Bonder kulkowy kontra bonder klinowy kontra bonder drutowy: przewodnik wyboru

Wybór urządzenia do łączenia drutem rozpoczyna się od rodzaju połączenia, którego potrzebuje produkt, a nie od preferowanej marki urządzenia. Urządzenia do łączenia drutem kulowym, klinowym i grubym wykorzystują różne narzędzia, systemy sterowania drutem i warunki procesu, nawet jeśli wszystkie trzy są ogólnie określane jako urządzenia do łączenia drutem.

Rozróżnienie to jest również bardziej precyzyjne, niż sugerują trzy etykiety. Połączenie grubych przewodów to zazwyczaj połączenie klinowo-klinowe zaprojektowane z myślą o większych przewodach aluminiowych lub miedzianych, taśmach i połączeniach o wyższym natężeniu prądu. Nie należy go traktować jako całkowicie odrębnej metody łączenia niż połączenie klinowe.

Aby uzyskać ogólne objaśnienie dotyczące sprzętu do łączenia drutem i podstawowych etapów procesu, zapoznaj się zprzewodnik po technologii łączenia drutemW tym artykule skupiono się na wyborze właściwego kierunku działania sprzętu dla określonego pakietu i wymagań produkcyjnych.

Zacznij od wymagań dotyczących połączenia międzysieciowego

Kategorii maszyny nie można wiarygodnie wybrać wyłącznie na podstawie nazwy pakietu. Dwa produkty opisane jako urządzenia mocy, czujniki lub moduły półprzewodnikowe mogą wymagać bardzo różnych materiałów przewodów, geometrii połączeń i systemów produkcyjnych.

Wymagania te należy zdefiniować przed porównaniem poszczególnych modeli. Maszyna obsługująca odpowiedni materiał drutu może nadal nie być odpowiednia ze względu na obszar łączenia, uchwyt roboczy, automatyzację, możliwość obsługi pętli lub konfigurację oprogramowania.

Maszyny do łączenia kulek stawiają na wydajność i elastyczność cienkiego drutu

Wiązanie kulkowe zazwyczaj tworzy kulkę swobodnego powietrza na końcu cienkiego drutu za pomocą elektronicznego systemu wyłączania płomienia. Ceramiczna kapilara umieszcza kulkę w pierwszym miejscu łączenia, tworzy pętlę drutu i zamyka połączenie wiązaniem ściegowym w drugim miejscu.

Nowoczesne łączenie kulkowe jest powszechnie kojarzone z cienkimi drutami ze złota i miedzi, obudowami półprzewodników o wysokiej gęstości oraz zautomatyzowaną produkcją. W zależności od maszyny i procesu pakowania, zastosowania mogą obejmować:

• Układy scalone logiczne, pamięciowe i analogowe

• Dyskretne urządzenia półprzewodnikowe

• Pakiety LED i optoelektroniczne

• Pakiety wieloprocesorowe i wieloprocesorowe

• Projekty systemów w pakietach i połączeń o dużej gęstości

• Montaż wielkoobjętościowy na bazie ramki wyprowadzeniowej i podłoża

Powody, dla których warto ocenić urządzenie Ball Bonder

• Wysoka wydajność produkcji jest ważna.

• W opakowaniu zastosowano wysokiej jakości drut złoty lub miedziany.

• Układ wiązań wymaga rozchodzenia się przewodów w wielu kierunkach.

• Produkt posiada dużą liczbę wiązań na urządzenie.

• Wymagany jest montaż w obudowach o małym rozstawie i dużej gęstości.

• Priorytetem jest zautomatyzowana obsługa materiałów i kontrola receptur o dużej objętości.

Kapilara zapewnia znaczną elastyczność kierunkową, gdyż okrągłe narzędzie może tworzyć pętle w różnych położeniach drugiego wiązania, bez konieczności, aby samo wiązanie podążało za orientacją klinową.

