Aludrahtbonden

Aludraht-Bonden (Aluminium Wire Bonding) ist ein etabliertes Kontaktierungsverfahren in der Halbleiter- und Leistungselektronik, bei dem Aluminiumdrähte zur elektrischen Verbindung zwischen Chip und Gehäuse oder Leiterplatte eingesetzt werden.

Verfahren und Eigenschaften

Im Gegensatz zum Golddrahtbonden erfolgt die Verbindung beim Aludraht-Bonden rein ultraschallbasiert (thermisch unterstützt, aber meist ohne zusätzliche Wärme). Der Draht wird unter Druck und Ultraschall mit dem Kontaktpad verschweißt – ein Prozess, der als Ultrasonic Wedge Bonding bezeichnet wird. Typische Drahtdurchmesser liegen zwischen 25 µm und über 500 µm.

Geeignete Leiterplatten-Oberflächen

Für ein zuverlässiges Aludraht-Bonden ist die Wahl der richtigen Leiterplatten-Oberfläche entscheidend. Geeignet sind:

• Chemisch Zinn (Immersion Tin) – Bietet eine gut bondbare, planare Oberfläche, erfordert jedoch eine sorgfältige Prozesskontrolle aufgrund der begrenzten Lagerstabilität.
• Chemisch Gold (Immersion Gold) – Auch als ENIG bekannt, ermöglicht eine gut kontrollierbare Bondfläche, wobei die Goldschicht dünn genug sein muss, um eine feste Verbindung mit der darunterliegenden Nickelschicht zu gewährleisten.
• ENEPIG (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold) – Die bevorzugte Oberfläche für anspruchsvolle Bondanwendungen. Sie kombiniert die Vorteile einer diffusionssperrenden Palladiumschicht mit einer bondbaren Goldoberfläche und bietet höchste Zuverlässigkeit, insbesondere bei Mixed-Metal-Bonding (Aluminium auf Gold).

Anwendungsbereiche Aludrahtbonden

Aludraht-Bonden kommt vor allem dort zum Einsatz, wo hohe Ströme fließen oder große Flächen kontaktiert werden müssen. Typische Anwendungen sind:

• Leistungshalbleiter (IGBTs, MOSFETs, Dioden)
• Leistungsmodule in der Elektromobilität
• Hochstromanwendungen in der Industrie- und Antriebstechnik
• Große Chipflächen, bei denen mehrere Bondverbindungen parallel geschaltet werden

Vorteile von Aludrahtbonden gegenüber Golddrahtbonden

• Kostengünstiger: Aluminium ist deutlich preiswerter als Gold
• Höhere Stromtragfähigkeit: Durch größere Drahtquerschnitte möglich
• Gute elektrische Leitfähigkeit: Aluminium leitet fast so gut wie Gold
• Bewährte Technologie: Sehr robuster und zuverlässiger Prozess

Aludrahtbonden: Nachteile und Herausforderungen

Aluminium neigt zur Oxidation an der Oberfläche, was die Kontaktierung erschweren kann. Zudem ist der Draht spröder als Gold, was bei mechanischer Beanspruchung zu Rissen führen kann. In der Hochfrequenztechnik wird Aluminium aufgrund der geringeren Leitfähigkeit im Vergleich zu Gold seltener eingesetzt.