Um olhar mais atento à utilização de fio de tungstênio para sondas

Os benefícios das sondas de tungstênio para aplicativos de teste

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

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

Quais propriedades do fio de tungstênio o tornam um ótimo material para essas diferentes aplicações de sondagem? Para o propósito de blanks de sondas, a retilinidade é uma propriedade chave – e aqui, as propriedades mecânicas do tungstênio conferem uma 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 o tungstênio porque não é um material altamente condutor. No entanto, para essas aplicações, as sondas de tungstênio simplesmente funcionam.

Sondas Wafer Cantilever para teste de circuito integrado

No processo de fabricação de dispositivos semicondutores, não há melhor momento para testar um circuito integrado do que quando ele está no wafer de silício monocristalino. Isso ocorre antes que os circuitos individuais sejam fatiados, cortados em cubos e empacotados – e antes que os custos associados a todas essas atividades sejam incorridos.

A fabricação de semicondutores é dividida em dois estágios distintos:o front-end, onde o tungstênio desempenha várias funções, e o back-end.

A extremidade frontal é onde a boule é cortada em wafers e essas wafers passam por deposição, fotolitografia, implantação de íons e outros processos. Isso produz uma matriz de circuitos integrados impressos na superfície do wafer.

A essa altura, o tungstênio já facilitou a tração do lingote e foi utilizado para a plantação de íons do wafer. Agora o tungstênio será usado para determinar qual dos chips está com defeito, na conclusão do front-end da fabricação do wafer.

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

Aqui, uma construção complexa de fios irradia para fora e acima do posicionamento dos quatro lados de um chip (daí o nome "cantilever" para a geometria necessária) - apresentando pequenas manchas de contato no final de cada fio para executar um sinal teste conhecido como touchdown.

Vantagens do fio de tungstênio para sondas Wafer

Várias considerações levaram os fabricantes inexoravelmente a usar o fio de tungstênio como a “agulha” de escolha da sonda:

• A rigidez necessária para a precisão posicional
• Sem retorno elástico, para que a curva no fio permaneça precisamente acima do chip
• A capacidade do fio de manter suas propriedades em diâmetros cada vez menores à medida que os cavacos crescem em densidade

Além disso, como o fio precisa passar por uma camada de óxido a cada toque, os fabricantes de cartões de sonda perceberam que precisavam incluir uma etapa de limpeza de sonda em seus sistemas automatizados. A dureza e a capacidade de penetrar na camada de óxido para obter um sinal tornam o tungstênio ideal para esta aplicação.

Teste aprimorado com rênio tungstênio

Foi aqui que, em uma peculiaridade da história industrial, o fio de rênio e tungstênio resolveu um problema emergente nos rendimentos dos testes de sondas cantilever. Este fio foi desenvolvido pela primeira vez na década de 1920, quando apresentou maior ductilidade e se mostrou útil por sua resistência a choques mecânicos em filamentos de lâmpadas para necessidades de iluminação em ambientes hostis.

Atuando como uma agulha de sonda, o tungstênio – com sua estrutura de grãos alongados – perfura a camada de óxido para permitir o 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 sonda torna-se relativamente menos eficiente.

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

• Menos refúgio para o óxido ficar preso
• Menos sinalização cruzada
• Etapas de limpeza mais eficazes e menos frequentes

A resiliência do tungstênio para testes de wafer

Com o tempo, o tungstênio cedeu parte de seu domínio a outros materiais. Como a condutividade é primordial quando se busca um sinal elétrico minucioso, soluções de revestimento e liga envolvendo metais mais macios, como cobre, ouro e paládio, foram usadas quando a precisão posicional era possível para certas geometrias.

Métodos conhecidos como sondagem cobra e sondagem de micromola foram desenvolvidos para lidar melhor com o crescimento exponencial nas densidades de cavacos e os arremessos apertados resultantes. Esses sistemas de sonda de wafer concorrentes são mais caros, mas podem realizar o estágio final de front-end necessário em muitos dos chips mais complexos que exigem os arremessos mais densos.

No entanto, a sondagem de wafer cantilever continua sendo uma tecnologia duradoura e amplamente utilizada para os circuitos integrados que alimentam uma variedade de dispositivos inteligentes com passos que se beneficiam das propriedades exclusivas 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 a corrente elétrica é utilizada e a precisão é crítica.

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

À medida que a capacidade de se aprofundar no corpo humano aumentou, também aumentou a capacidade de se aprofundar no cérebro humano – e é aqui que outra aplicação importante para o fio de tungstênio é encontrada:sondas para testar a atividade neural.

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

A sondagem neurológica é um campo variado de pesquisa e aplicação clínica, abrangendo estimulação cerebral profunda (DBS), controle da dor e uma infinidade de outras aplicações. Mas todos eles dependem da precisão posicional, e o fio de tungstênio desempenha seu papel para ajudar cientistas e médicos a alcançar resultados de tratamento e avanços experimentais.

Isso é em grande parte uma função do fato de que as sondas de fio de tungstênio podem ser feitas muito finas, mantendo sua retidão e forma - características que são vitais para a 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 nervosa periférica (PNS) para alívio da dor crônica e aguda. Apesar de não ser um material altamente condutor, o fio de tungstênio é valioso para fins de terapias de estimulação cerebral e nervosa, além de sondagem neural.

Para essas e outras aplicações semelhantes, o fio de tungstênio possui características vitais para a precisão direcional — muito mais do que qualquer outro metal. Onde o diâmetro do fio deve ser incrivelmente pequeno e estreito, o 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 o fio de tungstênio seja usado em uma gama crescente de aplicações em eletrônica e medicina, bem como na indústria em geral.

Fornecedores experientes de fio de tungstênio — como a Metal Cutting Corporation, que atua no ramo de produtos especiais de tungstênio desde 1967 e é o distribuidor norte-americano exclusivo da Nippon Tungsten Co., Ltd. — podem ajudá-lo a decidir se o fio de tungstênio é adequado para o seu inscrição.

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