EV 배터리에서 와이어 본드의 내구성 향상
HOW2POWER TODAY, 2024년 1월
Dodgie Calpito 다나까귀금속인터내셔널(미국) 주식회사
Shuichi Mitoma, Shizu Matsunaga, Kosuke Ono, Tsukasa Ichikawa 다나까전자공업 주식회사 (일본, 도쿄)
EV 배터리에서 와이어 본드의 내구성 향상
와이어 본딩이 개발되어 반도체 패키지에 오랫동안 사용되어 왔으며, 이는 와이어 본딩에 본래 제공되는 유연성과 프로그래밍 용이성 때문입니다. 이러한 특성은 다른 상호 연결 방법에 비해 가장 큰 장점이되었습니다. 와이어 본딩을 사용하면, 금, 알루미늄, 구리, 은 등의 합금, 또는 팔라듐 피복 구리 복합재 등으로 만들어진 와이어를 이용하여, 실리콘 다이와 그 기재 사이에 전기적인 상호 접속이나 와이어 본드를 형성할 수 있다.
와이어 본드는 유연성에 한계가 있기 때문에 섬세하고, 반도체에서는 통상 수지 또는 성형 컴파운드와 같은 완충재로 밀폐된다. 이러한 완충재는 진동에 의한 손상을 견디도록 일정한 내구성과 강도를 부여한다. 그러나 대부분의 EV 배터리 팩에서는 진동의 영향으로부터 와이어 본드를 보호하는 재료가 없어 노출에 사용되기 때문에 이러한 일정한 내구성은 손실되어 와이어 본드가 손상되기 쉬워진다.
이 기사에서는 EV 배터리 팩의 원통형 리튬 이온(Li 이온) 전지의 상호 접속에 사용하는 초음파 와이어 본딩에 대해 살펴본다. 특히, 와이어 본드 설계의 다양한 측면이 파손의 용이성에 영향을 미치는 정도를 측정하기 위해 실시한 EV 배터리 팩에 사용하는 와이어 본드에 대한 일련의 진동 시험에 대해 설명한다.
EV 배터리 팩의 와이어 본드 구조에 대해 설명하고 기계적 약점을 확인한 후 본 연구에서 진동에 대한 와이어 본드의 취약성을 테스트하기 위해 개발 된 테스트 장비를 소개합니다. 또한 진동 방향, 재료, 와이어 형상, 루프 높이, 단일 본드 대 다중 와이어 등의 영향을 시험하기 위해 실시한 5가지 비교 연구에 대해 설명한다.
이러한 연구의 목표는 EV 배터리 팩에서 와이어 단선 문제를 분석하고 이러한 장애를 줄이거나 제거하는 몇 가지 완화 조치를 제공하는 것입니다. 시험 결과를 제시한 후, 팩의 설계자가 EV 배터리 팩에서 높은 내구성을 가지는 와이어 본드를 실현하는 데 도움이 되는 중요한 소견을 정리한다.
EV 배터리 팩의 와이어 본드 취약성
현재, EV 배터리 팩의 원통형 Li 이온 배터리의 상호 접속에는 초음파 와이어 본딩이 사용되고 있다. 음극 와이어는 배터리의 에지에 접합되는 반면, 양극 와이어는 배터리 중앙의 캐소드에 접합되어 진동하기 쉽다. 배터리 캔은 니켈 도금 강철로 만들어졌으며 그 가장자리는 파형이며 곡선 단면을 가지고 있습니다.
와이어 본드는 편평한 표면에 대한 설계이기 때문에, 곡선 에지를 갖는 배터리에 본딩하는 것은 (최근 설계에서는 더 평탄화되었지만) 어렵다. 전지의 에지의 표면 거칠기도 크림프 가공에 기인하여 일관성이 없고, 부식이나 전해질 오염에 노출되기 쉽다.
악로 조건이나, EV의 난폭한 취급, 또는 급가속/감속 등으로 발생하는 진동에 의해 와이어의 피로가 생겨, 이윽고 단선할 우려가 있다. 그 결과, 본드와 와이어 본드 범위 사이의 힐 영역이 파손될 수 있다. 이것은 EV 배터리 팩에서 에너지 용량이 손상되는 일반적인 원인이다. 도 1은 원통형 배터리 배터리를 상호 연결하는 전형적인 와이어 본드를 도시한다.
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