Le fil de cuivre est souvent envisagé comme une alternative au fil d'or car il permet de réduire le coût du matériau de liaison tout en offrant d'excellentes performances électriques et thermiques. Cependant, passer de l'or au cuivre ne se résume pas à changer la bobine sur la même machine à souder.
Le matériau du fil influe sur la formation de billes d'air libre, l'usure capillaire, la force de liaison, la réponse ultrasonique, la contrainte sur les plots de connexion, le comportement des liaisons secondaires, l'exposition à la corrosion et le plan de qualification. Une machine ayant produit des assemblages stables en fil d'or peut nécessiter des composants matériels, des outillages, un contrôle de processus et une validation d'assemblage différents avant de pouvoir traiter du cuivre de manière fiable.
La question pratique n'est donc pas de savoir si le cuivre est globalement supérieur à l'or, mais plutôt si l'ensemble du dispositif (machines et processus de production) permet de produire du cuivre sans engendrer des coûts de rendement, de fiabilité ou de conversion inacceptables.
Le cuivre et l'or créent des conditions de traitement différentes
L'or est utilisé depuis longtemps dans le câblage à billes des semi-conducteurs. Sa résistance à la corrosion, sa stabilité mécanique et la maîtrise des procédés de fabrication le rendent adapté à de nombreux boîtiers à fils fins, notamment lorsque la maturité du procédé, la sensibilité des plots de connexion ou les faibles volumes de production priment sur la réduction du coût du matériau.
Le cuivre est un matériau intéressant en raison de son faible coût, de sa conductivité électrique et thermique, ainsi que de sa résistance mécanique. Ces avantages s'accompagnent toutefois de défis de fabrication différents. Plus dur et plus rigide que l'or, le cuivre s'oxyde plus facilement et peut exercer des contraintes mécaniques plus importantes sur la pastille de connexion et la structure sous-jacente de la puce.
| Zone de sélection | Fil d'or | Fil à base de cuivre | Conséquence de la conversion |
|---|---|---|---|
| Coût des matériaux | Exposition accrue au coût des métaux précieux | coût du fil brut généralement plus bas | Les économies totales doivent également inclure l'outillage, le gaz, la qualification, le rendement et les travaux de conversion. |
| Comportement électrique et thermique | Adapté aux interconnexions semi-conductrices à fils fins établies | Offre des performances électriques et thermiques élevées | Les propriétés des matériaux à elles seules ne permettent pas d'établir les performances au niveau du boîtier. |
| Comportement mécanique | Plus souple et plus indulgent lors de la formation des liaisons | Plus dur et plus rigide que l'or | La structure du coussinet, la force, l'énergie ultrasonique et la conception capillaire nécessitent un examen plus approfondi. |
| Oxydation | Très résistant à l'oxydation et à la corrosion | Le cuivre nu est plus sensible à l'oxydation. | La formation de boules en air libre et le contrôle de l'atmosphère pourraient devoir être modifiés. |
| Usure des outils | Matériaux et géométries capillaires établis | Peut entraîner une usure capillaire plus importante | L'optimisation des matériaux et de la géométrie des capillaires en cuivre peut améliorer la stabilité et la durée de vie de l'outil. |
| Interaction avec la tablette | offre généralement une fenêtre de processus mécanique plus large | Peut augmenter la pression exercée sur la plaque et le risque de formation de cratères | Il convient d'évaluer la plaquette en aluminium, l'ouverture de passivation et la structure sous-jacente. |
| Orientation de la fiabilité | Historique de terrain mature dans de nombreuses familles d'emballages | Peut offrir une grande fiabilité lorsque l'emballage et le processus sont correctement qualifiés | Aucun des deux matériaux ne devrait être déclaré universellement plus fiable sans preuves spécifiques à chaque emballage. |
Le cuivre revêtu de palladium et les autres constructions en cuivre revêtu peuvent améliorer certains aspects tels que la manipulation, la résistance à l'oxydation, l'adhérence ou la résistance à la corrosion. Ils ne doivent pas être considérés comme identiques au cuivre nu ni entre eux. La construction du fil, le revêtement, les matériaux d'encapsulation et l'environnement de moulage font toujours partie intégrante de la qualification.
