Elektronikindustrie

Betrachtung und Messung von Drahtbondungen mittels Digitalmikroskop

Die Verbreitung von Mobilkommunikationssystemen der 5. Generation (5G) hat zu einer stärkeren Miniaturisierung und Integration von Halbleiterbauelementen geführt und auch die Nachfrage nach Produktinspektion und -analyse erhöht.
In diesem Abschnitt werden Beispiele für die Betrachtung und Messung von Drahtbondungen vorgestellt, einem gängigen Messobjekt für Digitalmikroskope.

Typisches Bonding für die IC-Chipmontage
Drahtbonding-Ablauf
Beispiele für die Betrachtung und Messung von Drahtbondungen mittels Digitalmikroskop

Typisches Bonding für die IC-Chipmontage

Drahtbonding

Beim Drahtbonden werden Elektroden von Halbleiterchips mit den elektrischen Anschlüssen von Leiterplatten oder Platinen mittels dünnen Drähten aus Gold, Aluminium oder Kupfer verbunden.

Chipbonden

Die Methode, bei der IC-Chips direkt auf eine Leiterplatte aufgebracht werden, wird Flip-Chip-Montage (FC-BGA) genannt. Kontakte, sogenannte Bumps, werden auf Elektroden eines IC-Chips aufgebracht und anschließend mit den Elektroden einer Leiterplatte verbunden. Dies spart Platz im Vergleich zum Drahtbonden.

Links: IC-Chip

Rechts: Flip (mit der Kontaktierungsseite nach unten)

Drahtbonding-Ablauf

1. Beim Drahtbonden wird ein Metalldraht durch eine röhrenförmige Kapillare (wie eine Injektionsnadel) geführt. Mittels elektrischer Entladung wird das unten herausstehende Drahtende angeschmolzen und die so entstehende Kugel (Ball) auf die Elektrode gebondet. Dies wird als Ball Bonding oder Erstes Bonding bezeichnet. Der Draht wird unter Druck der Kapillare, Wärme und Ultraschall auf die Kontaktfläche gebondet.
1. A: Golddraht
2. B: Kugel
3. C: IC-Chip
2. Der Draht wird kontinuierlich mit der Kapillarbewegung nach dem ersten Bonding zur zweiten Kontaktstelle geführt, um einem Loop (Bogen) auszuformen.
3. Beim Verbinden mit einer Anschlusselektrode wird keine Kugel hergestellt, sondern der Draht wird durch die Kapillare zusammengepresst. Dies wird als Stichverbindung oder Zweites Bonding bezeichnet.
4. Die Drahtklammer schließt sich und der Metalldraht wird eingeklemmt. Bei der anschließenden Verfahrbewegung der Kapillare nach oben wird das Drahtende abgerissen.

Bezeichnung der Teile einer Kapillarspitze

A: Konuswinkel

B: Fasenwinkel

C: Fasendurchmesser

D: Flankenwinkel

E: Bohrungsdurchmesser

F: Spitzendurchmesser

Beispiele für die Betrachtung und Messung von Drahtbondungen mittels Digitalmikroskop

Im Folgenden werden die neuesten Beispiele für die Betrachtung und Messung von Drahtbondungen mithilfe des 4K-Digitalmikroskops der Modellreihe VHX von KEYENCE vorgestellt.