Wat is de draadverbinding op de printplaat?

Wat is draadverbinding?

Wire bonding is een cruciale techniek bij de productie van halfgeleiders voor het verbinden van geïntegreerde schakelingen (IC's) met elektrische apparaten en tussen PCB's. Het valt op door zijn kosteneffectiviteit en duurzaamheid bij het maken van interconnecties. Door gebruik te maken van lasmethoden en verschillende technieken, omvat draadverbinden het nauwkeurig bevestigen van metaaldraden aan spanen, waardoor hoogwaardige technologische expertise vereist is om nauwkeurige en duurzame verbindingen te garanderen. De evolutie van draadverbindingen heeft de beperkingen van oudere soldeerverbindingsmethoden aangepakt, waardoor de betrouwbaarheid en prestaties van halfgeleidersystemen zijn verbeterd.

Draadverbindingen veranderen de eisen aan de printplaat met betrekking tot de afwerking van de pads, de reinheid, de ruimte tussen de componenten en de behuizing, en de verwerking ervan. Daarom moet dit worden gespecificeerd in combinatie met de selectie van de oppervlakteafwerking van de printplaat en, voor componenten met een fijne pitch, geavanceerde controles voor de assemblage van de behuizing.

Wat zijn de applicaties?

mobiele telefoons

Bij de productie van mobiele telefoons biedt draadverlijming, vooral voor batterijpakketten, voordelen ten opzichte van traditioneel puntlassen. Deze techniek, waarbij gebruik wordt gemaakt van ultrasone energie, maakt betrouwbaardere en minder schadelijke verbindingen tussen batterijcellen mogelijk, waardoor de levensduur en prestaties van de batterij worden verbeterd. Het pakt de beperkingen van puntlassen aan, zoals potentiële kortsluitingen en nadelige effecten op het batterijmanagementsysteem (BMS) als gevolg van hoge temperaturen en losse verbindingen, waardoor draadverbindingen de voorkeur genieten voor het assembleren van batterijpakketten in de industrie.

Automobielsector

In elektrische voertuigen wordt wire bonding gebruikt in batterijbeheersystemen om individuele batterijcellen met elkaar te verbinden, waardoor een efficiënte stroomverdeling en -beheer wordt gegarandeerd.
Voor het accupakket van elektrische voertuigen omvat het verbinden van cilindrische cellen met een stroomrail in batterijen verschillende technieken, zoals draadverbindingen, laserlassen en puntlassen. Wire bonding, waarbij gebruik wordt gemaakt van ultrasone energie, vormt een sterke atomaire binding door de oxidelaag op aluminium te verwijderen, waardoor de betrouwbaarheid van de verbinding wordt vergroot. Deze methode is vooral nuttig voor het optimaliseren van het proces door gebruik te maken van de zelflimiterende aard van aluminiumoxide, waardoor een effectieve elektronenoverdracht voor duurzame verbindingen wordt gegarandeerd.

Medische apparaten:

Bij pacemakers verbindt wire bonding de besturingscircuits van het apparaat met de stroombron en detectie-elektroden, wat van cruciaal belang is voor een betrouwbare werking. Bij medische apparaten is draadverbinding cruciaal voor implanteerbare apparaten zoals pacemakers en defibrillatoren. Deze apparaten zijn afhankelijk van wire bonding voor het verbinden van de siliciumchip in het apparaat met de stroombron en uitgangsterminals. Dit zorgt ervoor dat het apparaat hartritmes nauwkeurig kan monitoren en elektrische impulsen kan afgeven wanneer dat nodig is, waarbij betrouwbaarheid en precisie van cruciaal belang zijn voor de patiëntveiligheid en de levensduur van het apparaat.

Aerospace:

In satellieten wordt wire bonding gebruikt om zonnecelarrays te verbinden met de energiebeheersystemen, essentieel voor de stroomvoorziening in ruimteomstandigheden. In de lucht- en ruimtevaart wordt wire bonding gebruikt in satellietsystemen, met name voor het aansluiten van zonnepanelen op het energiebeheersysteem. Dit zorgt voor een efficiënte energieoverdracht van de zonnepanelen naar de systemen van de satelliet, wat cruciaal is voor de langdurige werking van de satelliet in de barre omgeving van de ruimte waar betrouwbaarheid en duurzaamheid voorop staan.

Voor gerelateerde productiebeslissingen documenteert Highleap ook de ondersteuning bij de productie van elektronica en de componenten voor printplaten , wat kan helpen om onduidelijkheden in het offertepakket te voorkomen.

