Keilbonden (Wedge Bonding) erklärt: Präzise Drahtverbindung für Elektronik

Prinzip des Keilbondens

Keilbonden ist ein automatisierter Prozess zum Anschließen von Verbindungsdrähten zwischen elektronischen Bauteilen und einer Leiterplatte (PCB). Dabei wird ein Drahtanschluss an einen Anschluss am Bauteil und an die PCB mit einer Kombination aus Druck und entweder ultraschallischer (U/S) oder thermosonischer (T/S) Energie verbunden. Das verwendete Werkzeug – eine flache, keilförmige Komponente – führt den Draht zu, überträgt Druck und Energie und verleiht den Verbindungen ihre charakteristische Form und dem Prozess seinen Namen. Typischerweise werden Aluminium- oder Goldlegierungsdrähte verwendet: Aluminiumdrähte können bei Raumtemperatur mit U/S-Energie, Goldlegierungen mit T/S-Energie verbunden werden. Im Vergleich zum Ballbonden hat Keilbonden niedrigere Produktionsgeschwindigkeiten und Einschränkungen beim Winkelbereich zwischen Bauteil- und PCB-Verbindungen.

Bedeutung in der PCB-Fertigung

Eine der wichtigsten Phasen beim PCB-Bau ist das Verbinden der zahlreichen Bauteilanschlüsse mit den entsprechenden Schaltungspunkten auf dem Substrat. Verbindungen müssen zuverlässig sein, um Schaltungsintegrität zu gewährleisten; die physischen Drähte müssen zudem platzsparend verlegt werden. All dies erfolgt meist im mikroskopischen Maßstab durch hochpräzise Automaten. Keilbonden ist neben dem Ballbonden eines der zwei gängigsten Verfahren dafür.

Maschinenaufbau und Bondprozess

Der Bondkopf besteht aus einer flachen Platte mit Zuführloch an der hinteren Unterseite und einem keilförmigen Druckschuh an der vorderen Unterkante. Der Draht wird durch das Loch geführt und mit dem Keil komprimiert und verbunden. Die Verbindung entsteht durch Druck des Keilschuhs plus U/S- oder T/S-Energie. U/S-Energie ist eine lokalisierte Hochfrequenz-Schwingung, die eine permanente Verbindung erzeugt (primär für Aluminiumdrähte). T/S-Energie kombiniert Ultraschall mit konventioneller Wärme (für Goldlegierungen).

Der Prozess ist mehrstufig: Der Keil senkt sich auf den Bauteilanschluss, Druck und Energie werden appliziert. Der Keil hebt sich auf eine vorgegebene Höhe und bewegt sich zurück zur PCB-Anschlussposition – dabei wird genug Draht für eine geeignete Schlaufe zwischen Bauteil und PCB gezogen. Dann senkt sich der Keil und bondet den Anschluss an die PCB. Nach Abschluss hebt sich der Keil, schneidet den Draht ab und fährt zum nächsten Anschlusspaar.

Vor- und Nachteile

Keilbonden ist etwas langsamer als Ballbonden und kann generally nur Verbindungen in gerader Linie zwischen Bauteil- und PCB-Anschlüssen herstellen. Es erzeugt jedoch einen kleineren Bond-„Footprint“ und eignet sich daher für eng beieinander liegende Anschlüsse.