Was ist Bonddraht?
Bonddraht ist ein dünner Metalldraht, der im Wire-Bonding-Prozess verwendet wird, einem der Herstellungsverfahren für Halbleiterbauelemente wie ICs und LSIs, und ist ein Verbindungsmaterial, das zum Austausch von Strom und elektrischen Signalen zwischen dem Halbleiterbauelement und der Außenseite des Gehäuses verwendet wird.
IC-Chips, die im Front-End-Verfahren der Halbleiterherstellung hergestellt werden, werden im Back-End-Verfahren vom Wafer getrennt und einzeln auf einer Metallplatte, dem so genannten Leadframe, im Inneren des Gehäuses befestigt. Mit Bonddrähten werden dann die Elektroden des Chips mit dem Leadframe verbunden.
Anwendungen von Bonddraht
Bonddraht wird als Material für die Verbindung der Elektrodenpads von Halbleiterbauelementen mit dem Leadframe im Back-End-Prozess der Halbleiterbauelementeherstellung verwendet.
Der Drahtbondprozess wird mit hoher Geschwindigkeit wiederholt: Der Draht wird mit der Elektrode verbunden, der Draht wird verformt, um eine Schleife zu bilden, der Draht wird mit dem externen Anschluss verbunden und dann wird der Draht abgeschnitten. Dies gilt sowohl für Halbleiterbauelemente mit einer geringen Anzahl von Pins, wie z. B. diskrete Halbleiter und Allzweck-ICs, als auch für Halbleiter mit mehr als 100 Pins, wie z. B. LSIs.
Funktionsweise des Bonddrahts
Zu den Bonddraht-Materialien gehören Gold, Silber, Kupfer und Aluminium.
Bonddraht aus Gold ist der am häufigsten verwendete Hochleistungsdraht. Er verfügt über eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Verarbeitbarkeit und chemische Stabilität und eignet sich gut für das Bonden von langen Spans mit großen Abständen zwischen Chipelektrode und Leadframe sowie für das Fine-Pitch-Bonden mit sehr engen Lead-to-Lead-Abständen. Der Nachteil ist, dass er teuer ist, da er aus Gold mit einem Reinheitsgrad von mehr als 99 % hergestellt wird.
Silber- und Kupfer-Bonddrähte wurden entwickelt, um die teuren Gold-Bonddrähte zu ersetzen und so die Kosten erheblich zu senken.
Bonddrähte aus Aluminium werden in Leistungsgeräten verwendet, bei denen hohe Ströme in rauen Umgebungen erforderlich sind. Sie haben eine ausgezeichnete Bondbarkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit und werden als Drähte mit größerem Durchmesser oder als bandförmige Drähte verwendet.
Es gibt zwei Arten von Bonddraht-Verbindungsmethoden: Ball-Bonding und Wedge-Bonding.
Das Ball-Bonding ist die gängigste Drahtbondmethode. Der Bonddraht wird durch eine Kapillare im Bondgerät geführt, wo eine elektrische Entladung den Draht unterhalb der Kapillare schmilzt und an der Spitze eine Metallkugel bildet. Die Kapillare senkt sich von knapp oberhalb der Verbindungsstelle nach unten, und wenn die Kugel auf das Metallpad trifft, wird der Draht durch Ultraschallwellen, Wärme und Belastung verformt und mit dem Pad verbunden.
Gold-, Silber- und Kupferdrähte werden für das Kugelbonden verwendet, während Aluminiumdrähte für das Kugelbonden nicht geeignet sind, da die Oberfläche durch die elektrische Entladung oxidiert wird.
Beim Wedge-Bonden wird ein Werkzeug, ein so genannter Wedge, durch den Draht gesteckt, um ihn mit dem Pad zu verbinden, indem Ultraschallwellen und Kraft auf den Draht einwirken. Es wird häufig für das Bonden von Aluminiumdrähten verwendet, da es keine elektrische Entladung verursacht, die den Draht zum Schmelzen bringt, wie es beim Ball-Bonden der Fall ist, aber auch Gold-, Silber- und Kupferdrähte können verwendet werden.