Aufbau- und Verbindungstechnik Erweiterte Bonddrahtfertigung für mehr Leistungshalbleiter

Von Gerd Kucera

Ziel neuer Fertigungsstätten von TANAKA Denshi Kogyo in China und Taiwan für Aluminium- und Kupfer-Bonddrähte ist eine Verdreifachung (AI) bzw. beinahe Verdopplung (Cu) der Produkte, um die weiter steigende globale Nachfrage nach Leistungshalbleitern zu ermöglichen.

Ab November 2022 sollen in einer neuen TANAKA-Fertigungsstätte Aluminium-Bonddrähte für Leistungshalbleiter hergestellt werden, mit dem Ziel, die Produktionskapazität bis 2025 ungefähr zu verdreifachen.
Ab November 2022 sollen in einer neuen TANAKA-Fertigungsstätte Aluminium-Bonddrähte für Leistungshalbleiter hergestellt werden, mit dem Ziel, die Produktionskapazität bis 2025 ungefähr zu verdreifachen.
(Bild: TANAKA Denshi Kogyo)

Bonddraht für Leistungshalbleiter muss unter schwierigen Umgebungsbedingungen hohen Spannungen widerstehen. Aluminium weist dafür eine ausgezeichnete Bond-Fähigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit auf. Geeignete Bonddrähte für die Leistungselektronik fertigt beispielsweise der japanische Hersteller TANAKA, der nun die Produktion im Taiwan und China erweitert.

Mehr als 50 Jahre Erfahrung hat das japanische Unternehmen auch in der Herstellung von Bonddrähtern aus Edelmetall und Legierungen mit Gold, entsprechend der notwendigen elektrischen Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Verarbeitbarkeit und chemischen Stabilität. TANAKA Denshi Kogyo ist eines der fünf Kernunternehmen der 1885 in Japan gegründeten Firma TANAKA Precious Metals. Seit Gründung von Denshi Kogyo vor mehr als 50 Jahren steht die Herstellung von verschiedenen Bonddraht-Arten im Mittelpunkt. Aktuell haben die AVT-Experten nach eigenen Angaben einen führenden Anteil am entsprechenden Weltmarkt. Nach der Gründung der ersten ausländischen Produktionsstätte in Singapur im Jahr 1978 wurden weitere Produktionsstätten in Malaysia, China und Taiwan errichtet. Heute liefert Denshi Kogyo seine Drähte an Halbleiterhersteller in der ganzen Welt.

Verdreifachte Produktion durch neues China-Werk

Ab November 2022 sollen in einer neuen Produktionsstätte in der chinesischen Stadt Hangzhou Aluminium-Bonddrähte für Leistungshalbleiter hergestellt werden. Ziel dieses neuen Werkes ist es, die Produktionskapazität für Aluminium-Bonddrähte bis 2025 ungefähr zu verdreifachen, um die weiter steigende weltweite Nachfrage nach Leistungshalbleitern zu decken.

Seit 2001 produziert die TANAKA-Tochtergesellschaft TANAKA Electronics (Hangzhou) Co., Ltd. in China bereits verschiedene Bonddrähte und bietet dazu passende technische Dienstleistungen an. Aufgrund der weltweiten Halbleiterknappheit im Zuge der Corona-Pandemie beschloss TANAKA Denshi Kogyo schnellstmöglich ein stabiles Versorgungssystem für hochwertige Bonddrähte zu etablieren. Das neue Werk soll vor allem auch die wachsende Nachfrage im Zusammenhang mit der inländischen Produktion von Leistungshalbleitern in China decken. Als führender Hersteller von Bonddrähten trage TANAKA Denshi Kogyo weiterhin zum Erfolg der Halbleiterindustrie bei, indem es Länder auf der ganzen Welt auch in Notzeiten beliefert.

Eine weitere Niederlassung in Taiwan

Anfang Dezember 2021 teilte Denshi Kogyo mit, dass im taiwanesischen Kaohsiung City ein neues Werk für die Produktion palladiumbeschichteter Hochleistungs-Kupferbonddrähten (PCC-Drähte, PCC; Palladium Coated Copper) entsteht. Dieses Werk soll in der ersten Jahreshälfte 2022 in Betrieb gehen.

TANAKA Denshi Kogyo produziert seit 2011 PCC-Drähte in seiner Tochtergesellschaft in Taoyuan City und betreibt dort außerdem einen technischen Support. Mit der nun dritten taiwanesischen Niederlassung werde die Versorgungslage weiter stabilisieren, um der wachsenden Nachfrage gerecht zu werden.

Diese Taiwan-Erweiterung ist Teil der Pläne von TANAKA Denshi Kogyo, seine Produktionskapazität für PCC-Drähte bis 2025 um das 1,5-fache zu erhöhen, sodass der weltweit steigenden Nachfrage nach Halbleitern entsprochen werden könne.

Bond-Bändchen statt Bond-Draht für WBG-Devives

Kupfer bietet bessere thermische, elektrische und mechanische Eigenschaften im Vergleich zu Aluminiumdrähten und -bändchen. Das Material erwärmt sich weniger als Aluminium und kann höhere Modultemperaturen aushalten – das verbessert die Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Leistungsmodulen. Um alle Vorteile von SiC-Leistungshalbleitern nutzen zu können, kommen in den Power-Modulen neuerdings verstärkt Kupferbändchen zum Einsatz. Im Vergleich zu Kupferdrähten bieten Bändchen zudem Kostenvorteile. Der Hanauer AVT-Spezialist Heraeus hat dazu seit geraumer Zeit das PowerCuSoft Ribbon im Sortiment, das optimiert ist für die Oberflächenkontaktierung von Leistungshalbleitern mit breitem Bandabstand auf Basis von Siliziumkarbid. Mit dieser Bondbändchen-Generation ist es möglich, das volle Potential der SiC-Chips optimal zu nutzen, beschreibt Heraeus.

Flachdrähte (Bändchen) bieten in Kombination mit einem Laserstrahlschweißverfahren eine Vielzahl von verfahrens- und anwendungsseitigen Vorteilen, weiß man in der Technologieentwicklung bei Bruker-Spaleck (Teil der KERN-LIEBERS Gruppe). Falls hohe Leistungsdichten und hohe Ströme in Komponenten der Leistungselektronik oder Batterie-Modulen gefordert werden, stellt diese Technologie eine wichtige Alternative zu dem Bonden von dicken Runddrähten dar. Aktuelle Forschungsergebnisse zu Verbindungstechnologien auf Laser- und Bändchenbasis werden das Fraunhofer ILT und Bruker-Spaleck im nächsten“Praxisforum Antriebstechnik 2022” vorstellen.

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