Le bonding à fil d'or est une méthode bien établie dans la technologie des semi-conducteurs pour établir des connexions électriques entre la puce électronique et les bornes du boîtier (par exemple, leadframe ou substrat). Un fil d'or fin est soudé avec précision sur les surfaces de contact (plages de connexion) au moyen d'énergie thermique, de pression et d'ultrasons. En raison de son excellente conductivité, de sa résistance à la corrosion et de sa malléabilité, l'or convient particulièrement bien aux connexions fiables et durables dans l'électronique de puissance et l'optoélectronique.
Multi-CB propose les surfaces de circuits imprimés ENEPIG et or doux galvanique pour le bonding de fils d'or.
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Soudage avec fil d'or Déroulement du processus
Le bonding au fil d'or est réalisé par un procédé thermo-sonique sur des machines de bonding automatisées. Une fine aiguille capillaire guide le fil d'or avec précision vers le premier plot de bonding. L'action simultanée de l'énergie ultrasonore, de la force de pression et de la température (généralement 120-220 °C) permet de briser la couche d'oxyde sur la métallisation et de créer une liaison intermétallique entre l'or et la métallisation du pad. Après le premier point de liaison, le fil est guidé jusqu'à une boucle définie et fixé sur le deuxième pad (par ex. substrat ou leadframe). Le fil est ensuite arraché à l'aide d'un mécanisme de serrage, laissant un résidu de fil contrôlé pour le cycle de bonding suivant.
Caractéristiques de l'or utilisé comme fil de liaison
L'or (Au) est utilisé comme matériau de câblage en raison de ses propriétés physiques spécifiques. Avec une conductivité électrique d'environ 45 × 10⁶ S/m, l'or garantit une faible perte de puissance ohmique dans la connexion. La résistance chimique est décisive pour la fiabilité : l'or ne forme pas de couche d'oxyde natif et présente une résistance élevée à la corrosion en présence d'influences environnementales. La faible dureté Vickers (environ 60-100 HV) et la haute ductilité permettent une déformation définie du fil pendant le processus de bonding ainsi que la réalisation de faibles hauteurs de boucle sans fatigue du matériau.
Influence de la contamination de la surface sur le bonding du fil d'or
La qualité du bonding est largement déterminée par l'état de la surface des pads. Des résidus organiques (provenant par exemple de la fabrication de puces) ou des couches d'oxyde sur la métallisation de l'aluminium réduisent l'énergie de surface et empêchent la formation de phases intermétalliques. Cela se traduit par un manque d'adhérence(Non-Stick on Pad / NSOP) ou par des délaminations (lifts) à l'interface. Pour éviter ces défauts, un processus plasma est utilisé avant le bonding : Le bombardement ionique (par exemple, plasma d'argon ou d'oxygène) permet d'éliminer les contaminants et d'activer la surface, créant ainsi des conditions d'adhérence reproductibles.
Assurance qualité pour le bonding au fil d'or
La validation des connexions par bonding est effectuée par des tests mécaniques destructifs selon des normes définies (par exemple MIL-STD-883 ou DIN EN 62137). Lors du test de traction du fil, le fil lié est chargé à l'aide d'un crochet jusqu'à la séparation du matériau ; la force de rupture mesurée doit dépasser une valeur limite spécifique. Le test de cisaillement de la balle quantifie la résistance latérale du premier point de bonding en utilisant un outil de cisaillement pour presser la balle de bonding parallèlement à la surface du pad. Les forces de cisaillement résultantes fournissent des informations sur la qualité de la formation des phases intermétalliques et servent au contrôle statistique du processus (SPC) dans la production en série.
FAQ sur le bonding au fil d'or
La liaison par fil d'or (également appelée Gold Wire Bonding) consiste à utiliser des fils d'or très fins (d'une épaisseur d'environ 15 à 75 µm) pour établir des connexions électriques entre une micropuce et le boîtier (leadframe) d'un circuit imprimé. Il s'agit de la méthode standard pour connecter les circuits intégrés au monde extérieur.
L'or présente des avantages décisifs : Il est extrêmement résistant à la corrosion (il ne s'oxyde pas), se déforme facilement même à des forces et des températures très faibles et offre une excellente conductivité électrique. Cela rend la connexion extrêmement fiable et durable.
Le processus est thermosonique. Cela signifie que l'on utilise une combinaison de chaleur (généralement entre 150°C et 250°C), d'ultrasons et de pression. Le fil d'or est passé à travers une aiguille (capillaire). À l'extrémité du fil, une flamme ou une étincelle fait fondre une bille qui est ensuite pressée sur le connecteur de la puce (pad). La seconde connexion (au boîtier) est alors réalisée par une soudure en coin (wedge bond).
Oui, les alternatives courantes sont les fils de cuivre ou d'aluminium. Le cuivre est moins cher et a une meilleure conductivité électrique, mais il est plus dur et nécessite plus d'énergie pour le bonding. L'aluminium est souvent utilisé pour les applications de puissance. L'or, malgré son prix plus élevé, est surtout utilisé lorsque la plus grande fiabilité est requise ou lorsque les pads des puces sont très fragiles, car le processus de liaison avec l'or est particulièrement respectueux des matériaux.
Le bonding à fil d'or est typiquement utilisé dans les domaines de la haute fréquence, de l'aérospatiale, de la technologie médicale et de l'automobile. Il est idéal pour tous les assemblages qui doivent résister à des variations de température extrêmes ou pour lesquels il faut absolument éviter une défaillance due à la corrosion (par exemple dans les modules LED, les capteurs ou les processeurs haute performance).