EN
id
sk
sr
sv
it
pt
bn
ms
be
nl
fr
th
vi
ru
ja
ko
de
hy
az
bs
bg
my
cs
da
dv
el
et
fil
fi
ga
gl
gn
he
hi
km
hr
hu
is
kn
rw
lo
lv
lt
lb
lg
mi
mt
ne
no
ny
or
om
per
pl
ro
sa
so
es
sw
ta
tr
uk
ur
cy
xh
Bij de keuze voor een draadverbindingsmachine begint het met de verbindingsvereisten van het product, niet met een voorkeur voor een bepaald machinemerk. Ball bonders, fijndraad wedge bonders en dikdraad bonders gebruiken verschillende gereedschappen, draadbesturingssystemen en procesomstandigheden, ook al worden ze alle drie in brede zin aangeduid als draadverbindingsapparatuur.
Het onderscheid is ook preciezer dan de drie benamingen doen vermoeden. Dikke-draadverbinding is over het algemeen een wig-wigverbinding, ontworpen voor dikkere aluminium of koperen draden, lintkabels en interconnecties met een hogere stroomsterkte. Het moet niet worden beschouwd als een volledig apart verbindingsprincipe van wigverbinding.
Voor een algemene uitleg over draadverbindingsapparatuur en de basisprocesstappen, raadpleegt u het volgende:handleiding voor draadverbindingstechnologieDit artikel richt zich op het selecteren van de juiste apparatuurrichting voor een specifiek pakket en productie-eisen.
Begin met de interconnectievereiste.
Een machinecategorie kan niet betrouwbaar worden geselecteerd op basis van de verpakkingsnaam alleen. Twee producten die worden omschreven als vermogenscomponenten, sensoren of halfgeleidermodules kunnen zeer verschillende draadmaterialen, verbindingsgeometrieën en productiesystemen vereisen.
| Selectie-invoer | Wat te definiëren? | Waarom dit de draairichting van de machine verandert |
|---|---|---|
| Elektrische vereisten | Signaal, stroom, spanning, frequentie en toelaatbaar elektrisch verlies | Het heeft invloed op de draaddoorsnede, het gebruik van lintkabels, het aantal parallelle draden en het verbindingsgebied. |
| Draad of lint | Goud, koper of aluminium; ronde draad of lint; vereiste afmetingen | Het materiaal en de dwarsdoorsnede bepalen de verbindingskop, het gereedschap, het draadtraject en het ultrasone systeem. |
| Bond-pad oppervlakken | Metaalisatie van de chip, afwerking van het substraat, beplating van het leadframe en oppervlakteconditie | De volledige materiaalinterface beïnvloedt de hechting en het bruikbare procesvenster. |
| Pakketgeometrie | Padhelling, toegangsdiepte, verbindingsrichting, pakketgrootte en omringende obstakels | Sommige lay-outs geven de voorkeur aan de richtingscontrole en de lage lussen van wedge bonding, terwijl andere de voorkeur geven aan de flexibiliteit en snelheid van ball bonding. |
| Lusvereiste | Lushoogte, overspanning, speling, richting en weerstand tegen draadbeweging | Het lusprofiel kan bepalen of een capillair, een dunne draadwig of een dikke draad geschikt is. |
| Thermische limiet | Temperatuur van de werkstukhouder, materiaalgevoeligheid en toelaatbare verwarming van de verpakking. | Bij ball bonding wordt doorgaans een thermosonisch proces gebruikt, terwijl ultrasone wedge-processen geschikt kunnen zijn voor toepassingen bij lagere temperaturen. |
| Mechanische vereisten | Trillingen, thermische cycli, treksterkte, schuifgedrag en blootstelling aan de omgeving | Producten voor stroomvoorziening, automobielindustrie en veeleisende omgevingen vereisen mogelijk een robuustere draad- of lintverbinding. |
| Productiemodel | Volume, productmix, omsteltijden, laadmethode en traceerbaarheidsbehoeften | Een wigverbindingsmachine voor laboratoria en een geautomatiseerd systeem voor de productie van dikke draden lossen verschillende productietaken op. |
Deze eisen moeten worden vastgesteld voordat de verschillende modellen met elkaar worden vergeleken. Een machine die het juiste draadmateriaal ondersteunt, kan nog steeds ongeschikt zijn vanwege het verbindingsgebied, de werkstukhouder, de automatisering, de luscapaciteit of de softwareconfiguratie.
