In de wereld van de productie van elektronische apparaten heeft draadverbinding lange tijd gediend als een cruciale interconnecttechnologie, die elektrische verbindingen tussen componenten mogelijk maakt door middel van fijne metalen draden. Dit proces, dat gebruik maakt van warmte, druk of ultrasone energie om precieze verbindingen op aangewezen pads te creëren, vindt toepassingen in de lucht- en ruimtevaart, halfgeleiders, zonnecellen, micro-elektronica en met name de snelgroeiende industrie van elektrische voertuig (EV) batterijen.

Draadverbinding omvat verschillende methoden die zijn afgestemd op verschillende vereisten en materialen. De belangrijkste technieken zijn:

Deze twee overheersende methoden verschillen in draadeindvorm en verbindingsaanpak. Ball bonding vormt sferische draadeinden die verticaal aan pads worden bevestigd door thermocompressie of ultrasone trillingen, ideaal voor interconnects met hoge dichtheid. Wedge bonding creëert schuine verbindingen, de voorkeur voor toepassingen die superieure sterkte vereisen.

Deze techniek maakt gebruik van hoogfrequente mechanische trillingen om metallurgische verbindingen te creëren zonder overmatige hitte. Een gespecialiseerd gereedschap, een sonotrode genaamd, zendt ultrasone energie uit terwijl het druk uitoefent, waardoor atomaire diffusie tussen draad- en padmaterialen mogelijk wordt. De werking bij lage temperaturen maakt het geschikt voor warmtegevoelige componenten.

Deze methode, die afhankelijk is van gelijktijdige warmte en druk, vergemakkelijkt atomaire diffusie tussen materialen. Hoewel het robuuste verbindingen produceert, vereist het precieze temperatuurregeling en werkt het het best met thermisch stabiele materialen zoals goud en aluminium.

Deze hybride aanpak combineert thermische en ultrasone energie en vermindert de treksterkte van de draad door verwarming, terwijl ultrasone trillingen de atomaire diffusie verbeteren. Het biedt veelzijdigheid in verschillende materiaalcombinaties.

Materiaalselectie heeft een aanzienlijke invloed op de prestaties:

• Koper: Kosteneffectief met uitstekende geleidbaarheid, hoewel anti-oxidatiebehandelingen vereist zijn
• Goud: Chemisch stabiel en betrouwbaar, maar duur – gereserveerd voor kritieke toepassingen
• Zilver: Superieure geleidbaarheid en reflectie, hoewel gevoelig voor elektromigratie
• Aluminium: Corrosiebestendig en lichtgewicht, maar mechanisch zwakker

Naarmate de productie-eisen toenemen, met name in de EV-batterijproductie waar honderden interconnects per batterijpakket nodig zijn, komt laserslassen naar voren als een superieure oplossing. Deze technologie biedt duidelijke voordelen:

• Verbeterde productiviteit: Contactloos proces met snellere cyclustijden vermindert de benodigde ruimte voor apparatuur
• Superieure gewrichtsintegriteit: Metallurgische verbindingen bieden grotere mechanische sterkte en elektrische betrouwbaarheid
• Precisie thermische controle: Minimale warmte-beïnvloede zones beschermen gevoelige componenten
• Procesflexibiliteit: Programmeerbare laspaden passen zich aan complexe geometrieën aan
• Lagere operationele kosten: Elimineert verbruiksartikelen en vereenvoudigt onderhoud

Zowel draadverbinding als laserslassen vereisen ongerepte oppervlakken. Verontreinigingen zoals oxiden of organische residuen compromitteren de verbindingskwaliteit. Twee primaire reinigingsmethoden concurreren:

Gebruikt reactieve plasmasoorten om verontreinigingen chemisch te verwijderen, hoewel het aanzienlijke deeltjes produceert die uitgebreide filtratiesystemen vereisen.

Biedt superieure precisie door gecontroleerde laserablatie, waardoor materiaalverwijdering wordt geminimaliseerd en de onderhoudsvereisten die verband houden met deeltjesgeneratie worden verminderd.

Hoewel draadverbinding relevant blijft in de elektronica-industrie, worden de beperkingen in scenario's met een hoog volume steeds duidelijker. Laserlastechnologie, met zijn combinatie van snelheid, betrouwbaarheid en flexibiliteit, vertegenwoordigt de toekomst van industriële interconnectoplossingen – met name in energie-intensieve toepassingen zoals EV-batterijen.

Voortdurende ontwikkelingen in lasertechnologie beloven verdere verbeteringen in precisie, snelheid en kosteneffectiviteit, wat mogelijk de elektronische productieprocessen in meerdere sectoren revolutionair kan veranderen.