Bonding

Bonding (anglais) est le terme générique pour les procédés dans la technique des semi-conducteurs et de montage, dans lesquels les composants électroniques (par exemple un circuit intégré / IC) sont fixés mécaniquement et mis en contact électrique (voir Chip on Board).

La connexion est réalisée sur un support (substrat), tel qu'une carte de circuit imprimé ou un boîtier de puce, par des moyens intermédiaires tels que la soudure, la colle ou par des procédés thermiques et d'impression.

Procédés de liaison / bonding

• Liaison par fil (wire bonding) : Connexion électrique d'une puce à ses bornes (pads) via des fils très fins (généralement en or, aluminium ou cuivre). Les fils sont connectés avec précision par ultrasons, pression ou chaleur (thermocompression). C'est la méthode standard de câblage des boîtiers.
• Liaison de puces (die-bonding) : Fixation mécanique de la puce semi-conductrice nue (Die) sur un support (substrat, fond du boîtier). La fixation s'effectue à l'aide d'adhésifs (conducteurs pour le contact, non conducteurs pour l'isolation) ou de soudure (par exemple, la soudure eutectique). Sert à la stabilité mécanique et à la dissipation thermique.
• Liaison de plaquettes : Assemblage de deux tranches de semi-conducteurs complètes (wafer). Permet la réalisation de circuits 3D complexes, la fabrication de MEMS ou l'encapsulation de capteurs au niveau de la tranche (par exemple, le collage direct du silicium, le collage de la fritte de verre).

Liaison par fil (wire bonding)

La liaison par fil peut également être utilisée pour relier un circuit intégré à d'autres composants électroniques ou pour relier une carte de circuit imprimé (PCB) à une autre. Le bonding est généralement considéré comme la technologie d'interconnexion la plus économique et la plus flexible et est utilisé pour l'assemblage de la plupart des boîtiers de semi-conducteurs. La liaison par fils peut être utilisée à des fréquences supérieures à 100 GHz.

Les surfaces de circuits imprimés appropriées pour le bonding à l'or sont l'ENEPIG et l'or doux galvanique. Les surfaces appropriées pour le bonding avec fil d'aluminium sont l'argent chimique, l'or chimique (ENIG) et l'ENEPIG.

Dans l'idéal, le bonding par fil est effectué sur des surfaces métalliques propres (bondpads) du dispositif semi-conducteur ou du matériau de support. Cependant, dans la pratique, ces surfaces sont souvent contaminées, ce qui peut entraîner une non-adhérence de la connexion sur le pad (Non-Stick on Pad ou NSOP) ou un détachement des connexions de bonding (appelées ‘lifts’). Ces deux problèmes entraînent des pannes, des arrêts de production et une baisse de la qualité dans la fabrication. Un traitement plasma ciblé en amont permet d'éviter à la fois les NSOP et les lifts, et donc d'améliorer considérablement la qualité.

On distingue le bonding par billes (ball bonding) et le bonding par coins (wedge bonding).

Connexion par billes

Lors du bonding par billes, l'extrémité du fil est fondue par une décharge électrique et une bille (free air ball) est formée. La boule est liée à un élément semi-conducteur ou à un pad par une force mécanique, une énergie ultrasonore et de la chaleur. La connexion à une borne externe est réalisée par une soudure.

Méthode de liaison par coin

Dans le procédé de liaison par coin, aucune bille n'est formée et la connexion est réalisée uniquement par force mécanique et énergie ultrasonique. Elle est principalement utilisée pour les semi-conducteurs de puissance.