Leitfaden für die Halbleiterfertigung (Teil 1): Wafer-Vereinzelung, Chipmontage und Drahtbonden
Phase 1: Wafervorbereitung & Vereinzeln
Fertige Wafer-Eingabe
Der Back-End-Prozess beginnt mit fertigen Wafern – kompletten Siliziumscheiben, die Hunderte bis Tausende identischer integrierter Schaltkreise enthalten. Diese Wafer wurden im Rahmen der Front-End-Fertigung Fotolithografie, Ätzung, Ionenimplantation und Metallisierung unterzogen.
Waferinspektion (Vor dem Vereinzeln)
Vor der mechanischen Trennung werden die Wafer einer automatisierten optischen Inspektion (AOI) mit hochauflösenden Bildgebungssystemen unterzogen. In diesem Schritt werden folgende Punkte identifiziert:
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Frontend-Fehler breiten sich im Backend aus
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Wafer-Verzug oder Dickenabweichungen
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Verunreinigungen, die die Würfelqualität beeinträchtigen
Wichtigste Ausrüstung:Wafer-Inspektionssysteme mit Mustererkennungsalgorithmen und Fehlerklassifizierungsfunktionen.
Scheibensägen (Würfeln)
Beim Wafer-Vereinzeln werden einzelne Chips mithilfe von Präzisions-Diamanttrennscheiben oder Laserablationssystemen getrennt. Zu den modernen Vereinzelungstechnologien gehören:
| Verfahren | Anwendung | Kerbbreite |
|---|---|---|
| Klingenwürfeln | Standard-Siliziumwafer | 15-50 μm |
| Lasertrennen | Dünne Wafer, MEMS | |
| heimliches Würfeln | Niedrig-k-Dielektrika | Null-Kerbenverlust |
Prozessparameter – Spindeldrehzahl, Vorschubgeschwindigkeit und Kühlung – beeinflussen direkt die Qualität der Werkzeugkante und die nachfolgende Zuverlässigkeit.
Inspektion nach dem Würfeln
Eine zweite Inspektion bestätigt:
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Absplitterungen oder Mikrorisse an den Matrizenkanten
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Werkzeugabmessungen innerhalb der Spezifikation
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Integrität der Klebeschicht (bei geklebten Wafern)
Phase 2: Chipmontage & Verbindung
Die Attach (Die Bonding)
Die Attach-Technologie montiert einzelne Chips auf Leadframes, Laminatsubstraten oder Keramikgehäusen mittels:
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Epoxidharz-Befestigung:Silbergefüllte leitfähige Klebstoffe für das Wärmemanagement
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Eutektisches Werkzeug:Gold-Silizium-Legierung für Anwendungen mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen
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Weichlötverbindung:Bleifreie Lötlegierungen für Leistungselektronik
Zu den kritischen Prozesskontrollen gehören die Dicke der Klebefuge (typischerweise 25-50 μm), die porenfreie Abdeckung und die präzise Platzierungsgenauigkeit der Chips (±25 μm).
Werkzeugprüfung
Die Inspektion nach der Montage bestätigt:
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Ausrichtung und Rotationsgenauigkeit der Matrize
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Kontrolle des Klebstoffausblutens
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Keine Werkzeugrisse durch Einsetzkraft
Drahtbonden
Durch Drahtbonden werden elektrische Verbindungen zwischen Chip-Bondpads und Gehäuseanschlüssen mittels ultrafeiner Drähte (15–50 μm Durchmesser) hergestellt. Drei Haupttechnologien dominieren:
Thermosonisches Kugelbonden (TSB)
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Gold- oder Kupferdraht
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Das Kapillarwerkzeug erzeugt Kugel- und Stichverbindungen
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Durchsatz von 15-20 Anleihen/Sekunde
Ultraschall-Keilschweißen
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Aluminiumdraht für Energieanwendungen
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Prozess bei Raumtemperatur
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Geeignet für temperaturempfindliche Geräte
Erweiterte Varianten
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Kupferdrahtbonden (Kostenreduzierung, verbesserte Leitfähigkeit)
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Bandbonden (Hochstrom-Leistungsmodule)
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Feinstruktur-Bonding (
Drahtbondprüfung
Automatisierte Drahtbond-Inspektionssysteme (AWBI) überprüfen:
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Genauigkeit der Bondplatzierung (±3 μm)
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Gleichmäßigkeit der Drahtschleifenhöhe
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Kein Drahtbiegen oder Durchhängen
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Einhaltung der Kugelscher- und Drahtzugprüfung