Une machine de câblage à fil d'or existante peut-elle fonctionner avec du cuivre ?
Certaines machines de soudage à billes automatiques sont conçues pour prendre en charge les procédés de soudage à l'or et au cuivre. Cela ne signifie pas pour autant que toutes les machines portant le même nom de modèle possèdent le matériel et les logiciels nécessaires au soudage du cuivre.
L'évaluation devrait se baser sur la configuration exacte de la machine plutôt que sur une déclaration générale figurant dans une brochure.
| Zone d'équipement | Que confirmer | Pourquoi c'est important pour le cuivre |
|---|---|---|
| Tête de liaison et transducteur | Type de tête installée, capacité ultrasonique, contrôle de la force et conditions d'entretien | Le procédé au cuivre peut nécessiter une plage de fonctionnement différente et un contrôle plus précis de l'énergie de liaison. |
| Système EFO | Matériel EFO, contrôle de la décharge, état des électrodes et assistance au traitement du cuivre | La formation stable de sphères libres dans l'air est essentielle à la consistance de la première liaison. |
| atmosphère protectrice | Options de matériel de distribution de gaz, disposition des buses, contrôle du débit et de la machine active | De nombreux procédés de collage de billes de cuivre utilisent une atmosphère contrôlée autour de la formation de la bille à l'air libre. |
| Capillaire | Matériau, géométrie de la pointe, dimensions du trou, état de surface et durée de vie prévue de l'outil | Un capillaire conçu pour un fil d'or peut ne pas assurer la formation de liaisons cuivre ou la résistance à l'usure requises. |
| Chemin de câbles | Bobine, guides, tendeur, pince et état du dévidoir | Le fil plus dur peut réagir différemment lors de l'alimentation, du bouclage et de la formation de la queue. |
| Support et réchauffeur | Support d'emballage, planéité, serrage et contrôle de la température | Le support mécanique et la stabilité thermique influent sur la contrainte de la pastille et la répétabilité de la liaison. |
| Logiciel | Version du logiciel, options liées au cuivre, accès aux paramètres et fonctions de surveillance des processus | Le matériel installé peut rester inutilisable si les fonctions ou les licences nécessaires sont manquantes. |
| Surveillance de la vision et des processus | Inspection des billes, positionnement des liaisons, reconnaissance de formes et fonctions de surveillance disponibles | La conversion peut nécessiter un contrôle plus strict de la forme des billes, de la géométrie des liaisons et des variations du processus. |
La mention « compatible avec les fils d’or et de cuivre » dans la fiche technique d’une machine n’est qu’un point de départ. Il est indispensable d’adapter le système EFO, le système de gaz, la tête de soudage, le capillaire, le logiciel et la configuration de traitement des emballages au fil et au produit utilisés.
Les instructions relatives au matériel disponible peuvent être consultées via le catégorie des machines de câblage semi-automatiquesmais la compatibilité finale doit être confirmée en fonction de la machine et du processus d'emballage exacts.
Changements de formation de balle en air libre en premier
Lors du soudage par billes, la première différence visible entre l'or et le cuivre apparaît avant même que le fil ne touche la pastille de connexion. Le système EFO fait fondre l'extrémité du fil pour créer la bille à l'air libre qui constituera la première liaison.
L'or forme facilement une bille à l'air libre dans des conditions de production établies. Le cuivre est plus sensible à l'oxydation lors de la formation de la bille. Des conditions ou une atmosphère EFO inadaptées peuvent engendrer une bille irrégulière, une oxydation superficielle, un mauvais centrage ou une géométrie de col instable.
Une conversion du cuivre doit donc évaluer :
La construction et le diamètre du fil sélectionné
L'électrode EFO et l'état de décharge
Dispositif d'atmosphère protectrice lorsque nécessaire
Diamètre, forme, symétrie et état de surface de la bille en l'air libre
position de la bille par rapport au capillaire
Comportement de la zone affectée par la chaleur et du cou
Stabilité au cours de cycles répétés de formation de billes
Un seul contrôle visuel des billes ne suffit pas. Le processus doit rester stable malgré les opérations répétées, les changements de bobines et les variations normales de production.
