¿Qué es la unión por hilo?

El Wore Bonding es un método para conectar conductores metálicos a la almohadilla, es decir, una técnica para conectar chips internos y externos.

Estructuralmente, los terminales metálicos actúan como puente entre la almohadilla del chip (unión primaria) y la almohadilla del soporte (unión secundaria). Inicialmente, se utilizaban marcos de conexión como sustratos de soporte, pero con el rápido desarrollo tecnológico, las placas de circuito impreso (PCB) se emplean cada vez más como sustratos. La unión por hilo que conecta dos almohadillas independientes, el material de los terminales, las condiciones de unión y la posición de la unión (que puede conectar dos chips o dos sustratos, además de entre el chip y el sustrato) varían considerablemente.

1. Unión de alambres: Termocompresión/Ultrasónica/Termosónica
Existen tres formas de conectar el cable metálico a la almohadilla:

①Método de termocompresión, la almohadilla de soldadura y el divisor capilar (similar a la herramienta en forma de capilar para mover los conductores metálicos) mediante el método de calentamiento y compresión;
②Método ultrasónico, sin calentamiento, se aplica una onda ultrasónica al divisor capilar para la conexión.
③La termosónica es un método combinado que utiliza tanto calor como ultrasonido.
El primer método es el de unión por prensado en caliente, que consiste en calentar previamente la almohadilla del chip a unos 200 °C, luego aumentar la temperatura de la punta del empalmador capilar para formar una bola y ejercer presión sobre la almohadilla a través del empalmador capilar, de modo que se conecte el conductor metálico a la almohadilla.
El segundo método ultrasónico consiste en aplicar ondas ultrasónicas a una cuña (similar a una cuña capilar, que se utiliza para mover conductores metálicos, pero sin formar una bola) para conectar los conductores metálicos a la almohadilla. La ventaja de este método radica en su bajo coste de proceso y materiales; sin embargo, dado que el método ultrasónico sustituye el proceso de calentamiento y presurización por ondas ultrasónicas de fácil manejo, la resistencia a la tracción de la unión (la capacidad del cable para soportar la tracción tras la conexión) es relativamente baja.
2. Material de los conductores metálicos de unión: Oro (Au)/Aluminio (Al)/Cobre (Cu)
El material del conductor metálico se determina considerando exhaustivamente diversos parámetros de soldadura y la combinación del método más apropiado. Los materiales típicos para el conductor metálico son oro (Au), aluminio (Al) y cobre (Cu).
El alambre de oro posee buena conductividad eléctrica, estabilidad química y gran resistencia a la corrosión. Sin embargo, la principal desventaja del alambre de aluminio, que se utilizaba antiguamente, era su fácil corrosión. La dureza del alambre de oro le permite formar una esfera con precisión en la primera unión y un bucle semicircular (la forma que se crea entre la primera y la segunda unión) en la segunda unión.
El alambre de aluminio tiene un diámetro mayor que el de oro, y su paso es más largo. Por lo tanto, aunque se utilice oro de alta pureza para formar un anillo conductor, este no se romperá, mientras que el alambre de aluminio puro es frágil. Por ello, se suele mezclar con silicio, magnesio u otras aleaciones. El alambre de aluminio se emplea principalmente en encapsulados de alta temperatura (como los herméticos) o en procesos ultrasónicos donde no se puede utilizar oro.
El alambre de cobre es económico, pero demasiado duro. Si su dureza es excesiva, resulta difícil formar una esfera y presenta numerosas limitaciones al crear un anillo conductor. Además, durante el proceso de unión de la esfera, es necesario aplicar presión a la almohadilla del chip, y si la dureza es demasiado alta, la película en la base de la almohadilla se agrietará. Asimismo, puede producirse un desprendimiento de la capa de la almohadilla firmemente adherida.

Sin embargo, dado que el cableado metálico del chip está hecho de cobre, existe una tendencia creciente a utilizar alambre de cobre. Para superar las desventajas del alambre de cobre, generalmente se mezcla con una pequeña cantidad de otros materiales para formar una aleación.