Máquina de solda por bola vs. Máquina de solda por cunha vs. Máquina de solda por fio grosso: Guia de seleção

A escolha de uma máquina de ligação de fios começa com a interconexão necessária para o produto, e não com a preferência por uma marca específica. Máquinas de ligação por esfera, máquinas de ligação por cunha para fios finos e máquinas de ligação para fios grossos utilizam ferramentas, sistemas de controle de fios e condições de processo diferentes, mesmo quando as três categorias são descritas genericamente como equipamentos de ligação de fios.

A distinção também é mais precisa do que os três rótulos podem sugerir. A ligação de fios grossos é geralmente uma aplicação de ligação por cunha, projetada para fios de alumínio ou cobre de maior diâmetro, fitas e interconexões de alta corrente. Não deve ser tratada como um princípio de ligação completamente separado da ligação por cunha.

Para uma explicação geral sobre equipamentos de ligação de fios e etapas básicas do processo, consulte oguia de tecnologia de ligação de fiosEste artigo aborda a seleção da direção correta do equipamento para uma embalagem e um requisito de produção definidos.

Comece com o requisito de interconexão.

A categoria de uma máquina não pode ser selecionada com segurança apenas pelo nome da embalagem. Dois produtos descritos como dispositivos de potência, sensores ou módulos semicondutores podem exigir materiais de fio, geometrias de ligação e sistemas de produção muito diferentes.

Esses requisitos devem ser definidos antes da comparação entre os modelos individuais. Uma máquina que suporte o material de fio correto ainda pode ser inadequada devido à sua área de ligação, dispositivo de fixação, automação, capacidade de laço ou configuração de software.

As máquinas de ligação por esferas priorizam a produtividade e a flexibilidade com fios finos.

A soldagem por esfera normalmente forma uma esfera de ar livre na extremidade de um fio fino usando um sistema eletrônico de ignição por chama. Um capilar cerâmico posiciona a esfera no primeiro ponto de soldagem, forma o laço de fio e completa a conexão com uma soldagem por pontos no segundo ponto.

A tecnologia moderna de ligação por esferas é comumente associada a fios finos de ouro e cobre, encapsulamento de semicondutores de alta densidade e produção automatizada. Dependendo da máquina e do processo de encapsulamento, as aplicações podem incluir:

• Lógica, memória e circuitos integrados analógicos

• Dispositivos semicondutores discretos

• Pacotes de LED e optoeletrônicos

• encapsulamentos de chips empilhados e multichips

• Sistemas em pacote e projetos de interconexão de alta densidade

• Montagem de alto volume baseada em estrutura de chumbo e substrato

Razões para avaliar um dispositivo de colagem de esferas

• Um alto nível de produção é importante.

• A embalagem utiliza fios finos de ouro ou cobre.

• A configuração das ligações exige que os fios se distribuam em várias direções.

• O produto possui um grande número de conexões por dispositivo.

• É necessária a montagem de componentes de passo fino e alta densidade.

• O manuseio automatizado de materiais e o controle de receitas em grande volume são prioridades.

O capilar proporciona uma flexibilidade direcional substancial, pois a ferramenta circular pode formar laços em direção a diferentes locais de segunda ligação sem exigir que a própria ligação siga uma orientação em cunha.

Condições que ainda requerem verificação

A presença de uma cabeça de ligação esférica não garante a compatibilidade com todos os encapsulamentos de fios finos. A seleção da máquina ainda deve levar em consideração:

• Material e diâmetro do fio suportado

• Sistema EFO e estabilidade da bola em ar livre

• Geometria capilar e folga da ferramenta

• requisito de inclinação da almofada e posicionamento da ligação

• Altura do laço, extensão e geometria do chip empilhado

• Suporte para temperatura e embalagem do ocupante do espaço de trabalho

• Capacidade de fiação de cobre e requisitos de gás de proteção, quando aplicável.

• Formato de manipulador, leadframe ou substrato

Uma máquina de colagem de esferas de alta velocidade pode, portanto, ser a categoria de máquina correta, mas ainda assim exigir uma cabeça de colagem, suporte de peça, capilar ou opção de software diferente para a embalagem pretendida.