Ball Bonders geven prioriteit aan productiviteit en flexibiliteit bij het verbinden van fijne draden.
Bij ball bonding wordt normaal gesproken een losse bol gevormd aan het uiteinde van een dunne draad met behulp van een elektronisch vlamdovingssysteem. Een keramische capillair plaatst de bol op de eerste verbindingslocatie, vormt de draadlus en voltooit de verbinding met een steekverbinding op de tweede locatie.
Moderne ball bonding wordt vaak geassocieerd met fijne gouden en koperdraden, halfgeleiderverpakkingen met hoge dichtheid en geautomatiseerde productie. Afhankelijk van de machine en het verpakkingsproces kunnen de toepassingen onder andere zijn:
Logica, geheugen en analoge geïntegreerde schakelingen
Discrete halfgeleiderapparaten
LED- en opto-elektronische pakketten
Gestapelde chips en multi-chip pakketten
System-in-package en interconnect-ontwerpen met hoge dichtheid
Grootschalige assemblage van leadframes en substraten
Redenen om een kogelbonder te evalueren
Een hoge productie is belangrijk.
De verpakking is gemaakt van fijn goud- of koperdraad.
Bij deze aansluiting moeten de draden in vele richtingen uitwaaieren.
Het product heeft een groot aantal verbindingen per apparaat.
Assemblage van componenten met een fijne pitch en hoge dichtheid is vereist.
Geautomatiseerde materiaalverwerking en receptcontrole op grote schaal hebben prioriteit.
De capillaire buis biedt aanzienlijke richtingsflexibiliteit omdat het ronde instrument lussen kan vormen naar verschillende locaties van de tweede binding, zonder dat de binding zelf een wigvormige oriëntatie hoeft te volgen.
Voorwaarden die nog verificatie vereisen
De aanwezigheid van een kogelkop garandeert niet dat deze compatibel is met alle dunne kabelpakketten. Bij de machinekeuze moet nog steeds rekening worden gehouden met:
Ondersteund draadmateriaal en diameter
EFO-systeem en stabiliteit van de bal in de vrije lucht
Capillaire geometrie en gereedschapsspeling
Vereisten voor de hellingshoek van de fundering en de plaatsing van de fundering
Lushoogte, overspanning en geometrie van de gestapelde matrijs
Temperatuur van de werknemer en pakketondersteuning
Geschiktheid voor koperdraad en vereisten voor beschermgas, indien van toepassing.
Handler, leadframe of substraatformaat
Een hogesnelheids-kogelbonder is wellicht wel de juiste machinecategorie, maar vereist mogelijk nog steeds een andere bondkop, werkstukhouder, capillair of software-optie voor het beoogde pakket.
Fijndraad-wigverbindingsapparaten ondersteunen lage lussen en gerichte verbindingen.
Bij wigverbindingen wordt een wigvormig gereedschap gebruikt om de draad tegen het verbindingsvlak te drukken, terwijl ultrasone energie en kracht de verbinding tot stand brengen. Het proces creëert normaal gesproken wigverbindingen aan beide uiteinden van de draad en vereist geen vrije-luchtbolvorming.
Bij het verbinden met een dunne draad (wedge bonding) kan, afhankelijk van de machine, het gereedschap en het proces, gebruik worden gemaakt van aluminium, goud of koperdraad. Deze methode wordt vaak overwogen wanneer de geometrie van de behuizing, de thermische limieten of de vorm van de interconnectie ervoor zorgen dat wedge bonding geschikter is dan de conventionele ball bonding-methode.
Redenen om een fijndraadwigverbindingsapparaat te evalueren
Het pakket vereist zeer korte of zeer beperkte lussen.
