볼 본더, 웨지 본더, 헤비 와이어 본더: 선택 가이드

와이어 본딩 장비를 선택할 때는 특정 브랜드의 장비를 선호하는 것이 아니라 제품에 필요한 상호 연결 방식을 먼저 고려해야 합니다. 볼 본더, 파인 와이어 웨지 본더, 헤비 와이어 본더는 모두 와이어 본딩 장비라는 공통된 명칭으로 불리지만, 각각 다른 툴, 와이어 제어 시스템, 공정 조건을 사용합니다.

세 가지 명칭이 시사하는 것보다 그 구분은 더 정확합니다. 헤비 와이어 본딩은 일반적으로 더 굵은 알루미늄 또는 구리 와이어, 리본 및 고전류 상호 연결을 중심으로 설계된 웨지-웨지 본딩 방식입니다. 이는 웨지 본딩과 완전히 별개의 본딩 원리로 취급해서는 안 됩니다.

와이어 본딩 장비 및 기본 공정 단계에 대한 일반적인 설명은 다음을 참조하십시오.와이어 본더 기술 가이드이 글에서는 특정 패키지 및 생산 요구 사항에 맞는 올바른 장비 방향을 선택하는 데 중점을 둡니다.

상호 연결 요구 사항부터 시작하십시오.

제품 포장 이름만으로는 정확한 제품 범주를 선택할 수 없습니다. 전력 장치, 센서 또는 반도체 모듈로 설명된 두 제품이라도 전선 재질, 접합 형상 및 생산 시스템이 매우 다를 수 있습니다.

개별 모델을 비교하기 전에 이러한 요구 사항을 정의해야 합니다. 올바른 와이어 재질을 지원하는 기계라 하더라도 접합 영역, 작업 고정 장치, 자동화 기능, 루프 기능 또는 소프트웨어 구성 등의 이유로 적합하지 않을 수 있습니다.

볼 본더, 미세 와이어 생산성 및 유연성 최우선

볼 본딩은 일반적으로 전자식 화염 차단 시스템을 사용하여 가는 와이어 끝부분에 공기 방울을 형성하는 방식입니다. 세라믹 모세관이 이 방울을 첫 번째 본딩 위치에 놓고 와이어 루프를 형성한 후, 두 번째 위치에서 스티치 본딩으로 연결을 완료합니다.

최신 볼 본딩 기술은 일반적으로 정밀한 금선 및 구리선, 고밀도 반도체 패키징, 자동화 생산과 관련이 있습니다. 장비 및 패키징 공정에 따라 다음과 같은 분야에 적용될 수 있습니다.

• 논리, 메모리 및 아날로그 집적 회로

• 개별 반도체 소자

• LED 및 광전자 패키지

• 적층형 다이 및 멀티칩 패키지

• 시스템 온 패키지 및 고밀도 인터커넥트 설계

• 대량 생산 리드프레임 및 기판 기반 조립

볼 본더를 평가해야 하는 이유

• 높은 생산량은 중요합니다.

• 이 포장에는 가는 금선이나 구리선이 사용됩니다.

• 접합 레이아웃은 전선이 여러 방향으로 퍼져나가도록 설계되어야 합니다.

• 해당 제품은 기기당 결합 수가 많습니다.

• 미세 피치 및 고밀도 패키지 조립이 필요합니다.

• 자동화된 자재 처리와 대량 생산 레시피 제어가 우선 과제입니다.

모세관은 상당한 방향 유연성을 제공하는데, 이는 원형 도구가 결합 자체가 쐐기 방향을 따를 필요 없이 서로 다른 2차 결합 위치로 루프를 형성할 수 있기 때문입니다.

검증이 필요한 조건들

볼본드 헤드가 있다고 해서 모든 가는 전선 패키지와 호환되는 것은 아닙니다. 장비 선택 시 다음 사항을 고려해야 합니다.

• 지지 와이어 재질 및 직경

• EFO 시스템 및 자유 공 안정성

• 모세관 형상 및 공구 간극

• 패드 피치 및 본드 배치 요구 사항

• 루프 높이, 스팬 및 적층 다이 형상

• 작업물 고정자 온도 및 패키지 지원

• 구리선 사용 능력 및 해당되는 경우 보호 가스 요구 사항

• 핸들러, 리드프레임 또는 기판 형식

따라서 고속 볼 본더는 적합한 기계 범주일 수 있지만, 의도한 패키지에 따라 다른 본드 헤드, 워크홀더, 모세관 또는 소프트웨어 옵션이 필요할 수 있습니다.

가는 와이어 웨지 본더는 낮은 루프 수와 방향성 본딩을 지원합니다.