Conectores de cunha de fio fino suportam laços baixos e ligação direcional.

A soldagem por cunha utiliza uma ferramenta em forma de cunha para pressionar o fio contra a superfície de ligação, enquanto a energia e a força ultrassônicas criam a interconexão. O processo normalmente cria ligações por cunha em ambas as extremidades do fio e não requer a formação de uma esfera de ar livre.

A ligação por cunha com fios finos pode usar fios de alumínio, ouro ou cobre, dependendo da máquina, da ferramenta e do processo. Ela é frequentemente avaliada quando a geometria do encapsulamento, os limites térmicos ou o formato da interconexão tornam a ligação por cunha mais adequada do que a ligação por esfera convencional.

Razões para avaliar uma máquina de ligação por cunha de fio fino

• O pacote requer loops muito curtos ou de baixa amplitude.

• O espaço vertical acima da embalagem é limitado.

• A aplicação utiliza fio de alumínio fino.

• A colagem ultrassônica em baixa temperatura é o método preferido.

• A geometria da ligação exige ligações em cunha alongadas.

• A fita é necessária para interconexões de RF ou de alta frequência.

• O produto é um circuito híbrido, sensor, dispositivo MEMS, módulo de RF ou conjunto microeletrônico especializado.

A natureza direcional de uma ferramenta de cunha é um fator importante no projeto. A ferramenta, a cabeça de ligação ou a peça de trabalho devem ser orientadas de acordo com a trajetória do fio. Isso pode proporcionar um controle preciso sobre a direção da ligação e uma geometria de baixo perfil, mas também pode afetar o tempo de ciclo e a arquitetura da máquina.

Passo fino não significa automaticamente ligação em cunha.

Tanto as máquinas de colagem modernas com esferas quanto as com cunhas podem suportar aplicações de passo fino sob condições apropriadas. A escolha correta depende da geometria completa do sistema.

A ligação por esfera pode continuar sendo preferível quando alta potência e distribuição multidirecional são mais importantes. A ligação por cunha pode se tornar mais atraente quando baixa altura de laço, ligações estreitas e alongadas, acesso profundo, material do fio ou orientação da fita controlam o projeto.

Conectores de cabos grossos servem para interconexões de energia e alta corrente.

Uma máquina de solda para fios grossos é geralmente um sistema ultrassônico de cunha dupla configurado para fios ou fitas de maior diâmetro. A cabeça de solda, o transdutor, os guias de fio, as braçadeiras, o cortador e o suporte da peça são projetados para cargas mecânicas substancialmente diferentes das de um sistema para fios finos.

As direções típicas dos materiais incluem fio redondo de alumínio ou cobre e fita de alumínio ou cobre. A gama real suportada depende da cabeça de ligação e da configuração da máquina.

Aplicações típicas de fios grossos

• módulos semicondutores de potência

• Conjunto de dispositivos IGBT e SiC

• Inversores de tração automotivos

• Conversores CC/CC e eletrônica de potência industrial

• Interconexões entre módulos de bateria e células

• Dispositivos discretos de alta corrente

• Circuitos híbridos de potência

• Interconexões de cobre ou alumínio de grande área

Razões para avaliar uma máquina de ligação de fios grossos

• A interconexão deve suportar uma corrente mais alta do que um fio fino convencional.

• O projeto requer fios grossos de alumínio ou cobre.

• É necessário um cabo ribbon para aumentar a área de interconexão ou para dar suporte a um projeto elétrico específico.

• O encapsulamento possui uma grande área de ligação ou formato de módulo de potência.

• O processo requer vários fios ou fitas em paralelo.

• A durabilidade mecânica sob estresse térmico e de vibração é importante.

• A linha de produção precisa de manuseio automatizado de módulos, estruturas de chumbo ou baterias.

A seleção de equipamentos para fios grossos não deve se basear apenas na corrente nominal do dispositivo final. A máquina também deve ser compatível com o tamanho da almofada de solda, o material da superfície, a deformação do fio, a potência ultrassônica, o suporte do dispositivo de fixação, a rigidez da embalagem e o método de teste de adesão exigido.

