Máy hàn bi, máy hàn nêm và máy hàn dây nặng: Hướng dẫn lựa chọn

Việc lựa chọn máy hàn dây bắt đầu từ việc xác định loại kết nối mà sản phẩm cần, chứ không phải từ thương hiệu máy ưa thích. Máy hàn bi, máy hàn dây mảnh và máy hàn dây dày sử dụng các công cụ, hệ thống điều khiển dây và điều kiện quy trình khác nhau, ngay cả khi cả ba đều được mô tả chung là thiết bị hàn dây.

Sự phân biệt này cũng chính xác hơn so với ba thuật ngữ được nêu ra. Hàn dây dẫn dày thường là một ứng dụng hàn kiểu nêm-nêm được thiết kế xung quanh các dây dẫn nhôm hoặc đồng lớn hơn, dây dẹt và các kết nối có dòng điện cao hơn. Nó không nên được coi là một nguyên tắc hàn hoàn toàn riêng biệt so với hàn kiểu nêm.

Để hiểu rõ hơn về thiết bị hàn dây và các bước quy trình cơ bản, hãy xem lại tài liệu sau:hướng dẫn công nghệ máy hàn dâyBài viết này tập trung vào việc lựa chọn hướng thiết bị phù hợp cho một gói sản phẩm và yêu cầu sản xuất cụ thể.

Bắt đầu với Yêu cầu kết nối

Không thể xác định chính xác loại máy móc chỉ dựa vào tên bao bì. Hai sản phẩm được mô tả là thiết bị điện, cảm biến hoặc mô-đun bán dẫn có thể yêu cầu vật liệu dây dẫn, hình dạng mối nối và hệ thống sản xuất rất khác nhau.

Các yêu cầu này cần được xác định trước khi so sánh từng mô hình riêng lẻ. Một máy hỗ trợ đúng loại dây dẫn vẫn có thể không phù hợp do diện tích hàn, bộ kẹp phôi, hệ thống tự động hóa, khả năng tạo vòng lặp hoặc cấu hình phần mềm của nó.

Máy hàn bi ưu tiên năng suất và tính linh hoạt của dây dẫn mảnh.

Phương pháp hàn bi thường tạo ra một quả cầu khí ở đầu sợi dây mảnh bằng hệ thống tắt lửa điện tử. Một ống mao dẫn bằng gốm sẽ đặt quả cầu vào vị trí hàn đầu tiên, tạo thành vòng dây và hoàn thành kết nối bằng mối hàn khâu ở vị trí thứ hai.

Công nghệ hàn bi hiện đại thường gắn liền với dây vàng và đồng mảnh, bao bì bán dẫn mật độ cao và sản xuất tự động. Tùy thuộc vào máy móc và quy trình đóng gói, các ứng dụng có thể bao gồm:

• Mạch tích hợp logic, bộ nhớ và tương tự

• Các thiết bị bán dẫn rời rạc

• Các gói LED và quang điện tử

• Gói chip xếp chồng và đa chip

• Thiết kế hệ thống trong gói và kết nối mật độ cao

• Lắp ráp khung dẫn và đế với số lượng lớn

Lý do cần đánh giá máy hàn bi

• Sản lượng cao rất quan trọng.

• Bao bì sử dụng dây vàng hoặc đồng nguyên chất.

• Cách bố trí dây dẫn này yêu cầu các dây phải tỏa ra nhiều hướng.

• Sản phẩm này có số lượng liên kết lớn trên mỗi thiết bị.

• Cần phải lắp ráp các gói linh kiện có khoảng cách chân nhỏ và mật độ cao.

• Việc tự động hóa quy trình xử lý nguyên liệu và kiểm soát công thức sản xuất số lượng lớn là những ưu tiên hàng đầu.

Ống mao dẫn mang lại tính linh hoạt định hướng đáng kể vì dụng cụ tròn có thể tạo thành các vòng hướng tới các vị trí liên kết thứ cấp khác nhau mà không yêu cầu bản thân liên kết phải tuân theo hướng hình nêm.

