Care este legătura dintre firele de pe PCB?

Ce este Wire Bonding?

Lipirea prin lipire este o tehnică esențială în fabricarea semiconductorilor pentru conectarea circuitelor integrate (IC) la aparatele electrice și între PCB-uri. Se remarcă prin rentabilitatea și durabilitatea sa în realizarea interconexiunilor. Utilizând metode de sudare și diverse tehnici, lipirea prin lipire implică atașarea precisă a firelor metalice la cipuri, necesitând expertiză tehnologică ridicată pentru a asigura conexiuni precise și durabile. Evoluția lipirii prin lipire a abordat limitările metodelor mai vechi de lipire prin lipire, sporind fiabilitatea și performanța sistemelor semiconductoare.

Legătura cu firele modifică cerințele PCB în ceea ce privește finisajul pad-ului, curățenia, spațiul liber pentru cavitate și manipularea pachetului, așa că ar trebui specificată împreună cu selecția finisajului suprafeței PCB și, pentru dispozitivele cu pas fin, cu controale avansate de asamblare a pachetului.

Care sunt aplicațiile?

Telefoane mobile

În fabricarea telefoanelor mobile, sudarea prin puncte (wire-bonding), în special pentru pachetele de baterii, oferă avantaje față de sudarea tradițională în puncte. Această tehnică, care utilizează energia cu ultrasunete, permite conexiuni mai fiabile și mai puțin dăunătoare între celulele bateriei, sporind durata de viață și performanța bateriei. Aceasta abordează limitările sudării în puncte, cum ar fi potențialele scurtcircuite și efectele adverse asupra sistemului de gestionare a bateriei (BMS) din cauza temperaturilor ridicate și a conexiunilor slăbite, făcând din sudarea prin puncte o alegere preferată pentru asamblarea pachetelor de baterii în industrie.

Automotive

În vehiculele electrice, legătura prin cabluri este utilizată în sistemele de gestionare a bateriei pentru a conecta celulele individuale ale bateriei, asigurând o distribuție și o gestionare eficientă a energiei.
Pentru pachetele de baterii ale vehiculelor electrice, conectarea celulelor cilindrice la o bară colectoare în baterii implică diverse tehnici, cum ar fi lipirea cu fir, sudarea cu laser și sudarea prin puncte. Lipirea cu fir, utilizând energia ultrasonică, formează o legătură atomică puternică prin îndepărtarea stratului de oxid de pe aluminiu, sporind fiabilitatea conexiunii. Această metodă este deosebit de benefică pentru optimizarea procesului prin valorificarea naturii autolimitative a oxidului de aluminiu, asigurând un transfer eficient de electroni pentru conexiuni durabile.

Dispozitive medicale:

Pentru stimulatoarele cardiace, conectarea prin cabluri conectează circuitele de control ale dispozitivului la sursa de alimentare și la electrozii de detectare, esențială pentru o funcționare fiabilă. În dispozitivele medicale, conectarea prin cabluri este crucială pentru dispozitivele implantabile, cum ar fi stimulatoarele cardiace și defibrilatoarele. Aceste dispozitive se bazează pe conectarea prin cabluri pentru conectarea cipului de siliciu din dispozitiv la sursa de alimentare și la terminalele de ieșire. Acest lucru asigură că dispozitivul poate monitoriza ritmurile cardiace cu precizie și poate furniza impulsuri electrice atunci când este necesar, fiabilitatea și precizia fiind esențiale pentru siguranța pacientului și longevitatea dispozitivului.

Industria aerospațială:

În sateliți, legătura prin cabluri este utilizată pentru a conecta panourile de celule solare la sistemele de gestionare a energiei, esențiale pentru alimentarea cu energie în condiții spațiale. În industria aerospațială, legătura prin cabluri este utilizată în sistemele satelitare, în special pentru conectarea panourilor solare la sistemul de gestionare a energiei. Aceasta asigură un transfer eficient de energie de la panourile solare la sistemele satelitului, crucial pentru funcționarea pe termen lung a satelitului în mediul dificil al spațiului, unde fiabilitatea și durabilitatea sunt primordiale.

Pentru deciziile legate de fabricație, Highleap documentează, de asemenea, asistența pentru fabricația de electronice și componentele plăcilor de circuit , ceea ce poate ajuta la prevenirea apariției unor note neclare în pachetul de ofertă.

