Vad är trådbindningen på kretskortet?

Vad är Wire Bonding?

Trådbindning är en kritisk teknik vid halvledartillverkning för att ansluta integrerade kretsar (IC) till elektriska apparater och mellan PCB. Den utmärker sig för sin kostnadseffektivitet och hållbarhet när det gäller att göra sammankopplingar. Genom att använda svetsmetoder och olika tekniker, innebär trådbindning att exakt fästa metalltrådar till spån, vilket kräver hög teknisk expertis för att säkerställa exakta och hållbara anslutningar. Utvecklingen av trådbindning har tagit itu med begränsningarna hos äldre lödningsmetoder, vilket förbättrar tillförlitligheten och prestandan hos halvledarsystem.

Trådbindning ändrar kretskortets krav kring ytbehandling, renhet, hålrumsutrymme och förpackningshantering, så det bör specificeras tillsammans med PCB ytfinish val och, för finpitch-enheter, avancerad paketmontering kontroller.

Vilka är ansökningarna?

mobiltelefoner

Vid tillverkning av mobiltelefoner erbjuder trådbindning, särskilt för batteripaket, fördelar jämfört med traditionell punktsvetsning. Denna teknik, som använder ultraljudsenergi, möjliggör mer tillförlitliga och mindre skadliga anslutningar mellan battericeller, vilket förbättrar batteriets livslängd och prestanda. Den tar itu med punktsvetsningens begränsningar, såsom potentiella kortslutningar och negativa effekter på batterihanteringssystemet (BMS) på grund av höga temperaturer och lösa anslutningar, vilket gör trådbindning till ett föredraget val för montering av batteripaket i branschen.

Bil

I elfordon används trådbindning i batterihanteringssystem för att ansluta individuella battericeller, vilket säkerställer effektiv kraftdistribution och hantering.
För batteripaket för elektriska fordon involverar anslutning av cylindriska celler till en samlingsskena i batterier olika tekniker som trådbindning, lasersvetsning och punktsvetsning. Trådbindning, med hjälp av ultraljudsenergi, bildar en stark atombindning genom att ta bort oxidskiktet på aluminium, vilket förbättrar anslutningens tillförlitlighet. Denna metod är särskilt fördelaktig för att optimera processen genom att utnyttja den självbegränsande naturen hos aluminiumoxid, vilket säkerställer effektiv elektronöverföring för hållbara anslutningar.

Medicinska apparater:

För pacemakers ansluter trådbindning enhetens styrkrets till dess strömkälla och avkänningselektroder, vilket är avgörande för tillförlitlig drift. I medicinsk utrustning är trådbindning avgörande för implanterbara enheter som pacemakers och defibrillatorer. Dessa enheter förlitar sig på trådbindning för att ansluta kiselchippet i enheten till dess strömkälla och utgångsterminaler. Detta säkerställer att enheten kan övervaka hjärtrytmer exakt och leverera elektriska impulser vid behov, med tillförlitlighet och precision som är avgörande för patientsäkerheten och enhetens livslängd.

Aerospace:

I satelliter används trådbindning för att ansluta solcellsuppsättningar till strömhanteringssystemen, som är avgörande för strömförsörjning i rymdförhållanden. Inom flyg- och rymdindustrin används trådbindning i satellitsystem, särskilt för att ansluta solpaneler till energiledningssystemet. Detta säkerställer effektiv energiöverföring från solpanelerna till satellitens system, avgörande för satellitens långsiktiga drift i rymdens hårda miljö där tillförlitlighet och hållbarhet är av största vikt.

För relaterade tillverkningsbeslut dokumenterar Highleap även stöd för elektroniktillverkning och kretskortskomponenter, vilket kan bidra till att förhindra otydliga anteckningar i offertpaketet.

Fördel med trådbindning

Precision för små komponenter.
Högre anslutningstäthet utan extra PCB-utrymme.
Minskad termisk stress på känsliga komponenter.
Förbättrad tillförlitlighet för högpresterande applikationer.
Idealisk för att ansluta IC:er direkt till varandra eller till PCB i trånga utrymmen.

Huvudsyftet med trådbindning inom teknik, särskilt inom högfrekventa PCB-applikationer (över GHz), är att säkerställa tillförlitliga och hållbara anslutningar mellan chips och kontakter. Det är avgörande för att upprätthålla integriteten hos signaler och spänningspulser som är väsentliga i modern elektronik. Trådbindning stöder kommunikation i realtid mellan komponenter, minimerar signalförvrängning och underlättar höghastighetsdataöverföring. Detta gör det oumbärligt i sektorer som EV-tillverkning, där prestanda och tillförlitlighet är av största vikt.

Metoder för trådbindning

• Termosonic Bonding: Kombinerar värme, ultraljudsenergi och kraft för att binda trådar, vanligtvis guld eller koppar, till substratet. Det är den vanligaste metoden, som används flitigt i halvledarförpackningar.
• Ultraljudsbindning: Använder ultraljudsvibrationer utan att applicera extern värme (eller minimal värme) för att binda aluminiumtrådar, idealiskt för känsliga komponenter.
• Termokompressionsbindning: Förlitar sig på värme och kraft för att uppnå bindningen, utan ultraljudsenergi, lämplig för specifika applikationer där ultraljudsvibrationer kan vara skadliga.

Vanliga material som används vid trådbindning

• Guld (Au): Föredragen för sin utmärkta ledningsförmåga, korrosionsbeständighet och duktilitet, vilket gör den lämplig för termosonisk bindning.
• Aluminium (Al): Används ofta för sin goda elektriska ledningsförmåga och lägre kostnad, lämplig för ultraljuds- och termokompressionsbindning.
• Koppar (Cu): Erbjuder överlägsen elektrisk och termisk ledningsförmåga jämfört med aluminium och används i allt större utsträckning för sin mekaniska styrka, även om den kräver noggrann hantering på grund av oxidation.

Vanliga material som används vid trådbindning

• Guld (Au): Föredragen för sin utmärkta ledningsförmåga, korrosionsbeständighet och duktilitet, vilket gör den lämplig för termosonisk bindning.
• Aluminium (Al): Används ofta för sin goda elektriska ledningsförmåga och lägre kostnad, lämplig för ultraljuds- och termokompressionsbindning.
• Koppar (Cu): Erbjuder överlägsen elektrisk och termisk ledningsförmåga jämfört med aluminium och används i allt större utsträckning för sin mekaniska styrka, även om den kräver noggrann hantering på grund av oxidation.

Trådbindningsprocessen

• Kulbildning: En liten kula bildas i änden av tråden med hjälp av en låga eller elektronisk urladdning.
• Inriktning: Tråden är inriktad med bindningsdynan på chipet eller substratet.
• Bindning: Bollen pressas på dynan med hjälp av värme, ultraljudsenergi eller båda.
• Loopformation: Tråden slingras till nästa bindningspunkt för att bibehålla flexibilitet och minska stress.
• Andra bindningsbildning: Tråden binds till nästa dyna, och överskottet av tråden klipps av.

Utmaning med trådbindning

Att förstå tillämpningen och miljöfaktorer är avgörande för tillförlitligheten för trådbindning. Faktorer som förhöjd temperatur, luftfuktighet och temperaturcykler kan leda till fel på grund av problem som bildning av intermetalliska föreningar, korrosion (inklusive galvanisk korrosion i Au-Al-system) och termomekanisk stress från CTE-felmatchningar. Dessa utmaningar kräver en omfattande förståelse av metallsystem och miljöpåverkan för att förbättra trådbindningens hållbarhet och prestanda.