Ballbonder vs. Wedgebonder vs. Heavy Wire Bonder: Auswahlhilfe

Die Wahl der richtigen Drahtbondmaschine richtet sich nach den benötigten Verbindungen des Produkts, nicht nach der bevorzugten Maschinenmarke. Kugelbonder, Feindraht-Keilbonder und Dickdrahtbonder verwenden unterschiedliche Werkzeuge, Drahtführungssysteme und Prozessbedingungen, auch wenn alle drei allgemein als Drahtbondanlagen bezeichnet werden.

Die Unterscheidung ist präziser, als die drei Bezeichnungen vermuten lassen. Beim Heavy-Wire-Bonden handelt es sich im Allgemeinen um ein Keilbondverfahren, das für größere Aluminium- oder Kupferdrähte, Flachbandkabel und Verbindungen mit höheren Strömen entwickelt wurde. Es sollte nicht als ein völlig anderes Bondprinzip als das Keilbonden betrachtet werden.

Eine allgemeine Erklärung der Drahtbondgeräte und der grundlegenden Prozessschritte finden Sie in der folgenden Dokumentation:Leitfaden zur DrahtbondierungstechnologieDieser Artikel konzentriert sich auf die Auswahl der richtigen Geräteausrichtung für eine definierte Verpackung und Produktionsanforderung.

Beginnen Sie mit der Verbindungsanforderung.

Die Produktkategorie lässt sich nicht allein anhand der Gehäusebezeichnung zuverlässig bestimmen. Zwei Produkte, die als Leistungshalbleiter, Sensoren oder Halbleitermodule bezeichnet werden, können sehr unterschiedliche Drahtmaterialien, Bondgeometrien und Produktionssysteme erfordern.

Diese Anforderungen sollten definiert werden, bevor einzelne Modelle verglichen werden. Eine Maschine, die das richtige Drahtmaterial verarbeitet, kann aufgrund ihrer Bondfläche, Werkstückaufnahme, Automatisierung, Schleifenfähigkeit oder Softwarekonfiguration dennoch ungeeignet sein.

Ballbonder priorisieren Produktivität und Flexibilität bei Feindrahtverarbeitung

Beim Kugelbonden wird üblicherweise mithilfe eines elektronischen Abflammverfahrens eine Kugel in Luft am Ende eines feinen Drahtes erzeugt. Eine Keramikkapillare platziert die Kugel an der ersten Bondstelle, formt die Drahtschleife und schließt die Verbindung mit einer Stichbondierung an der zweiten Stelle ab.

Modernes Ballbonden wird üblicherweise mit feinen Gold- und Kupferdrähten, hochdichter Halbleitergehäusebauweise und automatisierter Fertigung in Verbindung gebracht. Je nach Maschine und Verpackungsprozess können die Anwendungsbereiche Folgendes umfassen:

• Logik-, Speicher- und analoge integrierte Schaltungen

• Diskrete Halbleiterbauelemente

• LED- und optoelektronische Gehäuse

• Gestapelte Chip- und Multi-Chip-Gehäuse

• System-in-Package- und hochdichte Verbindungsdesigns

• Montage von Leadframes und Substraten in großen Stückzahlen

Gründe für die Bewertung eines Ball Bonders

• Eine hohe Produktionsleistung ist wichtig.

• Für die Verpackung wird feiner Gold- oder Kupferdraht verwendet.

• Die Bondanordnung erfordert, dass sich die Drähte in viele Richtungen auffächern.

• Das Produkt verfügt über eine große Anzahl von Bindungen pro Gerät.

• Feinstrukturierte und hochdichte Gehäusemontage ist erforderlich.

• Automatisierte Materialhandhabung und Rezeptursteuerung in großen Mengen haben Priorität.

Die Kapillare bietet eine beträchtliche Richtungsflexibilität, da das runde Werkzeug Schleifen zu verschiedenen Stellen der zweiten Bindung bilden kann, ohne dass die Bindung selbst einer Keilorientierung folgen muss.