웨지 본딩은 쐐기 모양의 도구를 사용하여 전선을 본딩 표면에 밀착시키고 초음파 에너지와 압력을 가해 상호 연결을 생성하는 방식입니다. 이 공정은 일반적으로 전선의 양쪽 끝에서 웨지 본딩을 생성하며, 공기 방울 형성이 필요하지 않습니다.

가는 와이어 웨지 본딩은 장비, 도구 및 공정에 따라 알루미늄, 금 또는 구리 와이어를 사용할 수 있습니다. 패키지 형상, 열 제한 또는 상호 연결 형상으로 인해 기존 볼 본딩 방식보다 웨지 본딩이 더 적합한 경우에 주로 검토됩니다.

가는 와이어 웨지 본더를 평가해야 하는 이유

• 이 패키지는 매우 낮거나 짧은 루프를 필요로 합니다.

• 포장 위쪽의 수직 여유 공간이 제한적입니다.

• 이 응용 프로그램에는 가는 알루미늄 와이어가 사용됩니다.

• 저온 초음파 접합이 바람직합니다.

• 결합의 기하학적 구조는 길쭉한 쐐기형 결합을 필요로 합니다.

• RF 또는 고주파 상호 연결에는 리본 케이블이 필요합니다.

• 해당 제품은 하이브리드 회로, 센서, MEMS 장치, RF 모듈 또는 특수 마이크로 전자 조립품입니다.

웨지형 툴의 방향성은 중요한 설계 요소입니다. 툴, 본드 헤드 또는 공작물은 와이어 경로에 따라 방향을 정해야 합니다. 이를 통해 본드 방향을 정밀하게 제어하고 슬림한 형상을 구현할 수 있지만, 사이클 시간과 장비 구조에도 영향을 미칠 수 있습니다.

미세 피치가 반드시 웨지 본딩을 의미하는 것은 아닙니다.

최신 볼 본더와 웨지 본더 모두 적절한 조건 하에서 정밀 피치 작업에 사용할 수 있습니다. 올바른 선택은 전체적인 형상에 따라 달라집니다.

높은 출력과 다방향 팬아웃이 중요한 경우에는 볼 본딩이 여전히 선호될 수 있습니다. 반면, 루프 높이가 낮고, 좁고 긴 본딩, 깊은 접근, 와이어 재질 또는 리본 방향이 설계의 주요 요소인 경우에는 웨지 본딩이 더욱 매력적인 선택지가 될 수 있습니다.

고중량 와이어 본더는 전력 및 고전류 상호 연결에 사용됩니다.

헤비 와이어 본더는 일반적으로 더 굵은 와이어 또는 리본에 맞게 구성된 초음파 웨지-웨지 시스템입니다. 본딩 헤드, 트랜스듀서, 와이어 가이드, 클램프, 커터 및 워크홀더는 파인 와이어 시스템과는 상당히 다른 기계적 하중을 견딜 수 있도록 설계되었습니다.

일반적인 소재 방향으로는 알루미늄 또는 구리 원형 와이어와 알루미늄 또는 구리 리본이 있습니다. 실제 지원되는 범위는 본딩 헤드와 장비 구성에 따라 달라집니다.

일반적인 굵은 전선 적용 사례

• 전력 반도체 모듈

• IGBT 및 SiC 소자 조립

• 자동차 트랙션 인버터

• DC/DC 컨버터 및 산업용 전력 전자 장치

• 배터리 모듈 및 셀 상호 연결

• 고전류 개별 소자

• 전력 하이브리드 회로

• 대면적 구리 또는 알루미늄 상호 연결

고중량 와이어 본더를 평가해야 하는 이유

• 이 연결 장치는 기존의 가는 전선보다 더 높은 전류를 흘려보내야 합니다.

• 이 설계에는 두꺼운 알루미늄 또는 구리선이 필요합니다.

• 리본 케이블은 상호 연결 영역을 늘리거나 특정 전기 설계를 지원하는 데 필요합니다.

• 해당 패키지는 넓은 접합 영역 또는 전력 모듈 형식을 갖추고 있습니다.

• 이 과정에는 여러 개의 평행선 또는 리본이 필요합니다.

• 열 및 진동 스트레스 하에서의 기계적 내구성은 중요합니다.

• 생산 라인에는 자동화된 모듈, 리드프레임 또는 배터리 처리 시스템이 필요합니다.

고중량 와이어 장비는 최종 장치의 정격 전류만으로 선택해서는 안 됩니다. 패드 크기, 표면 재질, 와이어 변형, 초음파 출력, 작업 홀더 지지대, 패키지 강성 및 필요한 접착 테스트 방법 등도 고려해야 합니다.

세 가지 장비 사용 설명서를 비교하십시오.

