Um alle Funktionen dieser Seite zu nutzen, aktivieren Sie bitte die Cookies in Ihrem Browser.
my.chemie.de
Mit einem my.chemie.de-Account haben Sie immer alles im Überblick - und können sich Ihre eigene Website und Ihren individuellen Newsletter konfigurieren.
- Meine Merkliste
- Meine gespeicherte Suche
- Meine gespeicherten Themen
- Meine Newsletter
DrahtbondenDas Drahtbonden (von engl. bond - "Verbindung", "Haftung") bezeichnet in der Elektrotechnik einen Verfahrensschritt, bei dem mittels hauchdünner Drähte (Bonddraht) ein Bauteil (integrierter Schaltkreis, LEDs, Sensor,...) mit elektrischen Anschlüssen versehen wird. Der Vorgang der Kontaktierung wird allgemein als Bonden bezeichnet. Weiteres empfehlenswertes Fachwissen
Der BonddrahtIn der mikroelektronischen Aufbau- und Verbindungstechnik besteht Bonddraht meist aus Gold oder einer Goldlegierung, aber auch Aluminium mit (geringem) Siliziumanteil findet Verwendung. Die bei einem Chip von außen sichtbaren Anschlüsse ("pins") sind über Bonddrähte im Innern des Chips mit den Anschlüssen (Pads) des Siliziumchips (engl. auch "die") verbunden. Die Durchmesser solcher Drähte liegen zumeist im Bereich zwischen 25/1000 und 50/1000 mm (25 und 50 µm). Im Bereich der Leistungselektronik kommen reine (99,99 % Al-Anteil und höher) Aluminium-Materialien zur Anwendung, bei diskreten Halbleitern (Dioden, Transistoren) wird zumeist hochreines Gold verwendet (Kupferdrähte befinden sich zur Zeit in der Testphase). Die Drahtdurchmesser zur Aufnahme hoher Stromlasten liegen zumeist zwischen 125/1000 und 500/1000 mm (125 und 500 µm). Reicht das nicht aus, wird mehrfach gebondet. Das Prinzip des DrahtbondensDas Prinzip des Drahtbondens ist die Verbindung zwischen Nacktchips und Verdrahtungsträger mit Hilfe eines hauchdünnen Drahtes. Dieser wird von der Anschlussfläche des Chips zur Anschlussfläche des Substrates gezogen und "verschweißt". Dabei werden hauptsächlich die beiden Unterverfahren Thermosonicbonden und Ultrasonicbonden angewendet. Die Vorteile der Bondtechnologie sind
UltraschalldrahtbondenDie verschiedenen Verfahrensvarianten bei der sequentiellen Kontaktierung von Halbleiterbauelementen sind das Thermokompressionsbonden (kurz: TC-Bonden), das Thermosonic-Ball-Wedge-Bonden (TS-Bonden) und das Ultraschall-Wedge-Wedge-Bonden (US-Bonden). Die zuerst genannten Verfahren arbeiten in der Regel mit Golddraht, das US-Bonden wird mit Aluminium bzw. Aluminium-Silizium- Draht (AlSi1) durchgeführt. Beim TS-Bonden wird der Golddraht durch eine Kapillare aus Sintermetall oder Keramik geführt. Mittels einer Flamme oder einen kleinen elektrischen Entladung wird das unten herausstehende Drahtende angeschmolzen, so dass sich durch die Oberflächenspannung eine Kugel (Ball) bildet. Dieser Ball wird unter Druck, Wärme und Ultraschall auf die Kontaktfläche (Ballbond) gebondet. Dabei wird der Ball durch die Kapillare verformt. Die Form diese Kontaktes erinnert an einen Nagelkopf (daher wird oft auch vom Nailhead-Bonden gesprochen). Der Draht wird dann zur zweiten Kontaktstelle geführt und wieder mittels Ultraschall, Wärme und Druck kontaktiert. Durch dieses Verfahren entsteht ein keilförmiger Abschluss, dem der Wedgebond