引线键合技术在CCS集成母排上的应用

公司 2024-08-17 40

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CCS集成母排,主要由信号采集组件(FPC/FFC/FDC/线束等)、塑胶结构件、铝巴、连接器等组成。而信号采集组件FPC与铝巴的连接,除了主流的连接片激光焊接外,还有新工艺超声波直焊,以及小众的引线键合技术等。

 

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图 采用镍片连接的CCS模组,摄自2023上海慕尼黑展得润电子展台

 

主流的连接片激光焊接工艺,需要在FPC上预先焊接一块连接片(通常为镍片),再将该连接片的另一端焊接在铝巴上,形成连接。连接片与FPC的焊接需要采用回流焊工艺,而回流焊工艺复杂且成本较高。

 

超声波直焊工艺,就是线路板上的铜箔延伸出来,采用超声波焊接工艺与铝巴直接焊接在一起,可以简化工艺降低成本。

 

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图 FPC与铝巴直焊的CCS集成母排,摄于CIBF2023硅翔展台

 

那么,小众的引线键合技术是怎么应用于CCS集成母排上的呢?我们来看一下:

 

引线键合技术在电池连接上的应用

引线键合(Wire Bonding)是一种常见的电子封装工艺,其工作原理是通过热压和超声波震动的作用,用铝丝或金丝将芯片上的I/O焊盘和外围电路连接,这种连接方式不仅可以提供良好的电气连接,还在一定程度上实现机械强度的支撑。
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图 引线键合的结构(载体为印刷电路板(PCB)时)

 

引线键合技术自20 世纪 70 年代以来广泛应用于微电子和电力电子行业,现在也在不断发展的电动汽车行业有了新应用,例如单体电池与汇流排的连接,非常有名的应用案例就是2006年特斯拉率先使用铝丝键合技术实现18650电芯成组,除了实现电芯串并联外,该键合铝丝还可在电池过流情况下充当保险丝,起到熔断保护的作用,确保电池的安全性和稳定性。

 

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图 Model 3/Y的铝丝键合工艺,来源于新能源汽车动力电池

 

除了特斯拉外,国内也有不少电池厂引进了这项技术,例如宁波利维能、十堰猛狮等。资料显示,小鹏G3所用的电池也是采用铝丝键合技术。

 

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图 引线键合技术应用于电池组连接,来源十堰猛狮科技

 

电池连接用的铝丝键合技术主要形式为楔焊,通常在室温下进行,将两个楔形焊点压下形成连接。铝丝键合技术应用于电池连接,具有以下优点:
1、铝丝可以作为动力连接又可兼具熔丝的作用,在发生短路时会自动熔断,保证电池组的安全;
2、铝线能够满足电池组对连接的应力要求和拉力测试要求,可靠性高;
3、采用铝丝键合可以实现重复焊接,大大提高了可维护性和恢复率;
4、采用铝丝焊接或铝带焊接时,焊接区温度不会升高;
5、铝线键合是一种清洁焊接工艺,没有焊剂残留物或熔融金属熔渣,避免了可靠性问题;
6、铝丝焊接时是否出现焊接缺陷很容易检测,更容易修复缺陷位置而不造成焊接损坏;

7、引线键合工艺成熟,成本较低,且工艺过程非常灵活。

 

铝丝键合技术在电池组生产用的应用,除了电芯与汇流排的连接外,还可用于CCS集成母排采样连接。

 

键合技术在CCS集成母排上的应用,主要是指通过铝丝或铝带将FPC和铝巴通过键合工艺连接,实现对各单体电池的电压采样。其中,铝丝或铝带的两端分别与FPC上的焊盘和电连接片进行键合,键合铝丝/铝带呈拱形结构,过渡缓和,可避免出现应力集中而易于发生断裂。FPC+键合工艺,用铝丝/铝带替代主流的镍片,可以从材料上降低成本。

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图 采用铝丝键合的CCS母排,截取自宁德时代专利CN 112397840 A

 

引线键合技术在CCS集成母排上的应用 第7张
图 采用铝丝键合的CCS母排,来源于Alibaba.com

 

引线键合技术在CCS集成母排上的应用 第8张
图 铝丝焊接将单板与电芯相连,来源于新能源BMS
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