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Draht-Bonding kostspielige Materialien die längere Aushärtungszeiten und eine größere Sorgfalt bei der Verarbeitung erfordern Bei Endoskopen lassen sich die optischen Komponenten zwar direkt auf dem Halbleiter platzieren Dafür muss die Glasfaser über die das Bild von der Spitze des Endoskops zur Kamera übermittelt wird perfekt auf die Optiken ausgerichtet sein Scanner für die PositronenEmissions-Tomographie PET CT-Scanner sowie Röntgensysteme benötigen ebenfalls Sensor-Arrays von Bildsensoren Dadurch erhöht sich die Oberfläche der Detektoren und das Packaging wird komplexer Derzeit kommen Technologien auf den Markt welche die Leistungsfähigkeit der Bildsensoren und Arrays weiter steigern So reduzieren effizientere CCD-Komponenten Charge Coupled Device und CMOS-Strukturen den Strombedarf Dadurch kommen selbst bildgebende Systeme der oberen Leistungsklasse ohne aktive Kühlung aus Messtechnik Sensorik Bildsensoren Bonding-Verfahren kurz erklärt Das »Bonding« oder auch »Bonden« ist ein Verfahren mit dem ein Halbleiter mit einem Gehäuse oder einem Substrat verbunden wird auf dem sich weitere Bauteile befinden Beim Bonding kommen zwei Verfahren zum Einsatz Das Draht-Bonding Wire Bonding Es kommt meist beim Packaging von Schaltungen zum Einsatz bei denen eine besonders hohe Zuverlässigkeit gefordert ist etwa in medizintechnischen Systemen Die Verbindung zwischen dem Chip und dem Gehäuse oder weiteren Komponenten wird mithilfe von Drähten aus Aluminium Gold Kupfer oder Silber hergestellt Das erfolgt mithilfe von Ultraschall Druck oder einer kurzzeitigen Erwärmung des Drahts und der Kontaktstellen Der Durchmesser der Drähte beträgt zwischen 0 017 mm und 0 5 mm Das Draht-Bonding ist eine bewährte Technik die seit vielen Jahren im Einsatz ist Die Qualität der Verbindungen lässt sich mithilfe von optischen Verfahren überprüfen Das Dieoder Chip-Bonding Bei diesem Verfahren werden ungehäuste Chips mit einer Größe von 0 5 mm × 0 5 mm bis zu 10 cm × 10 cm auf einem Substrat aufgeklebt adhäsives Bonden oder aufgelötet Der Hauptanteil der Chips liegt im 1 5-bis 5-Zentimeterbereich Beim eutektischen Löten bilden zwei Materialien etwa Silizium und Gold oder Silizium und Aluminium an der Grenzfläche eine Legierung die eine starke Verbindung im atomaren Bereich bewirkt Beim Kleben kommen Verfahren wie Siebdruck Dispensen und Stempeln zum Einsatz Zu den Vorteilen von Die-Bonding in Verbindung mit Halbleitern ohne Gehäuse zählt dass weniger Verbindungsstellen und damit potenzielle Fehlerquellen entstehen Hinzu kommen geringere thermische Einschränkungen Dadurch ist es möglich alternative Packaging-Verfahren und organische Substrate bei Leiterplatten Printed Circuit Boards PCBs zu verwenden Die Größe und damit die Kosten der Panels lassen sich mithilfe von Techniken wie Chip on Board COB verringern Bei COB wird der »nackte« Chip direkt auf der Platine aufgebracht PCB-Substrate und COB-Imager ermöglichen es zudem Imaging-Komponenten mit anderen SMDBausteinen Surface-Mounted Device zu Deutsch oberflächenmontiertes Bauelement zu kombinieren Dadurch lassen sich kompaktere Systeme designen Außerdem fällt der elektrische Signalweg kürzer aus Das verringert das Rauschen und verbessert die Signalgeschwindigkeit Bei Bildsensor-Chips kommen überwiegend zwei Optionen in Betracht solche mit einer vorderseitigen Beleuchtung sowie Versionen mit einer rückseitigen Beleuchtung Die Sensoren können sowohl mittels Drahtbonding als auch mit dem Flip-Chip-Lötverfahren kontaktiert werden Bei beiden Ansätzen ist eine große Zahl von Verbindungen vorhanden Keine von ihnen darf einen Fehler aufweisen Positiv zu bewerten ist dass durch diese Ansätze die Entwicklungskosten für individuelle Packaging-Verfahren sinken Dies eröffnet Unternehmen die Möglichkeit ein optimiertes Packaging für SensorArrays anzubieten die in mittleren und geringen Stückzahlen hergestellt werden Solche Produktionsmengen sind speziell bei Systemen für die Bildverarbeitung im medizinischen Bereich anzutreffen ■ Fazit & Ausblick Bildgebende Systeme in der Medizintechnik werden immer kompakter und verbrauchen weniger Strom Bildsensoren tragen ihren Teil dazu bei Effizientere CCD-Komponenten und CMOS-Strukturen verringern den Strombedarf und machen eine aktive Kühlung überflüssig Techniken wie Chip on Board ermöglichen kompaktere Panels Doch solche Ansätze erfordern neue Packaging-Verfahren Sie müssen eine präzise Ausrichtung der Komponenten ermöglichen und eine Verunreinigung oder Verformung der Sensoroberflächen verhindern Zudem muss gewährleistet werden dass jede Verbindung perfekt funktioniert Das lässt sich mit Wire-Bonding erreichen Solche Technologien bilden auch künftig die Basis für präzisere und effizientere Komponenten die mehr Leistung mit einer höheren Nachhaltigkeit verbinden ■ Das Bonding von Sensor-Chips erfordert nicht nur eine spezielle Ausrüstung sondern auch Fachleute die über das entsprechende Knowhow verfügen Die Qualität der Wire-Bonding-Verbindungen wird mithilfe eines Raster-Elektronen-Mikroskops REM überprüft 22 05 2020 www medicaldesign news