Kuličková lepenka vs. klínová lepenka vs. silná drátěná lepenka: Průvodce výběrem

Výběr stroje pro spojování drátů začíná u propojení, které produkt potřebuje, nikoli u preferované značky stroje. Stroje pro spojování kuliček, jemné klínové spojování a silné spojování drátů používají různé nástroje, systémy řízení drátů a procesní podmínky, a to i v případě, že všechny tři jsou obecně popsány jako zařízení pro spojování drátů.

Toto rozlišení je také přesnější, než by se mohlo zdát ze tří označení. Spojování silnými dráty je obecně aplikace spojování klín-klín, která je navržena pro větší hliníkové nebo měděné dráty, pásky a propojení s vyšším proudem. Nemělo by být považováno za zcela oddělený princip spojování od klínového spojování.

Obecné vysvětlení zařízení pro spojování drátů a základních procesních kroků naleznete vPrůvodce technologií drátěného spojováníTento článek se zaměřuje na výběr správného směru zařízení pro definovaný balíček a výrobní požadavky.

Začněte s požadavkem na propojení

Kategorii stroje nelze spolehlivě vybrat pouze na základě názvu pouzdra. Dva produkty popsané jako výkonová zařízení, senzory nebo polovodičové moduly mohou vyžadovat velmi odlišné materiály vodičů, geometrie spojů a výrobní systémy.

Tyto požadavky by měly být definovány před porovnáním jednotlivých modelů. Stroj, který podporuje správný materiál drátu, může být stále nevhodný kvůli své spojovací ploše, držáku obrobku, automatizaci, možnostem smyčky nebo konfiguraci softwaru.

Společnosti zabývající se lepením kuliček upřednostňují produktivitu a flexibilitu jemného drátu

Kuličkové spojování obvykle vytváří na konci jemného drátu pomocí elektronického systému odpalování kuličku ve volném vzduchu. Keramická kapilára umístí kuličku na první místo spoje, vytvoří smyčku drátu a dokončí spojení stehovým spojem na druhém místě.

Moderní technologie spojování kuliček se běžně spojuje s jemným zlatým a měděným drátem, pouzdrem polovodičů s vysokou hustotou a automatizovanou výrobou. V závislosti na stroji a procesu pouzdření mohou aplikace zahrnovat:

• Logické, paměťové a analogové integrované obvody

• Diskrétní polovodičové součástky

• LED a optoelektronické pouzdra

• Pouzdra s vrstvenými maticovými destičkami a vícečipové pouzdra

• Návrhy propojení typu systém-v-pouzdře a s vysokou hustotou

• Velkoobjemová montáž leadframe a substrátů

Důvody pro hodnocení Ball Bonder

• Důležitá je vysoká produkce.

• Balení používá jemný zlatý nebo měděný drát.

• Uspořádání vazby vyžaduje, aby se dráty rozprostřely v mnoha směrech.

• Produkt má velký počet vazeb na zařízení.

• Je vyžadována montáž pouzder s jemnou roztečí a vysokou hustotou.

• Prioritou je automatizovaná manipulace s materiálem a řízení receptur pro velké objemy.

Kapilára poskytuje značnou směrovou flexibilitu, protože kulatý nástroj může vytvářet smyčky směrem k různým místům druhé vazby, aniž by samotná vazba musela sledovat klínovou orientaci.

Podmínky, které stále vyžadují ověření

Přítomnost hlavy s kuličkovým spojem nezaručuje kompatibilitu s každým pouzdrem jemného drátu. Při výběru stroje je stále nutné zohlednit:

• Podporovaný materiál a průměr drátu

• Systém EFO a stabilita míče ve volném vzduchu

• Geometrie kapilár a vůle nástroje

• Požadavky na rozteč plošek a umístění spojů

• Výška smyčky, rozpětí a geometrie stohovaných matric

• Teplota obrobku a podpora balení

• Možnost použití měděných drátů a požadavky na ochranný plyn, kde je to relevantní

• Formát manipulátoru, leadframe nebo substrátu

Vysokorychlostní spojovací stroj s kuličkami proto může být správnou kategorií stroje, ale stále vyžaduje jinou spojovací hlavu, držák obrobku, kapiláru nebo softwarovou možnost pro zamýšlený systém.

