Drahtbondwerkzeug Bonding Wedge

Dieser Artikel stellt den Aufbau, die Materialien und die Auswahlmöglichkeiten häufig verwendeter Bondkeile für das Drahtbonden von Mikrobaugruppen vor. Der Splitter, auch als Stahldüse oder vertikale Nadel bekannt, ist ein wichtiger Bestandteil des Drahtbondens im Halbleiter-Verpackungsprozess, der im Allgemeinen Reinigung, Sintern des Gerätechips, Drahtbonden, Versiegeln der Kappe und andere Prozesse umfasst. Drahtbonden ist eine Technologie zur Herstellung der elektrischen Verbindung und Informationsübertragung zwischen dem Chip und dem Substrat. Der Splitter wird auf der Drahtbondmaschine installiert. Unter Einwirkung externer Energie (Ultraschall, Druck, Wärme) werden durch plastische Verformung des Metalls und Festphasendiffusion von Atomen der Draht (Golddraht, Goldstreifen, Aluminiumdraht, Aluminiumstreifen, Kupferdraht, Kupferstreifen) und das Bondpad gebildet. So wird die Verbindung zwischen dem Chip und der Schaltung hergestellt, wie in Abbildung 1 dargestellt.

1. Bindungskeilstruktur

Der Hauptkörper des Spaltwerkzeugs ist üblicherweise zylindrisch, und der Schneidkopf hat eine keilförmige Gestalt. Die Rückseite des Schneidwerkzeugs weist eine Öffnung zum Einführen des Bonddrahts auf, deren Öffnung dem Drahtdurchmesser des verwendeten Drahts entspricht. Die Stirnfläche des Schneidkopfs weist je nach Anwendungsbedarf unterschiedliche Strukturen auf, und die Stirnfläche des Schneidkopfs bestimmt Größe und Form der Lötstelle. Bei Gebrauch verläuft der Anschlussdraht durch die Öffnung des Spaltwerkzeugs und bildet einen Winkel von 30° bis 60° zwischen dem Anschlussdraht und der horizontalen Ebene des Bondbereichs. Wenn das Spaltwerkzeug auf den Bondbereich fällt, drückt es den Anschlussdraht auf den Bondbereich, wodurch eine schaufel- oder hufeisenförmige Lötstelle entsteht. Einige Bondkeile sind in Abbildung 2 dargestellt.

2. Klebekeilmaterial

Während des Bondvorgangs erzeugen die durch den Bondkeil geführten Bonddrähte Druck und Reibung zwischen dem Schneidkopf und dem Lötpadmetall. Daher werden üblicherweise Materialien mit hoher Härte und Zähigkeit zur Herstellung von Schneidgeräten verwendet. Um die Anforderungen von Schneid- und Bondverfahren zu kombinieren, ist es erforderlich, dass das Schneidmaterial eine hohe Dichte und Biegefestigkeit aufweist und eine glatte Oberfläche verarbeiten kann. Gängige Schneidmaterialien sind Wolframkarbid (Hartlegierung), Titankarbid und Keramik.

Wolframkarbid ist sehr widerstandsfähig und wurde früher häufig zur Herstellung von Schneidwerkzeugen verwendet. Die Bearbeitung von Wolframkarbid ist jedoch relativ schwierig, und es ist nicht einfach, eine dichte und porenfreie Bearbeitungsoberfläche zu erhalten. Wolframkarbid hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Um zu verhindern, dass die Wärme des Lötpads während des Bondvorgangs von der Schneide abgeführt wird, muss die Schneide des Wolframkarbids während des Bondvorgangs erwärmt werden.

Die Materialdichte von Titankarbid ist geringer als die von Wolframkarbid und es ist flexibler als Wolframkarbid. Bei Verwendung desselben Ultraschallwandlers und derselben Klingenstruktur ist die Amplitude der von der auf die Titankarbidklinge übertragenen Ultraschallwelle erzeugten Klinge 20 % größer als die der Wolframkarbidklinge.

Keramik wird seit einigen Jahren häufig zur Herstellung von Schneidwerkzeugen eingesetzt, da sie sich durch hervorragende Glätte, Dichte, Porenfreiheit und stabile chemische Eigenschaften auszeichnet. Die Bearbeitung von Stirnflächen und Löchern von Keramikspaltern ist besser als die von Wolframkarbid. Zudem ist die Wärmeleitfähigkeit von Keramikspaltern gering, und der Spalt selbst kann unbeheizt bleiben.

3. Auswahl des Bonding-Keils

Die Auswahl bestimmt die Verbindungsqualität des Anschlussdrahtes. Faktoren wie Größe und Abstand der Verbindungspads, Schweißtiefe, Anschlussdurchmesser und -härte, Schweißgeschwindigkeit und -genauigkeit sollten umfassend berücksichtigt werden. Keilspalten haben typischerweise einen Durchmesser von 1/16 Zoll (1,58 mm) und werden in Voll- und Hohlspalten unterteilt. Die meisten Keilspalten führen den Draht in einem Zuführwinkel von 30°, 45° oder 60° in die Unterseite des Schneiders ein. Hohlspalten werden für Produkte mit tiefen Hohlräumen ausgewählt, und der Draht wird vertikal durch den Hohlkeilspalter geführt, wie in Abbildung 3 gezeigt. Vollspalten werden aufgrund ihrer schnellen Verbindungsrate und hohen Lötstellenkonsistenz oft für die Massenproduktion ausgewählt. Hohlspalten werden aufgrund ihrer Fähigkeit zum Verbinden von Produkten mit tiefen Hohlräumen ausgewählt, und der Unterschied beim Verbinden mit Vollspalten ist in Abbildung 3 dargestellt.