Warunki, które nadal wymagają weryfikacji

Obecność głowicy z wiązaniem kulkowym nie gwarantuje kompatybilności z każdym pakietem cienkiego drutu. Przy wyborze maszyny należy nadal uwzględnić:

• Obsługiwany materiał i średnica drutu

• System EFO i stabilność piłki w powietrzu

• Geometria kapilarna i prześwit narzędzia

• Wymagania dotyczące odstępu między padami i rozmieszczenia wiązań

• Wysokość pętli, rozpiętość i geometria matrycy spiętrzonej

• Obsługa temperatury i opakowań dla pracowników

• Wymagania dotyczące wytrzymałości przewodów miedzianych i gazu ochronnego, jeżeli mają zastosowanie

• Format uchwytu, ramki prowadzącej lub podłoża

Dlatego też szybkoobrotowa spawarka kulkowa może być odpowiednią kategorią urządzeń, ale nadal wymagać będzie innej głowicy spajającej, uchwytu przedmiotu obrabianego, kapilary lub opcji oprogramowania dla danego pakietu.

Złącza klinowe z cienkim drutem obsługują niskie pętle i łączenie kierunkowe

Wiązanie klinowe wykorzystuje narzędzie w kształcie klina do dociskania drutu do powierzchni łączenia, podczas gdy energia i siła ultradźwiękowa tworzą połączenie. Proces ten zazwyczaj tworzy wiązania klinowe na obu końcach drutu i nie wymaga formowania kulek powietrza.

W wiązaniu klinowym cienkim drutem można stosować drut aluminiowy, złoty lub miedziany, w zależności od maszyny, narzędzia i procesu. Często ocenia się tę metodę, gdy geometria obudowy, ograniczenia termiczne lub kształt połączeń między elementami sprawiają, że wiązanie klinowe jest bardziej odpowiednie niż konwencjonalne łączenie kulowe.

Powody, dla których warto ocenić łącznik klinowy z cienkim drutem

• Pakiet wymaga bardzo niskich lub krótkich pętli.

• Prześwit pionowy nad opakowaniem jest ograniczony.

• W aplikacji wykorzystano cienki drut aluminiowy.

• Preferowane jest łączenie ultradźwiękowe w niskiej temperaturze.

• Geometria wiązania wymaga wydłużonych wiązań klinowych.

• Taśma jest niezbędna do połączenia RF lub połączeń wysokoczęstotliwościowych.

• Produkt jest układem hybrydowym, czujnikiem, urządzeniem MEMS, modułem RF lub specjalistycznym zespołem mikroelektronicznym.

Kierunkowość narzędzia klinowego jest istotnym czynnikiem konstrukcyjnym. Narzędzie, głowica łącząca lub przedmiot obrabiany muszą być zorientowane zgodnie ze ścieżką drutu. Zapewnia to dużą kontrolę nad kierunkiem łączenia i geometrią o niskim profilu, ale może również wpływać na czas cyklu i architekturę maszyny.

Drobny skok nie oznacza automatycznie łączenia klinowego

Zarówno nowoczesne łączniki kulowe, jak i klinowe, w odpowiednich warunkach mogą obsługiwać aplikacje o małej podziałce. Prawidłowy wybór zależy od geometrii.

Wiązanie kulkowe może pozostać preferowane, gdy ważniejsza jest wysoka wydajność i wielokierunkowe rozprowadzanie. Wiązanie klinowe może stać się bardziej atrakcyjne, gdy niska wysokość pętli, wąskie, wydłużone wiązania, głęboki dostęp, materiał drutu lub orientacja taśmy determinują projekt.

Połączenia grubych przewodów służą do połączeń energetycznych i wysokoprądowych

Spawarka do grubych drutów to zazwyczaj ultradźwiękowy system klin-klin, skonfigurowany do łączenia grubych drutów lub taśm. Głowica spawalnicza, przetwornik, prowadnice drutu, zaciski, obcinak i uchwyt roboczy są zaprojektowane do zupełnie innych obciążeń mechanicznych niż system do cienkich drutów.