Các điều kiện vẫn cần xác minh

Sự hiện diện của đầu hàn bi không đảm bảo tính tương thích với mọi loại dây hàn mảnh. Việc lựa chọn máy vẫn cần xem xét các yếu tố sau:

• Vật liệu và đường kính dây được hỗ trợ

• Hệ thống EFO và sự ổn định của quả bóng trong không khí tự do

• Hình dạng mao dẫn và khe hở dụng cụ

• Yêu cầu về khoảng cách giữa các tấm và vị trí liên kết

• Chiều cao vòng lặp, khoảng cách và hình dạng khuôn xếp chồng

• Hỗ trợ nhiệt độ và đóng gói cho người lao động

• Khả năng chịu tải của dây đồng và các yêu cầu về khí bảo vệ (nếu có).

• Định dạng trình xử lý, khung chì hoặc chất nền

Do đó, máy hàn bi tốc độ cao có thể là loại máy phù hợp nhưng vẫn cần đầu hàn, giá đỡ phôi, ống mao dẫn hoặc tùy chọn phần mềm khác nhau cho gói sản phẩm dự định sử dụng.

Máy hàn nêm dây mảnh hỗ trợ các vòng dây ngắn và hàn định hướng.

Phương pháp hàn nêm sử dụng một dụng cụ hình nêm để ép dây dẫn vào bề mặt cần hàn, đồng thời năng lượng siêu âm và lực sẽ tạo ra sự kết nối. Quá trình này thường tạo ra các mối hàn nêm ở cả hai đầu dây dẫn và không cần tạo hình cầu bằng không khí.

Phương pháp hàn nối bằng dây mảnh có thể sử dụng dây nhôm, vàng hoặc đồng, tùy thuộc vào máy móc, dụng cụ và quy trình. Phương pháp này thường được đánh giá cao khi hình dạng gói linh kiện, giới hạn nhiệt hoặc hình dạng đường dẫn liên kết khiến phương pháp hàn nối bằng dây mảnh phù hợp hơn so với phương pháp hàn nối bằng bi thông thường.

Lý do cần đánh giá máy hàn nêm dây mảnh

• Gói phần mềm này yêu cầu số vòng lặp rất thấp hoặc rất ngắn.

• Khoảng không gian phía trên kiện hàng bị hạn chế.

• Ứng dụng này sử dụng dây nhôm mảnh.

• Phương pháp hàn siêu âm ở nhiệt độ thấp được ưu tiên hơn.

• Cấu trúc liên kết đòi hỏi các liên kết hình nêm kéo dài.

• Dây cáp dẹt là cần thiết cho kết nối tần số vô tuyến (RF) hoặc tần số cao.

• Sản phẩm là một mạch lai, cảm biến, thiết bị MEMS, mô-đun RF hoặc cụm vi điện tử chuyên dụng.

Tính định hướng của dụng cụ tạo mối hàn dạng nêm là một yếu tố thiết kế quan trọng. Dụng cụ, đầu hàn hoặc phôi phải được định hướng theo đường đi của dây hàn. Điều này có thể giúp kiểm soát tốt hướng hàn và hình dạng mỏng, nhưng cũng có thể ảnh hưởng đến thời gian chu kỳ và cấu trúc máy.

Bước ren nhỏ không nhất thiết có nghĩa là liên kết kiểu nêm.

Cả máy hàn bi và máy hàn nêm hiện đại đều có thể hỗ trợ các ứng dụng có bước ren nhỏ trong điều kiện thích hợp. Sự lựa chọn đúng đắn phụ thuộc vào toàn bộ hình dạng hình học.

Phương pháp hàn bi vẫn có thể được ưu tiên khi công suất cao và khả năng phân nhánh đa hướng là yếu tố quan trọng hơn. Phương pháp hàn nêm có thể trở nên hấp dẫn hơn khi chiều cao vòng lặp thấp, các mối hàn hẹp và dài, khả năng tiếp cận sâu, vật liệu dây dẫn hoặc hướng của dải ruy băng là những yếu tố quyết định thiết kế.

Máy hàn dây dẫn dày dùng trong các kết nối điện và dòng điện cao.

Máy hàn dây dẫn cỡ lớn thường là hệ thống siêu âm dạng nêm-nêm được cấu hình cho dây dẫn hoặc dải dây có kích thước lớn hơn. Đầu hàn, bộ chuyển đổi, dẫn hướng dây, kẹp, dao cắt và giá đỡ phôi được thiết kế để chịu tải trọng cơ học khác biệt đáng kể so với hệ thống hàn dây dẫn cỡ nhỏ.