Voordeel van draadverbinding

Precisie voor kleine componenten.
Hogere aansluitdichtheid zonder extra printplaatruimte.
Verminderde thermische belasting op gevoelige componenten.
Verbeterde betrouwbaarheid voor hoogwaardige toepassingen.
Ideaal om IC's rechtstreeks met elkaar of met de printplaat in krappe ruimtes te verbinden.

Het belangrijkste doel van wire bonding in de technologie, vooral op het gebied van hoogfrequente PCB-toepassingen (boven GHz), is het garanderen van betrouwbare en duurzame verbindingen tussen chips en connectoren. Het is van cruciaal belang voor het behoud van de integriteit van signalen en spanningspulsen die essentieel zijn in moderne elektronica. Wire bonding ondersteunt real-time communicatie tussen componenten, minimaliseert signaalvervorming en maakt snelle gegevensoverdracht mogelijk. Dit maakt hem onmisbaar in sectoren als de productie van elektrische voertuigen, waar prestaties en betrouwbaarheid voorop staan.

Methoden voor draadverlijming

• Thermosonische hechting: combineert warmte, ultrasone energie en kracht om draden, meestal goud of koper, aan het substraat te hechten. Het is de meest gebruikelijke methode en wordt veelvuldig gebruikt in halfgeleiderverpakkingen.
• Ultrasone verbinding: maakt gebruik van ultrasone trillingen zonder externe hitte (of minimale hitte) toe te passen om aluminiumdraden te verbinden, ideaal voor gevoelige componenten.
• Thermocompressieverbinding: is afhankelijk van warmte en kracht om de verbinding tot stand te brengen, zonder ultrasone energie, geschikt voor specifieke toepassingen waarbij ultrasone trillingen schadelijk kunnen zijn.

Veelgebruikte materialen die worden gebruikt bij het verbinden van draden

• Goud (Au): Geprefereerd vanwege zijn uitstekende geleidbaarheid, corrosieweerstand en ductiliteit, waardoor het geschikt is voor thermosonische binding.
• Aluminium (Al): Op grote schaal gebruikt vanwege zijn goede elektrische geleidbaarheid en lagere kosten, geschikt voor ultrasone en thermocompressieverbindingen.
• Koper (Cu): Biedt superieure elektrische en thermische geleidbaarheid in vergelijking met aluminium en wordt steeds vaker gebruikt vanwege zijn mechanische sterkte, hoewel het vanwege oxidatie een zorgvuldige behandeling vereist.

Veelgebruikte materialen die worden gebruikt bij het verbinden van draden

• Goud (Au): Geprefereerd vanwege zijn uitstekende geleidbaarheid, corrosieweerstand en ductiliteit, waardoor het geschikt is voor thermosonische binding.
• Aluminium (Al): Op grote schaal gebruikt vanwege zijn goede elektrische geleidbaarheid en lagere kosten, geschikt voor ultrasone en thermocompressieverbindingen.
• Koper (Cu): Biedt superieure elektrische en thermische geleidbaarheid in vergelijking met aluminium en wordt steeds vaker gebruikt vanwege zijn mechanische sterkte, hoewel het vanwege oxidatie een zorgvuldige behandeling vereist.

Het draadverbindingsproces

• Balvorming: Aan het uiteinde van de draad wordt een kleine bal gevormd met behulp van een vlam of elektronische ontlading.
• Uitlijning: De draad wordt uitgelijnd met het verbindingskussen op de chip of het substraat.
• Bonding: De bal wordt op het kussen gedrukt met behulp van warmte, ultrasone energie of beide.
• Lusvorming: De draad wordt in een lus gelegd naar het volgende verbindingspunt om de flexibiliteit te behouden en spanning te verminderen.
• Tweede hechtingsvorming: De draad wordt met het volgende kussen verbonden en de overtollige draad wordt afgesneden.

Uitdaging van draadverbindingen

Het begrijpen van de toepassing en omgevingsfactoren is cruciaal voor de betrouwbaarheid van draadverbinding. Factoren zoals verhoogde temperatuur, vochtigheid en temperatuurwisselingen kunnen tot storingen leiden als gevolg van problemen zoals de vorming van intermetallische verbindingen, corrosie (inclusief galvanische corrosie in Au-Al-systemen) en thermomechanische spanning als gevolg van CTE-mismatches. Deze uitdagingen vereisen een uitgebreid inzicht in metaalsystemen en de impact op het milieu om de duurzaamheid en prestaties van draadverbindingen te verbeteren.