La unión compatible se utiliza para conectar cables de oro a componentes eléctricos como "chips" de circuitos integrados . Fue inventado por Alexander Coucoulas en los años 1960. [1] El enlace se forma muy por debajo del punto de fusión de las superficies de oro coincidentes y, por lo tanto, se lo conoce como enlace de tipo estado sólido. La unión flexible se forma transmitiendo calor y presión a la región de unión a través de un medio flexible o indentable relativamente grueso , generalmente una cinta de aluminio (Figura 1). [2]
Los enlaces de estado sólido o de presión forman enlaces permanentes entre un alambre de oro y una superficie de metal dorado al poner sus superficies de contacto en contacto íntimo a aproximadamente 300 °C, que está muy por debajo de sus respectivos puntos de fusión de 1064 °C, de ahí el término estado sólido. cautiverio.
Dos métodos comúnmente utilizados para formar este tipo de enlace son el enlace por termocompresión [3] y el enlace termosónico . Ambos procesos forman los enlaces con una herramienta de unión de cara dura que hace contacto directo para deformar los alambres de oro contra las superficies de contacto de oro (Figura 2).
Dado que el oro es el único metal que no forma una capa de óxido que pueda interferir con el establecimiento de un contacto confiable entre metales, los alambres de oro se usan ampliamente para realizar estas importantes conexiones de cables en el campo del embalaje microelectrónico. Durante el ciclo de unión compatible, la presión de unión está controlada exclusivamente por las propiedades de flujo inherentes de la cinta compatible con aluminio (Figura 3). Por lo tanto, si se necesitan presiones de unión más altas para aumentar la deformación final (planitud) de un alambre de oro unido que se adapta, se podría emplear una aleación de aluminio de mayor rendimiento. El uso de un medio compatible también supera las variaciones de espesor cuando se intenta unir varios cables conductores simultáneamente a un sustrato metalizado en oro (Figura 4). También evita que los cables se deformen excesivamente ya que el miembro flexible se deforma alrededor de los cables durante el ciclo de unión, eliminando así la falla mecánica de un cable unido debido a la deformación excesiva de una herramienta de cara dura (Figura 3) que se emplea mediante termocompresión y termosónico. vinculación.
Una aplicación importante para la unión compatible surgió a principios de la década de 1960, cuando se desarrollaron técnicas [4] para fabricar un “chip” de circuito integrado de silicio con conductores de haz que consistía en conductores o “haces” de oro electroformados preconectados de 0,005 pulgadas de espesor que se extendían desde el silicio. chip (Figura 5). Por lo tanto, el “chip” con conductor de haz eliminó la necesidad de unir termosónicamente cables directamente sobre las almohadillas metalizadas del frágil chip de silicio (como se muestra en la Figura 6). Los extremos extendidos de las vigas electroformadas podrían luego unirse permanentemente en estado sólido a un rayo solar metalizado correspondiente. circuito que ha sido depositado previamente sobre un sustrato cerámico adecuadamente empaquetado en una computadora en proceso. La Figura 7 muestra una herramienta preformada de cara dura que une por termocompresión todos los conductores de haz de un chip en un ciclo de unión. Para evitar deformar excesivamente los finos conductores del haz con la herramienta de unión dura y ponerlos en riesgo de falla mecánica, se deben controlar cuidadosamente las fuerzas de unión aplicadas.
La unión compatible elimina los problemas asociados con una herramienta de unión de cara dura y, por lo tanto, fue ideal para unir simultáneamente todos los cables extendidos del haz de oro galvanizado a un sustrato cerámico con patrón de rayos de sol metalizado en oro empaquetado en una computadora (Figura 8). Por ejemplo, la unión compatible eliminó los problemas de usar una herramienta de unión de cara dura tales como: intentar deformar uniformemente los conductores de vigas de espesor nominal de 0,005 pulgadas que tienen ligeras variaciones en su espesor; deformación excesiva del cable que podría causar daños mecánicos y, en última instancia, un fallo "costoso" de estos chips de silicio con haz fino que son el "cerebro" de nuestras computadoras. El medio de cinta adhesiva compatible ofrecía la ventaja adicional de transportar el "chip de silicio conducido por haz" al sitio de unión, facilitando así la producción. [5] Las Figuras 9 y 10 muestran que la cinta compatible ofrece la ventaja de llevar el chip conducido por haz al sitio de unión como se analizó anteriormente. La Figura 11 muestra un circuito integrado de silicio con conductor de haz unido de manera compatible a un patrón de rayos de sol metalizado en oro depositado sobre un sustrato cerámico de alúmina que se encapsulará y empaquetará en un dispositivo tipo computadora. La Figura 12 muestra el miembro desgastado usado para unir el chip en la Figura 11, que muestra claramente una imagen especular de los conductores del haz unidos uniformemente.
Las dos formas de circuitos integrados discutidas anteriormente fueron el circuito integrado con conductor de haz compuesto por conductores o haces de oro electroformados adjuntos (Figura 5) y el chip de circuito integrado de silicio (Figura 6). Con respecto al chip de silicio con conductor de haz, se pueden emplear tanto la unión flexible como la termocompresión, ya que cada una tiene sus ventajas. En este momento, [ ¿cuándo? ] la forma más utilizada es el chip de circuito integrado de silicio, sin los conductores del haz, que por lo tanto requiere conexiones eléctricas directamente al chip de silicio metalizado (Figura 6). Si las conexiones de cables son el método elegido para formar estas conexiones, la unión termosónica de cables de oro directamente al chip de silicio ha sido el proceso más utilizado debido a su confiabilidad comprobada como resultado de los bajos parámetros de unión de fuerza, temperatura y tiempo necesarios. para formar el vínculo.