Bedingungen, die noch einer Überprüfung bedürfen

Das Vorhandensein eines Kugelbondkopfes beweist nicht die Kompatibilität mit jeder Feindraht-Gehäusekonstruktion. Bei der Maschinenauswahl müssen weiterhin folgende Aspekte berücksichtigt werden:

• Unterstützte Drahtmaterialien und -durchmesser

• EFO-System und Freiluftballstabilität

• Kapillargeometrie und Werkzeugspielraum

• Anforderungen an Pad-Neigung und Bondplatzierung

• Schleifenhöhe, Spannweite und Geometrie der gestapelten Matrize

• Temperatur des Arbeiters und Unterstützung der Verpackung

• Kupferdrahtfähigkeit und Schutzgasanforderungen, sofern zutreffend

• Handler-, Leadframe- oder Substratformat

Eine Hochgeschwindigkeits-Kugelbondmaschine mag daher die richtige Maschinenkategorie sein, benötigt aber dennoch einen anderen Bondkopf, Werkstückhalter, eine andere Kapillare oder eine andere Softwareoption für das gewünschte Produkt.

Feindraht-Keilbonder unterstützen niedrige Schleifen und gerichtetes Bonden

Beim Keilbonden wird ein keilförmiges Werkzeug verwendet, um den Draht gegen die Bondfläche zu pressen, während Ultraschallenergie und -kraft die Verbindung herstellen. Das Verfahren erzeugt üblicherweise Keilbondierungen an beiden Drahtenden und erfordert keine Freiluftballenbildung.

Beim Feindraht-Keilbonden können je nach Maschine, Werkzeug und Prozess Aluminium-, Gold- oder Kupferdraht verwendet werden. Es kommt häufig dann zum Einsatz, wenn die Gehäusegeometrie, die thermischen Grenzwerte oder die Form der Verbindungen das Keilbonden gegenüber dem herkömmlichen Kugelbonden vorteilhafter machen.

Gründe für die Evaluierung eines Feindraht-Keilbonders

• Das Paket benötigt sehr niedrige oder kurze Schleifen.

• Die vertikale Freifläche über dem Paket ist begrenzt.

• Für die Anwendung wird feiner Aluminiumdraht verwendet.

• Ultraschallschweißen bei niedrigen Temperaturen ist vorzuziehen.

• Die Bindungsgeometrie erfordert gestreckte Keilbindungen.

• Für HF- oder Hochfrequenzverbindungen wird ein Flachbandkabel benötigt.

• Bei dem Produkt handelt es sich um eine Hybridschaltung, einen Sensor, ein MEMS-Bauteil, ein HF-Modul oder eine spezialisierte mikroelektronische Baugruppe.

Die Ausrichtung eines Keilwerkzeugs ist ein wichtiger Konstruktionsfaktor. Werkzeug, Bondkopf oder Werkstück müssen entsprechend dem Drahtverlauf ausgerichtet werden. Dies ermöglicht eine präzise Kontrolle der Bondrichtung und eine flache Geometrie, kann aber auch die Zykluszeit und die Maschinenarchitektur beeinflussen.

Feine Steigung bedeutet nicht automatisch Keilverklebung

Sowohl moderne Kugel- als auch Keilbondmaschinen eignen sich unter geeigneten Bedingungen für Anwendungen mit feiner Steigung. Die richtige Wahl hängt von der Gesamtgeometrie ab.

Kugelbonden bleibt möglicherweise die bevorzugte Methode, wenn hohe Leistung und multidirektionale Fächerung im Vordergrund stehen. Keilbonden kann attraktiver werden, wenn geringe Schleifenhöhe, schmale, längliche Verbindungen, tiefer Zugang, Drahtmaterial oder Bandausrichtung das Design bestimmen.

Schwerdraht-Bonder dienen der Stromversorgung und Hochstromverbindungen

Ein Bonder für dickere Drähte ist im Allgemeinen ein Ultraschall-Keil-Keil-System, das für größere Drähte oder Bänder ausgelegt ist. Bondkopf, Wandler, Drahtführungen, Klemmen, Schneidevorrichtung und Werkstückhalter sind für deutlich andere mechanische Belastungen ausgelegt als ein Feindraht-Bonder.

