Ultraschall- / Thermosonic Bonding

Ultraschallbonden ist ein Verbindungsprozess, bei dem keine Bonddrähte nötig sind. Er wird vorwiegend beim Bonden von Flip Chips eingesetzt und schafft eine elektrisch leitfähige und mechanisch feste, stoffschlüssige Verbindung.

Im Gegensatz zum Thermokompressionsbonden ist Ultraschallbonden ein Reibschweißprozess, bei dem die Bumps des Chips leicht auf die dazugehörigen Pads gedrückt und gleichzeitig quer zur Arbeitsebene bewegt werden. Dies mündet in einer weitaus geringeren Belastung von Chip und Substrat, was Ultraschallbonden zur bevorzugten Methode bei wärmeempfindlichen Materialien macht.

Darüber hinaus kann die Andruckkraft geringer gehalten werden als beim Thermokompressionsbonden. Diese vergleichsweise materialschonende Eigenschaft qualifiziert US-Bonden auch für Applikationen, die leicht deformiert werden oder brechen können.

Wird zusätzlich das Substrat von unten beheizt, spricht man vom Thermosonic Bonding.

  • Ultraschallbonden

Was sind die Herausforderungen?


Ultraschallbonden bzw. Thermosonic Bonding ist ein kritischer Prozess, der sich innerhalb eines "vierdimensionalen" Parameterraums mit vielerlei Einflussfaktoren bewegt:

  • Die Technologie stellt hohe Anforderungen an die Einspann-/Klemmlösungen für Bauteil und Substrat. Während zweiteres beim Bondprozesses unbeweglich an Ort und Stelle gehalten werden muss, sollte das Bauteil den Vibrationen des Die Collets so eng wie möglich folgen. Deshalb ist eine intelligente Substratklemmung nebst angepasstem Tooldesign essenziell.
  • Unterwärme und Ultraschallimpuls (Burst) müssen synchronisiert, die Impulszeit genau abgestimmt sein: bei zu kurzen Zeiten kann keine stoffschlüssige Verbindung hergestellt werden, zu lange Zeiten verursachen möglicherweise "Unbuttoning"-Effekte auf der Kontaktfläche des Substrats.
  • Um ausreichend Energie zur Bondstelle leiten zu können, muss das gesamte Oszillatorsystem (Ultraschallwandler - Die Collet - Bauteil) die ganze Zeit über auf Resonanzfrequenz gehalten werden - unabhängig von Bauteilmasse und Reibungskoeffizient der Verbindung. Damit dies gelingt, müssen am Ultraschallgenerator über elektronische Schaltungen verschiedene Dämpfungsgrade kompensiert werden.
  • Um sowohl dünne, höchst brüchige Materialien als auch große Chips mit vielen Bumps bonden zu können, müssen die Parameter Impulszeit, Leistung, Temperatur und Kraft mit höchster Auflösung und in einem weiten Spektrum einstellbar sein und auch bei wechselnden Umgebungsbedingungen konstant gehalten werden können.

Die Finetech Lösung

Prinzip des Thermosonic Bondings

  • Prinzip des Thermosonic Bondings


Um mit Ultraschall eine Verbindung herzustellen, wird das Substrat zunächst auf Temperaturen zwischen 100°C und 150°C geheizt. Dann wird das vom Die Collet gehaltene Bauteil vorsichtig auf die Kontaktfläche des Substrats gedrückt. Nun wird ein definierter Ultraschallimpuls ausgelöst. Durch Reibschweißen entsteht eine sofort belastbare Verbindung.

Parameter für Thermosonic Bonding

  • Prozesszeit: 0.1 s … 0.5 s
  • Temperatur der Heizplatte: 100°C … 150ºC
  • Bondkraft: 0.03 N/Bump … 0.7 N/Bump
  • Ultraschall-Leistung: bis 20 W

Integriertes Prozessmanagement (IPM)

  • Integriertes Prozessmanagement (IPM)
  • Prinzip der Prozessgas-Einbindung
  • Software für Bonding

Das Integrierte Prozessmanagement (IPM) ist das Herzstück eines FINEPLACER® Bondsystems - dort, wo alles ineinandergreift. IPM ist dabei mehr als bloßes Wärmemanagement. Es überwacht und synchronisiert alle Prozessmodule und daran gekoppelte Parameter:

  • Gesteuerte und präzise ausbalancierte Interaktion von Ober- und Unter(vor)heizsystemen und Kühlung
  • Steuerung von Temperatur, Zeit, Kraft, Leistung, Energie, Fluss
  • Prozessintegrierte Licht- und Kamerasteuerung
  • Kontrollierte Einbindung von Prozessgasen

IPM ist hochkomplex, gleichzeitig ganz einfach zu bedienen. Über die grafische Benutzeroberfläche der Betriebssoftware hat der Anwender die perfekte Kontrolle über alle benötigten Einstellungen. Per Drag 'n Drop können ganz einfach Temperaturrampen gezogen oder Prozessmodule (de-)aktiviert werden. Alle Einstellungen werden im selben Profil hinterlegt, was eine besonders intuitive Arbeit gewährleistet.
 
Die Betriebssoftware bietet eine intelligente, mitwachsende Prozessverwaltung. Darüber hinaus ermöglicht sie umfangreiche Data-Logging-Funktionen zur statistischen Prozesskontrolle.

In Verbindung mit der Fähigkeit zum systemübergreifenden Prozesstransfer ist das Prozessentwicklung, wie sie einfacher nicht sein kann.

FINEPLACER® Bondsysteme

  • FINEPLACER® femto
    Automatischer Sub Micron Bonder für Produktentwicklung und Produktion
  • FINEPLACER® sigma
    Halbautomatischer Sub-Micron Bonder
  • FINEPLACER® lambda
    Flexibler Sub-Micron Die Bonder
  • FINEPLACER® pico ma
    Vielseitiges Die Bonding System

Dank der modularen Systemarchitektur können FINEPLACER® Bondsysteme für nahezu alle Applikationsanforderungen konfiguriert werden.

Im Kern ergeben sich Abgrenzungsmerkmale zwischen den Maschinen z.B. aus:

  • Grad der Automatisierung
  • Optische Auflösung
  • Platziergenauigkeit

Informieren Sie sich hier über unsere Produktpalette oder wenden Sie sich direkt an Ihren Finetech Ansprechpartner, um gemeinsam das für Sie optimale Equipment zu finden.

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