Ligação por fios de cobre

Ligação por fios de cobre refere-se ao processo de ligação por fios que emprega fios de cobre para a interligação, em vez dos fios de ouro e alumínio usados tradicionalmente no encapsulamento de semicondutores.

O cobre está a ganhar rapidamente um lugar como material de interligação no encapsulamento de semicondutores, por causa das suas vantagens óbvias em relação ao ouro, incluindo:
1) Redução de custos de até 90%
2) Condutividade elétrica e térmica superior
3) Menos criação de componentes intermetálicos
4) Mais fiabilidade da ligação a temperaturas de funcionamento mais elevadas
5) Maior estabilidade mecânica.

O cobre é, por inerência, 3 a 10 vezes mais barato do que o ouro; por isso, a substituição de fios de ouro por fios de cobre pode permitir tremendas poupanças de custos anuais para empresas de encapsulamento de semicondutores.

O cobre também tem uma condutividade térmica cerca de 25% superior à do ouro e os fios de cobre dissipam o calor num encapsulamento com maior rapidez e eficácia do que os fios de ouro, minimizando o stress térmico a que está exposto.

Outra vantagem do cobre em relação ao ouro é a sua reduzida tendência para formar compostos intermetálicos com as áreas de ligação em alumínio. Os átomos do fio de ouro têm maior afinidade para se interdifundirem com os da área de ligação em alumínio e formar compostos intermetálicos (CIM) com eles. Estes CIM podem criar vazios nos locais de contacto da ligação. A presença desses vazios enfraquece a ligação e pode levar ao levantamento da ligação, bem como a outros problemas de fiabilidade das ligações por fios. Outros problemas com os CIM incluem o stress, o aparecimento de fendas e um aumento da formação de calor na área da união. O fio de cobre pode alcançar maior estabilidade mecânica do que o fio de ouro.

As desvantagens dos fios de cobre em comparação com os fios de ouro incluem:
1) O cobre têm tendência a sofrer oxidação a temperaturas relativamente mais baixas
2) A dureza do fio de cobre exige uma otimização dos parâmetros de ligação (força de ligação e energia ultrassónica, em particular) para alcançar uma ligação eficaz sem provocar crateras
3) O fio de cobre introduz algumas dificuldades à análise de falhas
4) Sendo relativamente nova, a tecnologia de ligação por fios de cobre ainda não é tão bem conhecida como a tecnologia de ligação por fios de ouro.

A oxidação de fios de cobre pode ser evitada pela formação das bolhas de ar livre numa atmosfera inerte. No entanto, esta modificação do processo de ligação introduz novas complexidades na operação de montagem, como a otimização de parâmetros para o azoto ou gás de formação usado.

Resumindo, a ligação por fios de cobre oferece muitas vantagens em comparação com a ligação por fios de ouro e alumínio. No entanto, também apresenta alguns desafios tecnológicos que têm de ser superados. A obtenção de ligações por fios de cobre fiáveis e de alta precisão exige a formação de bolhas de ar livre consistentemente redondas e reproduzíveis. Tal exige a prevenção da oxidação nas bolhas de ar livre, o que é possível através da criação de uma atmosfera inerte em redor delas durante a ignição eletrónica. Também são necessários parâmetros de ligação otimizados e capilares de ligação bem concebidos para ligações de cobre fiáveis.