Шариковый, клиновой и толстый проволочный бондеры: руководство по выбору

Выбор оборудования для проволочного монтажа начинается с типа соединительного элемента, необходимого для изделия, а не с предпочтительной марки оборудования. Устройства для шарового, тонкого и толстого проволочного монтажа используют разные инструменты, системы управления проволокой и условия процесса, даже если все три в целом описываются как оборудование для проволочного монтажа.

Различие также более точное, чем может показаться из-за трех обозначений. Соединение толстыми проводами, как правило, представляет собой клиновидное соединение, предназначенное для использования более толстых алюминиевых или медных проводов, лент и соединений с высокими токами. Его не следует рассматривать как совершенно отдельный принцип соединения от клиновидного соединения.

Для общего объяснения оборудования для проволочного монтажа и основных этапов процесса ознакомьтесь с информацией в следующем разделе.Руководство по технологии проволочного соединенияДанная статья посвящена выбору правильного направления движения оборудования для заданного пакета и производственных требований.

Начните с требований к межсоединению.

Определить категорию устройства только по названию корпуса невозможно. Два продукта, обозначенные как силовые устройства, датчики или полупроводниковые модули, могут требовать совершенно разных материалов проводов, геометрии соединений и производственных систем.

Эти требования следует определить до сравнения отдельных моделей. Машина, поддерживающая правильный материал проволоки, может оказаться непригодной из-за зоны сварки, держателя заготовки, автоматизации, возможностей создания контура или конфигурации программного обеспечения.

Производители шариковых склеивающих устройств отдают приоритет производительности и гибкости при работе с тонкой проволокой.

При шариковой сварке обычно образуется шарик в свободном пространстве на конце тонкой проволоки с использованием электронной системы пламенного гашения. Керамический капилляр помещает шарик в первое место сварки, формирует петлю из проволоки и завершает соединение с помощью шовного соединения во втором месте.

Современная технология шариковой сварки обычно ассоциируется с использованием тонкой золотой и медной проволоки, высокоплотной упаковкой полупроводниковых микросхем и автоматизированным производством. В зависимости от оборудования и процесса упаковки, области применения могут включать:

• Логические, запоминающие и аналоговые интегральные схемы

• Дискретные полупроводниковые устройства

• Корпуса светодиодов и оптоэлектроники

• Корпуса с многослойной кристаллической структурой и многокристальные корпуса

• Системы в корпусе и конструкции межсоединений высокой плотности

• Массовая сборка на основе выводных рамок и подложек.

Причины оценить эффективность средства для склеивания шариков.

• Высокий объем производства имеет важное значение.

• В упаковке используется тонкая золотая или медная проволока.

• Схема соединения требует, чтобы провода расходились веером во многих направлениях.

• Данный продукт имеет большое количество соединений на одно устройство.

• Требуется сборка корпусов с малым шагом выводов и высокой плотностью размещения.

• Приоритетными задачами являются автоматизация обработки материалов и высокопроизводительный контроль рецептур.

Капилляр обеспечивает значительную направленную гибкость, поскольку круглый инструмент может формировать петли в направлении различных мест расположения второй связи, не требуя при этом, чтобы сама связь имела клиновидную ориентацию.

Условия, которые все еще требуют проверки

Наличие шарикоподшипниковой головки не гарантирует совместимость со всеми видами тонкой проволоки. При выборе оборудования необходимо учитывать следующие факторы:

• Материал и диаметр поддерживаемой проволоки

• Система EFO и устойчивость мяча в свободном воздушном пространстве

• Геометрия капилляра и зазор инструмента

• Требования к шагу контактной площадки и способу укладки клея.

• Высота петли, размах и геометрия многослойных матриц.

• Поддержка по температуре и упаковке для рабочих

• Возможность использования медной проволоки и требования к защитному газу, где это применимо.

• Формат обработчика, выводной рамки или подложки

Таким образом, высокоскоростной паяльник для шарикового соединения может представлять собой подходящую категорию оборудования, но при этом требовать другой паяльной головки, держателя заготовки, капилляра или программного обеспечения в зависимости от предполагаемого типа упаковки.

