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Wire bonding铝丝超声焊技术科普知识

作者:顺昱自动化来源:http://www.szcwx.com 浏览次数: 日期:2017-10-18

 

导读: Wire bonding有两种形式: 球焊和楔焊。球焊被归为热声制程,也就是说焊点是在热(一般为150)、超声波、压力以及时间的综合作用下形成的。第二种压焊方法是楔形制程,这种制程主要使用铝线,但也可用金线,通常都在室温下进行。

一、 什么是Wire bonding铝丝超声焊技术?

铝丝超声焊是其实是使用铝作为金属丝的一种wire bonding技术。而Wire bonding是一种初级内部互连方法,用作连到实际的裸片表面或器件逻辑电路的最初一级的内部互连方式,这种连接方式把逻辑信号或芯片的电讯号与外界连起来。

Wire bonding有两种形式: 球焊和楔焊。 金丝球焊是最常用的方法,在这种制程中,一个熔化的金球黏在一段在线,压下后作为第一个焊点,然后从第一个焊点抽出弯曲的线再以新月形状将线(第二个楔形焊点)连上,然后又形成另一个新球用于下一个的第一个球焊点。金丝球焊被归为热声制程,也就是说焊点是在热(一般为150)、超声波、压力以及时间的综合作用下形成的。第二种压焊方法是楔形制程,这种制程主要使用铝线,但也可用金线,通常都在室温下进行。楔焊将两个楔形焊点压下形成连接,在这种制程中没有球形成。铝线焊接制程被归为超声波线焊,形成焊点只用到超声波能、压力以及时间等参数。

不同制程类型的采用取决于具体的应用场合。比如金线压焊用于大批量生产的场合,因为这种制程速度较快。铝线压焊则用于封装或PCB不能加热的场合。另外,楔形压焊制程比金线压焊具有更精细的间距。目前,金线压焊的间距极限为60μm;采用细铝线楔形压焊可以达到小于60μm的间距。

在此技术中所用金属线,即Bonding Wire是半导体器件和集成电路组装时,为使芯片内电路的输入/输出连接点与引线框架的内接触点之间实现电气连接的内引线。Bonding Wire作为连接内引线,应具有电导率高,导电能力强,与导体材料的结合力强,化学性能稳定等性能优点。Bonding Wire的直径,通常在25到75μm之间。市场上主要有四种材料用作Bonding Wire,分别为金、银、铜和铝。

二、 Wire Bonding技术在电动汽车动力电池领域的应用

Wire bonding自从1970年起一直广泛应用于微电子和电力电子领域。目前Wire bonding技术有了新的应用领域,即正逐渐增长的电动汽车领域,特别是在电池连接方面。部分电动汽车在生产过程中,就采用了Wire bonding技术用于电池包之间的连接。

(一)自从1970年Wire bonding广泛运用于微电子领域后,部分电动汽车生产商开始将Wire bonding运用于电池连接。

TESLA就是使用这一技术的典型代表公司。2006年,TESLA开创了率先使用wire bonding技术作为将电芯连接成一个大电池包的技术模式。在TESLA看来,传统的焊接工艺十分耗时、容易失败。同时,也很难测试电池之间的连接、导体是否存在问题。

除了简单的连接外,TESLA也设计了一种方式,采用铝丝焊Aluminum wire bonding这一可熔断的连接技术。铝丝焊技术可以允许范围内的电流通过,但是当发生短路产生过流时就会进行熔断。TESLA的工程师相信其他的焊接技术会产生电气保护问题,没有保险丝的保护,一个单体电芯可能因为在发生故障或损坏后产生内部短路,致使与它并联的其他电芯都不能使用。

(二)优势:

传统的钎焊和融焊技术已使用多年,存在一些劣势。例如,热应力的产生、焊接后清洁问题、缺乏灵活性和质量难以控制等。Bonding的线焊和带焊在这方面比传统焊接表现好的多,而且可以很好对每一个焊接处进行控制,对生产过程没有任何不良影响。

1. 采用铝丝焊或铝带焊时,在室温下进行即可。不需要任何外部温度,超声波摩擦焊接时的焊接区温度不会上升。而其他传统的焊接方式则需要加热才能将金属融化。

2. Wire bonding是一项干净的焊接技术,并不需要任何焊接后的卫生清理工作。传统焊接技术后会有一些助焊剂残留或者融化的金属爆发物需要移除,避免产生可靠性问题。而wire bonding则只有在表面存在一些污染物或者顽固的氧化物时才需要进行清洗。

3. Wire bonding具有很好的灵活性,兼容性较强,含低金线高度、多针脚选择、大工作范围、带状或圆线状选择。

4. 金属丝可以有很好的方向灵活性,可以在多种热膨胀参数之间很好的控制不匹配性。

5. 引线连接工艺,bonding wire可直接冲当保险丝工艺,无需在用电阻焊焊接镍片,简化生产工艺,减少设备投资。

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