seinen Namen zu verdanken hat (Wedge = engl. für Keil). Eine oberhalb der Kapillare angebrachte Drahtklammer verhindert beim Abheben des Werkzeugs, dass der Draht nachgeführt wird. Stattdessen wird der Draht am Wedgebond abgerissen und durch die Drahtklammer ein wenig nachgeschoben, so dass ein neuer Ball angeschmolzen werden kann. Da die Weiterführung des Drahtes nach dem Ballbond richtungsunabhängig ist, ist das Ball-Wedge-Bonden das schnellste und flexibelste Verfahren. Der Nachteil liegt in der zur Bindungsbildung notwendigen Temperatur von ca. 150 bis 300 ° C. Da Gold im Gegensatz zu Aluminium gar nicht oder nur gering oxidiert, fehlt die für den Aluminiumdraht typische sprödharte Aluminiumoxidschicht, die beim Bonden mit Aluminiumdraht die Oberflächen durch einen "Schmirgeleffekt" reinigt. Die Oxidpartikel werden dabei zum größten Teil aus der Bindezone hinaustransportiert und zu einem geringeren Teil eingearbeitet. Durch die höheren Temperaturen werden beim Bonden mit Golddraht die Oberflächen bereits vor dem eigentlichen Bondvorgang aktiviert, so dass allein der Materialfluss durch die Verformungen des Drahtes zur Bindungsbildung ausreicht. Ball-Wedge-Bonds mit Aluminiumdraht sind nur bedingt möglich, da die Oxidhaut einen höheren Schmelzpunkt hat als das Aluminium selbst. Beim Anschmelzen des Ball besteht daher immer die Gefahr, dass Teile der Oxidhaut die Ballgeometrie zerstören, so dass eine reproduzierbare Bondqualität nur mit hohem apparativem Aufwand (Schutzgasatmosphäre) möglich ist.
UltrasonicbondenDas Ultrasonicbonden bezeichnet die Kontaktiermethode, bei der ein Aluminiumdraht mit Hilfe des Prozessparameters Ultraschall auf den vorgesehenen Anschlusspads mikroverschweisst wird. Man nennt es auch Wedge-Wedge-Bonden. Durch den Ultraschall wird die oberste Oxidschicht des Aluminiums abgetragen und der Draht haftet besser. Die thermische Belastung für das Bauteil ist gering. Es werden folgende Arten unterschieden:
Der Prozess des Wedge-Wedge-Bonden läuft schematisch wie folgt ab (vgl. Abb. 2):
ThermosonicbondenDas Thermosonicbonden bezeichnet eine Kontaktiermethode, bei der ein Draht (meistens aus Gold) mit Hilfe von Temperatur und Ultraschall mikroverschweißt wird. ThermokompressionsbondenDurch eine hohe Temperatur (ca. 500 °C) wird die Drahtspitze aufgeschmolzen. Es bildet sich ein Kügelchen (engl. „ball“), das auf das Substrat gepresst wird. Man nennt diese Form „Nailhead“ (Nagelkopf). Das andere Ende wird abgequetscht und bildet einen Wedge (Stitch). Man benötigt teuren Golddraht für das Thermokompressionsbonden, denn Aluminium hat nicht die nötige Oberflächenspannung für die Bildung eines Nailheads. Der Prozess des Thermokompressionsbondens verläuft analog zum Wedge-Wedge-Verfahren (siehe oben). Es wird jedoch bei Schritt 1 (vgl. Abb. 2) zusätzlich das Ende des Bonddrahtes z. B. über einen Lichtbogen aufgeschmolzen, wodurch sich ein kleines Kügelchen bildet („Nailhead“). Ferner wird eine Kapillare anstelle einer Nadel verwendet, wodurch der Draht senkrecht (und nicht schräg) zugeführt wird. |
|
Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Drahtbonden aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar. |