Fijación conforme

La unión flexible es un método para conectar hilos de oro a componentes eléctricos, como chips de circuitos integrados . Fue inventada por Alexander Coucoulas en la década de 1960. ^{[ 1 ]} La unión se forma muy por debajo del punto de fusión de las superficies de oro en contacto y, por lo tanto, se denomina unión en estado sólido. La unión flexible se forma transmitiendo calor y presión a la zona de unión a través de un medio flexible o indentable relativamente grueso , generalmente una cinta de aluminio (Figura 1). ^{[ 2 ]}

Las uniones en estado sólido o por presión forman enlaces permanentes entre un hilo de oro y una superficie de metal de oro al poner sus superficies de contacto en contacto íntimo a unos 300  °C, muy por debajo de sus respectivos puntos de fusión de 1064  °C; de ahí el término " enlaces en estado sólido" .

Dos métodos comúnmente utilizados para formar este tipo de unión son la unión por termocompresión ^{[ 3 ]} y la unión termosónica . Ambos procesos forman las uniones con una herramienta de unión de superficie dura que hace contacto directo para deformar los hilos de oro contra las superficies de acoplamiento de oro (Figura 2).

Debido a que el oro es el único metal que no forma una capa de óxido que pueda interferir con un contacto metal-metal fiable, los hilos de oro se utilizan ampliamente para realizar estas importantes conexiones en el campo del encapsulado microelectrónico. Durante el ciclo de unión flexible, la presión de unión se controla de forma única mediante las propiedades de flujo inherentes de la cinta de aluminio flexible (Figura 3). Por lo tanto, si se necesitan presiones de unión más altas para aumentar la deformación final (planitud) de un hilo de oro unido con cinta flexible, se podría emplear una aleación de aluminio de mayor rendimiento. El uso de un medio flexible también supera las variaciones de espesor al intentar unir varios hilos conductores simultáneamente a un sustrato metalizado de oro (Figura 4). Además, evita que los conductores se deformen excesivamente, ya que el elemento flexible se deforma alrededor de ellos durante el ciclo de unión, eliminando así la falla mecánica de un hilo unido debido a la deformación excesiva de una herramienta de superficie dura (Figura 3), que se emplea en la unión por termocompresión y termosónica.

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  Figura 5. Una matriz de circuitos integrados de silicio con conductores de haz que muestra los conductores de haz electroformados, tanto unidos como extendidos, alrededor de la periferia del chip de silicio.
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  Figure 6. Wires solid-state bonded directly to the metallized pads of a silicon integrated circuit chip
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  Figure 7. Hard-faced bonding tool simultaneously bonding all of the extended beam leads
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  Figure 8. Compliant-bonding a beam-leaded silicon integrated circuit showing the indented compliant member after bonding the chip

An important application for compliant bonding arose in the early 1960s, when techniques were developed^[4] for fabricating a beam leaded silicon integrated-circuit chip consisting of pre-attached electroformed 0.005-inch-thick (0.13 mm) gold leads or “beams” extending from the silicon chip (Figure 5). Thus the beam-leaded chip eliminated the need to thermosonically bond wires directly onto metallized pads of the fragile silicon chip (as shown in Figure 6). The extended ends of the electroformed beams could then be permanently solid-state bonded to a matching metallized sunburst circuit that has been pre-deposited on a ceramic substrate. Figure 7 shows a preshaped hard-faced tool thermocompression bonding all of the beam leads of a chip in one bonding cycle. In order to avoid excessively deforming the fine beam leads with the hard bonding tool and putting them at risk of mechanical failure, the applied bonding forces have to be carefully monitored.

Compliant bonding eliminates the problems associated with a hard-faced bonding tool, and therefore was ideally suited to simultaneously bond all of the extended electroplated gold beam leads to a matching gold metallized sunburst-patterned ceramic substrate (Figure 8). For example, compliant bonding eliminated the problems of using a hard-faced bonding tool, such as attempting to uniformly deform the nominally 0.005-inch-thick (0.13 mm) beam leads having slight variations in their thicknesses and excessive lead deformation that could cause mechanical damage and an ultimate costly failure of these chips. The compliant bonding tape media offers the additional advantage of carrying the chip to the bonding site, thus facilitating production.^[5] Figures 9 and 10 show that the compliant tape offers the advantage of carrying the beam-leaded chip to the bonding site as discussed above. Figure 11 shows a beam-leaded silicon integrated circuit compliantly bonded to a gold-metallized sunburst pattern deposited on an alumina ceramic substrate, which will be encapsulated and packaged. Figure 12 shows the spent compliant member used to bond the chip in Figure 11, which clearly shows a mirror image of the uniformly bonded beam leads.

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  Figure 9. Compliant tape carrying the beam lead integrated circuit to the bonding site.
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  Figure 10. Compliant tape carrying beam leaded chip to bonding site.
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  Figure 11. Compliant bonded beam leaded silicon integrated circuit
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  Figura 12. Imagen especular de los conductores de la viga adherida, que se muestran claramente hundidos en el elemento flexible usado.

Las dos formas de circuitos integrados analizadas anteriormente fueron el circuito integrado con conductores de oro electroformados (Figura 5) y el chip de circuito integrado de silicio (Figura 6). En el caso del chip de silicio con conductores de oro, se pueden emplear tanto la unión flexible como la termocompresión, ya que cada una tiene sus ventajas. Actualmente, la forma más utilizada es el chip de circuito integrado de silicio sin conductores de oro, que requiere conexiones eléctricas directas al chip de silicio metalizado (Figura 6). Si se opta por conexiones mediante cables, la unión termosónica de cables de oro directamente al chip de silicio ha sido el proceso más utilizado debido a su probada fiabilidad, resultado de los bajos parámetros de fuerza, temperatura y tiempo necesarios para formar la unión.