Hispanopedia WikiLa unión termosónica se utiliza ampliamente para unir circuitos integrados de silicio en computadoras. Alexander Coucoulas fue nombrado "Padre de la unión termosónica" por George Harman, [ 1 ] la principal autoridad mundial en unión de cables, donde hizo referencia a las publicaciones de vanguardia de Coucoulas en su libro, Wire Bonding In Microelectronics . [ 2 ] [ 3 ] Debido a la fiabilidad comprobada de las uniones termosónicas, se utiliza ampliamente para conectar las unidades centrales de procesamiento (CPU), que son circuitos integrados de silicio encapsulados que sirven como el "cerebro" de las computadoras actuales.
La unión termosónica se utiliza ampliamente para conectar eléctricamente chips de microprocesadores de circuitos integrados de silicio [ 4 ] [ 5 ] a computadoras, así como a una miríada de otros dispositivos electrónicos que requieren unión por cable .
A raíz de la introducción de los cables de conexión termosónica por Coucoulas a principios de la década de 1960, sus aplicaciones e investigaciones científicas por parte de investigadores de todo el mundo se han expandido. La fiabilidad de la conexión termosónica la ha convertido en el proceso preferido para conectar estos componentes electrónicos de vital importancia. Y dado que se ha demostrado que parámetros de conexión relativamente bajos permiten formar uniones termosónicas fiables, se garantiza la integridad de la frágil unidad central de procesamiento ( CPU ) del circuito integrado de silicio durante toda su vida útil como el "cerebro" del ordenador.
Descripción
Una unión termosónica se forma mediante un conjunto de parámetros que incluyen energías ultrasónicas, térmicas y mecánicas (de fuerza). Una máquina de unión termosónica incluye un transductor magnetostrictivo o piezoeléctrico que convierte la energía eléctrica en movimiento vibratorio, conocido como piezoelectricidad . Este movimiento vibratorio se propaga a lo largo del sistema de acoplamiento, cuya sección cónica actúa como transformador de velocidad. El transformador de velocidad amplifica el movimiento oscilatorio y lo transmite a una punta de unión calentada. Es similar a una unión por fricción, ya que la introducción de energía ultrasónica (a través de una herramienta de unión conectada verticalmente a un transformador o bocina ultrasónica) genera simultáneamente una fuerza y un movimiento vibratorio o de fricción en los puntos de contacto interfaciales entre un cable conductor precalentado y deformable y las almohadillas metalizadas de un circuito integrado de silicio. Además de la transmisión de energía térmica , la transmisión de energía vibratoria ultrasónica crea un efecto de ablandamiento ultrasónico al interactuar a nivel de la red atómica del cable conductor precalentado. Estos dos efectos de ablandamiento facilitan enormemente la deformación del cable conductor, al formar la zona de contacto deseada con temperaturas y fuerzas relativamente bajas. Como resultado de la fricción y el ablandamiento ultrasónico inducidos en el cable conductor precalentado durante el ciclo de unión, la unión termosónica permite unir de forma fiable cables conductores de alto punto de fusión (como oro y aluminio y cobre de menor coste) con parámetros de unión relativamente bajos. Esto garantiza que el frágil y costoso chip de circuito integrado de silicio no se vea expuesto a condiciones potencialmente dañinas al tener que utilizar parámetros de unión más elevados (energía ultrasónica, temperaturas o fuerzas mecánicas) para deformar el cable conductor y formar la zona de contacto requerida durante el proceso de unión.
Fondo
Inicialmente denominada unión ultrasónica por trabajo en caliente por Alexander Coucoulas , [ 2 ] [ 3 ] la unión termosónica pertenece a la categoría de unión metálica en estado sólido, la cual se forma al unir dos superficies metálicas muy por debajo de sus respectivos puntos de fusión. Introducida por Coucoulas, la unión termosónica mejoró significativamente la fiabilidad de la unión lograda por las máquinas de unión en estado sólido comerciales disponibles, al precalentar el cable conductor (y/o el chip de silicio metalizado) antes de introducir un ciclo de energía ultrasónica. [ 3 ]
Se descubrió que la unión termosónica permite unir una amplia gama de metales conductores, como cables de aluminio y cobre, a películas delgadas de tantalio y paladio depositadas sobre sustratos de óxido de aluminio y vidrio, que simulan el chip de silicio metalizado. Además del ablandamiento térmico del cable conductor, la posterior aplicación de energía ultrasónica produce un ablandamiento adicional al interactuar a nivel de la red atómica del cable calentado (conocido como ablandamiento ultrasónico). [ 6 ] Estos dos mecanismos de ablandamiento independientes eliminan la incidencia de agrietamiento en el frágil y costoso chip de silicio, un problema observado por Coucoulas al utilizar máquinas de unión de estado sólido disponibles comercialmente. La mejora se debe a que el precalentamiento y el ablandamiento ultrasónico del cable conductor facilitan considerablemente la deformación para producir el área de contacto requerida utilizando un conjunto relativamente bajo de parámetros de unión. Dependiendo del nivel de temperatura y las propiedades del material del cable conductor, puede producirse la recristalización (metalurgia) o el trabajo en caliente del cable deformado mientras se forma el área de contacto requerida. La recristalización tiene lugar en la región de endurecimiento por deformación del cable conductor, donde contribuye al efecto de ablandamiento; si el cable se deformara ultrasónicamente a temperatura ambiente , sufriría un endurecimiento por deformación extenso ( trabajo en frío ) y, por lo tanto, tendería a transmitir tensiones mecánicas dañinas al chip de silicio.
