Wire bonding: significato, materiali e applicazioni

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Il wire bonding è una tecnica fondamentale nella produzione di micro componenti elettronici: analizziamo in cosa consiste, le differenze con la saldatura a filo tradizionale, i materiali impiegati e le applicazioni principali di questo processo di micro-saldatura.

Cosa si intende per wire bonding

Il wire bonding è una tecnica di interconnessione elettrica ampiamente utilizzata nella produzione di dispositivi elettronici, in particolare per realizzare le connessioni tra i chip dei semiconduttori e il case o il circuito stampato su cui vengono montati.

Trattandosi di una tecnica di micro-saldatura, il wire bonding si basa sull’utilizzo di sottili fili metallici tipicamente in oro, alluminio o rame, saldati termicamente o tramite ultrasuoni ai terminali del chip da una parte, e ai pin del package o del PCB dall’altra.

Esistono almeno due tipologie di wire bonding: il ball bonding o connessione a sfera, dove si forma una piccola pallina all’estremità del filo per poi saldarla al chip, e il wedge bonding o connessione a cuneo, dove il filo metallico viene pressato e unito direttamente al chip. Il filo viene poi fatto avanzare verso il secondo punto di saldatura e infine reciso.

Permettendo connessioni flessibili ed affidabili tra chip e circuiti stampati, il wire bonding è destinato alla produzione di numerosi microcomponenti, come processori e sensori.

Differenze con la saldatura a filo

Se la saldatura a filo tradizionale unisce parti di varie misure, il wire bonding è un metodo di micro-saldatura specifico per chip elettronici, ossia per dimensioni molto piccole assicurando una maggiore affidabilità. Ecco le differenze tra le due tecniche:

  • Dimensioni: i fili per wire bonding sono estremamente sottili, con diametri che vanno da poche decine a qualche centinaia di micron; il filo da saldatura tradizionale possiede invece diametri molto maggiori, dell’ordine di 0,5 – 1 mm.
  • Materiali: per il wire bonding si impiegano fili in oro, alluminio o rame, mentre il filo da saldatura tradizionale è realizzato tipicamente in leghe di stagno e piombo.
  • Processo di saldatura: il wire bonding richiede l’uso di macchinari specializzati che applicano calore, pressione e ultrasuoni in modo controllato; la saldatura tradizionale avviene manualmente o con macchine saldatrici che fondono il filo.
  • Applicazioni: il wire bonding serve a connettere i terminali dei chip durante la fabbricazione dei dispositivi elettronici, mentre in genere la saldatura tradizionale unisce componenti già montati su circuiti stampati.
  • Affidabilità: le saldature nel wire bonding devono resistere alle sollecitazioni del processo produttivo finale, quindi richiedono un alto livello di precisione e qualità; la saldatura tradizionale solitamente non ha tali requisiti critici.
  • Costi: il wire bonding comporta costi più elevati legati a materie prime e attrezzature, diversamente dalla saldatura tradizionale che ha costi nettamente inferiori.
saldatura filo vs wire bonding

Materie prime e applicazioni principali

La tecnica del wire bonding viene impiegata per la produzione di numerosi semi componenti: chip di memoria, microprocessori, sensori MEMS, accelerometri, chip LED e vari dispositivi per la radiofrequenza Bluetooth / WiFi.

I materiali più comuni per la produzione del filo da wire bonding sono:

  • Oro: è il più diffuso grazie alla sua eccellente conducibilità elettrica, resistenza all’ossidazione e duttilità, che consente di realizzare fili per bond molto sottili. Questi vengono soprattutto impiegati per interconnessioni ad alta frequenza.
  • Alluminio: ha una conducibilità leggermente inferiore all’oro ma presenta costi più contenuti. Il filo per wire bonding in alluminio viene utilizzato generalmente per applicazioni standard a frequenze moderate.
  • Rame: materiale ancora più economico, con una buona conducibilità ma che necessita di rivestimenti anti-ossidazione. Il bonding wire in lega di rame viene destinato per le interconnessioni a bassa frequenza e potenza.

Meno frequentemente, per il wire bonding possono essere usati anche fili metallici in argento: grazie alle ottime proprietà elettriche, sono adatti per applicazioni di nicchia dove serve massimizzare la conducibilità. Altri fili possono essere costituiti da leghe metalliche di varia combinazione, da una percentuale di platinoidi o con rivestimenti bimetallici.

Soluzioni Invimec per laminazione a filo

La laminazione a freddo è un processo chiave per la produzione dei fili per wire bonding, in quanto permette di ottenere fili metallici molto sottili tramite la pressione controllata dei rulli di laminazione, che ne riducono progressivamente lo spessore.

Una gestione precisa della laminazione a filo e dei passaggi della materia prima consente di ottenere diametri estremamente ridotti, una struttura cristallina inalterata e un’elevata accuratezza dimensionale: caratteristiche essenziali per la tecnica di wire bonding.

INVIMEC produce treni di laminazione a filo all’avanguardia, progettati su misura per la produzione di sottilissimi fili metallici da utilizzare nel processo di wire bonding: i nostri laminatoi per l’industria rappresentano una soluzione ideale per i produttori di bonding wire, in termini di qualità della lavorazione e precisione delle dimensioni.