De verticale ruimte boven het pakket is beperkt.
Bij deze toepassing wordt fijn aluminiumdraad gebruikt.
Ultrasoon lassen bij lage temperaturen heeft de voorkeur.
De bindingsgeometrie vereist langwerpige wigvormige bindingen.
Een lintkabel is nodig voor een RF- of hoogfrequentverbinding.
Het product is een hybride circuit, sensor, MEMS-apparaat, RF-module of gespecialiseerde microelektronische assemblage.
De richtingsgevoeligheid van een wigvormig gereedschap is een belangrijke ontwerpfactor. Het gereedschap, de verbindingskop of het werkstuk moet worden georiënteerd volgens het draadpad. Dit biedt sterke controle over de verbindingsrichting en een platte geometrie, maar kan ook de cyclustijd en de machinearchitectuur beïnvloeden.
Fijne spoed betekent niet automatisch wigverlijming.
Zowel moderne kogel- als wigbonders kunnen onder de juiste omstandigheden fijne pitch-toepassingen aan. De juiste keuze hangt af van de volledige geometrie.
Ball bonding kan de voorkeur genieten wanneer een hoge output en multidirectionele fan-out belangrijker zijn. Wedge bonding kan aantrekkelijker worden wanneer een lage lushoogte, smalle, langwerpige verbindingen, diepe toegang, draadmateriaal of lintoriëntatie bepalend zijn voor het ontwerp.
Kabelbinders voor zware draden worden gebruikt voor stroom- en hoogstroomverbindingen.
Een draadverbinder voor dikkere draden is over het algemeen een ultrasoon wig-wig-systeem dat is geconfigureerd voor dikkere draden of linten. De verbindingskop, transducer, draadgeleiders, klemmen, snijder en werkstukhouder zijn ontworpen voor aanzienlijk andere mechanische belastingen dan een systeem voor dunne draden.
Typische materiaalrichtingen omvatten ronde aluminium- of koperdraad en aluminium- of koperlint. Het daadwerkelijk ondersteunde bereik is afhankelijk van de verbindingskop en de machineconfiguratie.
Typische toepassingen van dikke draden
Vermogenshalfgeleidermodules
IGBT- en SiC-apparaatassemblage
Automotive tractie-omvormers
DC/DC-omvormers en industriële vermogenselektronica
Batterijmodule en celverbindingen
Discrete componenten met hoge stroomsterkte
Hybride stroomcircuits
Grote koperen of aluminium interconnecties
Redenen om een dikke-draadverbindingsmachine te evalueren
De verbindingskabel moet een hogere stroomsterkte aankunnen dan een conventionele dunne draad.
Voor dit ontwerp is dik aluminium- of koperdraad nodig.
Een lintkabel is nodig om het verbindingsgebied te vergroten of een specifiek elektrisch ontwerp te ondersteunen.
Het pakket heeft een groot verbindingsgebied of een voedingsmodule-formaat.
Het proces vereist meerdere parallelle draden of linten.
Mechanische duurzaamheid onder thermische en trillingsbelasting is belangrijk.
De productielijn heeft geautomatiseerde verwerking van modules, leadframes of batterijen nodig.
Bij de keuze voor apparatuur voor het lassen van dikke draden moet niet alleen rekening worden gehouden met de stroomsterkte van het eindproduct. De machine moet ook geschikt zijn voor de afmetingen van de soldeerpad, het oppervlaktemateriaal, de draadvervorming, het ultrasone vermogen, de werkstukhouderondersteuning, de stijfheid van de behuizing en de vereiste hechtingstestmethode.