Wie aus Abbildung 3 ersichtlich, berührt der Draht des Vollspaltmessers beim Bonden tiefer Hohlräume oder Seitenwände leicht die Seitenwände, was zu einer verdeckten Verbindung führt. Ein Hohlspaltmesser kann dieses Problem vermeiden. Im Vergleich zum Vollspaltmesser weist das Hohlspaltmesser jedoch auch einige Nachteile auf, wie z. B. eine geringe Bondrate, eine schwierige Kontrolle der Lötstellenkonsistenz und eine schwierige Kontrolle der Drahtendenkonsistenz.

Die Spitzenstruktur des Bonding-Keils ist in Abbildung 4 dargestellt.

Lochdurchmesser (H): Die Öffnung bestimmt, ob die Bondleitung problemlos durch den Schneider geführt werden kann. Ist die innere Öffnung zu groß, wird der Bondpunkt versetzt oder verschoben, und die Lötstelle verformt sich anormal. Ist die innere Öffnung zu klein, reiben sich die Bondleitung und die Innenwand des Spalters, was zu Verschleiß führt und die Bondqualität mindert. Da der Bonddraht einen Drahtzufuhrwinkel hat, muss der Abstand zwischen der Öffnung des Bonddrahts und dem Spaltmesser in der Regel größer als 10 μm sein, um Reibung und Widerstand während der Drahtzufuhr zu vermeiden.

Frontradius (FR): FR beeinflusst die erste Verbindung grundsätzlich nicht, sondern dient hauptsächlich dem LOOP-Prozess für den Übergang zur zweiten Verbindung, um die Bildung eines Linienbogens zu erleichtern. Ein zu kleiner FR-Wert erhöht die Rissbildung an der zweiten Schweißwurzel. Im Allgemeinen sollte der FR-Wert gleich oder geringfügig größer als der Drahtdurchmesser gewählt werden. Bei Golddraht kann der FR-Wert kleiner als der Drahtdurchmesser gewählt werden.

Rückradius (BR): BR wird hauptsächlich für den Übergang der ersten Verbindung während des LOOP-Prozesses verwendet und erleichtert die Lichtbogenbildung der ersten Verbindungslinie. Zweitens erleichtert es den Drahtbruch. Die Auswahl des BR hilft dabei, die Konsistenz bei der Bildung der Enddrähte während des Drahtbruchprozesses aufrechtzuerhalten, was sich positiv auf die Enddrahtkontrolle auswirkt und Kurzschlüsse durch lange Enddrähte sowie eine schlechte Verformung einer Lötverbindung durch kurze Enddrähte vermeidet. Im Allgemeinen wird für Golddraht ein kleinerer BR verwendet, um den Draht sauber zu schneiden. Wird der BR zu klein gewählt, können leicht Risse oder Brüche an der Wurzel einer Lötverbindung entstehen; eine zu große Auswahl kann zu unvollständigem Drahtbruch beim Schweißprozess führen. Die Größenauswahl des allgemeinen BR entspricht dem Drahtdurchmesser; bei Golddraht kann der BR kleiner als der Drahtdurchmesser gewählt werden.

Bond Flat (BF): Die Auswahl von BF hängt vom Drahtdurchmesser und der Padgröße ab. Gemäß GJB548C sollte die Länge der Keilschweißnaht das 1,5- bis 6-fache des Drahtdurchmessers betragen, da zu kurze Keile die Verbindungsfestigkeit beeinträchtigen oder die Verbindung unsicher machen können. Daher muss die Länge in der Regel das 1,5-fache des Drahtdurchmessers betragen und darf die Padgröße oder das 6-fache des Drahtdurchmessers nicht überschreiten.

Bondlänge (BL): BL besteht hauptsächlich aus FR, BF und BR, wie in Abbildung 4 dargestellt. Wenn die Pad-Größe zu klein ist, müssen wir daher darauf achten, dass die Größe von FR, BF und BR des Spaltmessers innerhalb der Pad-Größe liegt, um ein Überschreiten der Pad-Lötstelle zu vermeiden. Im Allgemeinen gilt BL = BF + 1/3 FR + 1/3 BR.

4.Zusammenfassen

Klebekeil ist ein wichtiges Werkzeug für die Mikromontage-Leitungsverbindung. Im zivilen Bereich wird die Leitungsverbindung hauptsächlich in Chips, Speichern, Flash-Speichern, Sensoren, Unterhaltungselektronik, Automobilelektronik, Leistungsbauteilen und anderen Branchen eingesetzt. Im militärischen Bereich wird die Leitungsverbindung hauptsächlich in HF-Chips, Filtern, Raketensuchköpfen, Waffen und Ausrüstung, elektronischen Informationsabwehrsystemen, weltraumgestützten Phased-Array-Radar-T/R-Komponenten, Militärelektronik sowie in der Luft- und Raumfahrt und der Kommunikationsindustrie verwendet. In diesem Dokument werden Material, Struktur und Auswahlprinzipien gängiger Verbindungskeile vorgestellt. Dies hilft Anwendern bei der Auswahl der am besten geeigneten Keilaufteilungen, um eine gute Schweißqualität zu erzielen und die Kosten zu senken.