Principales tipos de materiales de unión de cables
Introducción
En la fabricación de semiconductores, la unión de cables establece las conexiones eléctricas entre los chips y los circuitos externos. La selección del material del cable es esencial, ya que afecta a la calidad de la unión, al rendimiento eléctrico y a la fiabilidad a largo plazo de los dispositivos semiconductores. Este artículo presenta los materiales más comunes utilizados en la unión de cables, como el alambre de oro, el alambre chapado en oro, el alambre de cobre y el alambre de aleación de cobre.
¿Qué es el wire bonding?
El wire bonding es el proceso de creación de conexiones eléctricas y mecánicas entre dispositivos semiconductores (como circuitos integrados y transistores) y circuitos externos. El objetivo principal del wire bonding es garantizar una conexión estable y fiable entre el chip y los conductores del encapsulado o el sustrato, lo que permite una correcta transmisión de la señal y la funcionalidad del dispositivo.
1. Métodos comunes de wire bonding:
El wire bonding es un proceso utilizado para crear interconexiones eléctricas entre un microchip y su encapsulado o entre dos chips. Las principales clases de wire bonding son:
- Ball Bonding:
Este método consiste en formar una bola en el extremo de un cable mediante calor y luego presionarlo contra la almohadilla de unión con fuerza. Es la técnica más común para unir alambres de oro o cobre. Es el método preferido para aplicaciones de alta velocidad por su sencillez y fiabilidad.
- Unión por cuña:
En lugar de una bola, se crea una unión en forma de cuña presionando el alambre contra la superficie en un ángulo utilizando energía ultrasónica. La unión en cuña se utiliza a menudo con alambres de aluminio y es más adecuada para dispositivos de paso fino y más pequeños, sobre todo cuando el espacio es reducido.
- Adhesión flexible:
Esta técnica utiliza una capa flexible o blanda para absorber tensiones y mejorar la integridad de la unión, especialmente cuando se unen materiales distintos. Es menos habitual, pero resulta eficaz en aplicaciones en las que el desajuste de la dilatación térmica podría provocar fallos en la unión.
Cada clase tiene sus aplicaciones y ventajas específicas en función de los materiales, el entorno y el rendimiento deseado.
2. Funciones clave de la unión de cables:
La unión de cables influye directamente en el rendimiento, la fiabilidad y la longevidad de los productos electrónicos por las siguientes características.
- Conectividad eléctrica: Garantiza que las señales eléctricas puedan fluir sin problemas entre el chip semiconductor y la placa de circuitos.
- Estabilidad mecánica: Proporciona soporte físico al chip, ayudándole a soportar vibraciones, cambios de temperatura y otros factores ambientales.
- Gestión térmica: Ayuda a disipar el calor generado durante el funcionamiento a través de los cables de conexión y las conexiones, manteniendo estable el rendimiento del dispositivo.
Principales tipos de materiales de unión de cables
1. Alambre de oro
Elalambre deoro se utiliza ampliamente en la unión de alambres debido a su excelente conductividad eléctrica y alta resistencia a la corrosión. Su facilidad de unión lo convierte en una opción fiable para aplicaciones de alta fiabilidad, como la aeroespacial y la electrónica avanzada, donde la precisión y la durabilidad son vitales.
- Ventajas: El alambre de oro ofrece una conductividad superior, una excelente resistencia a la corrosión y es muy fiable para el pegado térmico y por ultrasonidos.
- Aplicaciones: Se utiliza habitualmente en circuitos integrados (CI), diodos emisores de luz (LED) y células solares.
El alambre de oro suele elegirse para entornos en los que la longevidad y la resistencia a condiciones duras son esenciales. Sin embargo, el elevado coste del oro ha fomentado la búsqueda de alternativas más asequibles.
2. Alambre chapado en oro
El alambre chapado en oro es una alternativa más económica que el alambre de oro macizo. Suele tener un núcleo de cobre o plata recubierto de una fina capa de oro. Esta combinación ofrece muchas de las ventajas del oro, como la resistencia a la corrosión, al tiempo que mantiene la resistencia y el menor coste del material del núcleo.
- Ventajas: El alambre chapado en oro es menos caro que el alambre de oro puro, pero conserva una buena conductividad y resistencia a la corrosión.
- Aplicaciones: Se utiliza habitualmente en electrónica de consumo, electrónica del automóvil y otros circuitos de fiabilidad media.
Las industrias que requieren una fiabilidad moderada y son sensibles a los costes suelen preferir el alambre chapado en oro, ya que ofrece un equilibrio entre rendimiento y asequibilidad.
3. Alambre de cobre
El alambre decobre se ha convertido en una alternativa popular al alambre de oro en la unión de alambres debido a su excelente conductividad eléctrica y térmica, junto con un coste mucho menor. Cada vez se prefiere más en aplicaciones de gran volumen en las que la rentabilidad es fundamental.
- Ventajas: El alambre de cobre tiene una gran conductividad eléctrica y térmica y es mucho más asequible que el oro. Es especialmente adecuado para dispositivos de alta potencia.
- Aplicaciones: El alambre de cobre se utiliza ampliamente en transistores de potencia, embalaje de chips y módulos de potencia.
La conductividad térmica superior del alambre de cobre lo convierte en una opción excelente para dispositivos que generan mucho calor, ya que ayuda a disipar el calor de forma eficaz y mejora la fiabilidad del dispositivo.
4. Alambre de aleación de cobre
El alambre de aleación de cobre está fabricado con cobre mezclado con pequeñas cantidades de otros metales para mejorar su resistencia mecánica y al desgaste. Este tipo de cable se utiliza en aplicaciones en las que se requiere una gran durabilidad sin sacrificar el rendimiento eléctrico.
- Ventajas: El alambre de aleación de cobre es más fuerte que el cobre puro, ofrece una buena resistencia al desgaste y proporciona una conductividad adecuada para aplicaciones de alta frecuencia.
- Aplicaciones: Es habitual encontrarlo en componentes de alta frecuencia, electrónica de potencia y complejos paquetes de semiconductores.
El alambre de aleación de cobre suele seleccionarse para dispositivos semiconductores sometidos a grandes esfuerzos mecánicos o a frecuentes ciclos eléctricos. Esto garantiza la fiabilidad a largo plazo del dispositivo.
Conclusión
La elección de los materiales de unión de los hilos determina el rendimiento, la durabilidad y la rentabilidad del producto semiconductor final. El alambre de oro sigue siendo el material preferido para aplicaciones de alta fiabilidad, mientras que los alambres de cobre y de aleaciones de cobre ofrecen un excelente rendimiento a un coste menor, sobre todo para dispositivos de alta potencia o alta frecuencia. El alambre chapado en oro, por su parte, ofrece un equilibrio entre rendimiento y asequibilidad en aplicaciones de fiabilidad media.
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