Bonden (engl. Bonding) ist der Oberbegriff für Verfahren in der Halbleiter- und Aufbautechnik, bei denen elektronische Bauelemente (z. B. ein integrierter Schaltkreis / IC) mechanisch befestigt und elektrisch kontaktiert werden (s. Chip on Board).
Die Verbindung erfolgt auf einem Träger (Substrat), wie einer Leiterplatte oder einem Chip-Gehäuse über Zwischenmittel wie Lot, Kleber oder durch thermische und Druckverfahren.
Bonden / Bonding - Verfahren
- Drahtbonden (Wire Bonding): Elektrische Verbindung eines Chips mit seinen Anschlüssen (Pads) über feinste Drähte (meist Gold, Aluminium oder Kupfer). Die Drähte werden punktgenau per Ultraschall, Druck oder Wärme (Thermokompression) angeschlossen. Das Standardverfahren für Gehäuseverdrahtung.
- Chipbonden (Die-Bonden): Mechanisches Befestigen des nackten Halbleiter-Chips (Die) auf einem Träger (Substrat, Gehäuseboden). Die Fixierung erfolgt durch Klebstoffe (leitfähig für Kontaktierung, nichtleitfähig für Isolation) oder Lot (z. B. Eutektisches Bonden). Dient der mechanischen Stabilität und Wärmeableitung. S. Chip on Board (COB).
- Waferbonden: Verbindung zweier vollständiger Halbleiterscheiben (Wafer) miteinander. Ermöglicht komplexe 3D-Schaltungen, MEMS-Herstellung oder das Verkapseln von Sensoren auf Wafer-Ebene (z. B. direktes Siliziumbonden, Glasfrittenbonden).
Drahtbonden (Wire Bonding)
Drahtbonden kann auch verwendet werden, um einen IC mit anderen elektronischen Bauteilen zu verbinden oder um eine Leiterplatte (PCB) mit einer anderen zu verbinden. Drahtbonden gilt allgemein als die kostengünstigste und flexibelste Verbindungstechnologie und wird für die Montage der meisten Halbleitergehäuse verwendet. Drahtbonden kann bei Frequenzen über 100 GHz eingesetzt werden.
Geeignete Leiterplatten-Oberflächen für das Golddrahtbonden sind ENEPIG und galvanisch Softgold. Für das Bonden mit Aludraht eignen sich chemisch Silber, chemisch Gold (ENIG) sowie ENEPIG.
Im Idealfall wird das Drahtbonden auf sauberen Metallflächen (Bondpads) des Halbleiterbauelements oder des Trägermaterials durchgeführt. In der Praxis sind diese Flächen jedoch häufig verunreinigt, was dazu führen kann, dass die Verbindung auf dem Pad nicht haftet (Non-Stick on Pad, kurz NSOP) oder sich die Bondverbindungen ablösen (sogenannte ‘Lifts’). Beide Probleme führen in der Fertigung zu Ausfällen, Produktionsstillständen und Qualitätseinbußen. Durch eine gezielte Plasmabehandlung im Vorfeld lassen sich sowohl NSOP als auch Lifts vermeiden und somit die Qualität deutlich verbessern.
Beim Drahtbonden wird zwischen Kugelbonden (Ball bonding) und Keilbondverfahren (Wedge bonding) unterschieden.
Kugelbonden
Beim Kugelbonden wird die Spitze des Drahtes durch eine elektrische Entladung geschmolzen und eine Kugel (Free Air Ball) gebildet. Die Kugel wird durch mechanische Kraft, Ultraschallenergie und Wärme auf ein Halbleiterelement oder ein Pad gebondet. Die Verbindung zu einem externen Anschluss erfolgt durch eine Nahtverbindung.
Keilbondverfahren
Beim Keilbondverfahren wird keine Kugel gebildet, sondern die Verbindung wird nur durch mechanische Kraft und Ultraschallenergie hergestellt. Es wird hauptsächlich für Leistungshalbleiter verwendet.