Compare as três instruções de uso dos equipamentos.

Esta tabela identifica a direção provável do equipamento. Ela não substitui uma análise de aplicação, pois máquinas individuais dentro da mesma categoria podem ter áreas de ligação, faixas de fios, automação e funções de monitoramento de qualidade muito diferentes.

O material do fio por si só não permite selecionar a máquina.

Afirmações como "usamos fio de cobre" ou "o produto requer fio de alumínio" não são suficientes para a seleção da máquina.

O cobre pode ser utilizado em ligações de esferas de fio fino, ligações em cunha de fio fino ou em aplicações de potência com fios grossos. O alumínio está fortemente associado à ligação em cunha, mas o diâmetro necessário e a geometria da embalagem determinam se o projeto precisa de um sistema de fio fino ou de uma plataforma de produção com fios grossos.

Para cada fio ou fita proposto, confirme:

• Material e liga

• Diâmetro ou largura e espessura da fita

• Tipo de carretel e sistema de alimentação

• Geometria da ferramenta necessária

• Material do terminal e da almofada de ligação

• Faixa de frequência e energia do processo ultrassônico

• Geometria de laço ou caminho em fita

• Comportamento esperado de tração, cisalhamento ou descascamento

Uma lista de máquinas que menciona o metal correto, mas não identifica as dimensões suportadas, a cabeça de colagem e as ferramentas, está incompleta para fins de seleção.

A geometria do pacote pode substituir a regra geral de aplicação.

Os rótulos de aplicação típicos são úteis, mas não absolutos. Um produto relacionado à energia não exige automaticamente uma máquina de ligação de fios grossos, e um encapsulamento de circuito integrado não exige automaticamente ligação por esferas.

Avalie o projeto físico:

• A ferramenta de colagem consegue alcançar todas as almofadas sem entrar em contato com as estruturas próximas?

• O fio precisa se ramificar em várias direções?

• A folga vertical disponível é suficiente para a curva pretendida?

• A ligação precisa ter um formato de cunha alongada?

• A orientação da fita é importante para o projeto elétrico?

• O dispositivo de fixação consegue suportar o pacote durante a colagem ultrassônica?

• A área de colagem está dentro do alcance de movimento da máquina?

• O produto requer um fio por conexão ou vários fios em paralelo?

A resposta pode alterar o processo selecionado, mesmo quando a categoria de material e produto inicialmente aponta para outra direção.

Os requisitos de produção determinam a configuração da máquina.

Após a seleção do processo de colagem, compare o funcionamento da máquina na produção.

Um laboratório de desenvolvimento pode priorizar o acesso manual, a flexibilidade do processo e cabeçotes de ligação intercambiáveis. Uma linha de produção em massa de circuitos integrados pode priorizar a velocidade de ligação por esfera e o manuseio automatizado. Uma linha de módulos de potência ou baterias pode exigir uma grande área de trabalho, cabeçote para fios grossos, dispositivos de fixação robustos e automação específica para o produto.

Sequência prática para seleção de máquinas de ligação de fios

1. Defina a conexão elétrica.Estabelecer os requisitos de corrente, frequência, resistência e confiabilidade.

2. Selecione a direção do fio ou da fita.Identifique o material, a seção transversal e o número de interconexões.

3. Analise as superfícies de ligação.Confirme a área de contato do chip, o terminal, a estrutura de ligação ou a metalização do substrato.

4. Mapeie a geometria da embalagem.Registre o espaçamento entre as almofadas de contato, o acesso às ferramentas, a altura do laço, a direção da ligação e a área de trabalho.

5. Confirme o balanço térmico.Determine se a embalagem suporta o processo de aquecimento ou de baixa temperatura necessário.

6. Escolha o processo de colagem.Compare a ligação por esfera, a ligação por cunha de fio fino e a ligação por cunha de fio grosso com a interconexão definida.

7. Selecione a configuração da máquina.Analisar cabeçote de ligação, trajetória do fio, ferramenta, suporte da peça, sistema de visão, manipulador e software.

8. Teste com materiais representativos.Demonstre a sequência de ligações pretendida, o laço e o resultado mensurável da ligação.

