Ball Bonder vs. Wedge Bonder vs. Heavy Wire Bonder: Sprievodca výberom

Výber stroja na spájanie drôtov začína prepojením, ktoré produkt potrebuje, nie preferovanou značkou stroja. Zariadenia na spájanie guľôčkovým drôtom, klinovým drôtom s jemným drôtom a zariadením na spájanie hrubým drôtom používajú rôzne nástroje, systémy riadenia drôtu a procesné podmienky, aj keď všetky tri sú všeobecne opísané ako zariadenia na spájanie drôtov.

Toto rozlíšenie je tiež presnejšie, než by sa mohlo zdať z troch označení. Spájanie hrubými drôtmi je vo všeobecnosti aplikácia spájania klin-klin určená pre väčšie hliníkové alebo medené drôty, pásky a prepojenia s vyšším prúdom. Nemalo by sa považovať za úplne oddelený princíp spájania od klinového spájania.

Všeobecné vysvetlenie zariadenia na spájanie drôtov a základných krokov procesu nájdete vSprievodca technológiou drôteného spojovaniaTento článok sa zameriava na výber správneho smeru zariadenia pre definovaný balík a výrobné požiadavky.

Začnite s požiadavkou na prepojenie

Kategóriu stroja nemožno spoľahlivo vybrať len na základe názvu puzdra. Dva produkty opísané ako výkonové zariadenia, senzory alebo polovodičové moduly môžu vyžadovať veľmi odlišné materiály vodičov, geometrie spojov a výrobné systémy.

Tieto požiadavky by mali byť definované pred porovnaním jednotlivých modelov. Stroj, ktorý podporuje správny materiál drôtu, môže byť stále nevhodný z dôvodu svojej spojovacej plochy, držiaka obrobku, automatizácie, schopnosti vytvárať slučky alebo konfigurácie softvéru.

Výrobcovia baliacich drôtov uprednostňujú produktivitu a flexibilitu pri práci s jemným drôtom

Guľôčkové spájanie zvyčajne vytvára voľne stojaciu guľôčku na konci jemného drôtu pomocou elektronického systému zhášania plameňa. Keramická kapilára umiestni guľôčku na prvé miesto spojenia, vytvorí slučku drôtu a dokončí spojenie stehovým spojom na druhom mieste.

Moderné guľôčkové spájanie sa bežne spája s jemným zlatým a medeným drôtom, vysokohustotným balením polovodičov a automatizovanou výrobou. V závislosti od stroja a procesu balenia môžu aplikácie zahŕňať:

• Logické, pamäťové a analógové integrované obvody

• Diskrétne polovodičové súčiastky

• LED a optoelektronické balíky

• Puzdrá s viacerými čipmi a viacvrstvové puzdrá

• Návrhy prepojení typu systém-v-balení a s vysokou hustotou

• Montáž vysokoobjemových vývodových rámov a substrátov

Dôvody na hodnotenie spoločnosti Ball Bonder

• Dôležitá je vysoká produkcia.

• Balenie používa jemný zlatý alebo medený drôt.

• Usporiadanie väzby vyžaduje, aby sa vodiče rozprestierali v mnohých smeroch.

• Produkt má veľký počet väzieb na zariadenie.

• Vyžaduje sa zostavenie puzdra s jemným rozstupom a vysokou hustotou.

• Prioritou je automatizovaná manipulácia s materiálom a riadenie receptúr pri veľkom objeme.

Kapilára poskytuje značnú smerovú flexibilitu, pretože okrúhly nástroj môže vytvárať slučky smerom k rôznym miestam druhej väzby bez toho, aby samotná väzba musela sledovať klinovú orientáciu.

Podmienky, ktoré si stále vyžadujú overenie

Prítomnosť hlavy s guľôčkovou väzbou nezaručuje kompatibilitu s každým balíkom jemného drôtu. Pri výbere stroja je potrebné zvážiť:

• Podporovaný materiál a priemer drôtu

• Systém EFO a stabilita lopty vo voľnom vzduchu

• Geometria kapilár a vôľa nástroja

• Požiadavka na rozstup podložiek a umiestnenie spojov

• Výška slučky, rozpätie a geometria stohovaného čapu

• Teplota držiaka obrobku a podpora balíka

• Schopnosť pre medené drôty a požiadavky na ochranný plyn, ak sú uplatniteľné

• Formát manipulátora, rámu alebo substrátu

Vysokorýchlostná guľôčková lepiaca linka preto môže byť správnou kategóriou stroja, ale stále vyžaduje inú lepiacu hlavu, držiak obrobku, kapiláru alebo softvérovú možnosť pre zamýšľaný balík.

