Por Que Fio de Tungstênio É a Escolha Superior para Sondas de Wafer e Neurais

Os Benefícios das Sondas de Tungstênio para Aplicações de Teste

Sondagem é uma indústria ampla com muitos tipos de aplicações, mas duas que provaram ser ideais para fio de tungstênio são:

• Sondas de wafer usadas para teste de wafer semicondutor
• Sondas neurais para testar atividade no cérebro

Quais propriedades do fio de tungstênio o tornam um ótimo material para essas aplicações de sondagem tão diferentes? Para o propósito de blanks de sonda, retidão é uma propriedade chave — e aqui, as propriedades mecânicas do tungstênio dão a ele rigidez notável, mesmo em diâmetros pequenos.

Isso resume perfeitamente os benefícios do fio de tungstênio para sondas de wafer e sondas de teste neural — aplicações que parecem quase contra-intuitivas para tungstênio porque não é um material altamente condutivo. No entanto, para essas aplicações, sondas de tungstênio simplesmente funcionam.

Sondas de Wafer Cantilever para Teste de Circuito Integrado

No processo de fabricação de dispositivos semicondutores, não há momento melhor para testar um circuito integrado do que quando ele está no wafer de silício monocristalino. Isso antes dos circuitos individuais serem fatiados, cortados e encapsulados — e antes dos custos associados a todas essas atividades serem incorridos.

A fabricação de semicondutores é dividida em duas etapas distintas: o front-end, onde o tungstênio desempenha vários papéis, e o back-end.

O front-end é onde o lingote é cortado em wafers e esses wafers passam por deposição, fotolitografia, implantação de íons e outros processos. Isso resulta em uma array de circuitos integrados impressos na superfície do wafer.

Neste ponto, o tungstênio já facilitou a extração do lingote e foi usado para implantação de íons no wafer. Agora o tungstênio será usado para determinar quais dos chips são defeituosos, na conclusão do front-end da fabricação de wafers.

O teste de cada chip, conhecido como teste de sonda de wafer, evoluiu para três métodos distintos. O primeiro, e ainda prevalente, é conhecido como teste de sonda cantilever.

Aqui, uma construção complexa de fios irradia a partir de, e acima, do posicionamento dos quatro lados de um chip (daí o nome "cantilever" para a geometria necessária) — apresentando minúsculos patches de contato na extremidade de cada fio para realizar um teste de sinal conhecido como touchdown.

Vantagens do Fio de Tungstênio para Sondas de Wafer

Várias considerações levaram os fabricantes inexoravelmente ao uso de fio de tungstênio como a "agulha" de sonda de escolha:

• A rigidez necessária para precisão posicional
• Sem retorno elástico (springback), para que a curvatura no fio permaneça precisamente acima do chip
• A capacidade do fio de manter suas propriedades em diâmetros cada vez menores à medida que os chips cresceram em densidade

Além disso, como o fio precisa esfregar através de uma camada de óxido a cada touchdown, fabricantes de cartões de sonda perceberam que precisavam incluir uma etapa de limpeza de sonda em seus sistemas automatizados. Dureza e capacidade de penetrar a camada de óxido para obter um sinal tornam o tungstênio ideal para esta aplicação.

Teste Aprimorado com Tungstênio-Rênio

Foi aqui que, em um capricho da história industrial, fio de tungstênio-rênio resolveu um problema emergente nos rendimentos de teste de sonda cantilever. Este fio foi desenvolvido pela primeira vez nos anos 1920, quando mostrou maior ductilidade e provou ser útil por sua resistência a choque mecânico em filamentos de lâmpadas para necessidades de iluminação em ambientes hostis.

Atuando como agulha de sonda, tungstênio — com sua estrutura de grão alongada — perfura a camada de óxido para permitir teste de sinal do circuito integrado. No entanto, a sonda de tungstênio fica "carregada" com esse mesmo óxido, e a sequência de limpeza para certas aplicações de sondagem se torna relativamente menos eficiente.

