Soudure à bille vs soudure à coin : matériaux, procédé et usages
Ce sont deux méthodes de câblage par fil (wire bonding), qui relient les plots d'électrode de la puce à la grille de connexion ou au substrat par un fil métallique fin. La soudure à bille (ball bonding) fond l'extrémité du fil par une décharge électrique pour former une bille, puis la soude par la chaleur, la pression et les ultrasons. Comme la bille n'a pas d'orientation, le fil peut partir dans n'importe quelle direction et la soudure est rapide : c'est la méthode la plus répandue dans les boîtiers de CI. La soudure à coin (wedge bonding) écrase le fil latéralement pour l'aplatir et le soude principalement par ultrasons. Elle permet d'utiliser directement des fils ou des rubans d'aluminium, et elle est très utilisée dans les semi-conducteurs de puissance, qui font passer de forts courants.
| Critère | Soudure à bille (ball bonding) | Soudure à coin (wedge bonding) |
|---|---|---|
| Forme de la liaison | Première liaison en bille, seconde liaison en point de couture (stitch) où le fil est écrasé | Première et seconde liaisons en forme de coin, où le fil est écrasé à plat |
| Outil | Capillaire (fin tube en céramique percé en son centre) | Outil à coin (wedge), qui amène le fil en biais par l'arrière et le presse avec sa pointe |
| Énergie de soudure | Thermosonique, combinant chaleur, pression et ultrasons. Le substrat est chauffé à environ 150 à 200 °C | Principalement ultrasons et pression. Le fil d'aluminium peut être soudé à température ambiante |
| Matériau du fil | Or, cuivre (y compris cuivre revêtu de palladium) | Aluminium (fil fin et fil épais), ruban d'aluminium, or. Pour la puissance, aussi des fils de cuivre épais |
| Diamètre du fil | Environ 15 à 50 µm | Quelques dizaines de µm pour les fils fins, environ 100 à 500 µm pour les fils épais de puissance. Il existe aussi des rubans plats |
| Orientation | La bille n'a pas d'orientation : le fil peut partir dans n'importe quelle direction | La liaison se fait dans le sens d'amenée du fil, l'orientation est donc imposée. On fait tourner la tête ou la pièce à chaque liaison pour aligner l'orientation |
| Vitesse | Rapide. Les liaisons s'enchaînent sans se soucier de l'orientation | Plutôt lente. Un mouvement d'alignement de l'orientation est nécessaire |
| Taille de la liaison et pas | La bille fait environ deux fois le diamètre du fil. Compatible avec des pas de plots étroits de quelques dizaines de µm | La liaison est plus étroite qu'une bille, et convient aussi aux pas étroits avec des fils fins |
| Forme de la boucle | Le fil s'élève depuis la bille, une certaine hauteur est donc nécessaire. Il existe des techniques pour l'abaisser | Boucles basses faciles à réaliser |
| Points de vigilance en fiabilité | Avec un fil d'or sur plot d'aluminium, croissance de composés intermétalliques et de cavités. Avec un fil de cuivre, fissuration sous le plot (cratérisation) | Avec les fils d'aluminium épais, décollement de la liaison (lift-off) et fissuration au pied dus aux cycles de température |
| Usages typiques | Boîtiers de CI en général : QFP, BGA, empilement de puces mémoire, etc. | Semi-conducteurs et modules de puissance, électronique automobile, composants RF et optiques, connexions par fil d'aluminium |
Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur typiques et varient selon la génération de procédé et le produit.