Jemné drôtené klinové spojovacie zariadenia podporujú nízke slučky a smerové spájanie

Klinové spájanie využíva klinovitý nástroj na pritlačenie drôtu k spojovanému povrchu, zatiaľ čo ultrazvuková energia a sila vytvárajú prepojenie. Proces zvyčajne vytvára klinové spoje na oboch koncoch drôtu a nevyžaduje tvorbu voľnej vzduchovej guľôčky.

Na klinové spájanie jemným drôtom sa môže použiť hliníkový, zlatý alebo medený drôt v závislosti od stroja, nástroja a procesu. Často sa vyhodnocuje, či geometria puzdra, tepelné limity alebo tvar prepojenia robia klinové spájanie vhodnejším ako konvenčná metóda guľôčkového spájania.

Dôvody na vyhodnotenie klinového spájača s jemným drôtom

• Balík vyžaduje veľmi nízke alebo krátke slučky.

• Vertikálna svetlá výška nad balíkom je obmedzená.

• Aplikácia používa jemný hliníkový drôt.

• Uprednostňuje sa nízkoteplotné ultrazvukové spájanie.

• Geometria väzby vyžaduje predĺžené klinové väzby.

• Páska je potrebná pre RF alebo vysokofrekvenčné prepojenie.

• Produktom je hybridný obvod, senzor, MEMS zariadenie, RF modul alebo špecializovaná mikroelektronická zostava.

Smerová povaha klinového nástroja je dôležitým konštrukčným faktorom. Nástroj, spojovacia hlava alebo obrobok musia byť orientované podľa dráhy drôtu. To môže poskytnúť silnú kontrolu nad smerom spoja a nízkoprofilovou geometriou, ale môže to tiež ovplyvniť čas cyklu a architektúru stroja.

Jemný rozstup neznamená automaticky klinové spojenie

Moderné guľkové aj klinové spájacie stroje dokážu za vhodných podmienok podporovať aplikácie s jemným rozstupom. Správna voľba závisí od celkovej geometrie.

Guľôčkové spájanie môže zostať výhodnejšie, keď je dôležitejší vysoký výkon a viacsmerové rozptylovanie. Klinové spájanie môže byť atraktívnejšie, keď dizajn určuje nízka výška slučky, úzke predĺžené spoje, hlboký prístup, materiál drôtu alebo orientácia pásky.

Silnodrôtové spojovacie zariadenia slúžia na prepojenie napájania a vysokého prúdu

Spájač hrubého drôtu je vo všeobecnosti ultrazvukový systém klin-klin konfigurovaný pre väčší drôt alebo pásku. Spájacia hlava, menič, vodiace lišty drôtu, svorky, rezačka a držiak obrobku sú navrhnuté pre podstatne odlišné mechanické zaťaženie ako systém s jemným drôtom.

Medzi typické materiály patria hliníkový alebo medený okrúhly drôt a hliníková alebo medená páska. Skutočný podporovaný rozsah závisí od spojovacej hlavy a konfigurácie stroja.

Typické aplikácie s hrubým drôtom

• Výkonové polovodičové moduly

• Zostava IGBT a SiC zariadení

• Automobilové trakčné meniče

• DC/DC meniče a priemyselná výkonová elektronika

• Prepojenia batériových modulov a článkov

• Vysokoprúdové diskrétne zariadenia

• Výkonové hybridné obvody

• Veľkoplošné medené alebo hliníkové prepojenia

Dôvody na zhodnotenie silného drôteného spojovacieho zariadenia

• Prepojovací kábel musí prenášať vyšší prúd ako bežný jemný drôt.

• Dizajn vyžaduje hrubý hliníkový alebo medený drôt.

• Páska je potrebná na zväčšenie prepojovacej plochy alebo na podporu špecifického elektrického návrhu.

• Puzdro má veľkú spojovaciu plochu alebo formát výkonového modulu.

• Tento proces vyžaduje viacero paralelných drôtov alebo pások.

• Mechanická odolnosť voči tepelnému a vibračnému namáhaniu je dôležitá.

• Výrobná linka vyžaduje automatizovanú manipuláciu s modulmi, vývodovými rámami alebo batériami.

Zariadenie pre hrubý drôt by sa nemalo vyberať len na základe menovitého prúdu konečného zariadenia. Stroj musí tiež zodpovedať veľkosti podložky, materiálu povrchu, deformácii drôtu, ultrazvukovému výkonu, podopretiu držiaka, tuhosti balíka a požadovanej metóde skúšky spoja.