Клиновидные сварочные аппараты с тонкой проволокой поддерживают низкое витковое и направленное соединение.

При клиновидной сварке используется инструмент клиновидной формы, который прижимает проволоку к поверхности соединения, а ультразвуковая энергия и сила создают межсоединение. Этот процесс обычно создает клиновидные соединения на обоих концах проволоки и не требует образования воздушных шариков.

Для клиновидной сварки тонкой проволокой можно использовать алюминиевую, золотую или медную проволоку в зависимости от оборудования, инструмента и процесса. Этот метод часто применяется в тех случаях, когда геометрия корпуса, температурные ограничения или форма межсоединений делают клиновидную сварку более подходящей, чем традиционная сварка шариками.

Причины для оценки эффективности клинового склеивателя с тонкой проволокой

• Для данного пакета требуются очень короткие или очень короткие петли.

• Вертикальный зазор над упаковкой ограничен.

• В данном применении используется тонкая алюминиевая проволока.

• Предпочтительным методом является низкотемпературная ультразвуковая сварка.

• Для обеспечения необходимой геометрии связей требуются удлиненные клиновидные связи.

• Ленточный кабель необходим для радиочастотных или высокочастотных межсоединений.

• Изделие представляет собой гибридную схему, датчик, MEMS-устройство, радиочастотный модуль или специализированную микроэлектронную сборку.

Направленность клинового инструмента является важным конструктивным фактором. Инструмент, сварочная головка или заготовка должны быть ориентированы в соответствии с траекторией движения проволоки. Это может обеспечить точный контроль над направлением сварки и низкопрофильную геометрию, но также может повлиять на время цикла и архитектуру станка.

Мелкий шаг иглы не означает автоматически клиновидное соединение.

Современные шаровые и клиновые сварочные аппараты могут использоваться для сварки деталей с малым шагом при соответствующих условиях. Правильный выбор зависит от общей геометрии детали.

Шариковая сварка может оставаться предпочтительной, когда важны высокая производительность и многонаправленное разветвление. Клиновидная сварка может стать более привлекательной, когда малая высота петли, узкие вытянутые соединения, глубокий доступ, материал проволоки или ориентация ленты определяют конструкцию.

Устройства для соединения проводов большой толщины используются для силовых и сильноточных соединений.

Аппарат для сварки толстой проволоки, как правило, представляет собой ультразвуковую клиновидную систему, предназначенную для сварки проволоки или ленты большего диаметра. Конструкция сварочной головки, преобразователя, направляющих для проволоки, зажимов, резака и держателя заготовки рассчитана на существенно отличающиеся механические нагрузки по сравнению с системой для сварки тонкой проволоки.

Типичные направления подачи материалов включают круглую алюминиевую или медную проволоку и алюминиевую или медную ленту. Фактический поддерживаемый диапазон зависит от конфигурации соединительной головки и оборудования.

Типичные области применения толстой проволоки

• силовые полупроводниковые модули

• Сборка IGBT-транзистора и SiC-устройства

• Автомобильные тяговые инверторы

• DC/DC преобразователи и промышленная силовая электроника

• Взаимосвязи между аккумуляторными модулями и элементами питания

• Высокотоковые дискретные устройства

• Гибридные силовые схемы

• Соединения из меди или алюминия большой площади

Причины для оценки эффективности устройства для склеивания проводов большой толщины

• Соединительный кабель должен пропускать более высокий ток, чем обычный тонкий провод.

• Для этой конструкции требуется толстая алюминиевая или медная проволока.

• Ленточные кабели необходимы для увеличения площади межсоединений или для поддержки конкретной электрической схемы.

• Корпус имеет большую площадь контакта или выполнен в формате силового модуля.

• Для этого процесса требуется несколько параллельно соединенных проводов или лент.

• Важное значение имеет механическая прочность при термических и вибрационных нагрузках.

• Производственная линия нуждается в автоматизированной обработке модулей, выводных рамок или батарей.

Выбор оборудования для сварки толстым проводом не должен основываться только на номинальном токе конечного устройства. Машина также должна соответствовать размеру контактной площадки, материалу поверхности, деформации провода, мощности ультразвука, поддержке держателя заготовки, жесткости упаковки и требуемому методу проверки качества соединения.