Các hướng vật liệu thông thường bao gồm dây tròn nhôm hoặc đồng và dải nhôm hoặc đồng. Phạm vi vật liệu được hỗ trợ thực tế phụ thuộc vào đầu hàn và cấu hình máy.

Các ứng dụng điển hình của dây dẫn dày

• Mô-đun bán dẫn công suất

• Lắp ráp thiết bị IGBT và SiC

• Bộ biến tần kéo ô tô

• bộ chuyển đổi DC/DC và điện tử công suất công nghiệp

• Kết nối giữa mô-đun pin và các tế bào pin

• Các thiết bị rời rạc dòng điện cao

• Mạch lai điện

• Các kết nối bằng đồng hoặc nhôm diện tích lớn

Lý do cần đánh giá máy hàn dây dẫn cỡ lớn

• Dây dẫn kết nối phải chịu được dòng điện cao hơn so với dây dẫn mảnh thông thường.

• Thiết kế này yêu cầu dây nhôm hoặc đồng dày.

• Dây cáp dẹt là cần thiết để tăng diện tích kết nối hoặc hỗ trợ thiết kế điện cụ thể.

• Gói sản phẩm này có diện tích tiếp xúc lớn hoặc định dạng mô-đun nguồn.

• Quy trình này yêu cầu nhiều dây dẫn hoặc dải dẫn song song.

• Độ bền cơ học dưới tác động của nhiệt và rung động là rất quan trọng.

• Dây chuyền sản xuất cần có hệ thống tự động xử lý mô-đun, khung dẫn điện hoặc pin.

Việc lựa chọn thiết bị hàn dây dẫn nặng không chỉ dựa trên định mức dòng điện của thiết bị cuối cùng. Máy móc cũng phải phù hợp với kích thước miếng đệm, vật liệu bề mặt, độ biến dạng của dây dẫn, công suất siêu âm, giá đỡ phôi, độ cứng của bao bì và phương pháp kiểm tra độ bám dính yêu cầu.

So sánh ba hướng thiết bị

Bảng này xác định hướng thiết bị dự kiến. Nó không thay thế cho việc xem xét ứng dụng, vì các máy móc riêng lẻ trong cùng một loại có thể có diện tích hàn, phạm vi dây dẫn, chức năng tự động hóa và giám sát chất lượng rất khác nhau.

Chỉ riêng chất liệu dây dẫn không thể quyết định loại máy.

Những phát biểu như “chúng tôi sử dụng dây đồng” hoặc “sản phẩm này yêu cầu dây nhôm” là không đủ để lựa chọn máy móc.

Đồng có thể xuất hiện trong các ứng dụng hàn bi dây mảnh, hàn nêm dây mảnh hoặc các ứng dụng hàn điện dây dày. Nhôm thường được sử dụng trong hàn nêm, nhưng đường kính và hình dạng bao bì cần thiết sẽ quyết định liệu dự án cần hệ thống dây mảnh hay nền tảng sản xuất dây dày.

Đối với mỗi loại dây hoặc ruy băng được đề xuất, hãy xác nhận:

• Vật liệu và hợp kim

• Đường kính hoặc chiều rộng và độ dày của dải ruy băng

• Loại ống cuộn và bố trí cấp liệu

• Hình dạng công cụ cần thiết

• Vật liệu tiếp điểm và đầu nối

• Dải tần số siêu âm và năng lượng xử lý

• Hình học dạng vòng lặp hoặc đường ruy băng

• Hành vi kéo, cắt hoặc bóc tách dự kiến

Danh sách máy móc chỉ đề cập đến loại kim loại chính xác nhưng không nêu rõ kích thước hỗ trợ, đầu hàn và dụng cụ thì không đầy đủ cho mục đích lựa chọn.

Hình dạng bao bì có thể ghi đè lên quy tắc ứng dụng chung.

Các nhãn ứng dụng điển hình rất hữu ích nhưng không phải là tuyệt đối. Một sản phẩm liên quan đến nguồn điện không nhất thiết phải cần máy hàn dây dẫn dày, và một gói IC không nhất thiết phải cần phương pháp hàn bi.

