เครื่องพันธะลวดทำงานอย่างไร?

ในอุตสาหกรรมการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ตั้งแต่สมาร์ทโฟนและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในยานยนต์ไปจนถึงแบตเตอรี่พลังงานใหม่ ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความแม่นยำสูง-เกือบทั้งหมดอาศัยเทคโนโลยีหลักสำหรับการเชื่อมต่อภายใน-การเชื่อมด้วยลวด อุปกรณ์หลักสำหรับกระบวนการนี้คือเครื่องเชื่อมลวด แม้ว่าอาจดูเหมือนเป็น "การเชื่อมต่อสายไฟแบบละเอียด" แต่แท้จริงแล้วกลับรวมเอาวัสดุศาสตร์ การควบคุมความแม่นยำ และเทคโนโลยีระบบอัตโนมัติเข้าด้วยกัน ทำให้เป็นจุดเชื่อมต่อที่ขาดไม่ได้ในห่วงโซ่อุปทานการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

เครื่องเชื่อมลวดทำงานอย่างไรกันแน่? มีหลักการพื้นฐานอะไรบ้าง? และกระบวนการใดที่ทำให้เกิดการเชื่อมต่อที่มีความแม่นยำสูง-

การติดลวดเป็นเทคโนโลยีที่ใช้ลวดโลหะที่มีเนื้อละเอียดมากในการเชื่อมต่อทางไฟฟ้า โดยส่วนใหญ่จะใช้เพื่อเชื่อมต่อชิป (แม่พิมพ์) กับพื้นผิวบรรจุภัณฑ์หรือหมุดภายนอก พูดง่ายๆ ก็คือ หน้าที่ของมันคือ "ดึง" วงจรภายในของชิปออกมา เพื่อให้สามารถส่งสัญญาณและเชื่อมต่อกับระบบภายนอกได้

วัสดุการเชื่อมด้วยลวดทั่วไป ได้แก่ ทองคำ อลูมิเนียม และทองแดง โดยโดยทั่วไปแล้วลวดจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 15 ถึง 75 ไมโครเมตร{2}}ละเอียดกว่าเส้นผมมนุษย์ ขนาดที่เล็กมากนี้ทำให้มีความต้องการความแม่นยำและเสถียรภาพของอุปกรณ์สูงมาก

หลายๆ คนเข้าใจผิดว่าการติดลวดนั้นเป็น "การเชื่อมต่อที่หลอมละลาย" คล้ายกับการบัดกรีแบบเดิมๆ แต่ก็ไม่ได้เป็นเช่นนั้น เครื่องเชื่อมลวดใช้เทคโนโลยีการเชื่อมแบบโซลิด-โดยพื้นฐานแล้ว โดยใช้ผลรวมของความดัน ความร้อน และพลังงานล้ำเสียงเพื่อให้เกิดพันธะอะตอมระหว่างโลหะสองชนิดในระดับจุลทรรศน์ ซึ่งทำให้เกิดพันธะทางโลหะวิทยาที่แข็งแกร่ง

ในกระบวนการนี้: แรงดันทำให้เกิดการเสียรูปพลาสติกของพื้นผิวโลหะ การสั่นสะเทือนอัลตราโซนิกทำลายชั้นออกไซด์บนพื้นผิวโลหะ ความร้อนส่งเสริมการแพร่กระจายของอะตอม ในที่สุดโลหะทั้งสองก็เกิดพันธะที่แข็งแกร่งโดยไม่หลอมละลาย

เครื่องเชื่อมลวดอัตโนมัติเต็มรูปแบบมักทำงานที่ความเร็วสูงและต่อเนื่อง ขั้นตอนการทำงานหลักสามารถแบ่งออกเป็นขั้นตอนต่อไปนี้:

