¿Qué es la unión de cables en la PCB?

¿Qué es la unión de cables?

La unión de cables es una técnica fundamental en la fabricación de semiconductores para conectar circuitos integrados (CI) a aparatos eléctricos y entre PCB. Destaca por su rentabilidad y durabilidad en la realización de interconexiones. Utilizando métodos de soldadura y diversas técnicas, la unión de cables implica unir con precisión cables metálicos a chips, lo que requiere una alta experiencia tecnológica para garantizar conexiones precisas y duraderas. La evolución de la unión de cables ha abordado las limitaciones de los métodos de unión por soldadura más antiguos, mejorando la confiabilidad y el rendimiento de los sistemas semiconductores.

La unión de cables cambia los requisitos de PCB en cuanto al acabado de las almohadillas, la limpieza, el espacio libre de las cavidades y la manipulación del paquete, por lo que debe especificarse junto con Acabado de superficie de PCB selección y, para dispositivos de paso fino, ensamblaje de paquetes avanzados controles

¿Cuáles son las aplicaciones?

Móviles

En la fabricación de teléfonos móviles, la unión de cables, especialmente para paquetes de baterías, ofrece ventajas sobre la soldadura por puntos tradicional. Esta técnica, que utiliza energía ultrasónica, permite conexiones más confiables y menos dañinas entre las celdas de la batería, lo que mejora la vida útil y el rendimiento de la batería. Aborda las limitaciones de la soldadura por puntos, como posibles cortocircuitos y efectos adversos en el sistema de gestión de baterías (BMS) debido a altas temperaturas y conexiones sueltas, lo que hace que la unión de cables sea la opción preferida para ensamblar paquetes de baterías en la industria.

Motorium

En los vehículos eléctricos, la unión de cables se utiliza en los sistemas de gestión de baterías para conectar celdas de batería individuales, lo que garantiza una distribución y gestión eficiente de la energía.
Para el paquete de baterías de vehículos eléctricos, conectar celdas cilíndricas a una barra colectora en baterías implica diversas técnicas como unión de cables, soldadura láser y soldadura por puntos. La unión de cables, que utiliza energía ultrasónica, forma un enlace atómico fuerte al eliminar la capa de óxido del aluminio, lo que mejora la confiabilidad de la conexión. Este método es particularmente beneficioso para optimizar el proceso al aprovechar la naturaleza autolimitante del óxido de aluminio, lo que garantiza una transferencia efectiva de electrones para conexiones duraderas.

Dispositivos médicos:

En el caso de los marcapasos, la unión de cables conecta el circuito de control del dispositivo a su fuente de alimentación y a los electrodos sensores, algo fundamental para un funcionamiento fiable. En los dispositivos médicos, la unión de cables es crucial para dispositivos implantables como marcapasos y desfibriladores. Estos dispositivos se basan en la unión de cables para conectar el chip de silicio dentro del dispositivo a su fuente de alimentación y terminales de salida. Esto garantiza que el dispositivo pueda monitorear los ritmos cardíacos con precisión y entregar impulsos eléctricos cuando sea necesario, con confiabilidad y precisión críticas para la seguridad del paciente y la longevidad del dispositivo.

Aeroespacial:

En los satélites, la unión de cables se utiliza para conectar conjuntos de células solares a los sistemas de gestión de energía, esenciales para el suministro de energía en condiciones espaciales. En el sector aeroespacial, la unión de cables se utiliza en sistemas satelitales, particularmente para conectar paneles solares al sistema de administración de energía. Esto garantiza una transferencia eficiente de energía desde los paneles solares a los sistemas del satélite, crucial para el funcionamiento a largo plazo del satélite en el duro entorno del espacio, donde la fiabilidad y la durabilidad son primordiales.

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Ventaja de la unión de cables

Precisión para componentes pequeños.
Mayor densidad de conexión sin espacio adicional en PCB.
Reducción del estrés térmico en componentes sensibles.
Fiabilidad mejorada para aplicaciones de alto rendimiento.
Ideal para conectar circuitos integrados directamente entre sí o a la PCB en espacios reducidos.

El objetivo principal de la unión de cables en tecnología, especialmente en el ámbito de aplicaciones de PCB de alta frecuencia (por encima de GHz), es garantizar conexiones confiables y duraderas entre chips y conectores. Es crucial para mantener la integridad de las señales y los pulsos de voltaje, esenciales en la electrónica moderna. La unión de cables admite la comunicación en tiempo real entre componentes, minimizando la distorsión de la señal y facilitando la transferencia de datos a alta velocidad. Esto lo hace indispensable en sectores como la fabricación de vehículos eléctricos, donde el rendimiento y la confiabilidad son primordiales.

Métodos para unir cables

• Unión termosónica: combina calor, energía ultrasónica y fuerza para unir cables, generalmente de oro o cobre, al sustrato. Es el método más común y se utiliza ampliamente en el embalaje de semiconductores.
• Unión ultrasónica: utiliza vibraciones ultrasónicas sin aplicar calor externo (o calor mínimo) para unir cables de aluminio, ideal para componentes sensibles.
• Unión por termocompresión: depende del calor y la fuerza para lograr la unión, sin energía ultrasónica, adecuada para aplicaciones específicas donde las vibraciones ultrasónicas pueden ser perjudiciales.

Materiales comunes utilizados en la unión de cables.

• Oro (Au): preferido por su excelente conductividad, resistencia a la corrosión y ductilidad, lo que lo hace adecuado para la unión termosónica.
• Aluminio (Al): Ampliamente utilizado por su buena conductividad eléctrica y menor costo, apto para unión por ultrasonidos y termocompresión.
• Cobre (Cu): Ofrece una conductividad eléctrica y térmica superior en comparación con el aluminio y se utiliza cada vez más por su resistencia mecánica, aunque requiere un manejo cuidadoso debido a la oxidación.

Materiales comunes utilizados en la unión de cables.

• Oro (Au): preferido por su excelente conductividad, resistencia a la corrosión y ductilidad, lo que lo hace adecuado para la unión termosónica.
• Aluminio (Al): Ampliamente utilizado por su buena conductividad eléctrica y menor costo, apto para unión por ultrasonidos y termocompresión.
• Cobre (Cu): Ofrece una conductividad eléctrica y térmica superior en comparación con el aluminio y se utiliza cada vez más por su resistencia mecánica, aunque requiere un manejo cuidadoso debido a la oxidación.

El proceso de unión de cables

• Formación de bolas: se forma una pequeña bola en el extremo del cable mediante una llama o una descarga electrónica.
• Alineación: el cable se alinea con la almohadilla de unión en el chip o sustrato.
• Unión: la bola se presiona contra la almohadilla mediante calor, energía ultrasónica o ambos.
• Formación de bucle: el cable se enrolla hasta el siguiente punto de unión para mantener la flexibilidad y reducir la tensión.
• Segunda formación de unión: el cable se une a la siguiente almohadilla y se corta el exceso de cable.

El desafío de la unión de cables

Comprender la aplicación y los factores ambientales es crucial para la confiabilidad de la unión de cables. Factores como la temperatura elevada, la humedad y los ciclos de temperatura pueden provocar fallas debido a problemas como la formación de compuestos intermetálicos, la corrosión (incluida la corrosión galvánica en los sistemas Au-Al) y el estrés termomecánico debido a los desajustes de CTE. Estos desafíos requieren una comprensión integral de los sistemas metálicos y los impactos ambientales para mejorar la durabilidad y el rendimiento de la unión de cables.