Сравните три направления использования оборудования.

В этой таблице указано вероятное направление использования оборудования. Она не заменяет анализ конкретного применения, поскольку отдельные машины одной категории могут иметь совершенно разные зоны склеивания, диапазоны проводов, функции автоматизации и контроля качества.

Выбор оборудования не зависит только от материала проволоки.

Утверждения типа «мы используем медную проволоку» или «для производства требуется алюминиевая проволока» недостаточны для выбора оборудования.

Медь может использоваться в тонкопроводной шариковой сварке, тонкопроводной клиновой сварке или в силовых приложениях с использованием толстой проволоки. Алюминий тесно связан с клиновой сваркой, но требуемый диаметр и геометрия корпуса определяют, нужна ли для проекта тонкопроводная система или платформа для производства толстой проволоки.

Для каждого предлагаемого провода или ленты необходимо подтвердить:

• Материал и сплав

• Диаметр или ширина и толщина ленты

• Тип катушки и способ подачи

• Необходимая геометрия инструмента

• Материал контактной площадки и клемм

• Диапазон ультразвуковых частот и энергии процесса

• Геометрия петли или ленточного пути

• Ожидаемое поведение: растяжение, сдвиг или отслаивание.

Описание станка, в котором указан правильный металл, но не указаны поддерживаемые размеры, сварочная головка и оснастка, является неполным для целей выбора.

Геометрия упаковки может переопределять общее правило применения.

Типичные обозначения областей применения полезны, но не являются абсолютными. Для изделий, связанных с питанием, не обязательно обязательно использовать паяльник с толстым проводом, а для корпусов интегральных схем не обязательно обязательно использовать шариковый монтаж.

Оцените физическую конструкцию:

• Может ли инструмент для склеивания достичь каждой контактной площадки, не задевая соседние конструкции?

• Нужно ли, чтобы провод расходился во многих направлениях?

• Достаточен ли имеющийся вертикальный зазор для предполагаемой петли?

• Необходимо ли придать соединению вытянутую клиновидную форму?

• Важна ли ориентация ленты для электрической схемы?

• Может ли рабочий удерживать упаковку во время ультразвуковой сварки?

• Находится ли зона склеивания в пределах диапазона движения машины?

• Для каждого соединения изделию требуется один провод или несколько параллельно соединенных проводов?

Полученный ответ может изменить выбранный процесс, даже если исходные характеристики материала и категории продукции указывают на другое направление.

Производственные требования определяют конфигурацию оборудования.

После выбора процесса склеивания сравните, как машина будет работать в производстве.

В опытно-конструкторской лаборатории приоритет может отдаваться ручному доступу, гибкости процесса и сменным клеммным головкам. На линии массового производства интегральных схем приоритет может отдаваться скорости шариковой сварки и автоматизированной обработке. Линия по производству силовых модулей или батарей может потребовать большой рабочей зоны, головки для сварки толстым проводом, прочного зажимного устройства и автоматизации, специфичной для конкретного продукта.

Практическая последовательность выбора сварочного аппарата для проводов

1. Определите тип электрического соединения.Установите требования к току, частоте, сопротивлению и надежности.

2. Выберите направление провода или ленты.Определите материал, поперечное сечение и количество межсоединений.

3. Просмотрите поверхности склеивания.Проверьте металлизацию контактной площадки, вывода, выводной рамки или подложки.

4. Составьте карту геометрии упаковки.Укажите шаг контактной площадки, доступ к инструменту, высоту петли, направление склеивания и рабочую зону.

5. Подтвердите тепловой баланс.Определите, может ли упаковка выдержать требуемый процесс нагрева или понижения температуры.

6. Выберите способ склеивания.Сравните методы шарикового соединения, соединения с помощью тонких проволочных клиньев и соединения с помощью толстых проволочных клиньев с заданными типами межсоединений.

7. Выберите конфигурацию оборудования.Проанализируйте контактную головку, траекторию движения проволоки, инструмент, держатель заготовки, систему машинного зрения, манипулятор и программное обеспечение.