이 표는 예상되는 장비 방향을 보여줍니다. 하지만 동일한 범주에 속하는 개별 장비라도 접합 영역, 전선 범위, 자동화 및 품질 모니터링 기능이 매우 다를 수 있으므로, 이 표는 실제 적용 사례 검토를 대체하는 것은 아닙니다.

전선 재질만으로는 기계를 선택할 수 없습니다.

"우리는 구리선을 사용합니다" 또는 "제품에는 알루미늄선이 필요합니다"와 같은 설명만으로는 기계 선정에 충분하지 않습니다.

구리는 가는 와이어 볼 본딩, 가는 와이어 웨지 본딩 또는 굵은 와이어 전력 응용 분야에 사용될 수 있습니다. 알루미늄은 웨지 본딩과 밀접한 관련이 있지만, 필요한 직경과 패키지 형상에 따라 프로젝트에 가는 와이어 시스템이 필요한지 또는 굵은 와이어 생산 플랫폼이 필요한지가 결정됩니다.

제안된 모든 전선이나 리본에 대해 다음 사항을 확인하십시오.

• 재질 및 합금

• 리본의 지름 또는 너비와 두께

• 스풀 유형 및 공급 방식

• 필수 공구 형상

• 본드패드 및 단자 재료

• 초음파 주파수 및 공정 에너지 범위

• 루프 또는 리본 경로 형상

• 예상되는 당김, 전단 또는 박리 거동

올바른 금속 종류는 명시되어 있지만 지원되는 치수, 본드 헤드 및 툴링이 명시되지 않은 장비 목록은 선택에 있어 불완전합니다.

패키지 구조는 일반적인 적용 규칙을 무시할 수 있습니다.

일반적인 적용 분야 라벨은 유용하지만 절대적인 기준은 아닙니다. 전력 관련 제품이라고 해서 반드시 헤비 와이어 본더가 필요한 것은 아니며, IC 패키지라고 해서 반드시 볼 본딩이 필요한 것도 아닙니다.

물리적 디자인을 평가하십시오:

• 접착 도구가 주변 구조물에 닿지 않고 모든 패드에 도달할 수 있습니까?

• 전선이 여러 방향으로 퍼져야 하나요?

• 계획된 루프를 설치하기에 충분한 수직 공간이 확보되어 있습니까?

• 결합 부위가 길쭉한 쐐기 모양이어야 합니까?

• 리본 케이블의 방향은 전기 설계에 중요한 요소인가요?

• 초음파 접합 과정에서 작업 고정 장치가 패키지를 지지할 수 있습니까?

• 접착 영역이 기계의 동작 범위 내에 있습니까?

• 해당 제품은 연결당 전선이 하나씩 필요한가요, 아니면 여러 개의 병렬 전선이 필요한가요?

처음에 제시된 재료 및 제품 범주가 다른 방향을 가리키더라도, 그 해답에 따라 선택된 공정이 바뀔 수 있습니다.

생산 요구사항에 따라 기계 구성을 결정하세요.

접합 공정을 선택한 후에는 생산 현장에서 기계가 어떻게 작동할지 비교해 보십시오.

개발 연구소에서는 수동 접근성, 공정 유연성 및 교체 가능한 본드 헤드를 우선시할 수 있습니다. 대량 생산 IC 라인에서는 볼 본딩 속도와 자동화된 핸들링을 우선시할 수 있습니다. 전력 모듈 또는 배터리 라인에서는 넓은 작업 공간, 고하중 와이어 헤드, 견고한 고정 장치 및 제품별 자동화가 필요할 수 있습니다.

실용적인 와이어 본더 선택 순서

1. 전기 연결을 정의하십시오.전류, 주파수, 저항 및 신뢰성 요구사항을 설정하십시오.

2. 전선 또는 리본의 방향을 선택하십시오.재질, 단면적 및 상호 연결 개수를 확인하십시오.

3. 접착면을 검토하십시오.다이 패드, 터미널, 리드프레임 또는 기판 금속화를 확인하십시오.

4. 패키지 형상을 매핑합니다.패드 피치, 공구 접근성, 루프 높이, 접착 방향 및 작업 영역을 기록하십시오.

5. 열 예산을 확인하십시오.해당 패키지가 필요한 가열 또는 저온 공정을 지원할 수 있는지 여부를 판단하십시오.

6. 접착 방식을 선택하세요.정의된 상호 연결에 대해 볼 본딩, 가는 와이어 웨지 본딩 및 굵은 와이어 웨지 본딩을 비교하십시오.

7. 기기 구성을 선택하십시오.본드 헤드, 와이어 경로, 공구, 워크홀더, 비전, 핸들러 및 소프트웨어를 검토하십시오.

