Le soudage par coin (wedge bonding) : fixation précise de fils pour l'électronique

Principes du wedge bonding

Le wedge bonding est un procédé automatisé pour relier des fils de connexion entre composants électroniques et un circuit imprimé (PCB). Il consiste à souder un fil connecteur à un plot du composant et au PCB par combinaison de pression et d'énergie ultrasonique (U/S) ou thermosonique (T/S). L'outil qui alimente le fil et transmet pression et énergie est un composant plat en forme de coin, qui donne aux liaisons leur forme caractéristique et son nom au procédé. Le wedge bonding utilise généralement des fils en aluminium ou alliage d'or : l'aluminium se soude à température ambiante avec l'énergie U/S, l'alliage d'or avec l'énergie T/S. Comparé au ball bonding, il présente une vitesse de production inférieure et des restrictions d'angle entre les liaisons composant-PCB.

Contexte : l'assemblage des PCB

L'une des étapes cruciales de la fabrication de PCB est la connexion de la multitude de plots de composants à leurs points de circuit correspondants sur le substrat. Les connexions doivent être fiables pour l'intégrité du circuit ; les fils doivent occuper un espace minimal. Tout cela se fait à l'échelle quasi microscopique par des machines automatisées hautement sophistiquées. Le wedge bonding est l'un des deux procédés les plus courants pour ces connexions ; l'autre est le ball bonding.

Fonctionnement de la tête de soudage

La tête de wedge bonding est une plaque plate munie d'un trou d'alimentation dans sa face arrière inférieure et d'un sabot de pression en coin sur le bord avant inférieur. Le fil passe par le trou arrière et est comprimé/soudé par le coin. La liaison est créée par la pression du sabot combinée à l'énergie ultrasonique ou thermosonique. L'énergie U/S est une concentration localisée de vibrations acoustiques haute fréquence créant une liaison permanente, utilisée principalement pour l'aluminium. L'énergie T/S combine ultrasons et chaleur conventionnelle pour souder les alliages d'or.

Séquence du processus

1. Le coin descend sur le plot du composant.
2. Pression + énergie U/S ou T/S → liaison du fil.
3. Le coin remonte à une hauteur prédéfinie et recule vers la position du plot PCB. Ce mouvement simultané tire assez de fil pour former une boucle/arche entre composant et PCB.
4. Le coin descend et soude le connecteur au PCB.
5. Une fois la liaison PCB terminée, le coin remonte et coupe le fil avant d'avancer vers les plots suivants.

Avantages et limites

Le wedge bonding est un peu plus lent que le ball bonding et ne peut généralement souder que des connecteurs en ligne droite entre plots composant et PCB. Il produit cependant une « empreinte » de liaison plus petite, le rendant adapté aux plots rapprochés.