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Rog博客由罗杰斯公司(Rogers Corporation)的John Coonrod及其他专家提供,包括有关RF/微波材料的技术咨询和信息。
力争实现完美引线键合
录入时间:2014/4/1 9:21:02

引线键合让印刷电路板(PCB)上的一切都处于适当的位置,用于将无源和有源元件以及集成式电路(IC)通过金属引线与电路基板互连,甚至将一个电路基板连接到另一个上。引线键合可以通过多种不同的引线键合机形成,包括手动和自动模式。在所有情况下,我们的目标都是实现机械完整性好且可靠性高的低电阻连接。但是,这个看似简单的目标不仅取决于基材的类型及其参数,还取决于各种引线键合参数,包括形成引线键合时的温度、时间和作用力。

引线键合可以利用各种方法形成,包括超声键合机(键合所用能量来自于超声力)和热压键合机(利用热能形成引线键合)。此外,热超声键合机利用超声力和热能来形成引线键合。引线键合类型包括球形键合和楔形。互连键合线通常由金(Au)、铜(Cu)或铝(Al)线构成。

适于高频PCB的引线键合机包括球式键合器和楔形键合器。球式键合器速度较快,但楔形键合器能实现可靠性较高的互连。带状键合器本质上是楔形键合器,使用扁带线,而非圆线,在结合点后部提供大横截面,因此能够实现可靠性较高的互连。

确定可行的引线键合参数不仅取决于基材的类型和厚度,还取决于基板上金属镀层的类型和厚度,甚至键合焊盘的尺寸。例如,较软的电路板材料(如PTFE)会为引线键合的形成是个挑战,因为软材料吸收的能量比较硬材料多,并且在引线键合过程中还会变形。
评价引线键合质量时,我们会进行电气测试以确定低电阻通道已形成,而通常利用拉伸试验来确定引线键合的强度。例如,在键合点较小的基板上形成引线键合比键合点较大的基板要难,因为引线键合器在小键合点上产生的垂直压力比大键合点上的大得多。如果基板的键合点太小,则引线键合形成时作用的力会让键合点变形,甚至迫使它进入软基材内部。如果使用的键合温度高于基材的玻璃化温度(Tg),那么键合温度也会使键合点和/或基材变形。键合线供应商通常会推荐适于给定类型和直径的键合线的最大键合点尺寸(单位:mil)。

由于基材的选择很大程度上决定了PCB引线键合可以实现的最终质量,所以高性能材料供应商罗杰斯公司最近就在高频基材上形成引线键合展开了研究。研究结果能够帮助材料用户更好地了解不同类型的材料需要怎样不同的引线键合参数。作为研究的一部分,我们利用罗杰斯生产的不同材料制造了若干样板,用以更好地了解器件涂层、线型和线径等参数如何影响引线键合的质量。

研究中使用了两种不同的引线键合器 - 自动引线键合器和手动引线接合器,二者均采用热超声键合和1mil金键合线。基板镀有50微英寸镍和200微英寸III类A级金。研究中,FR-4充当参考材料,同时也研究了罗杰斯的RO4000®碳氢化合物陶瓷层压板和RT/duroid®5880玻璃纤维丝强化PTFE合成PCB材料。低成本RO4000层压板的加工工艺与FR-4类似,而RT/duroid 5880则代表在较软的PCB材料上形成引线键合的挑战。

该研究(如果读者需要可提供)为在各种材料上形成可靠的低电阻引线键合确定了安全“起点”。它详细介绍了引线接合器的很多不同参数,包括装有基板的工作台的温度、键合功率和力,以及为各种材料形成引线键合所需的时间。

例如,参考材料FR-4的加工时间最短,但工作台温度最高(+130°C)、作用力最大、在研究的材料中的键合功率最大。由于RT/duroid 5880材料属于“软”PTFE基合成材料,所以他的工作台温度最低(+80°C)、键合功率较低、键合力也小得多。该研究甚至告诉我们,PTFE基材料所需的工作台温度较低,并且安装到引线接合器工作台上后它需要一定的稳定时间方可达到热平衡。

研究指出,其研究结果要被视为设置引线键合参数的起点。例如,在处理PTFE基材料时,减小键合力和延长形成引线键合所需的时间会产生更可靠的接合。一般来说,软PCB材料的镀层类型也会影响引线键合和PCB的可靠性。该研究提供了经过验证的起点,这样我们就能够为这些材料实现好的引线键合电气性能和可靠性。此外,PCB用户还可以根据自己的需求修改这些键合线参数,以得到完美的PCB键合引线。

你有任何设计或者加工的问题吗?John Coonrod 和Joe Davis可以给你提供帮助。那今天就登陆罗杰斯技术支持中心去向工程师提问吧。


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