Typowe kierunki zastosowania materiałów obejmują okrągły drut aluminiowy lub miedziany oraz taśmę aluminiową lub miedzianą. Rzeczywisty zakres obsługiwanych materiałów zależy od głowicy spajającej i konfiguracji maszyny.

Typowe zastosowania drutu grubego

• Moduły półprzewodnikowe mocy

• Montaż urządzeń IGBT i SiC

• Falowniki trakcyjne samochodowe

• Przetwornice DC/DC i przemysłowa elektronika mocy

• Połączenia między modułem baterii i ogniwami

• Urządzenia dyskretne wysokoprądowe

• Układy hybrydowe mocy

• Połączenia miedziane lub aluminiowe o dużej powierzchni

Powody, dla których warto ocenić łączniki do grubych drutów

• Połączenie międzysystemowe musi przenosić większy prąd niż konwencjonalny cienki przewód.

• Do wykonania tego projektu potrzebny jest gruby drut aluminiowy lub miedziany.

• Taśma jest potrzebna do zwiększenia powierzchni połączeń lub do obsługi konkretnego projektu elektrycznego.

• Obudowa ma dużą powierzchnię łączeń lub format modułu mocy.

• Do tego procesu potrzebne są liczne równoległe przewody lub taśmy.

• Ważna jest wytrzymałość mechaniczna na obciążenia termiczne i wibracyjne.

• Linia produkcyjna wymaga zautomatyzowanej obsługi modułów, ramek wyprowadzeniowych lub akumulatorów.

Sprzętu do zgrzewania drutem o dużej wytrzymałości nie należy dobierać wyłącznie na podstawie prądu znamionowego urządzenia końcowego. Maszyna musi również odpowiadać rozmiarowi podkładki, materiałowi powierzchni, odkształceniu drutu, mocy ultradźwięków, podparciu uchwytu, sztywności pakietu oraz wymaganej metodzie badania wiązania.

Porównaj trzy kierunki sprzętu

Ta tabela identyfikuje prawdopodobny kierunek rozwoju sprzętu. Nie zastępuje ona przeglądu aplikacji, ponieważ poszczególne maszyny w tej samej kategorii mogą mieć bardzo różne obszary połączeń, zakresy przewodów, funkcje automatyzacji i monitorowania jakości.

Sam materiał drutu nie pozwala na wybór maszyny

Stwierdzenia takie jak „używamy drutu miedzianego” lub „produkt wymaga drutu aluminiowego” nie są wystarczające przy wyborze maszyny.

Miedź może występować w połączeniach kulkowych z cienkim drutem, połączeniach klinowych z cienkim drutem lub w zastosowaniach energetycznych z grubymi drutami. Aluminium jest silnie związane z połączeniami klinowymi, ale jego wymagana średnica i geometria obudowy decydują o tym, czy projekt wymaga systemu z cienkim drutem, czy platformy produkcyjnej z grubymi drutami.

W przypadku każdego proponowanego przewodu lub wstążki należy potwierdzić:

• Materiał i stop

• Średnica lub szerokość i grubość wstęgi

• Typ szpuli i układ podawania

• Wymagana geometria narzędzia

• Materiał podkładki łączącej i zacisku

• Zakres częstotliwości ultradźwięków i energii procesowej

• Geometria pętli lub ścieżki wstęgowej

• Oczekiwane zachowanie podczas ciągnięcia, ścinania lub odrywania

Lista maszyn, która wymienia właściwy metal, ale nie identyfikuje obsługiwanych wymiarów, głowicy połączeniowej ani narzędzi, jest niekompletna i nie pozwala na dokonanie wyboru.

Geometria pakietu może zastąpić ogólną regułę aplikacji

Typowe etykiety aplikacyjne są przydatne, ale nie absolutne. Produkt związany z zasilaniem nie wymaga automatycznie połączenia grubym drutem, a obudowa układu scalonego nie wymaga automatycznie połączenia kulkowego.