9. Verificar a adequação da produção.Confirme os requisitos de produção, troca de formato, automação, dados e suporte.

10. Inspecione a máquina em questão.Para equipamentos usados, associe a configuração instalada e os comprovantes de teste ao número de série da máquina.

Essa sequência reduz o risco de selecionar uma marca ou modelo de máquina conhecido antes que o requisito real de colagem tenha sido definido.

Quando mais de um tipo de adesivo pode ser necessário

Alguns produtos apresentam mais de um requisito de interconexão. Uma família de encapsulamento pode usar ligações de esferas de fio fino para conexões de sinal, enquanto um produto de alimentação relacionado usa fios ou fitas de alumínio de maior espessura.

Não se deve presumir que uma única máquina seja capaz de cobrir ambas as direções, a menos que possua uma arquitetura de cabeçote de ligação intercambiável comprovada e o suporte necessário para alimentação de arame, ferramentas, dispositivo de fixação e software. Mesmo assim, o tempo de troca de ferramentas, a calibração e o volume de produção podem tornar o uso de máquinas separadas mais prático.

Portanto, portfólios de produtos mistos devem ser analisados ​​por família de processos, em vez de selecionar um único equipamento universal de ligação de fios para todas as aplicações.

Perguntas frequentes sobre máquinas de ligação de esferas, cunhas e fios grossos

Uma máquina de solda por fio grosso é diferente de uma máquina de solda por cunha?

Uma máquina de ligação de fios grossos é normalmente um sistema especializado de ligação por cunha. Ela utiliza uma cabeça de ligação, um transdutor, um caminho para o fio e um cortador projetados para fios ou fitas de maior diâmetro e é comumente aplicada em produtos de potência e alta corrente.

A colagem por esfera é sempre mais rápida do que a colagem por cunha?

A ligação por esfera é geralmente preferida para a produção de fios finos em alta velocidade, mas a produção real depende da embalagem, do número de ligações, do programa de loop, da automação da máquina e dos requisitos de inspeção. A velocidade máxima publicada não deve substituir uma análise de ciclo específica para cada produto.

Uma máquina de solda por cunha pode usar fio de ouro?

Sim, os sistemas de cunha aplicáveis ​​podem usar fio de ouro, mas o modo de ligação, a temperatura, a ferramenta de cunha e a configuração da máquina devem corresponder ao fio selecionado e às superfícies de ligação.

Os produtos semicondutores de potência devem sempre usar fios de bitola grossa?

Não. A interconexão correta depende da corrente, do projeto da embalagem, do tamanho dos pads, do comportamento térmico e dos requisitos de confiabilidade. Alguns dispositivos relacionados à energia podem usar fios finos, fitas, clipes ou outra tecnologia de interconexão.

Uma única máquina consegue unir fios finos e fios grossos?

Alguns sistemas flexíveis ou de desenvolvimento oferecem cabeçotes de ligação intercambiáveis, mas essa capacidade deve ser verificada na máquina específica. Não se pode presumir que um cabeçote para fios finos processe fios grossos simplesmente porque ambos utilizam ligação por cunha.

Recomendação final

Selecione o processo de ligação antes de escolher o modelo da máquina. As máquinas de ligação por esfera geralmente oferecem a melhor resistência para encapsulamento de semicondutores com fios finos em alta velocidade. As máquinas de ligação por cunha para fios finos tornam-se importantes em projetos que exigem baixa densidade de laços, ligações direcionais, processamento em baixa temperatura ou materiais especiais. As máquinas de ligação para fios grossos e fitas atendem a aplicações nos setores de energia, automotivo, baterias e alta corrente, que requerem interconexões maiores e um sistema de ligação por cunha mais potente.

Após identificar a direção correta do processo, compare as opções disponíveis.equipamento de ligação de fiospor meio de sua cabeça de ligação exata, gama de fios, ferramentas, suporte de trabalho, automação e capacidade de teste. Para discutir um pacote ou uma máquina específica, envie a especificação do fio ou fita, o desenho do pacote, os materiais dos pads, os requisitos de loop e a meta de produção através doPágina de contato da All-SMT.