Le wire bonding est une technique couramment utilisée dans la fabrication de semi-conducteurs et d’assemblages électroniques, permettant de créer des connexions électriques fiables entre le dispositif et le substrat. Ce procédé, qui utilise des fils métalliques pour établir des connexions, est omniprésent dans les industries de la microélectronique et des semi-conducteurs de puissance, et est maintenant aussi courant dans l’assemblage de packs de batteries Lithium-Ion.
SOMMAIRE
- Flexibilité et Adaptabilité : Utilisation dans les environnements de R&D et les petites productions (Manuel)
- Production de Volume Moyen : Environnements nécessitant une flexibilité opérationnelle et une production répétable (Semi-automatique)
- Applications de Puissance : Environnements de R&D et Petites Productions
- Flexibilité et Adaptabilité : Utilisation dans les environnements de R&D et les petites productions (automatique)
- Production Industrielle : Environnements de production où la précision, la fiabilité, la répétabilité et/ou la vitesse sont importantes.
Les applications peuvent être globalement catégorisées comme suit :
- Fins Fils pour les applications de signal reliant les puces aux substrats.
- Gros fils pour les connexions nécessitant des courants élevés, comme les dispositifs de semi-conducteurs de puissance, avec des fils de plus de 75 µm de diamètre.
- Gros fils pour les connexions nécessitant des courants très élevés, comme les packs de batteries Lithium-Ion, avec des fils typiquement de 500 µm de diamètre.
De nombreuses autres applications existent, telles que le « stud bumping » pour les applications « flip chip » ou l’utilisation de fils pour leurs propriétés mécaniques plutôt que pour les connexions électriques ; ici, nous nous concentrons principalement sur les exigences les plus courantes.
Les matériaux des fils peuvent varier. L’aluminium (Al), l’or (Au) ou le cuivre (Cu) sont les plus courants, mais d’autres matériaux comme le platine ou les fils revêtus existent.
Pour les applications fins fils, les connexions sont formées en utilisant la technologie de bonding « wedge » ou « ball ». Le choix peut être déterminé par l’application, comme la taille et le type de pad de bonding, ou par la tolérance à des températures élevées. Parfois, il s’agit simplement de la préférence du client, basée sur une expérience antérieure avec une technologie plutôt qu’une autre.
Les machines de wire bonding peuvent être globalement divisées en trois grandes catégories : manuel, semi-automatique et automatique ; chacune répondant à des exigences spécifiques en termes de flexibilité, de volume de production, de précision et de coût.
Accelonix offre une large gamme de wire bonders dans ces catégories, allant du TPT HB05 entièrement manuel aux plateformes Hesse Bond Jet les plus automatisées. Choisir le bon équipement est essentiel pour tout client. L’expérience et les conseils d’Accelonix vous garantiront une sélection impartiale et informée, maximisant ainsi l’efficacité et la qualité de votre production.
Comprendre les applications spécifiques et les avantages de chaque type de wire bonder permet à nos clients de prendre des décisions éclairées, en sélectionnant un système parfaitement adapté à leurs exigences de production.
Dans cet article, nous vous guidons à travers les différentes options et les critères à considérer lors du choix d’un wire bonder qui répondra le mieux à vos défis de production. Que vous développiez des concepts de R&D en faible volume, produisiez un large éventail de pièces en quantités moyennes, ou des dizaines de milliers d’une seule pièce, le besoin en wire bonding doit toujours être soigneusement considéré.
Une seule pièce peut avoir des géométries de boucle de bonding complexes qui seront difficiles à réaliser de manière cohérente manuellement, même si les quantités sont faibles. De même, une pièce peut nécessiter seulement une simple connexion de fil qui peut être facilement réalisée sur un système manuel, même si les quantités sont relativement élevées.
Les applications, l’environnement de travail, les volumes, les exigences d’automatisation et vos plans futurs doivent tous être pris en compte. Ce guide vous aidera à naviguer parmi les nombreuses options disponibles dans notre portefeuille d’équipements et à comprendre le monde varié des équipements de wire bonding.
