Un chip moderno mide 5–20 mm. Sus circuitos internos son nanométricos. Pero necesita comunicarse con el mundo exterior — con la placa, la batería, los sensores. Alguien tiene que hacer ese puente.
Imagen: Tosaka — "DIP package sideview" — CC BY-SA 3.0 / GFDL — via Wikimedia Commons.
Circuitos de silicio a escala nanométrica. Los pads de conexión son cuadrados de ~80 µm — más fino que un cabello humano.
Entre el pad del chip y el lead frame hay un gap de 1–3 mm. No se pueden soldar directamente — el chip se destruiría con el calor de una soldadura normal.
Un hilo de oro o cobre de 25 µm — más fino que un cabello — conecta el pad con el lead. Termosónico: calor suave + vibración ultrasónica. Sin dañar el chip.
La soldadura convencional alcanza 180–260 °C y aplica mucho calor local. El silicio del chip es frágil — las capas de óxido y los transistores se dañan irreversiblemente. Además los pads son demasiado pequeños para una punta de soldador.
El proceso termosónico usa solo 150–250 °C (el chip aguanta hasta ~300 °C sin daños), aplica el calor de forma uniforme desde la base, y usa ultrasonidos para crear el enlace sin necesitar más temperatura. El hilo es tan fino que la energía aplicada es mínima.
Es una aguja hueca de cerámica o acero por donde pasa el hilo metálico. Actúa como guía, soldador y cortador al mismo tiempo.
Antes de cada bond, una chispa eléctrica funde el extremo del hilo y la tensión superficial lo convierte en una esfera perfecta — el Free Air Ball. La bola es siempre más grande que el hilo: su diámetro es ~2.5× el del hilo.
La bola tiene más superficie de contacto que el extremo recto del hilo. Al presionarla contra el pad con ultrasonidos y calor, se aplana y forma una unión intermetálica sólida.
Una chispa eléctrica (EFO — Electronic Flame Off) funde el extremo del hilo. La tensión superficial forma la esfera en milisegundos.
En el 1st bond el extremo del hilo viene cortado en seco — es pequeño e irregular, difícil de soldar. La bola lo soluciona: la chispa lo funde y la tensión superficial forma una esfera con mucha más superficie de contacto.
En el 2nd bond ya no hace falta porque el capillar no usa el extremo del hilo sino el cuerpo — el hilo llega tensado en arco y el capillar apoya directamente sobre él. Esa sección ya tiene suficiente área para que el ultrasonido + calor + presión formen el enlace sin necesidad de reformarlo.
Es como pegar un cable: el extremo cortado es difícil de adherir, pero si doblas el cable y apoyas la parte de en medio tienes mucho más contacto.
No hay tijera ni cuchilla. El capillar simplemente sube bruscamente mientras el hilo ya está soldado en la cuña. La tensión rompe el hilo por el punto más débil — justo encima de la cuña, donde el metal está más estirado. El trozo que queda dentro del capillar se convierte en el extremo para el siguiente FAB.