Le cuivre modifie la fenêtre de processus de la première liaison
La bille de cuivre, plus dure, peut transmettre davantage de contraintes mécaniques à la pastille de connexion en aluminium et aux structures sous-jacentes. Cela ne signifie pas que le cuivre endommagera systématiquement la pastille, mais que les paramètres du boîtier et de la connexion doivent être évalués conjointement.
L’examen de la première obligation devrait prendre en compte :
Épaisseur et état de métallisation du coussinet en aluminium
Zone d'ouverture de passivation et zone de liaison utilisable
Structures diélectriques et de circuits sous-jacentes
Géométrie de l'extrémité capillaire et du chanfrein
Force de liaison, énergie ultrasonique et durée de liaison
Température du travailleur et support de l'emballage
Déformation de la bille et diamètre de la bille collée
Décollement, cratérisation ou dommages sous la surface du coussinet
Augmenter la force ou l'énergie ultrasonique ne doit pas être la réponse automatique à une liaison cuivre faible. Un mauvais résultat peut également provenir de l'oxydation, de la contamination, d'une géométrie capillaire inadaptée, d'une formation instable des billes, d'un support de boîtier insuffisant ou d'une conception de plot incompatible.
La plage de paramètres de processus appropriée doit permettre une liaison interfaciale suffisante sans provoquer de déformation inacceptable de la pastille ni de dommages sous-jacents.
Le capillaire fait partie de la conversion
Le capillaire contrôle la déformation de la bille, le mouvement du fil, la formation de la boucle et la seconde liaison. Un outil performant avec du fil d'or peut ne pas offrir la réactivité, la résistance à l'usure ou la stabilité de la seconde liaison requises avec du cuivre.
Le choix d'un capillaire ciblant le cuivre peut impliquer des modifications de :
matériau céramique et résistance à l'usure
Diamètre du trou et dégagement du fil
Diamètre et angle du chanfrein
Diamètre de la pointe et géométrie de la face
Rayon extérieur
longueur de l'outil et accès à l'emballage
État de surface et comportement de préhension du fil
La géométrie appropriée dépend du diamètre du fil, du pas de la pastille, de la cible de la bille de soudure, de l'accessibilité du boîtier et du comportement requis pour la seconde soudure. Il n'existe pas de « capillaire en cuivre » universel compatible avec tous les boîtiers.
Le bouclage et la deuxième caution doivent être requalifiés
Une conversion peut produire une première liaison acceptable tout en présentant une défaillance au niveau de la boucle ou de la seconde liaison. La rigidité du cuivre influence la réaction du fil aux mouvements capillaires, à l'action de serrage, au contrôle de l'extrémité et à la géométrie du boîtier.
Examiner l'interconnexion complète :
| Zone de traitement | Que faut-il observer ? | Risque de conversion possible |
|---|---|---|
| formation de boucle | Hauteur de boucle, portée, forme, dégagement et régularité | Une rigidité excessive peut modifier la réponse de la boucle en fil d'or établie. |
| région du cou | Profil du col, état de la zone affectée thermiquement et emplacement de la rupture | Un programme d'entraînement instable avec des balles ou des boucles en l'air peut engendrer une faiblesse cervicale. |
| Deuxième obligation | Forme du point de suture, adhérence, déformation et mode de rupture | La finition du cadre conducteur, la géométrie capillaire et le serrage des fils peuvent nécessiter une nouvelle fenêtre de processus. |
| Formation de la queue | Longueur de la queue, régularité et préparation pour le prochain cycle EFO | Le comportement de serrage, de déchirure et d'EFO peut ne pas se transposer directement de la recette du fil d'or. |
| Balayage et dégagement des fils | Position avant et après moulage ou mouvement de l'emballage | La rigidité de la boucle et l'interaction du moulage peuvent modifier la position finale du fil. |
Le programme de boucle complet doit être testé sur l'ensemble des emplacements de liaison centraux, périphériques, à courte portée, à longue portée et difficiles d'accès, là où ils existent dans le boîtier.
Les matériaux d'emballage influencent la fiabilité à long terme.
La fiabilité des câbles ne peut être prédite à partir du seul matériau utilisé. La métallisation des plots de connexion, la finition du cadre de connexion ou du substrat, le composé de moulage, l'exposition à l'humidité du boîtier et l'environnement d'exploitation sont autant d'éléments qui influent sur l'interconnexion.