Typische Materialrichtungen sind Aluminium- oder Kupferrunddraht und Aluminium- oder Kupferband. Der tatsächlich unterstützte Bereich hängt von der Bondkopf- und Maschinenkonfiguration ab.

Typische Anwendungen für dicke Drähte

• Leistungshalbleitermodule

• IGBT- und SiC-Bauteilmontage

• Traktionswechselrichter für Kraftfahrzeuge

• DC/DC-Wandler und industrielle Leistungselektronik

• Verbindungen zwischen Batteriemodul und Zellen

• diskrete Hochstrombauelemente

• Leistungshybridschaltungen

• Großflächige Kupfer- oder Aluminiumverbindungen

Gründe für die Evaluierung eines Bonders für dicke Drähte

• Die Verbindungsleitung muss einen höheren Strom führen können als ein herkömmlicher Feindraht.

• Für diese Konstruktion wird dicker Aluminium- oder Kupferdraht benötigt.

• Flachbandkabel werden benötigt, um die Verbindungsfläche zu vergrößern oder eine bestimmte elektrische Konstruktion zu unterstützen.

• Das Gehäuse verfügt über eine große Kontaktfläche oder ein Leistungsmodulformat.

• Für diesen Vorgang werden mehrere parallele Drähte oder Bänder benötigt.

• Die mechanische Belastbarkeit unter thermischer und Vibrationsbelastung ist wichtig.

• Die Produktionslinie benötigt eine automatisierte Handhabung von Modulen, Leadframes oder Batterien.

Die Auswahl von Geräten für dicke Drähte sollte nicht allein auf der Nennstromstärke des Endprodukts basieren. Die Maschine muss auch hinsichtlich Padgröße, Oberflächenmaterial, Drahtverformung, Ultraschallleistung, Werkstückhalterung, Gehäusesteifigkeit und dem erforderlichen Bondtestverfahren geeignet sein.

Vergleichen Sie die drei Geräterichtungen

Diese Tabelle zeigt die wahrscheinliche Geräteausrichtung an. Sie ersetzt jedoch keine Anwendungsprüfung, da einzelne Maschinen innerhalb derselben Kategorie sehr unterschiedliche Bondbereiche, Drahtbereiche, Automatisierungs- und Qualitätsüberwachungsfunktionen aufweisen können.

Das Drahtmaterial allein reicht nicht aus, um die Maschine auszuwählen.

Aussagen wie „Wir verwenden Kupferdraht“ oder „Für das Produkt wird Aluminiumdraht benötigt“ reichen für die Maschinenauswahl nicht aus.

Kupfer findet Anwendung beim Feindraht-Kugelbonden, Feindraht-Keilbonden oder in Anwendungen mit dicken Drähten für die Leistungselektronik. Aluminium wird häufig mit Keilbonden in Verbindung gebracht, jedoch bestimmen der erforderliche Durchmesser und die Gehäusegeometrie, ob für das jeweilige Projekt ein Feindrahtsystem oder eine Produktionsplattform für dicke Drähte benötigt wird.

Bitte bestätigen Sie für jeden vorgeschlagenen Draht oder jedes Band Folgendes:

• Werkstoff und Legierung

• Durchmesser oder Bandbreite und Dicke

• Spulentyp und Zuführungsanordnung

• Erforderliche Werkzeuggeometrie

• Bondpad- und Anschlussmaterial

• Ultraschallfrequenz- und Prozessenergiebereich

• Schleifen- oder Bandpfadgeometrie

• Erwartetes Zug-, Scher- oder Schälverhalten

Eine Maschinenbeschreibung, die zwar das richtige Metall nennt, aber die unterstützten Abmessungen, den Bondkopf und die Werkzeuge nicht angibt, ist für die Auswahl unvollständig.

Die Geometrie eines Pakets kann die allgemeine Anwendungsregel außer Kraft setzen.

Typische Anwendungsbezeichnungen sind zwar hilfreich, aber nicht absolut. Ein Produkt im Bereich der Stromversorgung benötigt nicht automatisch einen Drahtbonder, und ein IC-Gehäuse erfordert nicht automatisch Kugelbonden.