Descobriu-se que o conteúdo de rênio residiria entre os grãos de tungstênio sem nenhuma perda de durabilidade. Portanto, o uso de fio de tungstênio-rênio oferece benefícios incluindo:

• Menos refúgio para o óxido ficar preso
• Menos cross-talk (sinal cruzado)
• Etapas de limpeza mais eficazes e menos frequentes

A Resiliência do Tungstênio para Teste de Wafer

Ao longo do tempo, o tungstênio cedeu parte de seu domínio a outros materiais. Como a condutividade é primordial ao buscar um sinal elétrico minúsculo, soluções de banho e liga envolvendo metais mais macios como cobre, ouro e paládio têm sido usadas quando a precisão posicional era possível para certas geometrias.

Métodos conhecidos como sondagem cobra e sondagem de micro mola foram desenvolvidos que podiam lidar melhor com o crescimento exponencial nas densidades de chips e passos resultantes apertados. Estes sistemas de sonda de wafer concorrentes são mais caros, mas podem realizar o estágio final do front-end necessário em muitos dos chips mais complexos que requerem os passos mais densos.

No entanto, a sondagem de wafer cantilever continua sendo uma tecnologia duradoura e amplamente usada para os circuitos integrados que alimentam uma gama de dispositivos inteligentes com passos que se beneficiam das propriedades únicas do fio de tungstênio.

Benefícios do Fio de Tungstênio para Sondas de Teste Neural

Falamos em outro lugar sobre algumas das propriedades que tornam o fio de tungstênio valioso em aplicações de dispositivos médicos onde corrente elétrica é utilizada e precisão é crítica.

Por exemplo, a alta densidade do fio de tungstênio o torna altamente radiopaco, permitindo que se destaque em aplicações como fluoroscopia. Além disso, a alta resistência à tração do fio de tungstênio o torna uma alternativa econômica a metais especiais para guias dirigíveis em procedimentos médicos minimamente invasivos.

À medida que a capacidade de ir mais fundo no corpo humano aumentou, também aumentou a capacidade de ir mais fundo no cérebro humano — e é aqui onde outra aplicação importante para fio de tungstênio é encontrada: sondas para testar atividade neural.

Para o propósito de sondagem para encontrar áreas causais para condições médicas, a capacidade de alvejar uma área muito específica do cérebro é crucial. Parte do sucesso do fio de tungstênio em sondas neurais é devido à capacidade de ir a pontos exatos dentro do tecido cerebral sem causar danos colaterais.

Sondagem neurológica é um campo variado de pesquisa e aplicação clínica, abrangendo estimulação cerebral profunda (DBS), gerenciamento de dor e uma miríade de outras aplicações. Mas todas dependem de precisão posicional, e o fio de tungstênio desempenha seu papel para auxiliar cientistas e médicos a alcançar resultados de tratamento e avanços experimentais.

Isso é muito uma função do fato de que sondas de fio de tungstênio podem ser feitas muito finas enquanto mantêm sua retidão e forma — características vitais para precisão direcional.

Sondas Neurais para Aplicações de Estimulação

O mesmo vale para o uso de tratamento DBS para condições como doença de Parkinson e estimulação de nervo periférico (PNS) para alívio de dor crônica e aguda. Apesar de não ser um material altamente condutivo, fio de tungstênio é valioso para propósitos de terapias de estimulação cerebral e nervosa além de sondagem neural.

Para estas e aplicações similares, fio de tungstênio tem características vitais para precisão direcional — muito mais que qualquer outro metal. Onde o diâmetro do fio deve ser incrivelmente pequeno e estreito, fio de tungstênio também mantém sua retidão e forma mesmo em diâmetros minúsculos e comprimentos longos.

O que vem a seguir para o fio de tungstênio?

Com todas as suas propriedades interessantes, não é de admirar que fio de tungstênio seja usado em uma gama crescente de aplicações em eletrônica e medicina, bem como na indústria geral.

Fornecedores experientes de fio de tungstênio — como a Metal Cutting Corporation, que está no negócio de produtos especiais de tungstênio desde 1967 e é o distribuidor exclusivo na América do Norte para a Nippon Tungsten Co., Ltd. — podem ajudá-lo a decidir se fio de tungstênio é certo para sua aplicação.

Para saber mais sobre fio de tungstênio e sua viabilidade em sondas e outros produtos, baixe nosso guia gratuito sobre propriedades e aplicações do fio de tungstênio.