Ball- vs. Wedge-Bonden: Material, Ablauf, Richtung und Einsatz
Beides sind Verfahren des Drahtbondens, bei denen die Elektrodenpads des Chips über dünne Metalldrähte mit dem Leadframe oder Substrat verbunden werden. Beim Ball-Bonden wird die Drahtspitze durch eine elektrische Entladung zu einer Kugel (Ball) aufgeschmolzen und mit Wärme, Kraft und Ultraschall gebondet. Da der Ball keine Vorzugsrichtung hat, kann der Draht in jede Richtung geführt werden; das Bonden ist schnell, und das Verfahren ist bei IC-Gehäusen am weitesten verbreitet. Beim Wedge-Bonden wird der Draht seitlich flach gequetscht und hauptsächlich mit Ultraschall gebondet. Da Aluminiumdrähte und -bändchen direkt verwendet werden können, wird es häufig bei Leistungshalbleitern mit hohen Strömen eingesetzt.
| Merkmal | Ball-Bonden | Wedge-Bonden |
|---|---|---|
| Bondform | Erster Bond als Ball, zweiter Bond als Stitch mit gequetschtem Draht | Erster und zweiter Bond als Wedge mit flach gequetschtem Draht |
| Werkzeug | Kapillare (dünnes Keramikröhrchen mit zentraler Bohrung) | Wedge-Werkzeug (führt den Draht schräg von hinten zu und drückt ihn mit der Spitze an) |
| Bondenergie | Thermosonic-Bonden mit Wärme, Kraft und Ultraschall. Das Substrat wird auf etwa 150–200 °C erwärmt | Hauptsächlich Ultraschall und Kraft. Aluminiumdraht lässt sich bei Raumtemperatur bonden |
| Drahtmaterial | Gold, Kupfer (einschließlich palladiumbeschichtetem Kupfer) | Aluminium (Dünn- und Dickdraht), Aluminiumbändchen, Gold. Für Leistungsanwendungen auch dicker Kupferdraht |
| Drahtdicke | Etwa 15–50 µm | Dünndraht einige zehn µm, Dickdraht für Leistungsanwendungen etwa 100–500 µm. Auch flache, bandförmige Bändchen |
| Richtung | Der Ball hat keine Vorzugsrichtung; der Draht kann in jede Richtung geführt werden | Gebondet wird entlang der Drahtzuführrichtung, daher ist die Richtung festgelegt. Für jeden Bond werden Kopf oder Werkstück gedreht, um die Richtung anzupassen |
| Geschwindigkeit | Hoch. Kontinuierliches Bonden ohne Rücksicht auf die Richtung | Eher langsam. Ausrichtbewegungen erforderlich |
| Bondgröße und Pitch | Der Ball hat etwa den doppelten Drahtdurchmesser. Geeignet für enge Padpitches von einigen zehn µm | Die Bondbreite ist schmaler als ein Ball; mit Dünndraht auch für enge Pitches geeignet |
| Schleifenform | Da der Draht vom Ball aus nach oben steigt, ist eine gewisse Höhe nötig. Es gibt Techniken für niedrigere Schleifen | Niedrige Schleifen leicht realisierbar |
| Zuverlässigkeitsaspekte | Bei Golddraht auf Aluminiumpads Wachstum intermetallischer Phasen und Voids. Bei Kupferdraht Risse unter dem Pad (Cratering) | Bei dickem Aluminiumdraht Ablösen des Bonds (Lift-off) und Risse am Fuß durch wiederholte Temperaturwechsel |
| Typische Anwendungen | IC-Gehäuse allgemein, z. B. QFP, BGA, gestapelte Speicherchips | Leistungshalbleiter und Leistungsmodule, Fahrzeugelektronik, HF- und optische Bauelemente, Verbindungen mit Aluminiumdraht |
Die Zahlenwerte sind typische Größenordnungen und variieren je nach Prozessgeneration und Produkt.