Vergelijk de drie aanwijzingen voor de apparatuur.
| Selectiegebied | Ball Bonder | Fijndraad wigverbinder | Dikke draad- of lintbonder |
|---|---|---|---|
| Basisproces voor het verbinden van materialen | Bolverbinding gevolgd door een steekverbinding | Fijndraad wig-wig verbinding | Dikke draad of lint wig-wig verbinding |
| Primair hulpmiddel | Keramische capillair | Fijndraadwig | Dikke draad of lintwig |
| Balformatie | Vereist EFO en free-air-ball-formatie | Niet vereist | Niet vereist |
| Algemene materiaalrichting | Fijn goud- of koperdraad | Fijn aluminium, goud of koperdraad; geselecteerde linttoepassingen | Dikke aluminium- of koperdraad en lint |
| Typische sterkte | Snelle, flexibele assemblage van fijndraadpakketten | Laagprofiel, gerichte en gespecialiseerde interconnecties | Verbindingen tussen apparaten met hoge stroomsterkte en vermogenscomponenten |
| Lusgedrag | Flexibele vertakking en complexe geprogrammeerde lussen | Lage en korte lussen met richtingsgestuurde gereedschapsbediening | Gecontroleerde lussen met grotere draden, parallelle draden of lintkabels. |
| Thermische richting | Meestal thermosonisch met een verwarmde werkstukhouder. | Er kan gebruik worden gemaakt van ultrasoon verbinden bij kamertemperatuur of thermosonische omstandigheden. | Meestal ultrasoon, waarbij de procesomstandigheden worden bepaald door het materiaal en de toepassing. |
| Typisch productiegebruik | Productie van IC's, LED's, discrete componenten en componenten in compacte behuizingen | RF, hybride, sensor, MEMS en gespecialiseerde micro-elektronica | Vermogensmodules, auto-elektronica, batterijen en industriële elektronica. |
| Belangrijke machinecontroles | EFO, capillair, draadaanvoer, lusvorming, verwarming en hogesnelheidshandler | Theta-regeling, wigvormig gereedschap, klem, snijder, lusrichting en pakkettoegang | Bond-kopvermogen, transducer, dikdraadaanvoer, snijder, werkstukhouder en grootschalige automatisering |
Deze tabel geeft een indicatie van de waarschijnlijke richting van de apparatuur. Het vervangt geen toepassingsbeoordeling, omdat individuele machines binnen dezelfde categorie zeer verschillende verbindingsgebieden, draadbereiken, automatiserings- en kwaliteitsbewakingsfuncties kunnen hebben.
Het materiaal van de draad alleen is niet voldoende om de juiste machine te kiezen.
Uitspraken zoals "we gebruiken koperdraad" of "het product vereist aluminiumdraad" zijn niet voldoende voor de selectie van een machine.
Koper kan worden gebruikt bij het verbinden van kogels met fijne draden, het verbinden van wiggen met fijne draden of bij toepassingen met dikke draden. Aluminium wordt sterk geassocieerd met wigverbindingen, maar de vereiste diameter en de geometrie van de behuizing bepalen of het project een systeem met fijne draden of een productieplatform met dikke draden nodig heeft.
Bevestig voor elke voorgestelde draad of lintkabel het volgende:
Materiaal en legering
Diameter of breedte en dikte van het lint
Spoeltype en invoerconfiguratie
Vereiste gereedschapsgeometrie
Bondpad- en terminalmateriaal
Ultrasone frequentie en procesenergiebereik
Lus- of lintvormige geometrie
Verwacht trek-, schuif- of afpelgedrag
Een machinebeschrijving die weliswaar het juiste metaal vermeldt, maar de ondersteunde afmetingen, de verbindingskop en het gereedschap niet specificeert, is onvolledig voor selectiedoeleinden.
Pakketgeometrie kan de algemene toepassingsregel overrulen.
Typische toepassingslabels zijn nuttig, maar niet absoluut. Een product dat met stroomvoorziening te maken heeft, vereist niet automatisch een dikke draadbonder, en een IC-behuizing vereist niet automatisch ball bonding.
Beoordeel het fysieke ontwerp:
Kan het bondinggereedschap alle pads bereiken zonder nabijgelegen structuren aan te raken?
Moet de draad zich in veel verschillende richtingen uitspreiden?
Is de beschikbare verticale ruimte voldoende voor de beoogde lus?
Moet de binding een langwerpige wigvorm hebben?