Le cuivre peut former des liaisons mécaniquement robustes dans des boîtiers adaptés, mais les mécanismes de défaillance liés à la corrosion exigent une attention particulière. Le revêtement de palladium peut améliorer certaines conditions, mais il ne dispense pas d'évaluer l'environnement du boîtier et les interfaces des matériaux.
L'évaluation de la conversion doit comprendre :
Métallisation des plots de connexion et des bornes
Aluminium résiduel après collage à billes
Développement intermétallique à l'interface
Chimie des composés de moulage et contamination ionique
exposition à l'humidité et à la température
Délamination de l'emballage
Différences de cyclage thermique et de coefficient de dilatation
Tension d'application, courant et environnement de terrain
Un test de liaison initial réussi ne démontre que la condition testée. Il ne remplace pas la qualification de fiabilité au niveau du boîtier.
Élaborer un plan de conversion contrôlée de l'or en cuivre
L'approche de conversion la plus efficace consiste à dissocier la sélection des matériaux, la préparation des machines, le développement des procédés et la qualification des emballages au lieu de modifier ces quatre éléments simultanément sans point de référence défini.
| Étape de conversion | Décision requise | Preuves à produire |
|---|---|---|
| 1. Établir la ligne de base du fil d'or | Définir la configuration actuelle du fil, du capillaire, du boîtier, de la machine, les résultats de liaison et l'historique de fiabilité. | Recette actuelle, étiquettes des matériaux, images des liaisons, données de traction ou de cisaillement, rendement et modes de défaillance connus |
| 2. Sélectionnez le sens du cuivre | Comparez le cuivre nu, le cuivre recouvert de palladium ou une autre construction qualifiée. | Spécifications du fil, informations sur le revêtement, format de la bobine et recommandations du fournisseur |
| 3. Vérifier que la machine est prête | Vérifier les fonctions EFO, de contrôle de l'atmosphère, de tête de liaison, de logiciel, de cheminement des câbles, de chauffage et de surveillance. | Fiche de configuration de la machine, liste des options, état des tests fonctionnels et de la maintenance |
| 4. Sélectionnez le capillaire et l'outillage | Adaptez les composants capillaires, porte-pièces et de manipulation de fils au procédé de cuivre. | Dessin d'outillage, vérification de la conformité du colis et essai de collage initial |
| 5. Développer la fenêtre de processus | Établir une formation de bille stable, une première liaison, une boucle et une seconde liaison sans dommage inacceptable au tampon. | Géométrie de liaison, inspection visuelle, données de la fenêtre de processus et résultats d'exécutions répétées |
| 6. Vérifier les performances mécaniques | Mesurer les modes de traction, de cisaillement et de rupture applicables par rapport aux critères convenus. | Méthode d'essai, taille de l'échantillon, résultat de la force, emplacement de la rupture et preuves en coupe transversale lorsque requis |
| 7. Qualifier le colis | Confirmer la fiabilité dans les conditions environnementales et opérationnelles réelles du système. | Résultats des tests de fiabilité applicables, analyse des défaillances et approbation de qualification |
| 8. Valider la rentabilité de la production | Comparez le coût total de conversion et d'exploitation plutôt que le prix du câble seul. | Consommation de fil, de gaz, durée de vie du capillaire, rendement, temps d'arrêt, coût de qualification et production |
Cette séquence constitue la décision centrale de conversion. Le cuivre ne doit être mis en production qu'après évaluation du fil sélectionné, de la configuration exacte de la machine, du capillaire, du conditionnement et des preuves de qualification, considérés comme un processus intégré.
Quand le cuivre pourrait être la meilleure option
Il peut être judicieux de qualifier le cuivre lorsque :
La consommation de fil d'or engendre un coût matériel important et récurrent.
Le volume de production peut justifier les investissements en équipements, en outillage et les travaux de qualification.
La structure de la pastille de connexion et du boîtier peut supporter la plage de traitement du cuivre requise.
La machine contient ou peut recevoir à un coût avantageux la configuration de liaison cuivre requise.
Ce dispositif tire parti des propriétés électriques, thermiques et mécaniques du cuivre.