Bewerten Sie das physische Design:

• Kann das Klebewerkzeug alle Pads erreichen, ohne benachbarte Strukturen zu berühren?

• Muss sich der Draht in viele Richtungen auffächern?

• Ist die verfügbare vertikale Durchfahrtshöhe für die geplante Schleife ausreichend?

• Benötigt die Bindung eine längliche Keilform?

• Ist die Ausrichtung der Bänder für die elektrische Auslegung wichtig?

• Kann die Werkstückhalterung das Bauteil während des Ultraschallschweißens stützen?

• Liegt der Klebebereich innerhalb des Bewegungsbereichs der Maschine?

• Benötigt das Produkt einen Draht pro Anschluss oder mehrere parallele Drähte?

Die Antwort kann den gewählten Prozess verändern, selbst wenn Material und Produktkategorie zunächst in eine andere Richtung weisen.

Die Produktionsanforderungen bestimmen die Maschinenkonfiguration

Nachdem das Verbindungsverfahren ausgewählt wurde, vergleichen Sie, wie die Maschine in der Produktion funktionieren wird.

Ein Entwicklungslabor legt möglicherweise Wert auf manuellen Zugriff, Prozessflexibilität und austauschbare Bondköpfe. Eine IC-Serienfertigungslinie priorisiert hingegen Ballbonding-Geschwindigkeit und automatisierte Handhabung. Eine Produktionslinie für Leistungsmodule oder Batterien benötigt unter Umständen eine große Arbeitsfläche, einen Bondkopf für dicke Drähte, eine stabile Vorrichtung und produktspezifische Automatisierung.

Eine praktische Auswahlreihenfolge für Drahtbondgeräte

1. Definieren Sie die elektrische Verbindung.Anforderungen an Stromstärke, Frequenz, Widerstand und Zuverlässigkeit festlegen.

2. Wählen Sie die Draht- oder Bandrichtung.Bestimmen Sie das Material, den Querschnitt und die Anzahl der Verbindungen.

3. Überprüfen Sie die Klebeflächen.Prüfen Sie die Metallisierung der Chipfläche, des Anschlusses, des Leadframes oder des Substrats.

4. Erstellen Sie eine Karte der Paketgeometrie.Aufzeichnung von Pad-Teilung, Werkzeugzugänglichkeit, Schleifenhöhe, Bondrichtung und Arbeitsbereich.

5. Bestätigen Sie das Wärmebudget.Prüfen Sie, ob die Verpackung für den erforderlichen Heiß- oder Niedertemperaturprozess geeignet ist.

6. Wählen Sie das Verbindungsverfahren.Vergleichen Sie Ball-Bonding, Fine-Wire-Wedge-Bonding und Heavy-Wire-Wedge-Bonding mit der definierten Verbindung.

7. Wählen Sie die Maschinenkonfiguration.Überprüfung von Bondkopf, Drahtführung, Werkzeug, Werkstückhalter, Bildverarbeitungssystem, Handhabungssystem und Software.

8. Repräsentative Testmaterialien.Demonstrieren Sie die beabsichtigte Bindungssequenz, die Schleife und das messbare Bindungsergebnis.

9. Passform prüfen.Bitte bestätigen Sie die Anforderungen an Ausgabe, Umstellung, Automatisierung, Daten und Support.

10. Untersuchen Sie die Maschine genau.Bei Gebrauchtgeräten verbinden Sie die installierte Konfiguration und die Prüfnachweise mit der Seriennummer des Geräts.

Diese Vorgehensweise verringert das Risiko, eine bekannte Marke oder ein bekanntes Maschinenmodell auszuwählen, bevor die tatsächlichen Anforderungen an die Verklebung definiert wurden.

Wann mehr als ein Bindemitteltyp benötigt wird

Manche Produkte erfordern mehrere Verbindungsarten. Eine Gehäusefamilie kann beispielsweise Feindraht-Kugelbondierung für Signalverbindungen nutzen, während ein zugehöriges Stromversorgungsprodukt dicke Aluminiumdrähte oder -bänder verwendet.

