Ball bonding versus wedge bonding: materialen, proces, richting en toepassingen
Beide zijn methoden voor wire bonding, waarbij de bondpads van de chip met een dunne metaaldraad worden verbonden met een leadframe of substraat. Bij ball bonding wordt het uiteinde van de draad met een vonkontlading gesmolten tot een bal, die met warmte, kracht en ultrasoon wordt gebonden. Een bal heeft geen richting, dus de draad kan in elke richting worden weggeleid en het bonden gaat snel; het is de meest gebruikte methode in IC-packages. Bij wedge bonding wordt de draad van opzij platgedrukt en voornamelijk met ultrasoon gebonden. Aluminiumdraad en -ribbon kunnen direct worden gebruikt, dus de methode is gangbaar bij vermogenshalfgeleiders die grote stromen voeren.
| Kenmerk | Ball bonding | Wedge bonding |
|---|---|---|
| Vorm van de bond | De eerste bond is een bal, de tweede bond een stitch waarbij de draad wordt platgedrukt | Zowel de eerste als de tweede bond heeft de vorm van een wedge, waarbij de draad wordt platgedrukt |
| Gereedschap | Capillair (een dun keramisch buisje met een gat in het midden) | Wedge-tool (gereedschap dat de draad schuin van achteren aanvoert en met de punt aandrukt) |
| Bondenergie | Thermosonisch: warmte, kracht en ultrasoon gecombineerd. Het substraat wordt verwarmd tot ongeveer 150 tot 200 °C | Voornamelijk ultrasoon en kracht. Aluminiumdraad kan bij kamertemperatuur worden gebonden |
| Draadmateriaal | Goud, koper (inclusief palladium-gecoat koper) | Aluminium (dunne en dikke draad), aluminiumribbon, goud. Voor vermogenstoepassingen ook dikke koperdraad |
| Draaddikte | Ongeveer 15 tot 50 µm | Dunne draad enkele tientallen µm, dikke draad voor vermogen ongeveer 100 tot 500 µm. Er is ook plat, bandvormig ribbon |
| Richting | De bal heeft geen richting; de draad kan in elke richting worden weggeleid | Er wordt gebonden langs de aanvoerrichting van de draad, dus de richting ligt vast. Per bond worden de kop of het werkstuk gedraaid om de richting uit te lijnen |
| Snelheid | Hoog. Er kan doorlopend worden gebonden zonder op de richting te letten | Lager. Uitlijnen van de richting is nodig |
| Bondgrootte en pitch | De bal is ongeveer 2 keer de draaddiameter. Geschikt voor smalle padpitches van enkele tientallen µm | De bond is smaller dan een bal; met dunne draad ook geschikt voor kleine pitches |
| Lusvorm | De draad stijgt op vanaf de bal, dus enige hoogte is nodig. Er zijn ook technieken om de lus laag te maken | Lage lussen zijn eenvoudig te maken |
| Aandachtspunten betrouwbaarheid | Bij gouddraad op aluminiumpads groei van intermetallische verbindingen en voids. Bij koperdraad scheuren onder de pad (cratering) | Bij dikke aluminiumdraad loslaten van de bond (lift-off) of scheuren bij de voet door herhaalde temperatuurwisselingen |
| Belangrijkste toepassingen | IC-packages in het algemeen, zoals QFP, BGA en gestapelde geheugenchips | Vermogenshalfgeleiders en vermogensmodules, auto-elektronica, RF- en optische componenten, verbindingen met aluminiumdraad |
De getalswaarden zijn typische ordegroottes en variëren per procesgeneratie en product.