Jemné klínové spojky podporují nízké smyčky a směrové lepení

Klínové spojování využívá klínový nástroj k přitlačení drátu k povrchu spoje, zatímco ultrazvuková energie a síla vytvářejí propojení. Proces obvykle vytváří klínové spoje na obou koncích drátu a nevyžaduje tvorbu volných vzduchových kuliček.

Pro klínové spojování jemnými dráty lze v závislosti na stroji, nástroji a procesu použít hliníkový, zlatý nebo měděný drát. Často se vyhodnocuje, zda geometrie pouzdra, tepelné limity nebo tvar propojení činí klínové spojování vhodnějším než konvenční metoda kulového spojování.

Důvody pro vyhodnocení klínové spojky s jemným drátem

• Balíček vyžaduje velmi nízké nebo krátké smyčky.

• Vertikální prostor nad obalem je omezený.

• Aplikace používá jemný hliníkový drát.

• Preferuje se nízkoteplotní ultrazvukové lepení.

• Geometrie vazby vyžaduje protáhlé klínové vazby.

• Pro RF nebo vysokofrekvenční propojení je potřeba páska.

• Produktem je hybridní obvod, senzor, MEMS zařízení, RF modul nebo specializovaná mikroelektronická sestava.

Směrová povaha klínového nástroje je důležitým konstrukčním faktorem. Nástroj, spojovací hlava nebo obrobek musí být orientovány podle dráhy drátu. To může poskytnout silnou kontrolu nad směrem spoje a nízkoprofilovou geometrií, ale může to také ovlivnit dobu cyklu a architekturu stroje.

Jemná rozteč neznamená automaticky klínové spojení

Moderní kuličkové i klínové spojovací stroje dokáží za vhodných podmínek podporovat aplikace s jemným roztečem. Správná volba závisí na celkové geometrii.

Kuličkové spojování může zůstat vhodnější, pokud je důležitější vysoký výkon a vícesměrné rozptylování. Klínové spojování může být atraktivnější, pokud je konstrukce ovlivněna nízkou výškou smyčky, úzkými protáhlými spoji, hlubokým přístupem, materiálem drátu nebo orientací pásky.

Silné drátové spojky slouží k propojení silových a silnoproudých vodičů

Svařovací zařízení pro silně drátěné dráty je obvykle ultrazvukový systém typu klín-klín konfigurovaný pro větší dráty nebo pásky. Svařovací hlava, měnič, vodítka drátů, svorky, řezací nůž a držák obrobku jsou navrženy pro podstatně odlišné mechanické zatížení než systém pro jemně drátěné dráty.

Mezi typické materiály patří hliníkový nebo měděný kulatý drát a hliníková nebo měděná páska. Skutečný podporovaný rozsah závisí na spojovací hlavě a konfiguraci stroje.

Typické aplikace pro silné dráty

• Výkonové polovodičové moduly

• Sestavení součástek IGBT a SiC

• Automobilové trakční střídače

• DC/DC měniče a průmyslová výkonová elektronika

• Propojení bateriových modulů a článků

• Vysokopounosné diskrétní zařízení

• Výkonové hybridní obvody

• Velkoplošné měděné nebo hliníkové propojení

Důvody pro vyhodnocení spojky silným drátem

• Propojovací vodič musí vést vyšší proud než běžný tenký drát.

• Konstrukce vyžaduje silný hliníkový nebo měděný drát.

• Páska je potřebná pro zvětšení propojovací plochy nebo pro podporu specifického elektrického návrhu.

• Pouzdro má velkou spojovací plochu nebo formát výkonového modulu.

• Tento proces vyžaduje více paralelních drátů nebo pásků.

• Důležitá je mechanická odolnost při tepelném a vibračním namáhání.

• Výrobní linka potřebuje automatizovanou manipulaci s moduly, vývodovými rámy nebo bateriemi.

Zařízení pro svařování silného drátu by se nemělo vybírat pouze na základě jmenovitého proudu konečného zařízení. Stroj musí také odpovídat velikosti patky, materiálu povrchu, deformaci drátu, ultrazvukovému výkonu, podepření držáku, tuhosti obalu a požadované metodě zkoušení spoje.