Flexibilité et Adaptabilité : Utilisation dans les environnements de R&D et les petites productions (Manuel)
Le wire bonding manuel peut être idéal pour de nombreuses applications de recherche et développement (R&D) ainsi que pour les environnements de production où le nombre de bonds est faible et la géométrie des boucles est moins exigeante.
Cette méthode est parfaite pour les prototypes et les petites séries, offrant une grande facilité d’utilisation et la possibilité de faire des ajustements précis en temps réel. Le processus de soudage est automatiquement contrôlé par la machine (pression, puissance, temps), garantissant ainsi la répétabilité des soudures.
La formation des boucles est contrôlée par l’utilisateur, offrant un niveau de contrôle en temps réel et une interaction de l’opérateur qui ne sont pas disponibles avec les plateformes automatiques.
Exemple :
Un laboratoire de R&D développant un nouveau prototype de capteur électronique nécessitant des fils d’or de 17 µm avec un processus de bonding de type « ball ». Souvent, les échantillons sont « fabriqués à la main » et ne sont pas nécessairement en parfait état. Chaque échantillon peut présenter des variations d’apparence visuelle, la métallisation peut être rayée à travers de nombreuses étapes de manipulation manuelle, l’époxy peut avoir contaminé certaines zones de la surface supérieure de la puce.
Les ingénieurs peuvent avoir besoin d’ajuster les paramètres de bonding et la position de bonding pour chaque bond afin de compenser ces défauts. Avec un wire bonder manuel comme le HB05 Wedge Bonder & Ball Bonder, ils peuvent rapidement modifier les paramètres de bonding selon les besoins et naviguer autour de la puce pour former les connexions nécessaires malgré les problèmes de métallisation et de contamination.
Cette flexibilité permet aux utilisateurs d’expérimenter plus efficacement et de bondir même des produits simples qui seraient difficiles pour des systèmes plus sophistiqués.
De plus, ce type d’équipement peut être particulièrement adapté aux équipes où plusieurs utilisateurs ont besoin d’un accès occasionnel à l’équipement de wire bonding. Ces plateformes nécessitent une formation minimale pour fonctionner, et les recettes peuvent être stockées pour une récupération facile en cas de besoin.
Le wire bonding manuel peut également répondre aux besoins de production avec un faible nombre de bonds. Par exemple, un fabricant de dispositifs avec seulement quelques bonds facilement placés peut produire des quantités relativement élevées de produits en utilisant un ou plusieurs TPT HB05 Wedge & Ball Bonders.
La nature manuelle du processus permet de compenser facilement les variabilités du produit telles que la précision de la position de la puce et, avec de l’expérience, les opérateurs peuvent atteindre une très grande constance dans la formation des boucles et des vitesses de bonding modestes.
HB05 Wedge & Ball Bonder : Conçu pour le bonding manuel de fils fins en configurations ball et/ou wedge, offrant des capacités de bonding pour des fils en or et en aluminium de 17 µm à 75 µm et des rubans jusqu’à 25 µm x 250 µm. Équipé d’un écran TFT de 4,3 pouces, il permet des ajustements précis et une utilisation facile.
Production de Volume Moyen : Environnements nécessitant une flexibilité opérationnelle et une production répétable (Semi-automatique)
Le wire bonding semi-automatique est parfait pour les environnements nécessitant une plus grande cohérence et/ou un plus grand nombre de bonds. Ces systèmes introduisent plus d’automatisation tout en maintenant une flexibilité opérationnelle. La motorisation d’un ou plusieurs axes allège la charge de travail de l’utilisateur et aide à éliminer les variations de boucle à boucle ainsi que les variations entre les opérateurs.
Exemple :
Une entreprise spécialisée dans la fabrication de puces sur PCB pour un circuit de contrôle avec du wire bonding en aluminium de 25 µm. Ils produisent généralement 1000 unités par semaine, chaque unité nécessitant 10 bonds. Ce travail est réparti entre plusieurs opérateurs.