Đánh giá thiết kế vật lý:

• Liệu dụng cụ hàn có thể tiếp cận mọi điểm nối mà không chạm vào các cấu trúc lân cận không?

• Dây dẫn có cần phải tỏa ra nhiều hướng không?

• Liệu khoảng không gian thẳng đứng hiện có đủ cho vòng lặp dự kiến ​​không?

• Mối nối có cần hình nêm kéo dài không?

• Hướng đặt dải ruy băng có quan trọng đối với thiết kế điện không?

• Giá đỡ phôi có thể giữ cố định kiện hàng trong quá trình hàn siêu âm không?

• Vùng cần hàn có nằm trong phạm vi chuyển động của máy không?

• Sản phẩm này yêu cầu một dây dẫn cho mỗi kết nối hay nhiều dây dẫn song song?

Câu trả lời có thể thay đổi quy trình đã chọn ngay cả khi loại vật liệu và sản phẩm ban đầu chỉ ra một hướng khác.

Yêu cầu sản xuất quyết định cấu hình máy.

Sau khi lựa chọn quy trình liên kết, hãy so sánh cách máy móc sẽ hoạt động trong quá trình sản xuất.

Phòng thí nghiệm phát triển có thể ưu tiên khả năng truy cập thủ công, tính linh hoạt của quy trình và đầu hàn có thể thay thế. Dây chuyền sản xuất hàng loạt IC có thể ưu tiên tốc độ hàn bi và xử lý tự động. Dây chuyền sản xuất mô-đun nguồn hoặc pin có thể yêu cầu khu vực làm việc rộng, đầu hàn dây nặng, đồ gá chắc chắn và tự động hóa chuyên dụng cho từng sản phẩm.

Trình tự lựa chọn máy hàn dây thực tế

1. Xác định kết nối điện.Xác định các yêu cầu về dòng điện, tần số, điện trở và độ tin cậy.

2. Chọn hướng của dây hoặc dải ruy băng.Xác định vật liệu, tiết diện và số lượng các mối nối.

3. Kiểm tra bề mặt liên kết.Xác nhận vị trí tiếp xúc với chip, đầu nối, khung dẫn hoặc lớp kim loại phủ trên chất nền.

4. Lập bản đồ hình học của gói hàng.Ghi lại khoảng cách giữa các điểm tiếp xúc, vị trí tiếp cận dụng cụ, chiều cao vòng lặp, hướng liên kết và khu vực làm việc.

5. Xác nhận ngân sách nhiệt.Xác định xem bao bì có đáp ứng được quy trình gia nhiệt hoặc nhiệt độ thấp cần thiết hay không.

6. Hãy chọn phương pháp liên kết.So sánh phương pháp hàn bi, hàn nêm dây mảnh và hàn nêm dây dày với phương pháp kết nối liên mạch đã được định nghĩa.

7. Chọn cấu hình máy.Kiểm tra đầu hàn, đường dẫn dây, dụng cụ, giá đỡ phôi, hệ thống thị giác máy tính, bộ phận điều khiển và phần mềm.

8. Kiểm tra các vật liệu đại diện.Trình bày trình tự liên kết dự định, vòng lặp và kết quả liên kết có thể đo được.

9. Kiểm tra độ phù hợp của sản phẩm.Xác nhận các yêu cầu về đầu ra, chuyển đổi, tự động hóa, dữ liệu và hỗ trợ.

10. Kiểm tra kỹ máy móc cụ thể.Đối với thiết bị đã qua sử dụng, hãy liên kết cấu hình đã cài đặt và bằng chứng kiểm tra với số sê-ri của máy.

Trình tự này giúp giảm nguy cơ lựa chọn một thương hiệu hoặc mẫu máy quen thuộc trước khi yêu cầu liên kết thực tế được xác định.

Khi cần sử dụng nhiều hơn một loại máy hàn

Một số sản phẩm có nhiều hơn một yêu cầu kết nối. Một dòng sản phẩm có thể sử dụng phương pháp hàn dây mảnh cho các kết nối tín hiệu trong khi một sản phẩm nguồn liên quan lại sử dụng dây nhôm dày hoặc dải ruy băng.

