वायर बॉन्डिंग मशीन कैसे काम करती है?

आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स विनिर्माण उद्योग में, स्मार्टफोन और ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स से लेकर नई ऊर्जा पावर बैटरियों तक, लगभग सभी उच्च परिशुद्धता वाले इलेक्ट्रॉनिक उत्पाद आंतरिक कनेक्शन के लिए एक प्रमुख तकनीक पर निर्भर करते हैं। इस प्रक्रिया के लिए मुख्य उपकरण वायर बॉन्डिंग मशीन है। हालांकि यह सिर्फ एक "ठीक तार कनेक्शन" जैसा प्रतीत हो सकता है, यह वास्तव में सामग्री विज्ञान, सटीक नियंत्रण और स्वचालन प्रौद्योगिकी को एकीकृत करता है, जिससे यह इलेक्ट्रॉनिक्स विनिर्माण आपूर्ति श्रृंखला में एक अनिवार्य कड़ी बन जाता है।

तो, वायर बॉन्डिंग मशीन वास्तव में कैसे काम करती है? अंतर्निहित सिद्धांत क्या हैं? और कौन सी प्रक्रिया उच्च परिशुद्धता कनेक्शन सक्षम बनाती है?

वायर बॉन्डिंग एक ऐसी तकनीक है जो विद्युत कनेक्शन प्राप्त करने के लिए बेहद महीन धातु के तारों का उपयोग करती है, जिसका उपयोग मुख्य रूप से चिप्स (डाई) को पैकेजिंग सब्सट्रेट या बाहरी पिन से जोड़ने के लिए किया जाता है। सीधे शब्दों में कहें तो इसका कार्य चिप की आंतरिक सर्किटरी को "बाहर लाना" है, जिससे यह सिग्नल संचारित कर सके और बाहरी सिस्टम से जुड़ सके।

सामान्य तार जोड़ने वाली सामग्रियों में सोना, एल्युमीनियम और तांबा शामिल हैं, तार का व्यास आम तौर पर 15 से 75 माइक्रोमीटर तक होता है, जो मानव बाल से भी अधिक महीन होता है। यह छोटा आकार उपकरण की सटीकता और स्थिरता पर अत्यधिक मांग रखता है।

बहुत से लोग गलती से मानते हैं कि वायर बॉन्डिंग पारंपरिक सोल्डरिंग के समान एक "पिघला हुआ कनेक्शन" है, लेकिन यह मामला नहीं है। वायर बॉन्डिंग मशीनें अनिवार्य रूप से एक ठोस अवस्था बॉन्डिंग तकनीक का उपयोग करती हैं, जो सूक्ष्म स्तर पर दो धातुओं के बीच परमाणु बंधन प्राप्त करने के लिए दबाव, गर्मी और अल्ट्रासोनिक ऊर्जा के संयुक्त प्रभावों का उपयोग करती है, इस प्रकार एक मजबूत धातुकर्म बंधन बनाती है।

इस प्रक्रिया में: दबाव धातु की सतह के प्लास्टिक विरूपण का कारण बनता है; अल्ट्रासोनिक कंपन धातु की सतह पर ऑक्साइड परत को तोड़ देता है; गर्मी परमाणु प्रसार को बढ़ावा देती है। अंततः, दोनों धातुएँ पिघले बिना एक मजबूत बंधन प्राप्त करती हैं।

एक पूरी तरह से स्वचालित वायर बॉन्डिंग मशीन आमतौर पर उच्च गति और लगातार काम करती है। इसके मूल वर्कफ़्लो को निम्नलिखित चरणों में विभाजित किया जा सकता है:

1. लोड हो रहा है और सटीक स्थिति निर्धारण

सबसे पहले, बंधे जाने वाले वर्कपीस (जैसे चिप या बैटरी टैब) को कार्य प्लेटफ़ॉर्म पर रखा जाता है। उपकरण एक उच्च परिशुद्धता गति प्लेटफ़ॉर्म द्वारा तय किया गया है, और बॉन्डिंग बिंदु की स्थिति को पहचानने और सही करने के लिए एक सीसीडी विज़न सिस्टम का उपयोग किया जाता है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि बॉन्डिंग स्थिति में त्रुटि माइक्रोमीटर रेंज के भीतर नियंत्रित होती है। यह कदम सीधे तौर पर बॉन्डिंग की सटीकता निर्धारित करता है और उत्पाद की उपज सुनिश्चित करने के लिए एक महत्वपूर्ण आधार है।

2. वायर फीडिंग कंट्रोल

वायर बॉन्डिंग मशीन स्पूल से पतली धातु के तार को छोड़ती है और, एक कंडक्टर डिवाइस और तनाव नियंत्रण प्रणाली के माध्यम से, तार को बॉन्डिंग क्षेत्र में स्थिर रूप से फीड करती है। वायर फीडिंग प्रक्रिया के दौरान लगातार तनाव बनाए रखा जाना चाहिए; अन्यथा, तार का टूटना, गांठ पड़ना या गलत संरेखण जैसी समस्याएं आसानी से हो सकती हैं।

3. पहला बॉन्ड फॉर्मेशन (बॉल बॉन्ड)

बॉल बॉन्डिंग प्रक्रिया में, वायर बॉन्डिंग मशीन पहले धातु के तार के सिरे को पिघलाकर इलेक्ट्रिक स्पार्क या हीटिंग के माध्यम से एक छोटी गोलाकार संरचना (फ्री एयर बॉल) बनाती है। सोल्डरिंग टिप फिर धातु की गेंद को चिप पैड पर दबाती है, साथ ही दबाव, गर्मी और अल्ट्रासोनिक ऊर्जा लागू करके पहला मजबूत सोल्डर जोड़ बनाती है।