Porovnajte tri pokyny pre zariadenia

Táto tabuľka identifikuje pravdepodobný smer vývoja zariadenia. Nenahrádza kontrolu aplikácie, pretože jednotlivé stroje v rámci tej istej kategórie môžu mať veľmi odlišné oblasti spájania, rozsahy vodičov, automatizáciu a funkcie monitorovania kvality.

Samotný materiál drôtu nemôže vybrať stroj

Vyhlásenia ako „používame medený drôt“ alebo „výrobok vyžaduje hliníkový drôt“ nie sú postačujúce pre výber stroja.

Meď sa môže používať v aplikáciách spájania guľôčok z jemného drôtu, klinového spájania z jemného drôtu alebo v aplikáciách s ťažkým drôtom. Hliník je silne spojený s klinovým spájaním, ale jeho požadovaný priemer a geometria balenia určujú, či projekt potrebuje systém s jemným drôtom alebo výrobnú platformu s ťažkým drôtom.

Pre každý navrhovaný drôt alebo pásku potvrďte:

• Materiál a zliatina

• Priemer alebo šírka a hrúbka pásky

• Typ cievky a usporiadanie podávania

• Požadovaná geometria nástroja

• Materiál spojovacej plošky a svorky

• Ultrazvuková frekvencia a rozsah procesnej energie

• Geometria slučky alebo pásovej dráhy

• Očakávané správanie v ťahu, strihu alebo odlupovaní

Zoznam strojov, ktorý uvádza správny kov, ale neidentifikuje podporované rozmery, spojovaciu hlavu a nástroje, je pre účely výberu neúplný.

Geometria balíka môže prepísať všeobecné pravidlo aplikácie

Typické označenia aplikácií sú užitočné, ale nie absolútne. Produkt súvisiaci s energiou si automaticky nevyžaduje silnodrôtové spájanie a puzdro integrovaného obvodu si automaticky nevyžaduje guľôčkové spájanie.

Zhodnoťte fyzický dizajn:

• Dokáže spojovací nástroj dosiahnuť na každú podložku bez toho, aby sa dotkol blízkych štruktúr?

• Musí sa drôt rozvinúť do mnohých smerov?

• Je dostupná vertikálna vzdialenosť dostatočná pre zamýšľanú slučku?

• Potrebuje väzba predĺžený klinový tvar?

• Je orientácia pásky dôležitá pre elektrický návrh?

• Dokáže upínací nástroj podoprieť obal počas ultrazvukového spájania?

• Je lepená oblasť v dosahu pohybu stroja?

• Vyžaduje produkt jeden vodič na pripojenie alebo niekoľko paralelných vodičov?

Odpoveď môže zmeniť zvolený proces, aj keď kategória materiálu a produktu spočiatku ukazuje iný smer.

Požiadavky na výrobu Určenie konfigurácie stroja

Po výbere procesu lepenia porovnajte, ako bude stroj fungovať vo výrobe.

Vývojové laboratórium môže uprednostniť manuálny prístup, flexibilitu procesu a vymeniteľné spojovacie hlavy. Linka integrovaných obvodov pre hromadnú výrobu môže uprednostniť rýchlosť guľôčkového spájania a automatizovanú manipuláciu. Linka na výrobu výkonových modulov alebo batérií môže vyžadovať veľký pracovný priestor, hlavu s hrubým drôtom, silný upínač a automatizáciu špecifickú pre daný produkt.

Praktická postupnosť výberu drôteného spojovača

1. Definujte elektrické pripojenie.Stanovte požiadavky na prúd, frekvenciu, odpor a spoľahlivosť.

2. Vyberte smer drôtu alebo pásky.Určte materiál, prierez a počet prepojení.

3. Skontrolujte spojovacie povrchy.Potvrďte metalizáciu matrice, svorkovnice, vývodového rámu alebo substrátu.

4. Namapujte geometriu balíka.Zaznamenajte rozstup podložiek, prístup k nástroju, výšku slučky, smer spoja a pracovnú oblasť.

5. Potvrďte tepelný rozpočet.Určte, či balenie dokáže zvládnuť požadovaný proces s ohrevom alebo nízkou teplotou.

6. Vyberte si proces spájania.Porovnajte guľôčkové spájanie, klinové spájanie z jemných drôtov a klinové spájanie z hrubých drôtov s definovaným prepojením.

7. Vyberte konfiguráciu stroja.Skontrolujte spojovaciu hlavu, dráhu drôtu, nástroj, držiak obrobku, vizuálny systém, manipulátor a softvér.

