Wie funktioniert eine Drahtbondmaschine?

In der modernen Elektronikfertigungsindustrie, von Smartphones und Automobilelektronik bis hin zu neuen Energiebatterien, basieren fast alle hoch{0}}präzisen elektronischen Produkte auf einer Schlüsseltechnologie für interne Verbindungen-Drahtbonden. Die Kernausrüstung für diesen Prozess ist die Drahtbondmaschine. Obwohl es nur wie eine „feine Drahtverbindung“ erscheinen mag, integriert es tatsächlich Materialwissenschaft, Präzisionssteuerung und Automatisierungstechnik und ist damit ein unverzichtbares Glied in der Lieferkette der Elektronikfertigung.

Wie genau funktioniert eine Drahtbondmaschine? Was sind die zugrunde liegenden Prinzipien? Und welcher Prozess ermöglicht hoch{0}präzise Verbindungen?

Beim Drahtbonden handelt es sich um eine Technologie, bei der extrem feine Metalldrähte zum Herstellen elektrischer Verbindungen verwendet werden, die hauptsächlich zum Verbinden von Chips (Chips) mit Verpackungssubstraten oder externen Stiften verwendet werden. Einfach ausgedrückt besteht seine Funktion darin, die internen Schaltkreise des Chips „hervorzuheben“, damit dieser Signale übertragen und sich mit externen Systemen verbinden kann.

Zu den gängigen Drahtbondmaterialien gehören Gold, Aluminium und Kupfer, wobei die Drahtdurchmesser typischerweise zwischen 15 und 75 Mikrometern liegen und -feiner als ein menschliches Haar sind. Diese winzige Größe stellt äußerst hohe Anforderungen an die Präzision und Stabilität der Ausrüstung.

Viele Leute glauben fälschlicherweise, dass es sich beim Drahtbonden um eine „geschmolzene Verbindung“ ähnlich dem herkömmlichen Löten handelt, aber das ist nicht der Fall. Drahtbondmaschinen verwenden im Wesentlichen eine Festkörper-Bonding-Technologie, bei der die kombinierten Effekte von Druck, Wärme und Ultraschallenergie genutzt werden, um eine atomare Bindung zwischen zwei Metallen auf mikroskopischer Ebene zu erreichen und so eine starke metallurgische Bindung zu bilden.

Dabei kommt es durch Druck zu einer plastischen Verformung der Metalloberfläche; Ultraschallvibration zerstört die Oxidschicht auf der Metalloberfläche; Wärme fördert die Atomdiffusion. Letztendlich gehen die beiden Metalle eine starke Verbindung ein, ohne zu schmelzen.

Eine vollautomatische Drahtbondmaschine arbeitet typischerweise mit hoher Geschwindigkeit und kontinuierlich. Der Kernarbeitsablauf kann in die folgenden Schritte unterteilt werden:

1. Laden und präzise Positionierung

Zunächst wird das zu verklebende Werkstück (z. B. Chip oder Batterielasche) auf die Arbeitsplattform gelegt. Die Ausrüstung wird durch eine hochpräzise Bewegungsplattform fixiert, und ein CCD-Bildverarbeitungssystem wird verwendet, um die Position des Verbindungspunkts zu identifizieren und zu korrigieren und sicherzustellen, dass der Fehler in der Verbindungsposition innerhalb des Mikrometerbereichs kontrolliert wird. Dieser Schritt bestimmt direkt die Genauigkeit der Verklebung und ist eine wichtige Grundlage für die Sicherstellung der Produktausbeute.

2. Drahtvorschubsteuerung

Die Drahtbondmaschine löst den dünnen Metalldraht von der Spule und führt den Draht über eine Leitervorrichtung und ein Spannungskontrollsystem stabil dem Bondbereich zu. Während des Drahtvorschubvorgangs muss eine konstante Spannung aufrechterhalten werden; Andernfalls kann es leicht zu Problemen wie Drahtbruch, Verknoten oder Fehlausrichtung kommen.

3. Erste Bindungsbildung (Kugelbindung)

Beim Ball-Bonding-Verfahren schmilzt die Drahtbondmaschine zunächst das Ende des Metalldrahts, um durch elektrischen Funken oder Erhitzen eine winzige kugelförmige Struktur (Free Air Ball) zu bilden. Anschließend drückt die Lötspitze die Metallkugel auf das Chippad und wendet dabei gleichzeitig Druck, Wärme und Ultraschallenergie an, um die erste feste Lötverbindung zu bilden.

Diese Lötstelle, die sich typischerweise auf dem Chip befindet, ist der Ausgangspunkt der gesamten Verbindung und ihre Qualität wirkt sich direkt auf die Stabilität der gesamten Schaltung aus.

