Was ist Drahtbonder?
Ein Drahtbonder ist ein Gerät, das in integrierten Schaltungen wie IC-Chips und LSI-Chips verwendet wird, um eine Reihe von E/A-Elektroden elektrisch mit der Substratseite zu verbinden.
Sie werden auch verwendet, um Elektroden zwischen Leiterplatten zu verbinden. Obwohl Flip-Chip-Bonder in den letzten Jahren in großem Umfang für die Montage integrierter Schaltungen verwendet wurden, besteht nach wie vor ein Bedarf an Drahtbonding. Es gibt zwei Arten von Drahtbondern: manuelle Typen, bei denen das Bonden unter Beobachtung mit einem Mikroskop erfolgt, und vollautomatische Typen, bei denen die Bondadresse vorprogrammiert ist.
Einsatzgebiete von Drahtbondern
Drahtbonder werden vor allem im Montageprozess eingesetzt, dem Back-End-Prozess der Halbleiterfertigung. In diesen Fällen erfolgt das Drahtbonden innerhalb des integrierten Schaltkreises und wird auch bei der Montage von integrierten Schaltkreisen auf Platinen verwendet.
Der oben beschriebene manuelle Typ wird für Versuchsschaltungen und Prototypen verwendet, während vollautomatische Drahtbonder in der Massenproduktion eingesetzt werden. Drahtbonder erfordern eine hohe Produktivität, da die Elektroden eins-zu-eins verbunden werden. Aus diesem Grund haben sich Produkte durchgesetzt, die Drähte mit hohen Geschwindigkeiten von etwa 0,05 s pro Stelle verbinden.
Prinzipien von Drahtbondern
Ultradünne Gold-, Aluminium- oder Kupferdrähte werden verwendet, um die Elektroden auf der Leiterplatte mit den Elektroden des integrierten Schaltkreises zu verbinden. Mit Hilfe der Ultraschallschweißtechnik wird jede Elektrode mit dem Draht verbunden, so dass das Bonden in sehr kurzer Zeit abgeschlossen ist. Der Teil, durch den die Drähte geführt und verbunden werden, wird als Kopf bezeichnet, von dem es je nach Aufbau verschiedene Typen gibt.
Drahtbonder erfordern eine extrem hohe Positioniergenauigkeit, da die Drähte zwischen extrem kleinen Elektroden verbunden werden müssen, was einen Präzisionsfehler von ±2 Mikrometern erfordert. Das System erfordert außerdem eine präzise Steuerung und Kontrolle der Presskraft des Kopfes (Bonding-Last) und ist mit einem rückwirkungsfreien Servomechanismus und einem Antivibrationssystem zur Unterdrückung externer Vibrationen ausgestattet, um eine hohe Positioniergenauigkeit zu erreichen.
Das Drahtbonden lässt sich grob in zwei Methoden einteilen: das Ball-Bonden, bei dem eine elektrische Entladung zwischen Draht und Elektrode erzeugt wird, die auf beiden Seiten einen kugelförmigen, geschmolzenen Teil bildet, und das anschließende Druckbonden unter Anwendung von Wärme oder Ultraschallwellen; und das Wedge-Bonden, bei dem der Draht durch Ultraschallwellen direkt auf die Elektrode gepresst wird, ohne dass sich ein kugelförmiger, geschmolzener Teil bildet, das sogenannte Wedge-Bonden. Beim Wedge-Bonden wird der Draht durch Ultraschallwellen direkt auf die Elektrode gepresst, ohne dass sich eine kugelförmige Schmelze bildet.
Es gibt eine breite Palette von Drahtdurchmessern, von einigen zehn Mikrometern bis zu Banddrähten von mehreren hundert Mikrometern, und die Bondmethode muss entsprechend dem Draht ausgewählt werden.