Không nên cho rằng một máy duy nhất có thể đáp ứng cả hai hướng hàn trừ khi nó có cấu trúc đầu hàn có thể thay thế đã được kiểm chứng và có đầy đủ các thiết bị hỗ trợ như hệ thống cấp dây, dụng cụ, kẹp phôi và phần mềm. Ngay cả khi đó, thời gian chuyển đổi, hiệu chuẩn và khối lượng sản xuất có thể khiến việc sử dụng các máy riêng biệt trở nên thiết thực hơn.

Do đó, các danh mục sản phẩm hỗn hợp nên được xem xét theo từng nhóm quy trình thay vì chọn một máy hàn dây đa năng cho mọi gói sản phẩm.

Câu hỏi thường gặp về máy hàn bi, nêm và dây dẫn dày

Máy hàn dây dẫn dày có khác gì máy hàn nêm không?

Máy hàn dây dẫn cỡ lớn thường là một hệ thống hàn kiểu nêm-nêm chuyên dụng. Nó sử dụng đầu hàn, bộ chuyển đổi, đường dẫn dây và dao cắt được thiết kế cho dây dẫn hoặc dải dây có kích thước lớn hơn và thường được ứng dụng trong các sản phẩm điện năng và dòng điện cao.

Phương pháp ghép bi có luôn nhanh hơn phương pháp ghép nêm không?

Phương pháp hàn bi thường được ưa chuộng cho sản xuất dây mảnh tốc độ cao, nhưng sản lượng thực tế phụ thuộc vào loại bao bì, số lượng mối hàn, chương trình vòng lặp, mức độ tự động hóa máy móc và yêu cầu kiểm tra. Tốc độ tối đa được công bố không nên thay thế cho việc xem xét chu trình cụ thể của từng sản phẩm.

Máy hàn nêm có thể sử dụng dây vàng không?

Đúng vậy, các hệ thống nêm phù hợp có thể sử dụng dây vàng, nhưng phương thức liên kết, nhiệt độ, dụng cụ nêm và cấu hình máy phải phù hợp với loại dây và bề mặt liên kết đã chọn.

Liệu các sản phẩm bán dẫn công suất có nhất thiết phải luôn sử dụng dây dẫn dày?

Không. Phương pháp kết nối phù hợp phụ thuộc vào dòng điện, thiết kế bao bì, kích thước chân kết nối, đặc tính nhiệt và yêu cầu về độ tin cậy. Một số thiết bị liên quan đến nguồn điện có thể sử dụng dây dẫn mảnh, dây dẹt, kẹp hoặc công nghệ kết nối khác.

Một máy có thể hàn cả dây mảnh và dây dày được không?

Một số hệ thống linh hoạt hoặc hệ thống phát triển cung cấp đầu hàn có thể thay thế, nhưng khả năng này cần được xác minh trên chính máy đó. Không thể cho rằng đầu hàn dây mảnh có thể xử lý dây dày chỉ vì cả hai đều sử dụng phương pháp hàn nêm.

Khuyến nghị cuối cùng

Hãy chọn quy trình hàn trước khi chọn kiểu máy. Máy hàn bi thường là lựa chọn tốt nhất cho việc đóng gói bán dẫn dây mảnh tốc độ cao. Máy hàn nêm dây mảnh trở nên quan trọng khi thiết kế yêu cầu ít vòng lặp, liên kết định hướng, xử lý ở nhiệt độ thấp hoặc vật liệu chuyên dụng. Máy hàn dây dày và hàn dải băng phục vụ các ứng dụng điện, ô tô, pin và dòng điện cao, đòi hỏi kết nối lớn hơn và hệ thống hàn nêm mạnh mẽ hơn.

Sau khi xác định được hướng quy trình chính xác, hãy so sánh các phương án khả thi.thiết bị hàn dâyDựa trên đầu hàn chính xác, phạm vi dây dẫn, dụng cụ, giá đỡ phôi, khả năng tự động hóa và kiểm tra. Để thảo luận về một gói sản phẩm hoặc một máy móc cụ thể, vui lòng gửi thông số kỹ thuật dây dẫn hoặc ruy băng, bản vẽ gói sản phẩm, vật liệu đệm, yêu cầu vòng lặp và mục tiêu sản xuất thông qua...Trang liên hệ All-SMT.