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Entwicklung mikroelektronischer Kontaktierungsmethoden für Hochtemperatur-Anwendungen über 250°C

 
: Heiermann, W.

:
Volltext (PDF; )

Duisburg, 2013, X, 154 S.
Duisburg-Essen, Univ., Diss., 2013
URN: urn:nbn:de:hbz:464-20140129-085310-9
Deutsch
Dissertation, Elektronische Publikation
Fraunhofer IMS ()

Abstract
Das Hauptziel der vorliegenden Dissertation war die Entwicklung von Methoden zur Herstellung mikroelektronischer Kontakte mit Temperaturstabilitäten über 250 °C unter Verwendung von Flip-Chip-Technologie und Drahtbond-Technologie. In der Drahtbond-Technologie bieten Palladiumdrähte gegenüber standardmäßig verwendeten Golddrähten Vorteile hinsichtlich mechanischer Stabilität und 50 % geringerer Materialkosten. Die vorliegende Arbeit präsentiert eine Studie über das Schweißverhalten von Palladiumdrähten unter Verwendung von Thermosonic-Verfahren auf galvanisch abgeschiedenen Gold-Metallisierungen. Es wurden Zuverlässigkeitsuntersuchungen an Palladiumdraht-Kontakten bis zu Temperaturen von 350 °C durchgeführt. Die mechanische Stabilität wurde durch Schertests und Zugfestigkeitstests geprüft. Zur Untersuchung des Mikrogefüges wurden Drahtbond-Querschnitte mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) analysiert. Ergänzend zur Drahtbond-Technologie wurde eine Methode zur Herstellung hochtemperaturbeständiger Flip-Chip-Kontaktierungen entwickelt. Durch eine Verlötung mit Lötrahmen entlang der Chip-Außenkanten wurde analog zu kommerziellen Flip-Chip-Packages eine Krümmung über das gesamte Flip-Chip-Package generiert. Durch diese Deformation, welche üblicherweise durch die Verwendung von Underfills erzeugt wird, werden thermomechanische Spannungen in den Bumps reduziert. Da die präsentierte Flip-Chip-Methode im Unterschied zu kommerziellen Flip-Chip-Verfahren keine Applikation von Underfill beinhaltet, deren Temperaturbeständigkeit bei maximal 170 °C liegt, können Einsatztemperaturen von mindestens 250 °C realisiert werden. Durch sukzessives elektrochemisches Abscheiden unterschiedlicher Metall-Schichten wurden Bumps und Lötrahmen bestehend aus einem Kupfer/Nickel/Gold/Zinn-Schichtsystem hergestellt. Diese Strukturen wurden durch einen Gold/Zinn-SLID Prozess (Solid-Liquid Interdiffusion) auf Keramiksubstrate verlötet. Mit Hilfe von FEM-Simulationen (Finite Elemente Methode) wurde die Auswirkung der Lötrahmen auf thermomechanische Spannungen in Flip-Chip-Bumps berechnet. Die Krümmung der Flip-Chip-Packages, welche als Validierungsparameter für das FEM-Modell dienten, wurde mit Hilfe optischer Interferometrie bestimmt. Zur experimentellen Untersuchung der Lötverbindungen wurden Querschnittanalysen mittels Raster-Elektronen-Mikroskopie (REM) durchgeführt. Die Zuverlässigkeit der Flip-Chip-Packages wurde durch Widerstandmessungen an Daisy-Chain-Teststrukturen nach Temperaturlagerungen bei 250 °C und Temperaturwechselzyklen zwischen -50 °C bis 175 °C geprüft.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-309184.html