão adequada do sinal e a funcionalidade do dispositivo.

1. Métodos comuns de ligação de fios:

A ligação de fios é um processo usado para criar interconexões elétricas entre um microchip e seu pacote ou entre dois chips. As principais classes de ligação de fios são:

• Ligação por esfera:

Esse método envolve a formação de uma bola na extremidade de um fio usando calor e, em seguida, pressionando-a com força sobre a almofada de ligação. É a técnica mais comum de ligação de fios usada com fios de ouro ou cobre. A colagem com esfera é preferida para aplicações de alta velocidade devido à sua simplicidade e confiabilidade.

• Ligação em cunha:

Em vez de uma esfera, uma ligação em forma de cunha é criada pressionando o fio contra a superfície em um ângulo usando energia ultrassônica. A ligação em cunha é frequentemente usada para fios de alumínio e é mais adequada para dispositivos menores e de passo fino, especialmente quando o espaço é limitado.

• Colagem em conformidade:

Essa técnica usa uma camada compatível ou macia para absorver tensões e melhorar a integridade da colagem, especialmente ao colar materiais diferentes. É menos comum, mas eficaz para aplicações em que a incompatibilidade de expansão térmica pode levar à falha da colagem.

Cada classe tem suas aplicações e vantagens específicas com base nos materiais, no ambiente e no desempenho desejado.

2. Principais funções da ligação de fios:

A ligação de fios afeta diretamente o desempenho, a confiabilidade e a longevidade dos produtos eletrônicos pelas seguintes características.

- Conectividade elétrica: Garante que os sinais elétricos possam fluir sem problemas entre o chip semicondutor e a placa de circuito.

- Estabilidade mecânica: Fornece suporte físico para o chip, ajudando-o a suportar vibrações, mudanças de temperatura e outros fatores ambientais.

- Gerenciamento térmico: Ajuda a dissipar o calor gerado durante a operação por meio dos fios e conexões de ligação, mantendo o desempenho estável do dispositivo.

Principais tipos de materiais de ligação de fios

1. fio de ouro

O fio de ouro é amplamente utilizado na ligação de fios devido à sua excelente condutividade elétrica e alta resistência à corrosão. Sua facilidade de ligação o torna uma opção confiável para aplicações de alta confiabilidade, como aeroespacial e eletrônica avançada, em que a precisão e a durabilidade são vitais.

- Vantagens: O fio de ouro oferece condutividade superior, excelente resistência à corrosão e é altamente confiável para colagem térmica e ultrassônica.

- Aplicações: É comumente usado em circuitos integrados (ICs), diodos emissores de luz (LEDs) e células solares.

Normalmente, o fio de ouro é escolhido para ambientes em que a longevidade e a resistência a condições adversas são essenciais. No entanto, o alto custo do ouro incentivou a busca por alternativas mais econômicas.

2) Fio banhado a ouro

O fio banhado a ouro é uma alternativa mais econômica ao fio de ouro sólido. Normalmente, ele tem um núcleo de cobre ou prata, que é revestido com uma fina camada de ouro. Essa combinação oferece muitos dos benefícios do ouro, como a resistência à corrosão, ao mesmo tempo em que mantém a força e o custo mais baixo do material do núcleo.

- Vantagens: O fio banhado a ouro é mais barato do que o fio de ouro puro, mas mantém a boa condutividade e a resistência à corrosão.

- Aplicações: É comumente usado em eletrônicos de consumo, eletrônicos automotivos e outros circuitos de confiabilidade média.

Os setores que exigem confiabilidade moderada e são sensíveis ao custo geralmente preferem o fio banhado a ouro, pois ele oferece um equilíbrio entre desempenho e preço acessível.

3. fio de cobre

O fio de cobre se tornou uma alternativa popular ao fio de ouro na ligação de fios devido à sua excelente condutividade elétrica e térmica, aliada a um custo muito mais baixo. Ele é cada vez mais preferido em aplicações de alto volume em que a eficiência de custo é fundamental.

- Vantagens: O fio de cobre tem alta condutividade elétrica e térmica e é significativamente mais econômico do que o ouro. É especialmente adequado para dispositivos de alta potência.

- Aplicações: O fio de cobre é amplamente utilizado em transistores de potência, embalagens de chips e módulos de potência.

A condutividade térmica superior do fio de cobre o torna uma excelente opção para dispositivos que geram calor significativo, pois ajuda a dissipar o calor de forma eficaz e aumenta a confiabilidade do dispositivo.

4. fio de liga de cobre

O fio de liga de cobre é feito de cobre misturado com pequenas quantidades de outros metais para aumentar sua força mecânica e resistência ao desgaste. Esse tipo de fio é usado em aplicações em que é necessária alta durabilidade sem sacrificar o desempenho elétrico.

- Vantagens: O fio de liga de cobre é mais forte do que o cobre puro, oferece boa resistência ao desgaste e proporciona condutividade adequada para aplicações de alta frequência.

- Aplicações: É comumente encontrado em componentes de alta frequência, eletrônica de potência e pacotes complexos de semicondutores.

O fio de liga de cobre é frequentemente selecionado para dispositivos semicondutores que passam por estresse mecânico substancial ou ciclos elétricos frequentes. Isso garante a confiabilidade do dispositivo a longo prazo.

Conclusão

A escolha dos materiais de ligação de fios determina o desempenho, a durabilidade e a relação custo-benefício do produto semicondutor final. O fio de ouro continua sendo o material preferido para aplicações de alta confiabilidade, enquanto os fios de cobre e de ligas de cobre oferecem excelente desempenho a um custo menor, principalmente para dispositivos de alta potência ou alta frequência. O fio banhado a ouro, por outro lado, oferece um equilíbrio entre desempenho e preço acessível em aplicações de confiabilidade média.

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