Anwendungen in der Aufbau und Verbindungstechnik

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Drahtbonden

Unter Drahtbonden versteht man die Herstellung einer stoffschlüssigen, elektrisch leitenden Verbindung zwischen einem dünnen Draht (12,5 - 50 μm bei Au- Dünndraht und 150 - 500 μm bei Al-Dickdraht) und einem geeignet beschichteten Schaltungsträger mittels Reibschweißen. Grundsätzlich handelt es sich bei diesem Fügevorgang um ein Pressschweißen mit Ultraschallunterstützung. Die stoffschlüssige Verbindung wird weitgehend durch die Reibungswärme erzeugt, die durch die Relativbewegung der Reibepartner entsteht. Um eine hohe Zuverlässigkeit der Bondverbindungen über einen längeren Zeitraum und unter erschwerten Umweltbedingungen zu erreichen, werden hohe Anforderungen an die Werkstoff- und Oberflächeneigenschaften der Fügepartner gestellt.

Auf dem Schaltungsträger ( z.B. Leiterplatte, DCB-Substrat, Dickschichtkeramik ) werden mehrere Silizium-Chips zu einer Funktionseinheit zusammengefasst, die meist durch ein Hybridgehäuse gegen Umwelteinflüsse geschützt werden muss. Die im Gehäuse eingefügten metallischen Leiter dienen der Verbindung mit der Außenwelt. Wenn, wie in der Leistungselektronik, eine höhere Stromtragfähigkeit verlangt wird, kommt i.d.R. das Al-Dickdrahtbonden zum Einsatz (Figure 1).

Figure 1: Bondverbindung: Al- Dickdraht auf AlSi-Plattierung a) Makroaufnahme; b) Gefüge mit Drahtabriss

AlSi-plattierte Bänder für Bondverbindungen

Für Schichtsysteme auf Schaltungsträgern und Hybridgehäusen (Leadframes) kommen neben galvanisch und chemisch aufgebrachten Goldschichten häufig AlSi1-plattierte Halbzeuge zum Einsatz. Bei der Herstellung der Plattierung wird die AlSi1-Legierung mit dem Träger aus Cu oder einer Cu-Legierung durch Kaltwalzen verbunden (Figure 2) (siehe Abschnitt Herstellung von Halbzeugen).

Voraussetzung für die stoffschlüssige Verbindung zwischen den beiden Komponenten ist eine geeignete Vorbehandlung der Trägeroberfläche, ein hoher Umformgrad beim Plattiervorgang und eine anschließende Diffusionsglühung.

Je nach Anforderung an die Montagetechnik des Endprodukts, z.B. Steckverbindung oder Lötanschluss, werden die plattierten Bänder häufig im Anschlussbereich mit einer galvanisch aufgebrachten Hartgoldschicht (AuCo0,3) oder einer selektivgalvanisch oder durch Feuerverzinnung aufgebrachten Oberflächenschicht aus Zinn bzw. einer Zinn-Legierung versehen. Um die Bondeigenschaften während der Beschichtungsphase zu gewährleisten, wird die AlSi1- Oberfläche bei diesem Arbeitsschritt durch eine Kaschierung vor korrosiven Einwirkungen geschützt.

• Werkstoffe

Einlageplattierung	AISi 1
Trägerwerkstoffe	Cu, CuFe2P, CuSn6 u.a.

• Abmessungen (Typische Werte)

• Qualitätsmerkmale und Toleranzen

Festigkeitswerte und Maßtoleranzen AlSi1-plattierter Bänder sind an die für Cu und Cu-Legierungen geltenden Normen EN1652, EN 1654 und EN 1758 angelehnt. Fertigungsbegleitend geprüft und dokumentiert werden je nach Anwendung u.a. folgende Schichtmerkmale:

• Schichtdicke
• Haftfestigkeit
• Bondbarkeit
• Lötbarkeit

Stromlose Metallabscheidung auf Leiterplatten

Als Schaltungsträger kommen auch Leiterplatten zum Einsatz. Aufgrund der Vielzahl von elektrisch nicht verbundenen Strukturen auf der Leiterplatte, werden stromlose Abscheideverfahren zur Herstellung der Endoberflächen angewandt (siehe Abschnitt Stromlose Beschichtung). Neben dem Bonden auf Nickel/Gold-Oberflächen dient das Löten am häufigsten zur Herstellung der Verbindungen. Dies kann auch mit stromlos abgeschiedenen Zinnoberflächen erfolgen (Figure 3).

Figure 3: Stromlose Beschichtungen auf Leiterplatte

Referenzen

Kaspar, F.: Drahtbonden zur Kontaktierung auf elektronischen Baugruppen. VDE-Fachbericht 55 (1999) 97-103

Freudenberger, R.; Ganz, J.; Kaspar, F.; Marka, E.: REDOR reduktives Goldbad. Metalloberfläche 49 (1995) H.11, 859-862

Falk, J.; Lutz, K.; Berchthold, L.; Ritz, K.: Oberflächen zum Drahtbonden. DVS-Bericht 141: Verbindungstechnik in der Elektronik. (1992) 178

Sheaffer, M.: Drahtbonden für neue Bauelementeumhüllungen. DVS-Bericht 141: Verbindungstechnik in der Elektronik. (1992) 48 DVS-Merkblatt 2810: Drahtbonden, Düsseldorf: DVS-Verlag 1992

Ganz, J.; Kaspar, F.: AlSi-plattierte Bänder für Bondverbindungen mit hoher Zuverlässigkeit in der Gehäusetechnik. PLUS 11 (2005) 2057 -2058