Jaké je připojení vodičů na desce plošných spojů?

Co je to Wire Bonding?

Drátové spojování je kritickou technikou ve výrobě polovodičů pro připojení integrovaných obvodů (IC) k elektrickým spotřebičům a mezi deskami plošných spojů. Vyniká svou hospodárností a trvanlivostí při vytváření propojení. Při použití svařovacích metod a různých technik zahrnuje spojování drátů přesné připojení kovových drátů k čipům, což vyžaduje vysokou technologickou odbornost k zajištění přesných a odolných spojení. Evoluce spojování drátů se zabývala omezeními starších metod spojování pájením, čímž se zvýšila spolehlivost a výkon polovodičových systémů.

Spojování vodičů mění požadavky na desky plošných spojů týkající se povrchové úpravy kontaktních plošek, čistoty, vůle dutin a manipulace s pouzdrem, takže by mělo být specifikováno společně s... Povrchová úprava DPS výběr a u zařízení s jemným tónovým roztečem pokročilá montáž balíčků řízení.

Jaké jsou aplikace?

Mobily

Při výrobě mobilních telefonů nabízí spojování drátů, zejména u bateriových sad, výhody oproti tradičnímu bodovému svařování. Tato technika využívající ultrazvukovou energii umožňuje spolehlivější a méně poškozující spojení mezi články baterie, čímž se prodlužuje životnost a výkon baterie. Řeší omezení bodového svařování, jako jsou potenciální zkraty a nepříznivé účinky na systém řízení baterie (BMS) v důsledku vysokých teplot a uvolněných spojů, díky čemuž je spojování drátů preferovanou volbou pro montáž bateriových sad v průmyslu.

Automobilový průmysl

V elektrických vozidlech se v systémech správy baterií používá drátové propojení k propojení jednotlivých článků baterie, což zajišťuje efektivní distribuci a správu energie.
U sady baterií elektrických vozidel zahrnuje připojení válcových článků k přípojnici v bateriích různé techniky, jako je spojování drátů, laserové svařování a bodové svařování. Drátové spojování pomocí ultrazvukové energie vytváří silnou atomovou vazbu odstraněním oxidové vrstvy na hliníku, čímž se zvyšuje spolehlivost spojení. Tato metoda je zvláště výhodná pro optimalizaci procesu využitím samoomezující povahy oxidu hlinitého, což zajišťuje účinný přenos elektronů pro trvanlivá spojení.

Lékařské přístroje:

U kardiostimulátorů spojuje propojení vodičů řídicí obvody zařízení se zdrojem napájení a snímacími elektrodami, což je zásadní pro spolehlivý provoz. V lékařských zařízeních je spojování drátů zásadní pro implantabilní zařízení, jako jsou kardiostimulátory a defibrilátory. Tato zařízení se spoléhají na drátové propojení pro připojení křemíkového čipu v zařízení k jeho napájecímu zdroji a výstupním svorkám. To zajišťuje, že zařízení může přesně monitorovat srdeční rytmy a v případě potřeby dodávat elektrické impulzy se spolehlivostí a přesností, která je kritická pro bezpečnost pacienta a životnost zařízení.

Letectví:

V satelitech se drátové spojování používá k připojení polí solárních článků k systémům řízení spotřeby, což je nezbytné pro napájení v kosmických podmínkách. V letectví se spojování drátů používá v satelitních systémech, zejména pro připojení solárních panelů k systému řízení spotřeby. To zajišťuje efektivní přenos energie ze solárních panelů do systémů satelitu, což je klíčové pro dlouhodobý provoz satelitu v drsném prostředí vesmíru, kde je spolehlivost a životnost prvořadá.

Pro související výrobní rozhodnutí Highleap také dokumentuje podpora výroby elektroniky a součástky desek plošných spojů, což může pomoci předejít nejasným poznámkám v balíčku cenové nabídky.

