Veröffentlicht von Stéphane Melançon, 14. February 2023
Laserreinigung
Beim Drahtbonden werden dünne, feine Drähte mit Hilfe von Hitze und Druck an Bauteilen befestigt. Die Drähte bestehen in der Regel aus Aluminium, Kupfer, Silber oder Gold.
Drahtbond-Geräte werden eingesetzt, um elektrische Verbindungen zwischen den Bauteilen elektronischer Geräte herzustellen. Sie finden breite Anwendung in den Branchen Luft- und Raumfahrt, Halbleiter, Solarzellen, Mikroelektronik und EV-Batterien.
In diesem Artikel gehen wir auf die verschiedenen Arten von Drahtbondern ein, erörtern ihre Grenzen und stellen vor, wie das Laserschweißen zur Überwindung dieser Herausforderungen in der Automobilindustrie eingesetzt wird.
Welche Arten von Drahtbondern gibt es?
Das Drahtbonden ist eine vielseitige Technologie mit mehreren Arten von Bondwerkzeugen und Energiemethoden. Hier sind die wichtigsten davon.
Bei der Kugelverklebung wird ein kugelförmiger Draht verwendet, der mit dem Klebepad verschweißt wird, während beim Wedge-Bonden ein keilförmiger Draht verwendet wird. Bei Kugel-Bondern wird der Draht senkrecht und bei Wedge-Bondern in einem Winkel präsentiert.
Das Ultraschallschweißen ist ein Drahtbondverfahren, bei dem mechanische Hochfrequenzschwingungen eingesetzt werden, um eine Verbindung zwischen dem Draht und dem Klebepad herzustellen. BeimUltraschallschweißen wird diese Energie mit einer Sonotrode aufgebracht, einem speziellen hornförmigen Werkzeug, das gegen die zu verbindenden Materialien gedrückt wird.
Thermokompressionsschweißen bezieht sich auf Verfahren, bei denen Wärme und Druck eingesetzt werden, um eine Verbindung zwischen dem Draht und dem Klebepad herzustellen.
Thermoschallschweißen bezieht sich auf Verfahren, bei denen Wärme und Ultraschallenergie kombiniert werden, um eine Verbindung zwischen dem Draht und dem Klebepad herzustellen.
Klebedrähte können fein, beschichtet, rund oder flach sein. Die Drähte können aus verschiedenen Materialien bestehen:
- Kupferdrähte sind die kosteneffizientesten Materialien und haben sich zur beliebtesten Drahtart entwickelt.
- Golddrähte bieten chemische Stabilität und eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit.
- Silberdrähte haben eine hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit. Aufgrund ihres hohen Reflexionsvermögens sind sie ideal für optische Halbleitergeräte.
- Aluminiumdrähte eignen sich hervorragend für Geräte, die in rauen Umgebungen eingesetzt werden, da sie eine gute Feuchtigkeitsbeständigkeit aufweisen.
Beschränkungen von Drahtbondmaschinen
In der Automobilindustrie werden Drahtbonder verwendet, um die Verbindungen zwischen den Zellen und Busbars von EV-Batteriepacks und -modulen herzustellen. Dieser Prozess hat nicht nur zu erheblichen Engpässen geführt, sondern auch dazu, dass Ladenflächen mit mehreren automatischen Drahtbondern gefüllt werden. All dies verursacht erhebliche wiederkehrende Betriebskosten und einen hohen Platzbedarf.
Laserschweißgeräte: Eine Alternative zu Drahtbondern
Das Laserschweißen wird zunehmend als Ersatz für das Drahtbonden in Hochgeschwindigkeits- und Großserien-Produktionsstraßen eingesetzt.
In Batterie-Produktionsstraßen beispielsweise wird in der Regel eine große Anzahl von Drahtbondern benötigt, um mit dem Produktionstempo Schritt zu halten, da jedes Batteriepaket und -modul Hunderte oder sogar Tausende von Verbindungen erfordert. Um leistungsfähigere elektrische Verbindungen herzustellen, müssen einige Hersteller sogar mehrere dünne Drähte für eine einzige Verbindung verwenden, da die Größe der Drähte begrenzt ist.
Laserschweißgeräte sind wesentlich effizienter als Drahtbonder, da sie nicht denselben mechanischen Beschränkungen unterliegen. Ein einziges Laserschweißgerät kann mehrere Drahtbondmaschinen ersetzen.
Herausforderungen bei der Oberflächenreinigung vor dem Drahtbonden: Plasmareinigung oder Laserreinigung?
Um eine gute Klebequalität zu erreichen und den Ausschuss zu minimieren, müssen die Oberflächen vor dem Drahtkleben (oder vor dem Laserschweißen) gereinigt werden. Verunreinigungen wie Oxide, Fette und Staub müssen entfernt werden. Dies ist unerlässlich, um die hohen Qualitätsanforderungen zu erfüllen, die z. B. an Batterien für Elektrofahrzeuge gestellt werden.
Eine der Herausforderungen ist die Präzision des Reinigungsprozesses. Die Hersteller wissen nicht immer, ob sie sich für die Plasmareinigung oder die Laserreinigung entscheiden sollen.
Beim Drahtbonden ist die Plasmareinigung nicht so präzise wie die Laserreinigung. Infolgedessen werden bei der Plasmareinigung größere Flächen als nötig behandelt, was den Reinigungsprozess unnötig verlangsamt. Das bedeutet auch, dass ein leistungsfähigeres Absauganlage benötigt wird, um den Staub und die Abgase zu bewältigen. Zudem müssen die Filter häufiger gewechselt werden müssen, was zusätzlichen Wartungsaufwand bedeutet.
Müssen Sie die Produktion mit Laserschweißen ausbauen?
Wenn Sie glauben, dass Sie vom Laserschweißen profitieren könnten, wenden Sie sich noch heute an einen Laserexperten, um Ihre Anwendung zu besprechen.