1. การโหลดและการวางตำแหน่งที่แม่นยำ

ขั้นแรก ชิ้นงานที่จะติด (เช่น ชิปหรือแถบแบตเตอรี่) จะถูกวางบนแท่นทำงาน อุปกรณ์นี้ได้รับการแก้ไขโดยแพลตฟอร์มการเคลื่อนไหวที่มีความแม่นยำสูง- และระบบการมองเห็นแบบ CCD ใช้ในการระบุและแก้ไขตำแหน่งของจุดประสาน เพื่อให้แน่ใจว่าข้อผิดพลาดในตำแหน่งพันธะจะถูกควบคุมภายในช่วงไมโครมิเตอร์ ขั้นตอนนี้จะกำหนดความแม่นยำของการติดโดยตรงและเป็นรากฐานที่สำคัญในการรับประกันผลผลิตของผลิตภัณฑ์

2. การควบคุมการป้อนลวด

เครื่องเชื่อมลวดจะปล่อยลวดโลหะบางออกจากแกนม้วน และป้อนลวดไปยังบริเวณที่ติดด้วยอุปกรณ์ตัวนำและระบบควบคุมความตึงอย่างเสถียร ต้องรักษาความตึงให้คงที่ในระหว่างกระบวนการป้อนลวด มิฉะนั้น ปัญหาต่างๆ เช่น การแตกหักของสายไฟ การผูกปม หรือการเยื้องแนวอาจเกิดขึ้นได้ง่าย

3. การสร้างพันธบัตรครั้งแรก (Ball Bond)

ในกระบวนการติดลูกกลม เครื่องเชื่อมลวดจะละลายปลายลวดโลหะก่อนเพื่อสร้างโครงสร้างทรงกลมเล็กๆ (Free Air Ball) ผ่านประกายไฟหรือการทำความร้อนด้วยไฟฟ้า ปลายบัดกรีจะกดลูกบอลโลหะลงบนแผ่นชิป โดยใช้แรงดัน ความร้อน และพลังงานอัลตราโซนิคไปพร้อมๆ กันเพื่อสร้างข้อต่อบัดกรีที่แข็งแกร่งตัวแรก

ข้อต่อบัดกรีนี้ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่บนชิป เป็นจุดเริ่มต้นของการเชื่อมต่อทั้งหมด และคุณภาพของข้อต่อจะส่งผลโดยตรงต่อความเสถียรของวงจรทั้งหมด

4. การก่อตัวของลูป

หลังจากบัดกรีข้อต่อแรกเสร็จแล้ว ปลายบัดกรีจะเคลื่อนไปยังตำแหน่งบัดกรีที่สอง พร้อมดึงตัวนำที่มีรูปร่างโค้ง-ออกมาพร้อมกัน กระบวนการนี้เรียกว่า "การสร้างวง" หรือ "การขึ้นรูปส่วนโค้ง"

รูปร่างและความสูงของส่วนโค้งไม่ได้ถูกออกแบบโดยพลการ แต่ถูกควบคุมอย่างแม่นยำเพื่อ:

• บรรเทาความเครียดที่เกิดจากการขยายตัวและการหดตัวจากความร้อน
• ปรับปรุงความต้านทานแรงกระแทก
• ป้องกันการแตกหักของตัวนำหรือไฟฟ้าลัดวงจร

ดังนั้นการออกแบบส่วนโค้งของลวดบัดกรีจึงมีบทบาทสำคัญในความน่าเชื่อถือ

5. การประสานรอยประสานครั้งที่สอง (Stitch Bond / Wedge Bond)

ปลายบัดกรีจะเคลื่อนไปยังจุดเชื่อมต่อที่สอง (เช่น หมุดหรือแถบ) และทำการเชื่อมต่อให้เสร็จสิ้นโดยการใช้แรงกดและพลังงานอัลตราโซนิกอีกครั้ง ข้อต่อบัดกรีนี้โดยทั่วไปจะมีรูปทรงลิ่ม-หรือทำให้แบน และเรียกว่าการเชื่อมแบบตะเข็บหรือพันธะแบบลิ่ม