Výhoda drátového spojení

Přesnost pro malé součástky.
Vyšší hustota připojení bez dalšího místa na desce plošných spojů.
Snížené tepelné namáhání citlivých součástí.
Zvýšená spolehlivost pro vysoce výkonné aplikace.
Ideální pro připojení integrovaných obvodů přímo k sobě navzájem nebo k desce plošných spojů ve stísněných prostorech.

Hlavním účelem spojování drátů v technologii, zejména v oblasti vysokofrekvenčních aplikací PCB (nad GHz), je zajistit spolehlivé a odolné spojení mezi čipy a konektory. Je zásadní pro zachování integrity signálů a napěťových impulzů, které jsou v moderní elektronice zásadní. Wire bonding podporuje komunikaci mezi komponenty v reálném čase, minimalizuje zkreslení signálu a usnadňuje vysokorychlostní přenos dat. Díky tomu je nepostradatelný v odvětvích, jako je výroba elektromobilů, kde jsou prvořadé výkon a spolehlivost.

Metody lepení drátů

• Termozvukové lepení: Kombinuje teplo, ultrazvukovou energii a sílu k připojení drátů, obvykle zlata nebo mědi, k substrátu. Je to nejběžnější metoda, široce používaná v balení polovodičů.
• Ultrazvukové lepení: Používá ultrazvukové vibrace bez vnějšího tepla (nebo minimálního tepla) k lepení hliníkových drátů, ideální pro citlivé součásti.
• Termokompresní lepení: Spoléhá na teplo a sílu k dosažení spojení bez ultrazvukové energie, vhodné pro specifické aplikace, kde mohou být ultrazvukové vibrace škodlivé.

Běžné materiály používané při spojování drátů

• Zlato (Au): Preferováno pro svou vynikající vodivost, odolnost proti korozi a tažnost, díky čemuž je vhodné pro termosonické spojování.
• Hliník (Al): Široce používaný pro svou dobrou elektrickou vodivost a nižší cenu, vhodný pro ultrazvukové a termokompresní spojování.
• Měď (Cu): Nabízí vynikající elektrickou a tepelnou vodivost ve srovnání s hliníkem a je stále více používána pro svou mechanickou pevnost, i když vyžaduje opatrné zacházení kvůli oxidaci.

Běžné materiály používané při spojování drátů

• Zlato (Au): Preferováno pro svou vynikající vodivost, odolnost proti korozi a tažnost, díky čemuž je vhodné pro termosonické spojování.
• Hliník (Al): Široce používaný pro svou dobrou elektrickou vodivost a nižší cenu, vhodný pro ultrazvukové a termokompresní spojování.
• Měď (Cu): Nabízí vynikající elektrickou a tepelnou vodivost ve srovnání s hliníkem a je stále více používána pro svou mechanickou pevnost, i když vyžaduje opatrné zacházení kvůli oxidaci.

Proces spojování drátů

• Tvorba kuličky: Na konci drátu se pomocí plamene nebo elektronického výboje vytvoří malá kulička.
• Zarovnání: Drát je zarovnán s připojovací podložkou na čipu nebo substrátu.
• Lepení: Kulička se přitlačí na podložku pomocí tepla, ultrazvukové energie nebo obojího.
• Tvorba smyčky: Drát je smyčkován k dalšímu spojovacímu bodu, aby byla zachována flexibilita a sníženo napětí.
• Druhé vytvoření vazby: Drát je připojen k další podložce a přebytečný drát je odříznut.

Výzva pro lepení drátů

Pro spolehlivost drátěného spoje je zásadní porozumění aplikaci a faktorům prostředí. Faktory jako zvýšená teplota, vlhkost a teplotní cykly mohou vést k poruchám v důsledku problémů, jako je tvorba intermetalických sloučenin, koroze (včetně galvanické koroze v systémech Au-Al) a termomechanické namáhání způsobené nesouladem CTE. Tyto výzvy vyžadují komplexní pochopení kovových systémů a dopadů na životní prostředí, aby se zvýšila trvanlivost a výkon drátěného spoje.