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Fernlehrgang

Fernlehrgang Optik: Was ist Drahtbonden?

Im Oktober 2013 startete der Fernlehrgang „Technische Optik“ der HarzOptics GmbH. In einem siebenmonatigen (die Betreuungszeit liegt bei vierzehn Monaten) Korrespondenzkurs erhalten Interessentinnen und Interessenten in diesem ersten deutschsprachigen Fernlehrgang zum Thema eine Einführung in die physikalischen und technischen Grundlagen der Optik und Photonik. Der von der Staatlichen Zentralstelle für Fernunterricht (ZFU) in Köln unter der Nummer 7251512 zugelassene Fernlehrgang schließt mit einem Zertifikat ab. In unserem Instituts-Blog stellen wir regelmäßig kürzere Auszüge aus dem Lehrmaterial ein. Interessenten finden weitere Informationen auf der Lehrgangs-Webseite www.fernlehrgang-optik.de.

Das Drahtbonden ist eine der ältesten Techniken zur elektrischen Verbindung zweier Halbleiterbauelemente. Eine Drahtbrücke, die meist aus Aluminium oder Gold besteht, wird beim Bonden an ihren Enden mit den Anschlussmetallisierungen der Chips und des weiteren Chipträgers verschweißt. Der Bondvorgang vollzieht sich ohne Schmelze, weshalb das Drahtbonden zu den Kaltpressschweißverfahren gezählt wird. Die Drahtbondverfahren werden nach folgenden Kriterien unterschieden:

  • Bonddrahtführung (Wedge-Wedge oder Ball-Wedge)
  • Art der Energiezuführung (Temperatur, Druck oder Ultraschall)
  • Drahtstärke und -form (Fein-, Standard- und Dickdrahtbonden)
Bondplatz

Bondplatz im KT-Labor der Hochschule Harz

 

Aus Platzgründen soll nachfolgend nur das sogenannte Thermokompressionsbonden näher betrachtet werden. Bei diesem Verfahren wird zunächst ein Ende des Drahtes so erhitzt, dass es zu einer kleinen Kugel zusammenschmilzt. Anschließend wird der Draht auf das Bondpad herabgesenkt und mit leichtem mechanischen Druck auf dieses aufgebracht. Aufgrund der hohen Temperatur des Andruckwerkzeugs in Kombination mit der Andruckkraft kommt es zu einer Kaltverschweißung des Drahtes. Das Andruckwerkzeug kann anschließend zum nächsten Bondpad geführt werden. Nachdem der Draht oberhalb der Bondstelle abgeschert wurde, steht die elektrische Verbindung.

Thermokompression

Verfahrensschritte der Thermokompressionsbondung

 

Die Verbindung kommt bei diesem Verfahren also über eine Kombination aus thermischer und mechanischer Energieeinwirkung zustande (daher auch die Bezeichnung Thermokompression). Die Prozessparameter sind insbesondere von der Dicke des Drahtes abhängig; für die Aufbringung eines Golddrahtes mit einer Dicke von 25 m werden beispielsweise Temperaturen zwischen 280 °C und 350 °C sowie eine Andruckzeit zwischen 20 ms und 200 ms benötigt. Da empfindliche optoelektronische Bauteile bei Temperaturen oberhalb von 100 °C Schaden nehmen können, eignet sich das Thermokompressionsbonden nicht für jeden Anwendungsfall. Ein alternatives Verfahren ist beispielsweise das „kältere“ Thermosonicbonden, bei dem eine Kaltverschweißung mittels Thermo- und Ultraschallenergie hergestellt wird.

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Über Christian Reinboth

http://www.christian-reinboth.de

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