Qual é a ligação do fio no PCB?

O que é ligação de fio?

A ligação de fios é uma técnica crítica na fabricação de semicondutores para conectar circuitos integrados (ICs) a aparelhos elétricos e entre PCBs. Destaca-se pelo custo-benefício e durabilidade na realização de interligações. Utilizando métodos de soldagem e diversas técnicas, a ligação de fios envolve a fixação precisa de fios metálicos aos cavacos, exigindo alto conhecimento tecnológico para garantir conexões precisas e duráveis. A evolução da ligação de fios abordou as limitações dos métodos mais antigos de ligação por solda, melhorando a confiabilidade e o desempenho dos sistemas semicondutores.

A ligação por fio altera os requisitos da placa de circuito impresso (PCB) em relação ao acabamento das ilhas de solda, limpeza, espaço livre na cavidade e manuseio do encapsulamento, portanto, deve ser especificada juntamente com a seleção do acabamento da superfície da PCB e, para dispositivos de passo fino, controles avançados de montagem do encapsulamento .

Quais são as aplicações?

Telemoveis

Na fabricação de telefones celulares, a ligação de fios, especialmente para baterias, oferece vantagens em relação à soldagem a ponto tradicional. Esta técnica, utilizando energia ultrassônica, permite conexões mais confiáveis ​​e menos prejudiciais entre as células da bateria, aumentando a vida útil e o desempenho da bateria. Ele aborda as limitações da soldagem a ponto, como potenciais curtos-circuitos e efeitos adversos no sistema de gerenciamento de bateria (BMS) devido a altas temperaturas e conexões soltas, tornando a ligação de fios uma escolha preferida para montagem de conjuntos de baterias na indústria.

Automotiva

Em veículos elétricos, a ligação de fios é usada em sistemas de gerenciamento de bateria para conectar células de bateria individuais, garantindo distribuição e gerenciamento eficientes de energia.
Para baterias de veículos elétricos, conectar células cilíndricas a um barramento em baterias envolve várias técnicas, como ligação de fios, soldagem a laser e soldagem por pontos. A ligação dos fios, usando energia ultrassônica, forma uma ligação atômica forte, removendo a camada de óxido do alumínio, aumentando a confiabilidade da conexão. Este método é particularmente benéfico para otimizar o processo, aproveitando a natureza autolimitada do óxido de alumínio, garantindo uma transferência de elétrons eficaz para conexões duráveis.

Dispositivos médicos:

Para marca-passos, a ligação do fio conecta o circuito de controle do dispositivo à sua fonte de energia e aos eletrodos de detecção, essenciais para uma operação confiável. Em dispositivos médicos, a ligação de fios é crucial para dispositivos implantáveis, como marca-passos e desfibriladores. Esses dispositivos dependem de ligação de fios para conectar o chip de silício dentro do dispositivo à sua fonte de alimentação e aos terminais de saída. Isso garante que o dispositivo possa monitorar os ritmos cardíacos com precisão e fornecer impulsos elétricos quando necessário, com confiabilidade e precisão essenciais para a segurança do paciente e a longevidade do dispositivo.

Aeroespacial:

Nos satélites, a ligação de fios é usada para conectar conjuntos de células solares aos sistemas de gerenciamento de energia, essenciais para o fornecimento de energia em condições espaciais. Na indústria aeroespacial, a ligação de fios é usada em sistemas de satélite, principalmente para conectar painéis solares ao sistema de gerenciamento de energia. Isto garante uma transferência eficiente de energia dos painéis solares para os sistemas do satélite, crucial para o funcionamento a longo prazo do satélite no ambiente hostil do espaço, onde a fiabilidade e a durabilidade são fundamentais.

Para decisões relacionadas à fabricação, a Highleap também documenta o suporte à fabricação eletrônica e os componentes da placa de circuito impresso , o que pode ajudar a evitar notas pouco claras no pacote de orçamento.

Vantagem da ligação de fios

Precisão para pequenos componentes.
Maior densidade de conexão sem espaço adicional na PCB.
Estresse térmico reduzido em componentes sensíveis.
Confiabilidade aprimorada para aplicações de alto desempenho.
Ideal para conectar ICs diretamente entre si ou ao PCB em espaços apertados.

O principal objetivo da ligação de fios em tecnologia, especialmente no domínio de aplicações de PCB de alta frequência (acima de GHz), é garantir conexões confiáveis ​​e duráveis ​​entre chips e conectores. É crucial para manter a integridade dos sinais e pulsos de tensão essenciais na eletrônica moderna. A ligação de fios suporta a comunicação em tempo real entre os componentes, minimizando a distorção do sinal e facilitando a transferência de dados em alta velocidade. Isto torna-o indispensável em setores como o da produção de veículos elétricos, onde o desempenho e a fiabilidade são fundamentais.

Métodos para ligação de fios

• Ligação Termossônica: Combina calor, energia ultrassônica e força para unir fios, normalmente ouro ou cobre, ao substrato. É o método mais comum, amplamente utilizado em embalagens de semicondutores.
• Ligação Ultrassônica: Utiliza vibrações ultrassônicas sem aplicação de calor externo (ou calor mínimo) para unir fios de alumínio, ideal para componentes sensíveis.
• Colagem por termocompressão: Depende de calor e força para conseguir a ligação, sem energia ultrassônica, adequada para aplicações específicas onde as vibrações ultrassônicas podem ser prejudiciais.

Materiais comuns usados ​​na ligação de fios

• Ouro (Au): Preferido por sua excelente condutividade, resistência à corrosão e ductilidade, tornando-o adequado para ligação termossônica.
• Alumínio (Al): Amplamente utilizado por sua boa condutividade elétrica e menor custo, adequado para colagem por ultrassom e termocompressão.
• Cobre (Cu): Oferece condutividade elétrica e térmica superior ao alumínio e é cada vez mais utilizado por sua resistência mecânica, embora exija manuseio cuidadoso devido à oxidação.

Materiais comuns usados ​​na ligação de fios

• Ouro (Au): Preferido por sua excelente condutividade, resistência à corrosão e ductilidade, tornando-o adequado para ligação termossônica.
• Alumínio (Al): Amplamente utilizado por sua boa condutividade elétrica e menor custo, adequado para colagem por ultrassom e termocompressão.
• Cobre (Cu): Oferece condutividade elétrica e térmica superior ao alumínio e é cada vez mais utilizado por sua resistência mecânica, embora exija manuseio cuidadoso devido à oxidação.

O processo de ligação de fios

• Formação de Bola: Uma pequena bola é formada na extremidade do fio por meio de uma chama ou descarga eletrônica.
• Alinhamento: O fio está alinhado com a base de ligação no chip ou substrato.
• Colagem: A bola é pressionada na almofada usando calor, energia ultrassônica ou ambos.
• Formação de laço: O fio é enrolado no próximo ponto de ligação para manter a flexibilidade e reduzir o estresse.
• Segunda formação de ligação: O fio é ligado à próxima almofada e o excesso de fio é cortado.

Desafio da ligação de fios

Compreender a aplicação e os fatores ambientais é crucial para a confiabilidade da ligação do fio. Fatores como temperatura elevada, umidade e ciclos de temperatura podem levar a falhas devido a problemas como formação de compostos intermetálicos, corrosão (incluindo corrosão galvânica em sistemas Au-Al) e estresse termomecânico causado por incompatibilidades de CTE. Esses desafios exigem uma compreensão abrangente dos sistemas metálicos e dos impactos ambientais para melhorar a durabilidade e o desempenho da ligação dos fios.