8. Testujte reprezentatívne materiály.Predveďte zamýšľanú postupnosť väzieb, slučku a merateľný výsledok väzby.

9. Skontrolujte vhodnosť do výroby.Potvrďte požiadavky na výstup, prechod, automatizáciu, údaje a podporu.

10. Skontrolujte presný stroj.V prípade použitého zariadenia prepojte nainštalovanú konfiguráciu a dôkazy o testovaní so sériovým číslom stroja.

Táto postupnosť znižuje riziko výberu známej značky alebo modelu stroja pred definovaním skutočných požiadaviek na lepenie.

Kedy môže byť potrebných viac ako jeden typ lepidla

Niektoré produkty obsahujú viac ako jednu požiadavku na prepojenie. Rodina puzdier môže používať jemné drôtené guľôčkové spoje na signálne pripojenia, zatiaľ čo súvisiaci napájací produkt používa hrubý hliníkový drôt alebo pásku.

Nemalo by sa predpokladať, že jeden stroj pokrýva oba smery, pokiaľ nemá overenú architektúru vymeniteľných spájacích hláv a požadovanú podporu podávania drôtu, nástrojov, držiakov obrobkov a softvéru. Aj vtedy môže byť čas na zmenu, kalibrácia a objem výroby praktickejším riešením pre samostatné stroje.

Zmiešané produktové portfóliá by sa preto mali posudzovať podľa rodiny procesov, a nie vyberať jeden univerzálny drôtený spojovač pre každé balenie.

Často kladené otázky o lepení guľôčok, klinov a hrubých drôtov

Líši sa silnodrôtová spojovacia píla od klinovej spojovacej píly?

Spájač hrubých drôtov je zvyčajne špecializovaný systém klinového spájania. Používa spojovaciu hlavu, menič, dráhu drôtu a rezačku určenú pre hrubšie drôty alebo pásky a bežne sa používa pre energetické a vysokoprúdové produkty.

Je guľôčkové spájanie vždy rýchlejšie ako klinové spájanie?

Guľôčkové spájanie sa vo všeobecnosti uprednostňuje pri vysokorýchlostnej výrobe jemných drôtov, ale skutočný výkon závisí od balíka, počtu spájaní, programu slučky, automatizácie stroja a požiadaviek na kontrolu. Zverejnená maximálna rýchlosť by nemala nahradiť kontrolu cyklu špecifického pre daný produkt.

Môže klinový spojovač použiť zlatý drôt?

Áno, vhodné klinové systémy môžu používať zlatý drôt, ale spôsob spájania, teplota, klinový nástroj a konfigurácia stroja musia zodpovedať zvolenému drôtu a spájaným povrchom.

Mali by sa vo výkonových polovodičových výrobkoch vždy používať hrubý drôt?

Nie. Správne prepojenie závisí od prúdu, dizajnu puzdra, veľkosti kontaktných plôšok, tepelného správania a požiadaviek na spoľahlivosť. Niektoré zariadenia súvisiace s napájaním môžu používať jemný drôt, pásku, svorky alebo inú technológiu prepojenia.

Dokáže jeden stroj spájať jemný aj hrubý drôt?

Niektoré flexibilné alebo vývojové systémy ponúkajú vymeniteľné spájacie hlavy, ale túto schopnosť je potrebné overiť na konkrétnom stroji. Nedá sa predpokladať, že hlava s jemným drôtom bude spracovávať hrubý drôt len ​​preto, že oba používajú klinové spájanie.

Záverečné odporúčanie

Pred výberom modelu stroja vyberte proces spájania. Guľôčkové spájacie zariadenia sú vo všeobecnosti najsilnejším smerom pre vysokorýchlostné balenie polovodičov s jemnými drôtmi. Klinové spájacie zariadenia s jemnými drôtmi sú dôležité tam, kde nízke slučky, smerové spájanie, nízkoteplotné spracovanie alebo špecializované materiály riadia návrh. Spájacie zariadenia s hrubými drôtmi a páskami slúžia pre energetické, automobilové, batériové a vysokoprúdové aplikácie, ktoré vyžadujú väčšie prepojenie a výkonnejší systém klinového spájania.

Po určení správneho smeru procesu porovnajte dostupnézariadenie na spájanie drôtovpodľa presnej spojovacej hlavy, rozsahu drôtov, nástrojov, držiaka obrobkov, automatizácie a testovacích možností. Ak chcete prediskutovať balenie alebo identifikovaný stroj, pošlite špecifikáciu drôtu alebo pásky, výkres balenia, materiály podložiek, požiadavky na slučku a cieľovú produkciu prostredníctvomKontaktná stránka All-SMT.