En utilisant un wire bonder semi-automatique comme le HB16 Wedge & Ball Bonder, l’entreprise peut définir les paramètres de bonding pour garantir une répétabilité optimale, quel que soit l’opérateur ou l’équipe. L’écran tactile TFT de 6,5 pouces et la capacité de stockage de 100 programmes permettent à l’équipe d’ingénierie de développer et de stocker des recettes adaptées à de nombreuses variantes de produits, qui peuvent simplement être mises en œuvre en production.
La cohérence est essentielle en production, et la nature semi-automatique du TPT HB16 aide à garantir que chaque pièce est câblée avec le même processus. Des fonctionnalités plus avancées, telles que l’alimentation automatique du fil, soutiennent encore la répétabilité en minimisant la traction sur le fil pendant le processus de formation de la boucle.
Un nouvel utilisateur du TPT HB16 peut, avec une simple pression sur un bouton, créer un bond identique à celui d’un utilisateur expérimenté de plusieurs années.
De plus, le contrôle des boucles fourni par le TPT HB16 Wedge & Ball Bonder peut être extrêmement précieux dans la production de dispositifs RF où il est nécessaire de standardiser les formes des boucles pour contrôler l’inductance.
Les axes motorisés Z et Y permettent un contrôle précis des mouvements, garantissant des hauteurs et des longueurs de bonds constantes, tout en permettant des ajustements faciles en fonction des spécifications des clients ou des changements de conception.
HB10 Wedge & Ball Bonder : Conçu pour le bonding semi-automatique de fils fins en configurations ball et/ou wedge, avec un axe Z motorisé, un écran tactile TFT de 6,5 pouces et la capacité de stocker 100 programmes.
HB16 Wedge & Ball Bonder : Idéal pour le bonding semi-automatique en configurations ball et/ou wedge avec des axes Z et Y motorisés, offrant des fonctionnalités avancées telles que le contrôle automatique des boucles.
Applications de Puissance : Environnements de R&D et Petites Productions
Bien que similaire au fonctionnement des machines pour fils fins, les wire bonders pour applications de puissance sont adaptés avec une puissance ultrasonique accrue et une force de bonding plus élevée pour traiter des fils jusqu’à 600 µm de diamètre. En raison des fils plus épais et plus résistants, la tête de bonding est également configurée avec un dispositif de « coupe-fils » pour couper le fil après le deuxième bond.
Exemple :
Une entreprise spécialisée dans le recyclage et la réparation de modules électroniques de puissance. Elle reçoit régulièrement de petits lots de différentes pièces. En utilisant un wire bonder semi-automatique comme le TPT HB30 Wedge Bonder, l’entreprise peut rapidement adapter son travail pour remplacer les fils de puissance directement sur les puces et les connecteurs internes du module.
Le contrôle manuel permet une flexibilité dans le placement des bonds, répondant aux complications supplémentaires des assemblages remaniés. L’écran tactile TFT de 6,5 pouces et la capacité de stocker 100 programmes permettent aux opérateurs d’ajuster rapidement les réglages et de passer d’un lot à l’autre sans perte d’efficacité. L’axe Z motorisé s’adapte à différents produits et hauteurs.
HB30 Wedge Bonder – Gros Fils : Idéal pour le bonding semi-automatique avec des axes Z et Y motorisés, offrant des fonctionnalités avancées telles que le contrôle automatique des boucles et le coupe-fils.
Flexibilité et Adaptabilité : Utilisation dans les environnements de R&D et les petites productions (automatique)
Pour les applications nécessitant de nombreux bonds, le HB100 est équipé d’axes motorisés Z, X, Y et Theta. L’opérateur place la pièce dans la zone active, identifie les points d’alignement avec la caméra, puis démarre le programme de bonding automatique.
Exemple :
Une entreprise produisant 1000 unités d’un multi-chip package contenant plusieurs puces, chacune avec sa propre configuration de bonds. Des applications comme celle-ci sont extrêmement exigeantes même pour les wire bonders semi-automatiques, nécessitant une grande compétence de la part de l’opérateur de la machine et la sélection de plusieurs recettes par package, chaque puce unique étant naviguée. Inévitablement, cela augmente le risque d’erreur et de variabilité entre les opérateurs.