Avantajul lipirii cu fir

Precizie pentru componente mici.
Densitate mai mare de conexiuni fără spațiu suplimentar pe PCB.
Stres termic redus asupra componentelor sensibile.
Fiabilitate sporită pentru aplicații de înaltă performanță.
Ideal pentru conectarea circuitelor integrate direct între ele sau la PCB în spații înguste.

Scopul principal al conectării prin cabluri (wire bonding) în tehnologie, în special în domeniul aplicațiilor PCB de înaltă frecvență (peste GHz), este de a asigura conexiuni fiabile și durabile între cipuri și conectori. Este crucială pentru menținerea integrității semnalelor și a impulsurilor de tensiune, esențiale în electronica modernă. Conexiunea prin cabluri permite comunicarea în timp real între componente, minimizând distorsiunea semnalului și facilitând transferul de date de mare viteză. Acest lucru o face indispensabilă în sectoare precum producția de vehicule electrice, unde performanța și fiabilitatea sunt primordiale.

Metode de legare cu fir

• Lipire termosonică: Combină căldura, energia ultrasonică și forța pentru a lega firele, de obicei aur sau cupru, la substrat. Este cea mai comună metodă, utilizată pe scară largă în ambalarea semiconductorilor.
• Lipire cu ultrasunete: Utilizează vibrații ultrasonice fără aplicarea de căldură externă (sau căldură minimă) pentru a lipi firele de aluminiu, ideală pentru componente sensibile.
• Lipire prin termocompresie: Se bazează pe căldură și forță pentru a realiza legătura, fără energie ultrasonică, potrivită pentru aplicații specifice în care vibrațiile ultrasonice ar putea fi dăunătoare.

Materiale comune utilizate în lipirea cu fir

• Aur (Au): Preferat pentru conductivitatea sa excelentă, rezistența la coroziune și ductilitatea, fiind potrivit pentru lipirea termosonică.
• Aluminiu (Al): Utilizat pe scară largă pentru conductivitatea sa electrică bună și costul redus, potrivit pentru lipirea cu ultrasunete și termocompresie.
• Cupru (Cu): Oferă o conductivitate electrică și termică superioară în comparație cu aluminiul și este din ce în ce mai utilizat pentru rezistența sa mecanică, deși necesită o manipulare atentă din cauza oxidării.

Materiale comune utilizate în lipirea cu fir

• Aur (Au): Preferat pentru conductivitatea sa excelentă, rezistența la coroziune și ductilitatea, fiind potrivit pentru lipirea termosonică.
• Aluminiu (Al): Utilizat pe scară largă pentru conductivitatea sa electrică bună și costul redus, potrivit pentru lipirea cu ultrasunete și termocompresie.
• Cupru (Cu): Oferă o conductivitate electrică și termică superioară în comparație cu aluminiul și este din ce în ce mai utilizat pentru rezistența sa mecanică, deși necesită o manipulare atentă din cauza oxidării.

Procesul de legare cu sârmă

• Formarea bilei: O mică bilă este formată la capătul firului folosind o flacără sau o descărcare electronică.
• Aliniere: Firul este aliniat cu placa de legătură de pe cip sau substrat.
• Lipire: Mingea este presată pe plăcuță folosind căldură, energie ultrasonică sau ambele.
• Formarea buclei: Sârma este înfășurată în buclă până la următorul punct de legătură pentru a menține flexibilitatea și a reduce stresul.
• A doua formare a legăturii: Firul este legat de următoarea placă, iar excesul de fir este tăiat.

Provocarea legării cu fir

Înțelegerea aplicației și a factorilor de mediu este crucială pentru fiabilitatea legăturilor cu sârmă. Factori precum temperatura ridicată, umiditatea și ciclurile de temperatură pot duce la defecțiuni din cauza unor probleme precum formarea de compuși intermetalici, coroziunea (inclusiv coroziunea galvanică în sistemele Au-Al) și stresul termomecanic cauzat de nepotrivirile de disfuncție termică (CTE). Aceste provocări necesită o înțelegere cuprinzătoare a sistemelor metalice și a impactului asupra mediului pentru a îmbunătăți durabilitatea și performanța legăturilor cu sârmă.