Porovnejte tři směry vybavení

Tato tabulka identifikuje pravděpodobný směr vývoje zařízení. Nenahrazuje kontrolu aplikace, protože jednotlivé stroje ve stejné kategorii mohou mít velmi odlišné oblasti spojování, rozsahy vodičů, automatizaci a funkce sledování kvality.

Samotný materiál drátu nemůže vybrat stroj

Prohlášení jako „používáme měděný drát“ nebo „výrobek vyžaduje hliníkový drát“ nejsou pro výběr stroje dostatečná.

Měď se může objevit v aplikacích spojování kuliček z jemného drátu, spojování klínem z jemného drátu nebo v aplikacích s výkonnými dráty. Hliník je silně spojován s klínovým spojováním, ale jeho požadovaný průměr a geometrie pouzdra určují, zda projekt potřebuje systém s jemným drátem nebo výrobní platformu s silným drátem.

Pro každý navrhovaný drát nebo pásku potvrďte:

• Materiál a slitina

• Průměr nebo šířka a tloušťka pásky

• Typ cívky a uspořádání podávání

• Požadovaná geometrie nástroje

• Materiál kontaktní plošky a svorky

• Ultrazvuková frekvence a rozsah procesní energie

• Geometrie smyčky nebo pásu karet

• Očekávané chování v tahu, smyku nebo odlupování

Seznam strojů, který uvádí správný kov, ale neuvádí podporované rozměry, pojivou hlavu a nástroje, je pro účely výběru neúplný.

Geometrie balíčku může přepsat obecné aplikační pravidlo

Typické popisky aplikací jsou užitečné, ale nejsou absolutní. Produkt související s výkonem nevyžaduje automaticky silné drátové spojování a pouzdro integrovaného obvodu nevyžaduje automaticky kulové spojování.

Zhodnoťte fyzický design:

• Dosáhne lepicí nástroj ke každé plošce, aniž by se dotkl blízkých struktur?

• Musí se drát rozpínat do mnoha směrů?

• Je dostupná vertikální vzdálenost dostatečná pro zamýšlenou smyčku?

• Potřebuje vazba protáhlý klínový tvar?

• Je orientace pásky důležitá pro elektrický návrh?

• Může upínací prvek podepřít obal během ultrazvukového spojování?

• Je lepená oblast v dosahu pohybu stroje?

• Vyžaduje produkt jeden vodič na připojení nebo několik paralelních vodičů?

Odpověď může změnit zvolený proces, i když kategorie materiálu a produktu zpočátku ukazuje jiným směrem.

Požadavky na výrobu Určení konfigurace stroje

Po výběru způsobu lepení porovnejte, jak bude stroj fungovat ve výrobě.

Vývojová laboratoř může upřednostňovat manuální přístup, flexibilitu procesu a vyměnitelné spojovací hlavy. Linka pro hromadnou výrobu integrovaných obvodů může upřednostňovat rychlost spojování kuličkami a automatizovanou manipulaci. Linka pro výrobu výkonových modulů nebo baterií může vyžadovat velký pracovní prostor, hlavu pro silný drát, silný upínací přípravek a automatizaci specifickou pro daný produkt.

Praktická sekvence výběru spojovače drátu

1. Definujte elektrické připojení.Stanovte požadavky na proud, frekvenci, odpor a spolehlivost.

2. Vyberte směr drátu nebo pásky.Určete materiál, průřez a počet propojení.

3. Zkontrolujte lepené povrchy.Zkontrolujte metalizaci kontaktní plošky, svorkovnice, vývodového rámu nebo substrátu.

4. Namapujte geometrii obalu.Zaznamenejte rozteč destiček, přístup k nástroji, výšku smyčky, směr spoje a pracovní plochu.

5. Potvrďte tepelný rozpočet.Určete, zda daný obal zvládne požadovaný proces s ohřevem nebo nízkou teplotou.

6. Vyberte proces lepení.Porovnejte kuličkovou vazbu, klínovou vazbu z jemných drátů a klínovou vazbu z tlustých drátů s definovaným propojením.

7. Vyberte konfiguraci stroje.Zkontrolujte spojovací hlavu, dráhu drátu, nástroj, upínač, kamerový systém, manipulátor a software.