Oceń projekt fizyczny:

• Czy narzędzie łączące może dotrzeć do każdej podkładki bez dotykania sąsiednich struktur?

• Czy przewód musi rozchodzić się w wielu kierunkach?

• Czy dostępny prześwit pionowy jest wystarczający do wykonania planowanej pętli?

• Czy wiązanie musi mieć wydłużony kształt klina?

• Czy orientacja taśmy ma znaczenie w projekcie elektrycznym?

• Czy uchwyt roboczy jest w stanie utrzymać opakowanie podczas łączenia ultradźwiękowego?

• Czy obszar łączenia mieści się w zakresie ruchu maszyny?

• Czy produkt wymaga jednego przewodu na połączenie czy kilku przewodów równoległych?

Odpowiedź może spowodować zmianę wybranego procesu, nawet jeśli kategoria materiałów i produktów początkowo wskazywałaby na coś innego.

Wymagania produkcyjne Określ konfigurację maszyny

Po wybraniu procesu łączenia należy porównać, jak maszyna będzie działać w produkcji.

Laboratorium rozwojowe może priorytetowo traktować dostęp ręczny, elastyczność procesu i wymienne głowice spawalnicze. Linia układów scalonych do masowej produkcji może priorytetowo traktować szybkość spawania metodą łączenia kulkowego i automatyzację. Linia modułów mocy lub baterii może wymagać dużej przestrzeni roboczej, głowicy z grubym drutem, solidnego mocowania i automatyzacji specyficznej dla danego produktu.

Praktyczna sekwencja wyboru łącznika drutowego

1. Zdefiniuj połączenie elektryczne.Ustal wymagania dotyczące prądu, częstotliwości, rezystancji i niezawodności.

2. Wybierz kierunek przewodu lub wstążki.Określ materiał, przekrój i liczbę połączeń.

3. Przejrzyj powierzchnie wiązań.Sprawdź metalizację płytki drukowanej, zacisku, ramki wyprowadzeń lub podłoża.

4. Zmapuj geometrię pakietu.Rejestruj odstęp między padami, dostęp do narzędzi, wysokość pętli, kierunek łączenia i obszar roboczy.

5. Potwierdź budżet cieplny.Określ, czy pakiet jest w stanie obsłużyć wymagany proces w niskiej lub wysokiej temperaturze.

6. Wybierz proces łączenia.Porównaj wiązanie kulowe, wiązanie klinowe z cienkiego drutu i wiązanie klinowe z grubego drutu w odniesieniu do zdefiniowanego połączenia.

7. Wybierz konfigurację maszyny.Przegląd głowicy łączącej, ścieżki przewodu, narzędzia, uchwytu obrabianego, wizji, obsługi i oprogramowania.

8. Materiały reprezentatywne dla testu.Zaprezentuj zamierzoną sekwencję wiązań, pętlę i mierzalny wynik wiązania.

9. Sprawdź dopasowanie do produkcji.Potwierdź wymagania dotyczące wydajności, przełączania, automatyzacji, danych i wsparcia.

10. Sprawdź dokładnie tę maszynę.W przypadku używanego sprzętu należy połączyć zainstalowaną konfigurację i dowód testowania z numerem seryjnym maszyny.

Taka kolejność zmniejsza ryzyko wybrania znanej marki lub modelu maszyny przed określeniem faktycznych wymagań dotyczących łączenia.

Kiedy może być potrzebny więcej niż jeden typ łącznika

Niektóre produkty wymagają więcej niż jednego rodzaju połączeń. Rodzina pakietów może wykorzystywać połączenia kulowe z cienkich drutów do połączeń sygnałowych, podczas gdy powiązany produkt zasilający wykorzystuje gruby przewód aluminiowy lub taśmę.