8. Протестируйте репрезентативные материалы.Продемонстрируйте желаемую последовательность связей, петлю и измеримый результат образования связей.

9. Проверьте соответствие производственной модели.Подтвердите требования к выходным данным, переналадке, автоматизации, данным и поддержке.

10. Осмотрите именно ту машину, которая вам нужна.Для бывшего в употреблении оборудования подключите данные о установленной конфигурации и результатах тестирования к серийному номеру устройства.

Такая последовательность действий снижает риск выбора известной марки или модели оборудования до того, как будут определены фактические требования к склеиванию.

Когда может потребоваться более одного типа связующего вещества

Некоторые изделия имеют более одного требования к межсоединениям. В одном семействе корпусов для сигнальных соединений может использоваться тонкое шариковое соединение, а в аналогичном силовом изделии — толстая алюминиевая проволока или лента.

Не следует предполагать, что один станок сможет работать в обоих направлениях, если он не имеет проверенной архитектуры сменных сварочных головок, а также необходимой системы подачи проволоки, оснастки, зажимного устройства и программного обеспечения. Даже в этом случае время переналадки, калибровка и объемы производства могут сделать использование отдельных станков более целесообразным.

Поэтому ассортимент продукции, включающий различные технологические процессы, следует рассматривать в порядке убывания их сложности, а не выбирать один универсальный сварочный аппарат для проволоки для каждого типа упаковки.

Часто задаваемые вопросы о скрепителях для проволоки шарового, клинового и толстого сечения

Чем отличается аппарат для сварки толстыми проводами от аппарата для сварки клиньями?

Устройство для сварки толстых проводов обычно представляет собой специализированную систему клиновидной сварки. В нем используются сварочная головка, преобразователь, направляющая для провода и резак, предназначенные для проводов или лент большего диаметра, и оно широко применяется в силовых и сильноточных изделиях.

Всегда ли склеивание шариками быстрее, чем склеивание клинами?

Шариковая сварка обычно предпочтительна для высокоскоростного производства тонкой проволоки, но фактическая производительность зависит от типа корпуса, количества сварных соединений, программы цикла, автоматизации оборудования и требований к контролю качества. Опубликованная максимальная скорость не должна заменять анализ цикла, специфичный для конкретного продукта.

Можно ли использовать золотую проволоку в клиновидном бондере?

Да, в подходящих клиновых системах можно использовать золотую проволоку, но режим соединения, температура, клиновой инструмент и конфигурация оборудования должны соответствовать выбранной проволоке и поверхностям соединения.

В силовых полупроводниковых изделиях всегда следует использовать толстые провода?

Нет. Правильный тип межсоединений зависит от тока, конструкции корпуса, размера контактной площадки, тепловых характеристик и требований к надежности. В некоторых силовых устройствах могут использоваться тонкие провода, ленты, зажимы или другие технологии межсоединений.

Может ли один станок сваривать одновременно тонкую и толстую проволоку?

Некоторые гибкие или экспериментальные системы предлагают сменные соединительные головки, но эту возможность необходимо проверить на конкретном оборудовании. Нельзя предполагать, что головка для тонкой проволоки сможет обрабатывать толстую проволоку только потому, что обе используют клиновидную сварку.

Окончательная рекомендация

Выберите процесс соединения перед выбором модели оборудования. Шариковые паяльники, как правило, обеспечивают наиболее прочное соединение в высокоскоростной упаковке полупроводников с использованием тонких проводов. Клиновидные паяльники с тонкими проводами становятся важными там, где конструкция зависит от количества петель, направленного соединения, низкотемпературной обработки или специальных материалов. Паяльники с толстыми проводами и лентами используются в силовой, автомобильной, аккумуляторной и сильноточной промышленности, где требуется более крупное соединение и более мощная система клиновидного соединения.

После определения правильного направления процесса сравните доступные варианты.оборудование для проволочного соединенияопределяя точную форму соединительной головки, диапазон проводов, оснастку, держатель заготовки, возможности автоматизации и тестирования. Для обсуждения корпуса или конкретного оборудования отправьте спецификацию провода или ленты, чертеж корпуса, материалы контактных площадок, требования к петле и целевые показатели производства.Страница контактов All-SMT.