8. Otestujte reprezentativní materiály.Prokažte zamýšlenou sekvenci vazeb, smyčku a měřitelný výsledek vazby.

9. Zkontrolujte vhodnost pro výrobu.Potvrďte požadavky na výstup, přechod, automatizaci, data a podporu.

10. Zkontrolujte přesný stroj.U použitého zařízení propojte nainstalovanou konfiguraci a zkušební doklady se sériovým číslem stroje.

Tato sekvence snižuje riziko výběru známé značky nebo modelu stroje před definováním skutečných požadavků na lepení.

Kdy může být potřeba více než jeden typ lepidla

Některé produkty obsahují více než jeden požadavek na propojení. Rodina pouzder může pro signální připojení používat jemné drátové kuličky, zatímco související napájecí produkt používá silný hliníkový drát nebo pásku.

Nemělo by se předpokládat, že jeden stroj pokrývá oba směry, pokud nemá ověřenou architekturu vyměnitelných spojovacích hlav a požadovanou podporu podávání drátu, nástrojů, držáků a softwaru. I v tomto případě může být doba potřebná k přestavbě, kalibrace a objem výroby praktičtější používat samostatné stroje.

Smíšená produktová portfolia by proto měla být posuzována podle procesní skupiny, spíše než vybírat jeden univerzální spojovač drátu pro každý obal.

Často kladené otázky k lepení kuliček, klínů a silných drátů

Liší se silnodrátová spojka od klínové spojky?

Spojovač silných drátů je obvykle specializovaný systém klínového spojování. Používá spojovací hlavu, měnič, dráhu drátu a řezačku určenou pro větší dráty nebo pásky a běžně se používá pro energetické a vysokoproudé produkty.

Je kulové lepení vždy rychlejší než klínové lepení?

Kuličkové spojování se obecně upřednostňuje pro vysokorychlostní výrobu jemných drátů, ale skutečný výkon závisí na pouzdře, počtu spojů, programu smyčky, automatizaci stroje a požadavcích na kontrolu. Zveřejněná maximální rychlost by neměla nahradit kontrolu cyklu specifického pro daný produkt.

Může klínový spojovač použít zlatý drát?

Ano, vhodné klínové systémy mohou používat zlatý drát, ale způsob spojování, teplota, klínový nástroj a konfigurace stroje musí odpovídat vybranému drátu a spojovaným povrchům.

Měly by výkonové polovodičové výrobky vždy používat silný drát?

Ne. Správné propojení závisí na proudu, konstrukci pouzdra, velikosti kontaktních plošek, tepelném chování a požadavcích na spolehlivost. Některá zařízení související s napájením mohou používat jemné dráty, pásky drátů, svorky nebo jinou technologii propojení.

Může jeden stroj spojovat jak tenký, tak silný drát?

Některé flexibilní nebo vývojové systémy nabízejí vyměnitelné spojovací hlavy, ale tuto schopnost je nutné ověřit na konkrétním stroji. Nelze předpokládat, že hlava s jemným drátem zpracovává silný drát, jednoduše proto, že oba používají klínové spojování.

Závěrečné doporučení

Před výběrem modelu stroje vyberte proces spojování. Kuličkové spojky jsou obecně nejsilnějším směrem pro vysokorychlostní pouzdrování polovodičů z jemných drátů. Jemné klínové spojky se stávají důležitými tam, kde konstrukci řídí nízké smyčky, směrové spoje, nízkoteplotní zpracování nebo specializované materiály. Silné drátové a páskové spojky slouží pro energetické, automobilové, bateriové a vysokoproudé aplikace, které vyžadují větší propojení a výkonnější systém klínového spojování.

Po určení správného směru procesu porovnejte dostupnézařízení pro spojování drátůpodle přesné spojovací hlavy, sortimentu drátů, nástrojů, držáku, automatizace a testovacích možností. Chcete-li prodiskutovat pouzdro nebo identifikovaný stroj, zašlete specifikaci drátu nebo pásky, výkres pouzdra, materiály kontaktních plošek, požadavky na smyčku a cílovou produkci prostřednictvímKontaktní stránka All-SMT.