Is de oriëntatie van de lintkabel belangrijk voor het elektrische ontwerp?
Kan de werkstukhouder het pakket ondersteunen tijdens het ultrasoon verbinden?
Ligt het verbindingsgebied binnen het bewegingsbereik van de machine?
Vereist het product één draad per aansluiting of meerdere parallelle draden?
Het antwoord kan het gekozen proces veranderen, zelfs als het materiaal en de productcategorie aanvankelijk in een andere richting wijzen.
Productievereisten bepalen de machineconfiguratie.
Nadat het verbindingsproces is gekozen, vergelijk dan hoe de machine in de productie zal functioneren.
| Productiefactor | Configuratievragen |
|---|---|
| Laadmethode | Worden de pakketten handmatig geladen, via een magazijn, een leadframe-handler, een haspelsysteem, een lade of een geautomatiseerd systeem op maat? |
| Bindingsgebied | Kan de machine het complete apparaat, de module, het paneel of de batterijassemblage bereiken? |
| Productomschakeling | Welke werkstukhouders, gereedschappen, draadgeleidingen en recepten moeten tussen de verschillende producten worden aangepast? |
| Uitvoer | Hoeveel apparaten en verbindingen zijn er per uur nodig bij de daadwerkelijke pakketvolgorde? |
| Kwaliteitsbewaking | Zijn functies voor procesbewaking, controle van het bindingsproces, trekproeven of traceerbaarheid vereist? |
| Receptcontrole | Hoe worden bindingsparameters, lusprogramma's, afbeeldingen en productgegevens opgeslagen en opgehaald? |
| Fabrieksintegratie | Zijn er interfaces nodig voor hostcommunicatie, barcodes, MES of productiedata? |
| Toekomstige producten | Heeft de machine behoefte aan extra draaddiameters, grotere werkoppervlakken of alternatieve verbindingskoppen? |
Een ontwikkelingslaboratorium geeft mogelijk prioriteit aan handmatige toegang, procesflexibiliteit en verwisselbare bondkoppen. Een IC-productielijn voor massaproductie geeft mogelijk prioriteit aan de snelheid van het ball-bonden en geautomatiseerde handling. Een productielijn voor vermogensmodules of batterijen vereist mogelijk een grote werkruimte, een kop met dikke draden, een stevige bevestiging en productspecifieke automatisering.
Een praktische selectieprocedure voor draadverbindingsmachines
Definieer de elektrische verbinding.Stel de eisen vast met betrekking tot stroomsterkte, frequentie, weerstand en betrouwbaarheid.
Selecteer de richting van de draad of het lint.Identificeer het materiaal, de dwarsdoorsnede en het aantal verbindingen.
Controleer de hechtvlakken.Controleer de metallisatie van de chip-pad, terminal, leadframe of het substraat.
Breng de pakketgeometrie in kaart.Noteer de afstand tussen de pads, de toegankelijkheid van het gereedschap, de lushoogte, de verbindingsrichting en het werkgebied.
Bevestig de thermische balans.Bepaal of de verpakking geschikt is voor het vereiste verhitte of lage-temperatuurproces.
Kies het hechtingsproces.Vergelijk ball bonding, fine-wire wedge bonding en heavy-wire wedge bonding met de gedefinieerde interconnectie.
Kies de machineconfiguratie.Controleer de verbindingskop, het draadpad, het gereedschap, de werkstukhouder, de beeldverwerking, de handler en de software.
Test representatieve materialen.Demonstreer de beoogde bindingsvolgorde, lus en het meetbare bindingsresultaat.
Controleer of het product geschikt is voor productie.Bevestig de vereisten voor output, omschakeling, automatisering, data en ondersteuning.
Controleer de betreffende machine.Voor gebruikte apparatuur dient u de geïnstalleerde configuratie en testresultaten te koppelen aan het serienummer van de machine.
Deze volgorde verkleint het risico dat een bekend merk of machinemodel wordt gekozen voordat de daadwerkelijke verbindingsvereisten zijn vastgesteld.