Nie należy zakładać, że pojedyncza maszyna będzie obsługiwać oba kierunki, chyba że posiada sprawdzoną architekturę wymiennych głowic spawalniczych oraz wymagane podajniki drutu, oprzyrządowanie, uchwyty i oprogramowanie. Nawet wtedy czas przezbrojenia, kalibracja i wielkość produkcji mogą sprawić, że oddzielne maszyny będą bardziej praktyczne.

Dlatego też mieszane portfolia produktów należy przeglądać według rodziny procesów, zamiast wybierać jedno uniwersalne urządzenie do łączenia przewodów dla każdego pakietu.

Najczęściej zadawane pytania dotyczące łączników kulowych, klinowych i drutowych

Czy urządzenie do łączenia grubym drutem różni się od urządzenia do łączenia klinowego?

Spawarka do grubych przewodów to zazwyczaj specjalistyczny system łączenia klin-klin. Wykorzystuje głowicę spawalniczą, przetwornik, ścieżkę przewodu i obcinak przeznaczony do grubszych przewodów lub taśm i jest powszechnie stosowana do produktów energetycznych i wysokoprądowych.

Czy łączenie kulowe jest zawsze szybsze od łączenia klinowego?

Wiązanie kulkowe jest zazwyczaj preferowane w przypadku szybkiej produkcji cienkich drutów, ale rzeczywista wydajność zależy od opakowania, liczby wiązań, programu pętli, automatyzacji maszyny i wymagań inspekcyjnych. Opublikowana prędkość maksymalna nie powinna zastępować analizy cyklu dla konkretnego produktu.

Czy w łączniku klinowym można stosować drut złoty?

Tak, w odpowiednich systemach klinowych można stosować drut złoty, ale tryb łączenia, temperatura, narzędzie klinowe i konfiguracja maszyny muszą odpowiadać wybranemu drutowi i powierzchniom łączenia.

Czy w produktach półprzewodnikowych mocy zawsze należy stosować gruby drut?

Nie. Prawidłowe połączenie zależy od prądu, konstrukcji obudowy, rozmiaru padów, charakterystyki termicznej i wymagań niezawodnościowych. Niektóre urządzenia zasilające mogą wykorzystywać cienkie przewody, taśmy, zaciski lub inną technologię połączeń.

Czy za pomocą jednego urządzenia można łączyć zarówno cienki, jak i gruby drut?

Niektóre systemy elastyczne lub rozwojowe oferują wymienne głowice łączące, ale możliwość ta musi zostać zweryfikowana na konkretnej maszynie. Nie można zakładać, że głowica do drutu cienkiego będzie przetwarzać gruby drut, ponieważ oba systemy wykorzystują łączenie klinowe.

Ostateczna rekomendacja

Wybierz proces łączenia przed wyborem modelu maszyny. Spawarki kulkowe są zazwyczaj najmocniejszym kierunkiem dla szybkich obudów półprzewodników z cienkich drutów. Spawarki klinowe z cienkich drutów stają się istotne tam, gdzie konstrukcja wymaga zastosowania małych pętli, połączeń kierunkowych, obróbki niskotemperaturowej lub specjalistycznych materiałów. Spawarki z grubymi drutami i taśmami służą do zastosowań energetycznych, motoryzacyjnych, akumulatorowych i wysokoprądowych, które wymagają większych połączeń i bardziej wydajnego systemu łączenia klinowego.

Po zidentyfikowaniu właściwego kierunku procesu porównaj dostępnesprzęt do łączenia przewodówDokładna specyfikacja głowicy łączącej, asortymentu przewodów, oprzyrządowania, uchwytu roboczego, automatyzacji i możliwości testowych. Aby omówić pakiet lub zidentyfikowaną maszynę, należy przesłać specyfikację przewodu lub taśmy, rysunek pakietu, materiały podkładek, wymagania dotyczące pętli i cel produkcyjny za pośrednictwem…Strona kontaktowa All-SMT.