Eine einzelne Maschine sollte nicht als geeignet für beide Richtungen angesehen werden, es sei denn, sie verfügt über eine geprüfte, austauschbare Bondkopfarchitektur sowie die erforderliche Drahtvorschub-, Werkzeug-, Werkstückhalter- und Softwareunterstützung. Selbst dann können Umrüstzeiten, Kalibrierung und Produktionsvolumen den Einsatz separater Maschinen wirtschaftlicher machen.

Gemischte Produktportfolios sollten daher nach Prozessfamilien geprüft werden, anstatt für jedes Gehäuse einen universellen Drahtbonder auszuwählen.

Häufig gestellte Fragen zu Kugel-, Keil- und Schwerdrahtbondern

Unterscheidet sich ein Bonder für dicke Drähte von einem Keilbonder?

Ein Schwerdrahtbonder ist üblicherweise ein spezielles Keil-Keil-Bondsystem. Er verwendet einen Bondkopf, einen Wandler, eine Drahtführung und einen Schneidkopf, die für größere Drähte oder Flachbandkabel ausgelegt sind, und wird häufig bei Leistungs- und Hochstromprodukten eingesetzt.

Ist Kugelbonden immer schneller als Keilbonden?

Kugelbonden ist im Allgemeinen die bevorzugte Methode für die Hochgeschwindigkeits-Feindrahtfertigung, die tatsächliche Leistung hängt jedoch von der Gehäuseform, der Anzahl der Bondvorgänge, dem Schleifenprogramm, der Maschinenautomatisierung und den Prüfanforderungen ab. Die veröffentlichte Maximalgeschwindigkeit sollte eine produktspezifische Zyklusprüfung nicht ersetzen.

Kann man für eine Keilbondierungsmethode Golddraht verwenden?

Ja, geeignete Keilsysteme können Golddraht verwenden, aber die Bondmethode, die Temperatur, das Keilwerkzeug und die Maschinenkonfiguration müssen auf den gewählten Draht und die Bondflächen abgestimmt sein.

Sollten Leistungshalbleiterprodukte immer dicke Drähte verwenden?

Nein. Die korrekte Verbindung hängt von Stromstärke, Gehäusedesign, Padgröße, thermischem Verhalten und Zuverlässigkeitsanforderungen ab. Einige stromführende Geräte verwenden feine Drähte, Flachbandkabel, Klemmen oder andere Verbindungstechnologien.

Kann eine Maschine sowohl feine als auch dicke Drähte verbinden?

Manche flexible oder Entwicklungssysteme bieten austauschbare Bondköpfe, diese Funktionalität muss jedoch an der jeweiligen Maschine überprüft werden. Ein Feindraht-Bondkopf kann nicht automatisch auch dickere Drähte verarbeiten, nur weil beide das Keilbonden nutzen.

Abschließende Empfehlung

Wählen Sie das Bondverfahren vor dem Maschinenmodell. Kugelbonder sind im Allgemeinen die beste Wahl für die Halbleiterfertigung mit feinen Drähten bei hohen Geschwindigkeiten. Feindraht-Keilbonder kommen zum Einsatz, wenn geringe Schleifen, gerichtete Bondverbindungen, Niedertemperaturprozesse oder spezielle Materialien das Design bestimmen. Grobdraht- und Bandbonder werden für Anwendungen in der Energietechnik, der Automobilindustrie, der Batterietechnik und für Hochstromanwendungen eingesetzt, die größere Verbindungen und ein leistungsfähigeres Keilbondsystem erfordern.

Nachdem die richtige Prozessrichtung ermittelt wurde, vergleichen Sie die verfügbarenDrahtbondierungsanlageAnhand des genauen Bondkopfes, des Drahtbereichs, der Werkzeuge, der Werkstückhalterung, der Automatisierungs- und Testmöglichkeiten. Um ein Gehäuse oder eine bestimmte Maschine zu besprechen, senden Sie bitte die Draht- oder Bandspezifikation, die Gehäusezeichnung, die Pad-Materialien, die Schleifenanforderungen und das Produktionsziel über das [Formular/die Plattform einfügen].All-SMT-Kontaktseite.