Wanneer er mogelijk meer dan één type bonder nodig is
Sommige producten vereisen meer dan één interconnectie. Een bepaalde productfamilie kan bijvoorbeeld gebruikmaken van fijne draadbolverbindingen voor signaalverbindingen, terwijl een verwant voedingsproduct gebruikmaakt van dikke aluminium draden of linten.
Er mag niet van worden uitgegaan dat één machine beide richtingen aankan, tenzij deze beschikt over een geverifieerde, verwisselbare kopconstructie en de benodigde draadaanvoer, gereedschappen, werkstukhouders en softwareondersteuning. Zelfs dan kunnen de omsteltijd, kalibratie en productievolumes het praktischer maken om aparte machines te gebruiken.
Productportfolio's met verschillende producten moeten daarom worden beoordeeld op basis van de procesfamilie, in plaats van één universele draadverbindingsmachine te selecteren voor elk pakket.
Veelgestelde vragen over kogel-, wig- en dikke draadbonders
Verschilt een draadverbinder voor dikke draden van een wigverbinder?
Een draadverbinder voor dikke draden is doorgaans een gespecialiseerd wig-wig-verbindingssysteem. Het maakt gebruik van een verbindingskop, transducer, draadgeleiding en snijder die ontworpen zijn voor dikkere draden of linten en wordt vaak gebruikt voor producten met hoge stroomsterkte en vermogen.
Is het verbinden van ballen altijd sneller dan het verbinden van wiggen?
Ball bonding heeft over het algemeen de voorkeur voor snelle productie van fijne draden, maar de werkelijke output hangt af van de behuizing, het aantal verbindingen, het lusprogramma, de machineautomatisering en de inspectievereisten. De gepubliceerde maximale snelheid mag een productspecifieke cyclusbeoordeling niet vervangen.
Kan een wigverbindingsapparaat gouden draad gebruiken?
Ja, geschikte wigsystemen kunnen gouden draad gebruiken, maar de verbindingsmethode, temperatuur, wiggereedschap en machineconfiguratie moeten overeenkomen met de gekozen draad en de verbindingsoppervlakken.
Moeten vermogenshalfgeleiderproducten altijd dikke draden gebruiken?
Nee. De juiste interconnectie is afhankelijk van de stroomsterkte, het ontwerp van de behuizing, de afmetingen van de pads, het thermisch gedrag en de betrouwbaarheidseisen. Sommige stroomgerelateerde componenten maken mogelijk gebruik van dunne draden, lintkabels, klemmen of een andere interconnectietechnologie.
Kan één machine zowel dunne als dikke draden verbinden?
Sommige flexibele of ontwikkelingssystemen bieden verwisselbare verbindingskoppen, maar deze mogelijkheid moet wel op de betreffende machine worden gecontroleerd. Het is niet vanzelfsprekend dat een kop voor dunne draden ook geschikt is voor dikke draden, simpelweg omdat beide gebruikmaken van wigverbindingen.
Eindaanbeveling
Selecteer het verbindingsproces voordat u het machinemodel kiest. Ball bonders zijn over het algemeen het meest geschikt voor snelle halfgeleiderverpakkingen met fijne draden. Wigbonders voor fijne draden zijn belangrijk wanneer lage lussen, directionele verbindingen, verwerking bij lage temperaturen of speciale materialen bepalend zijn voor het ontwerp. Bonders voor dikke draden en linten worden gebruikt in de energiesector, de automobielindustrie, batterijen en toepassingen met hoge stroomsterkte die een grotere interconnectie en een krachtiger wigbondsysteem vereisen.
Nadat de juiste procesrichting is vastgesteld, vergelijk dan de beschikbare opties.draadverbindingsapparatuurdoor de precieze verbindingskop, draadbereik, gereedschappen, werkstukhouder, automatisering en testmogelijkheden. Om een pakket of een specifieke machine te bespreken, kunt u de draad- of lintspecificatie, de pakkettekening, de padmaterialen, de lusvereisten en de productiedoelstelling via het betreffende formulier verzenden.Contactpagina van All-SMT.