ณ จุดนี้ ได้มีการสร้างเส้นทางการเชื่อมต่อไฟฟ้าที่สมบูรณ์แล้ว

6. การตัดลวดและการทำงานแบบวนรอบ

หลังจากการเชื่อม อุปกรณ์จะตัดลวดโลหะโดยอัตโนมัติและสร้างปลายลวดใหม่ เพื่อเตรียมพร้อมสำหรับการเชื่อมครั้งต่อไป โดยทั่วไปกระบวนการทั้งหมดจะเสร็จสิ้นภายในระยะเวลาอันสั้น ซึ่งช่วยให้-การผลิตต่อเนื่องด้วยความเร็วสูงสามารถตอบสนองความต้องการของ-การผลิตขนาดใหญ่ได้

เครื่องเชื่อมลวดแบ่งออกเป็นสองประเภทส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับกระบวนการ:

1. การต่อลูกบอล

• ใช้ลวดทองเป็นหลัก
• มีความแม่นยำสูงและมีเสถียรภาพที่ดี
• ใช้กันอย่างแพร่หลายในบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์

ลักษณะเฉพาะของมันคือลูกบอลโลหะจะถูกสร้างขึ้นก่อนแล้วจึงทำการเชื่อม

2. การติดลิ่ม

• ส่วนใหญ่ใช้ลวดอลูมิเนียมหรือทองแดง
• ต้นทุนที่ต่ำกว่า

เหมาะสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าและอุตสาหกรรมแบตเตอรี่

ลักษณะเฉพาะคือสายไฟถูกกดเข้าด้วยกันโดยตรง โดยไม่ต้องสร้างโครงสร้างรูปลูกบอล-

เอซีย์-3753Aเครื่องผูกลวดอัตโนมัติระบบการเชื่อมที่มีความแม่นยำสูง-ซึ่งออกแบบมาเพื่อการประกอบแบตเตอรี่สำรอง แบตเตอรี่สำรองพลังงาน และโมดูลแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนต่างๆ ใช้เพื่อสร้างการเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้ระหว่างบัสบาร์อะลูมิเนียมและแถบแบตเตอรี่เป็นหลัก

เทคโนโลยีการเชื่อมลวดถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาการผลิตระดับไฮเอนด์-หลายแห่ง รวมถึง:

อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์:ใช้สำหรับชิป IC, บรรจุภัณฑ์ LED และการผลิตเซ็นเซอร์ เป็นหนึ่งในกระบวนการหลักของการบรรจุชิป

แบตเตอรี่พลังงานใหม่:ใช้สำหรับการเชื่อมต่ออิเล็กโทรดและการสร้างโครงสร้างนำไฟฟ้าภายในโมดูลแบตเตอรี่กำลัง แบตเตอรี่ทรงกระบอก และแบตเตอรี่แบบกระเป๋า

อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์:นำไปใช้กับโมดูล IGBT ระบบควบคุม และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังต่างๆ

เครื่องใช้ไฟฟ้า:เช่น ชิปโทรศัพท์มือถือ โมดูลกล้อง และอุปกรณ์สวมใส่อัจฉริยะ

อาจกล่าวได้ว่าเทคโนโลยีการเชื่อมลวดได้กลายเป็นหนึ่งในวิธีการเชื่อมต่อพื้นฐานในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่

เนื่องจากผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์พัฒนาไปสู่การย่อขนาดและประสิทธิภาพสูง ความแม่นยำ ความเร็ว และความเสถียรของเครื่องเชื่อมลวดก็ได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องเช่นกัน ในอนาคต จะยังคงมีบทบาทสำคัญในสาขาเซมิคอนดักเตอร์ พลังงานใหม่ และการผลิตระดับไฮเอนด์-

เอซีย์ พลังงานใหม่เป็นผู้ให้บริการอุปกรณ์ระดับไฮเอนด์{0}}และโซลูชันสายการผลิตแบบครบวงจรสำหรับสาขาแบตเตอรี่พลังงานใหม่ เรามุ่งมั่นที่จะให้บริการผู้ผลิตแบตเตอรี่ สถาบันวิจัย และองค์กรพลังงานที่เป็นนวัตกรรมระดับโลกด้วยบริการครบวงจรตั้งแต่การพัฒนาเชิงทดลองไปจนถึงการผลิตขนาดใหญ่-

ติดต่อได้เลย