Usos
Actualmente, la mayoría de las conexiones al chip de circuito integrado de silicio se realizan mediante unión termosónica [ 7 ], ya que emplea temperaturas, fuerzas y tiempos de permanencia más bajos que la unión por termocompresión , así como niveles de energía y fuerzas de vibración más bajos que la unión ultrasónica para formar el área de unión requerida. Por lo tanto, el uso de la unión termosónica elimina el riesgo de dañar el chip de circuito integrado de silicio, relativamente frágil , durante el ciclo de unión. La probada fiabilidad de la unión termosónica la ha convertido en el proceso de elección, ya que tales modos de fallo potenciales podrían resultar costosos, ya sea que ocurran durante la etapa de fabricación o se detecten posteriormente, durante un fallo operativo en campo de un chip que haya sido conectado dentro de una computadora o una miríada de otros dispositivos microelectrónicos.
La unión termosónica también se utiliza en el proceso flip-chip , que es un método alternativo para conectar eléctricamente los circuitos integrados de silicio.
Los dispositivos de efecto Josephson e interferencia superconductora (DC SQUID ) también utilizan el proceso de unión termosónica. En este caso, otros métodos de unión degradarían o incluso destruirían las microestructuras de YBaCuO 7 , como los micropuentes, las uniones Josephson y los dispositivos de interferencia superconductora [ 8 ] (DC SQUID ).
Se ha demostrado que al conectar eléctricamente diodos emisores de luz con técnicas de unión termosónica, se obtiene un rendimiento mejorado del dispositivo. [ 9 ]
Véase también
Referencias
- ↑ Harman, G., Wire Bonding In Microelectronics, McGraw-Hill, Cap. 2, pág. 36, también busque Coucoulas en https://www.amazon.com/WIRE-BONDING-MICROELECTRONICS-3-E/dp/0071476237/ref=sr_1_1?s=books&ie=UTF8&qid=1354948679&sr=1-1&keywords=wire+bonding+in+microelectronics#_ busque Coucoulas
- 1 2 Coucoulas, A., Trans. Metallurgical Society Of AIME, "Soldadura ultrasónica de aluminio produce películas delgadas de tantalio", 1966, pp. 587–589. resumen https://sites.google.com/site/coucoulasthermosonicbondalta
- 1 2 3 Coucoulas, A., "Soldadura ultrasónica por trabajo en caliente: un método para facilitar el flujo de metales mediante procesos de restauración", Actas de la 20.ª Conferencia de Componentes Electrónicos del IEEE, Washington, DC, mayo de 1970, págs. 549-556. https://sites.google.com/site/hotworkultrasonicbonding
- ↑ Harman, G., Wire Bonding In Microelectronics, McGraw-Hill, 2010 ISBN 0-07-147623-7
- ↑ TR Reid, "El chip: Cómo dos estadounidenses inventaron el microchip y lanzaron una revolución"
- ↑ F. Blaha, B. Langenecker. Acta Metallurgica, 7 (1957).
- ↑ Harman, G., Wire Bonding In Microelectronics , McGraw-Hill, Cap. 2, pág. 36
- ↑ Burmeister, L.; Reimer, D.; Schilling, M. (1994). "Contactos de unión termosónica con alambre de oro a microestructuras de YBa 2 Cu 3 O 7 ". Superconductor Science and Technology . 7 (8): 569. Bibcode : 1994SuScT...7..569B . doi : 10.1088/0953-2048/7/8/006 .
- ↑ Seck-Hoe Wong et al. (2006) "Empaquetado de LED de potencia mediante unión termosónica de interconexiones Au-Au" , Conferencia Internacional de la Surface Mount Technology Association.
- Fabricación de dispositivos semiconductores
- Embalaje (microfabricación)