यह सोल्डर जोड़, आमतौर पर चिप पर स्थित होता है, पूरे कनेक्शन का शुरुआती बिंदु होता है, और इसकी गुणवत्ता सीधे पूरे सर्किट की स्थिरता को प्रभावित करती है।

4. लूप गठन

पहला सोल्डर जोड़ पूरा करने के बाद, सोल्डरिंग टिप दूसरी सोल्डरिंग स्थिति में चली जाती है, साथ ही एक आर्क आकार के कंडक्टर को बाहर खींचती है। इस प्रक्रिया को "लूप निर्माण" या "चाप निर्माण" कहा जाता है।

चाप का आकार और ऊंचाई मनमाने ढंग से डिज़ाइन नहीं की गई है, बल्कि सटीक रूप से नियंत्रित की गई है:

• थर्मल विस्तार और संकुचन के कारण होने वाले तनाव से राहत पाएं
• आघात प्रतिरोध में सुधार करें
• कंडक्टर टूटने या शॉर्ट सर्किट को रोकें

इसलिए, सोल्डर तार का आर्क डिज़ाइन विश्वसनीयता में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

5. दूसरा सोल्डर ज्वाइंट फॉर्मेशन (सिलाई बॉन्ड / वेज बॉन्ड)

सोल्डरिंग टिप दूसरे कनेक्शन बिंदु (जैसे पिन या टैब) पर जाती है और फिर से दबाव और अल्ट्रासोनिक ऊर्जा लागू करके कनेक्शन पूरा करती है। यह सोल्डर जोड़ आमतौर पर पच्चर के आकार का या चपटा होता है और इसे सिलाई बंधन या पच्चर बंधन कहा जाता है।

इस बिंदु पर, एक संपूर्ण विद्युत कनेक्शन पथ स्थापित किया गया है।

6. तार काटना और चक्रीय संचालन

वेल्डिंग के बाद, उपकरण स्वचालित रूप से धातु के तार को काट देता है और एक नया तार अंत बनाता है, जो इसे अगले वेल्डिंग ऑपरेशन के लिए तैयार करता है। पूरी प्रक्रिया आम तौर पर बहुत कम समय में पूरी हो जाती है, जिससे बड़े पैमाने पर विनिर्माण की जरूरतों को पूरा करने के लिए उच्च गति वाले निरंतर उत्पादन को सक्षम किया जा सकता है।

प्रक्रिया के आधार पर, वायर बॉन्डिंग मशीनों को मुख्य रूप से दो प्रकारों में विभाजित किया जाता है:

1. बॉल बॉन्डिंग

• मुख्यतः सोने के तार का उपयोग किया जाता है
• उच्च परिशुद्धता और अच्छी स्थिरता
• सेमीकंडक्टर पैकेजिंग में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है

इसकी विशेषता यह है कि पहले धातु की गेंद बनाई जाती है और फिर वेल्डिंग की जाती है।

2. वेज बॉन्डिंग

• अधिकतर एल्यूमीनियम या तांबे के तार का उपयोग करता है
• कम लागत

बिजली उपकरणों और बैटरी उद्योग के लिए उपयुक्त

इसकी विशेषता यह है कि तारों को गेंद के आकार की संरचना बनाने की आवश्यकता के बिना, सीधे एक साथ दबाया जाता है।

एसीईवाई-3753एस्वचालित तार बंधनेवालापावर बैटरी, ऊर्जा भंडारण बैटरी और विभिन्न लिथियम-आयन बैटरी मॉड्यूल की असेंबली के लिए इंजीनियर की गई एक उच्च परिशुद्धता वेल्डिंग प्रणाली। इसका उपयोग मुख्य रूप से एल्यूमीनियम बसबार और बैटरी टैब के बीच विश्वसनीय कनेक्शन बनाने के लिए किया जाता है।

वायर बॉन्डिंग तकनीक का व्यापक रूप से कई उच्च-स्तरीय विनिर्माण क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है, जिनमें शामिल हैं:

सेमीकंडक्टर उद्योग:आईसी चिप, एलईडी पैकेजिंग और सेंसर निर्माण के लिए उपयोग किया जाता है, यह चिप पैकेजिंग की मुख्य प्रक्रियाओं में से एक है।

नई ऊर्जा बैटरियां:पावर बैटरी मॉड्यूल, बेलनाकार बैटरी और पाउच बैटरी में इलेक्ट्रोड कनेक्शन और आंतरिक प्रवाहकीय संरचना निर्माण के लिए उपयोग किया जाता है।

ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स:आईजीबीटी मॉड्यूल, नियंत्रण प्रणाली और विभिन्न बिजली इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों पर लागू।

उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स:जैसे मोबाइल फोन चिप्स, कैमरा मॉड्यूल और स्मार्ट पहनने योग्य डिवाइस।

यह कहा जा सकता है कि वायर बॉन्डिंग तकनीक आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में मूलभूत कनेक्शन विधियों में से एक बन गई है।

जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉनिक उत्पाद लघुकरण और उच्च प्रदर्शन की ओर विकसित हो रहे हैं, वायर बॉन्डिंग मशीनों की सटीकता, गति और स्थिरता में भी लगातार सुधार हो रहा है। भविष्य में, यह सेमीकंडक्टर, नई ऊर्जा और उच्च अंत विनिर्माण क्षेत्रों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाना जारी रखेगा।

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