8. 대표적인 시험 재료.의도한 결합 순서, 고리 구조 및 측정 가능한 결합 결과를 보여주십시오.

9. 제품의 적합성을 검토하십시오.출력, 전환, 자동화, 데이터 및 지원 요구 사항을 확인합니다.

10. 해당 기계를 직접 검사하십시오.중고 장비의 경우, 설치된 구성 및 테스트 증거를 장비의 일련 번호와 연결하십시오.

이러한 절차를 통해 실제 접합 요구 사항이 정의되기 전에 익숙한 브랜드나 기계 모델을 선택할 위험을 줄일 수 있습니다.

두 가지 이상의 접착제 유형이 필요할 수 있는 경우

일부 제품에는 둘 이상의 상호 연결 요구 사항이 포함될 수 있습니다. 예를 들어, 패키지 제품군은 신호 연결에 미세 와이어 볼 본딩을 사용하는 반면, 관련 전원 제품은 굵은 알루미늄 와이어 또는 리본을 사용할 수 있습니다.

검증된 교체형 본딩 헤드 구조와 필요한 와이어 공급 장치, 툴링, 워크홀더 및 소프트웨어 지원이 갖춰지지 않은 한, 단일 장비로 양방향 작업을 모두 처리할 수 있다고 가정해서는 안 됩니다. 설령 그러한 조건을 갖추더라도, 전환 시간, 교정 시간 및 생산량 측면에서 별도의 장비를 사용하는 것이 더 실용적일 수 있습니다.

따라서 혼합 제품 포트폴리오는 모든 패키지에 하나의 범용 와이어 본더를 선택하는 대신 공정군별로 검토해야 합니다.

볼, 웨지 및 헤비와이어 본더 관련 FAQ

헤비와이어 본더는 웨지 본더와 다른 점이 있나요?

헤비 와이어 본더는 일반적으로 특수 웨지-웨지 본딩 시스템입니다. 더 굵은 와이어나 리본에 맞게 설계된 본드 헤드, 트랜스듀서, 와이어 경로 및 커터를 사용하며, 주로 전력 및 고전류 제품에 적용됩니다.

볼 본딩이 웨지 본딩보다 항상 더 빠른가요?

볼 본딩은 일반적으로 고속 미세선 생산에 선호되지만, 실제 생산량은 패키지, 본딩 횟수, 루프 프로그램, 기계 자동화 및 검사 요구 사항에 따라 달라집니다. 공표된 최대 속도는 제품별 사이클 검토를 대체해서는 안 됩니다.

웨지 본더에 금선을 사용할 수 있나요?

예, 적합한 웨지 시스템은 금선을 사용할 수 있지만, 접합 방식, 온도, 웨지 툴 및 기계 구성은 선택한 와이어와 접합 표면에 맞춰야 합니다.

전력 반도체 제품에는 항상 굵은 전선을 사용해야 할까요?

아니요. 올바른 상호 연결 방식은 전류, 패키지 설계, 패드 크기, 열 특성 및 신뢰성 요구 사항에 따라 달라집니다. 일부 전력 관련 장치는 가는 전선, 리본 케이블, 클립 또는 기타 상호 연결 기술을 사용할 수 있습니다.

한 기계로 가는 전선과 굵은 전선을 모두 접합할 수 있습니까?

일부 유연한 시스템이나 개발 시스템은 교체 가능한 본딩 헤드를 제공하지만, 이 기능은 해당 장비에서 직접 확인해야 합니다. 가는 와이어용 헤드와 굵은 와이어용 헤드 모두 웨지 본딩 방식을 사용한다고 해서 굵은 와이어를 처리할 수 있다고 단정할 수는 없습니다.

최종 권고

장비 모델을 선택하기 전에 접합 공정을 먼저 선택하십시오. 볼 본더는 일반적으로 고속 미세선 반도체 패키징에 가장 강력한 성능을 제공합니다. 미세선 웨지 본더는 루프 수가 적거나, 방향성 접합, 저온 공정 또는 특수 재료가 설계의 핵심 요소인 경우에 중요합니다. 굵은 선 및 리본 본더는 더 큰 상호 연결과 더 강력한 웨지 본딩 시스템이 필요한 전력, 자동차, 배터리 및 고전류 애플리케이션에 사용됩니다.

올바른 프로세스 방향을 파악한 후, 사용 가능한 것들을 비교하십시오.와이어 본딩 장비정확한 본딩 헤드, 와이어 범위, 툴링, 워크홀더, 자동화 및 테스트 기능에 따라 결정됩니다. 패키지 또는 특정 장비에 대해 논의하려면 와이어 또는 리본 사양, 패키지 도면, 패드 재질, 루프 요구 사항 및 생산 목표를 보내주십시오.All-SMT 연락처 페이지.