Drahtbonden– die Methode zur Montage eines Chips auf einer Leiterplatte

Vor Prozessende sind auf jedem Wafer 500 bis 1200 Chips angebracht. Um diese Chips bei Bedarf zu verwenden, muss der Wafer in einzelne Chips zerteilt, anschließend mit externen Geräten verbunden und mit Strom versorgt werden. Die Methode zum Verbinden der Drähte (Übertragungswege für elektrische Signale) wird als Drahtbonden bezeichnet.

Material der Drahtbondierung: Gold / Aluminium / Kupfer

Das Material für die Drahtbondierung wird durch die umfassende Berücksichtigung verschiedener Schweißparameter und deren Kombination zum optimalen Verfahren bestimmt. Zu den hier genannten Parametern gehören unter anderem der Halbleiterprodukttyp, die Gehäuseart, die Padgröße, der Durchmesser der Metallzuleitungen, das Schweißverfahren sowie Zuverlässigkeitsindikatoren wie die Zugfestigkeit und Dehnung der Metallzuleitungen. Typische Materialien für Metallzuleitungen sind Gold, Aluminium und Kupfer. Golddraht wird dabei am häufigsten für die Halbleitergehäuse verwendet.

Golddraht besitzt eine gute elektrische Leitfähigkeit, ist chemisch stabil und weist eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf. Der größte Nachteil von Aluminiumdraht, der früher hauptsächlich verwendet wurde, war jedoch seine Korrosionsanfälligkeit. Darüber hinaus ist Golddraht sehr hart, sodass er sich beim Primärbonden gut zu einer Kugel formen und beim Sekundärbonden eine halbkreisförmige Zuleitungsschleife (Schleife zwischen Primär- und Sekundärbonden) formen lässt.

Aluminiumdraht hat einen größeren Durchmesser und eine größere Steigung als Golddraht. Daher bricht selbst hochreiner Golddraht in der Zuleitung nicht, während reiner Aluminiumdraht leicht bricht. Aus diesem Grund wird er mit Silizium oder Magnesium legiert. Aluminiumdraht kommt hauptsächlich in Hochtemperaturverpackungen (z. B. hermetischen) oder Ultraschallverfahren zum Einsatz, wo Golddraht nicht verwendet werden kann.

Obwohl Kupferdraht günstig ist, ist seine Härte zu hoch. Eine zu hohe Härte erschwert die Kugelformung und führt zu Einschränkungen bei der Herstellung von Anschlussdrähten. Zudem muss beim Kugelbonden Druck auf die Chip-Kontaktfläche ausgeübt werden. Ist die Härte zu hoch, entstehen Risse in der Beschichtung an der Unterseite der Kontaktfläche. Darüber hinaus kann es zu einem Ablösen der fest verbundenen Kontaktfläche kommen. Da die Metallisierung des Chips jedoch aus Kupfer besteht, ist die Verwendung von Kupferdraht heutzutage zunehmend verbreitet. Um die Nachteile von Kupferdraht auszugleichen, wird er üblicherweise mit geringen Mengen anderer Materialien zu einer Legierung vermischt.