4. Schleifenbildung

Nach Fertigstellung der ersten Lötstelle bewegt sich die Lötspitze in die zweite Lötposition und zieht gleichzeitig einen bogenförmigen Leiter heraus. Dieser Vorgang wird „Schleifenbildung“ oder „Bogenbildung“ genannt.

Form und Höhe des Lichtbogens werden nicht willkürlich gestaltet, sondern präzise gesteuert, um:

• Entlasten Sie Spannungen, die durch thermische Ausdehnung und Kontraktion entstehen
• Verbessern Sie die Stoßfestigkeit
• Vermeiden Sie Leiterbrüche oder Kurzschlüsse

Daher spielt das Lichtbogendesign des Lötdrahtes eine entscheidende Rolle für die Zuverlässigkeit.

5. Bildung der zweiten Lötverbindung (Stitch Bond / Wedge Bond)

Die Lötspitze bewegt sich zum zweiten Verbindungspunkt (z. B. einem Stift oder einer Lasche) und stellt die Verbindung durch erneutes Aufbringen von Druck und Ultraschallenergie her. Diese Lötverbindung ist typischerweise keilförmig oder abgeflacht und wird Stitch-Bond oder Wedge-Bond genannt.

Zu diesem Zeitpunkt ist ein vollständiger elektrischer Verbindungspfad eingerichtet.

6. Drahtschneiden und zyklischer Betrieb

Nach dem Schweißen schneidet das Gerät den Metalldraht automatisch ab und formt ein neues Drahtende, um es für den nächsten Schweißvorgang vorzubereiten. Der gesamte Prozess ist in der Regel in sehr kurzer Zeit abgeschlossen, sodass eine kontinuierliche Hochgeschwindigkeitsproduktion möglich ist, die den Anforderungen einer Großserienfertigung gerecht wird.

Abhängig vom Verfahren werden Drahtbondmaschinen hauptsächlich in zwei Typen unterteilt:

1. Ballbonding

• Verwendet hauptsächlich Golddraht
• Hohe Präzision und gute Stabilität
• Weit verbreitet in der Halbleiterverpackung

Seine Besonderheit besteht darin, dass zunächst eine Metallkugel geformt und dann verschweißt wird.

2. Keilverklebung

• Meistens wird Aluminium- oder Kupferdraht verwendet
• Niedrigere Kosten

Geeignet für Stromversorgungsgeräte und die Batterieindustrie

Sein Merkmal ist, dass die Drähte direkt zusammengepresst werden, ohne dass eine kugelförmige Struktur gebildet werden muss.

ACEY-3753AAutomatischer Drahtbonderein hochpräzises Schweißsystem, das für die Montage von Leistungsbatterien, Energiespeicherbatterien und verschiedenen Lithium-Ionen-Batteriemodulen entwickelt wurde. Es dient vor allem der Herstellung zuverlässiger Verbindungen zwischen Aluminium-Sammelschienen und Batteriefahnen.

Die Drahtbondtechnologie wird in vielen High-End-Fertigungsbereichen häufig eingesetzt, darunter:

Halbleiterindustrie:Es wird für die Herstellung von IC-Chips, LED-Verpackungen und Sensoren verwendet und ist einer der Kernprozesse der Chip-Verpackung.

Neue Energiebatterien:Wird für Elektrodenverbindungen und den Aufbau interner leitfähiger Strukturen in Leistungsbatteriemodulen, zylindrischen Batterien und Beutelbatterien verwendet.

Automobilelektronik:Wird auf IGBT-Module, Steuerungssysteme und verschiedene leistungselektronische Geräte angewendet.

Unterhaltungselektronik:Zum Beispiel Mobiltelefonchips, Kameramodule und intelligente tragbare Geräte.

Man kann sagen, dass die Drahtbondtechnologie zu einer der grundlegenden Verbindungsmethoden in der modernen Elektronikindustrie geworden ist.

Mit der Weiterentwicklung elektronischer Produkte hin zu Miniaturisierung und hoher Leistung verbessern sich auch die Präzision, Geschwindigkeit und Stabilität von Drahtbondmaschinen ständig. Auch in Zukunft wird es eine wichtige Rolle in den Bereichen Halbleiter, neue Energie und High-End-Fertigung spielen.

Acey New Energyist ein Anbieter von High-End-Geräten und kompletten Produktionslinienlösungen für den Bereich der neuen Energiebatterien. Wir sind bestrebt, globalen Batterieherstellern, Forschungseinrichtungen und innovativen Energieorganisationen Dienstleistungen rund um den gesamten -Zyklus von der experimentellen Entwicklung bis zur Großproduktion zu bieten.

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