Le HB100 permet un débit plus élevé tout en maintenant des profils de soudure et de boucle cohérents d’un package à l’autre. De plus, grâce à une programmation et une utilisation faciles, c’est une machine très accessible, simplifiant son intégration dans l’environnement de production et réduisant considérablement le risque d’erreur de l’opérateur.
HB100 Wedge & Ball Bonder : Idéal pour le bonding automatique avec des axes Z, X, Y et Theta motorisés, conçu pour la production à petite échelle de circuits nécessitant un grand nombre de connexions.
Production Industrielle : Environnements de production où la précision, la fiabilité, la répétabilité et/ou la vitesse sont importantes.
L’automatisation complète peut permettre un bonding quasi continu, passant d’un produit à l’autre sans intervention de l’opérateur grâce au convoyage automatique des produits. Cependant, c’est souvent la sophistication supplémentaire intégrée dans les wire bonders industriels plutôt que la vitesse qui motive leur achat.
Les wire bonders industriels intègrent de multiples capteurs qui fournissent une surveillance en temps réel des caractéristiques clés, telles que la déformation des fils et le courant du transducteur. Ces technologies permettent un contrôle plus précis du processus de soudage et une surveillance de nombreuses mesures de qualité qui peuvent être utilisées pour fournir un retour qualitatif sur le processus de bonding.
La traçabilité est particulièrement recherchée dans les applications de haute qualité telles que l’aérospatiale, l’automobile et l’électronique médicale, et cette exigence est souvent un facteur déterminant pour l’achat d’un wire bonder industriel. Leur vitesse est simplement un avantage supplémentaire !
Exemple :
Un fabricant aérospatial produit 1000 unités par an avec des fils d’aluminium de 25 µm. En utilisant un wire bonder automatique comme le Bondjet BJ855 avec une automatisation adaptée à leurs produits, l’entreprise peut garantir précision et fiabilité avec une traçabilité complète, quelle que soit la complexité de la configuration des bonds.
Ce bonder offre des capacités de bonding pour des fils en aluminium, or et cuivre de 12,5 µm à 75 µm, et des rubans jusqu’à 250 µm x 25 µm. La reconnaissance de motifs optimisée et les outils d’assistance Hesse assurent une production fiable et constante, quelle que soit l’échelle de production.
Bondjet BJ855 : Conçu pour le bonding automatique de fils fins, avec des capacités de bonding pour des fils en aluminium, or, argent, cuivre et platine de 12,5 µm à 75 µm, et des rubans jusqu’à 250 µm x 25 µm.
Exemple : Une entreprise fabriquant des modules de batteries, chacun avec 364 cellules cylindriques, nécessitant de multiples connexions entre les batteries et les bus bars à l’aide de fils d’aluminium de 500 µm.
En utilisant le Bondjet BJ985, les grands packs peuvent être entièrement pris en charge, et les bonds placés entièrement automatiquement sans intervention grâce à la grande construction de la machine.
De plus, en utilisant des fonctionnalités avancées telles que la vision industrielle, le test de traction automatisé et des outils de qualité associés similaires, chaque bond est automatiquement et précisément placé tandis que la fiabilité du bond est surveillée, et l’utilisateur est alerté de tout problème lié à la construction défectueuse du pack ou à la contamination.
Le processus de bonding est effectué dans un environnement propre et sécurisé, sans risque de contamination.
Bondjet BJ985 : Permet une production de haute fiabilité avec des fils de grand diamètre et une grande flexibilité, en particulier pour les applications à grande échelle (zone active : 370×870 mm). Il peut traiter des fils en aluminium et en cuivre jusqu’à 600 µm et des rubans jusqu’à 2000×400 µm.
Choisir le bon wire bonder est essentiel pour maximiser l’efficacité et la qualité de votre production. Que vous soyez dans le domaine académique ou en R&D, une entreprise de taille moyenne ou une grande entreprise de production, Accelonix est votre partenaire idéal pour vous guider dans ce processus de sélection.