Le fabricant peut contrôler la consistance du fil, du gaz, du capillaire et du matériau de moulage.
La fiabilité peut être démontrée dans les conditions réelles d'utilisation du produit.
Les spécifications des câbles disponibles peuvent être discutées via le page produit du fil de liaison en cuivreLe diamètre du fil, sa construction, le format de la bobine, le modèle de la machine à coller et les exigences d'emballage doivent être examinés ensemble.
Quand conserver son or peut s'avérer plus pratique
L'or peut rester le choix de production le plus raisonnable lorsque :
Le procédé de câblage en fil d'or est déjà éprouvé et fiable.
Le volume de production est trop faible pour couvrir l'intégralité des coûts de conversion.
La pastille ou la structure sous-jacente est sensible au processus mécanique du cuivre.
La machine disponible ne dispose pas de l'EFO nécessaire, du système de contrôle de l'atmosphère ni de la configuration logicielle requise.
Les efforts de qualification perturberaient un produit établi ou l'approbation des clients.
Ce dispositif fonctionne dans un environnement où la construction en cuivre sélectionnée n'a pas été suffisamment validée.
Les pertes de rendement, l'usure capillaire ou les contrôles de processus supplémentaires compenseraient les économies de matière.
La conclusion appropriée peut également varier selon les familles de boîtiers. Une usine peut qualifier le cuivre pour les produits à grand volume tout en conservant l'or pour les dispositifs à plus faible volume, sensibles ou établis de longue date.
FAQ sur le câblage en cuivre et en or
Est-il possible de remplacer un fil d'or par du cuivre sur la même machine à souder les fils ?
C’est possible, mais la compatibilité dépend de la configuration exacte de la machine de collage. Avant toute conversion, vérifiez la tête de collage, l’EFO, le système d’atmosphère protectrice, les options logicielles, le capillaire, le chemin du fil, le porte-pièce et le processus d’emballage.
Peut-on utiliser le même capillaire pour du fil d'or et du fil de cuivre ?
Il ne faut pas le tenir pour acquis. Le cuivre peut nécessiter un matériau capillaire ou une géométrie différents pour gérer l'usure, la forme de la bille collée, la contrainte du tampon, le maintien du fil et les performances de la seconde liaison.
Le cuivre recouvert de palladium est-il toujours meilleur que le cuivre nu ?
Non. Le revêtement au palladium peut améliorer certaines conditions de liaison, de manipulation ou de corrosion, mais le résultat dépend de la construction du fil, des matériaux d'emballage, du processus et de l'environnement de fiabilité.
Le fil de cuivre permet-il toujours de réduire le coût total de production ?
Non. Le résultat économique doit prendre en compte le prix du fil, du gaz, des capillaires, la modification de la machine, la qualification, les temps d'arrêt, le rendement, la maintenance et les risques liés à la fiabilité. Les économies réalisées sur les matières premières n'entraînent pas automatiquement une baisse du coût total du système.
Un test de traction est-il suffisant pour approuver une conversion au cuivre ?
Non. Les essais de traction ou de cisaillement fournissent des preuves mécaniques utiles, mais une approbation complète peut également nécessiter une inspection visuelle, un examen des modes de défaillance, une analyse de la section transversale, des essais de production répétés et des tests de fiabilité au niveau de l'emballage.
Recommandation finale
Le fil de cuivre offre des avantages significatifs en termes de matériaux, d'électricité et de température, mais son utilisation doit être envisagée comme une adaptation du conditionnement et du procédé, et non comme un remplacement direct de l'or. Avant toute modification, il est impératif de vérifier la structure exacte du fil, la configuration de la machine, le contrôle de l'EFO et de l'atmosphère, le capillaire, la structure des plots, le comportement des boucles et les exigences de qualification.
Pour examiner les exigences relatives aux équipements ou aux matériaux de liaison, veuillez envoyer les spécifications actuelles du fil, le modèle de la machine à souder les fils, le type de boîtier, les informations sur les pastilles et l'objectif de conversion via le page de demande d'informations sur les équipements semi-conducteursLa discussion initiale peut alors porter sur la configuration de la machine, la disponibilité des matériaux et les domaines techniques qui nécessitent encore une qualification d'application.