Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM

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  • Publication
    Temperatur und Interdiffusion beim US-Wedge/Wedge-Bondverschweißen von Al-Drähten auf Ni/Flash-Au
    ( 2011)
    Geißler, U.
    ;
    Funck, J.
    ;
    Schneider-Ramelow, M.
    Die Temperaturen, die sich beim Ultraschall (US) Wedge/Wedge-Bonden im Draht und in der Fügezone ergeben, sind entscheidend für das Verständnis der werkstoffkundlichen Vorgänge während der Verbindungsbildung. Insbesondere für die Interpretation des Wachstums der Au8Al3-Phase beim US-Wedge/Wedge-Bonden von 25 µm AlSi1 Standarddraht auf Cu/Ni-Flash-Au Leiterplattenmetallisierungen ist die Kenntnis der Temperatur von Bedeutung. In FE-Simulationen von integralen Temperaturen in der Fügezone konnte gezeigt werden, dass die zu erwartenden Temperaturen im Bereich von max. 40-100°C liegen. Hierbei haben die in die Fügezone eingespeiste Wärmeleistung sowie der Kontaktwiderstand zwischen Tool und Draht den größten Einfluss auf die Temperaturen. Da für ein rein thermisch aktiviertes Wachstum der intermetallischen Phase (gemessene Dicke 30-50 nm) zwischen 200 und 350°C im Interface benötigt werden, muss nun davon ausgegangen werden, dass das Phasenwachstum nicht allein auf die Temperatur während des Bondprozesses zurückgeführt werden kann. Eine sehr hohe Punktdefektdichte, die aus der Oberflächenaktivierung und den hohen Verformungsraten während der Drahtdeformation beim Bondprozess resultiert, scheint das Phasenwachstum ohne Erwärmung der Fügezone zu erklären. Der Diffusionsprozess, der zur Verschweißung der Bondpartner Draht und Substratmetallisierung führt, wird somit durch die während des Bondprozesses generierte Defektdichte bestimmt.
  • Publication
    Analyse des Rissverlaufs in Dickdrahtbondverbindungen auf Leistungshalbleitern beim Active Power Cycling
    ( 2009)
    Göhre, J.
    ;
    Geißler, U.
    ;
    Schneider-Ramelow, M.
    Vor dem Hintergrund der Beschreibung der Zuverlässigkeit von Al-Dickdrahtbondkontakten auf Leistungshalbleitern bei Belastung im Betrieb durch ein Lebensdauermodell stellt sich die Frage nach der Rissausbreitung in derart typischerweise Temperaturwechselbelastungen ausgesetzten Bondstellen, die aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Drahtwerkstoffes (meist Reinst-Al) und des Halbleiters (meist Si) durch Materialermüdung versagen. Durch die Einwirkung der Bondparameter während des Bondprozesses und die nachfolgende Temperaturbehandlung kommt es im Bonddraht und in der Substratmetallisierung zu Gefügeveränderungen, die sich durch FIB (Focused Ion Beam)-Untersuchungen darstellen lassen. Es gelang nun, das Gefüge der Verbindungszone mit dem Pfad der Rissausbreitung in temperaturwechselbelasteten Al-Wedges in Verbindung zu bringen. Die FIB-Untersuchungen zeigen, dass das Interface zwischen Al-Draht und der AlSi1Cu0,5-Metallisierung des Leistungshalbleiters auch nach 500.000 Temperaturwechseln überwiegend geschlossen ist Die Rissausbreitung verläuft nicht entlang der verschweißten Grenzfläche der Kontaktpartner, sondern in einer darüber liegenden Ebene im Wedge. Unterhalb dieser Ebene liegt ein feinkörniges Gefüge über einer noch feinkörnigeren Chipmetallisierung vor, während das Gefüge oberhalb der Ebene gröber erscheint.
  • Publication
    Mikrostrukturelle Vorgänge bei der Verschweißung von AlSi1-Draht im Ultraschall-Wedge-Wedge-Bondprozess. Tl.2
    ( 2009)
    Geißler, U.
    Im Mittelpunkt der Arbeit stehen sowohl die metallkundlichen Vorgänge bei der Verschweißung am Interface als auch Gefügeeigenschaften im verwendeten Bonddraht. Diese Vorgänge sind sehr eng mit der Oberflächenaktivierung der Fügepartner und der Drahtdeformation in z-Richtung verknüpft. Entgegen der bisherigen Vorstellungen wird die Flash-Au-Schicht der Leiterplattenmetallisierung durch die Relativbewegung zwischen Draht und Substrat im US-Wedge-Wedge-Bonden nicht durchgerieben, sondern bleibt als Bestandteil des elektrischen Kontaktes erhalten.
  • Publication
    Mikrostrukturelle Vorgänge bei der Verschweißung von AlSi1-Draht im Ultraschall-Wedge/Wedge-Bondprozess. Tl.1
    ( 2009)
    Geißler, U.
    Im Mittelpunkt der Arbeit stehen sowohl die metallkundlichen Vorgänge bei der Verschweißung am Interface als auch Gefügeeigenschaften im verwendeten Bonddraht. Diese Vorgänge sind sehr eng mit der Oberflächenaktivierung der Fügepartner und der Drahtdeformation in z-Richtung verknüpft. Entgegen der bisherigen Vorstellungen wird die Flash-Au-Schicht der Leiterplattenmetallisierung durch die Relativbewegung zwischen Draht und Substrat im US-Wedge-Wedge-Bonden nicht durchgerieben, sondern bleibt als Bestandteil des elektrischen Kontaktes erhalten.
  • Publication
    FIB-Präparation und TEM-Analytik an AlSi1 Bondkontakten
    ( 2006)
    Geißler, U.
    ;
    Engelmann, H.-J.
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    Urban, I.
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    Rooch, H.
    Bei der Untersuchung der Verbindungsbildung von Bondkontakten sehr geringer Ausdehnung (25 µm AlSi1 Draht auf Cu/Ni/Au-Metallisierung einer Leiterplatte) steht mit der Methode des Fokusierten Ionenstrahles (FIB) für die TEM-Zielpräparation ein sehr effektives Verfahren zur Verfügung, dass die genaue Entnahme einer Lamelle aus dem interessierenden Probenbereich ermöglicht. Dabei gelingt es mit dem in-situ lift out-Verfahren im Vergleich zum ex-situ lift-out Verfahren dünnere Folien zu präparieren (ca. 40 nm), an denen im Bereich der Grenzfläche zwischen Bonddraht und dem Metallisierungschichtsystem EFTEM-Mappings und HRTEM-Untersuchungen möglich werden. Diese Untersuchungen liefern zusammen mit der Anwendung des FIB als Rasterionenmikroskop neue Erkenntnisse zur Gefügestruktur der Bondkontakte und zum Aufbau der Grenzfläche und erweitern das Verständnis der Verbindungsbildung beim Drahtbonden.
  • Publication
    Grenzflächenuntersuchungen beim US-Wedge/Wedge-Bonden von Al-Drähten verschiedener Drahtstärken
    ( 2005)
    Geißler, U.
    ;
    Schneider-Ramelow, M.
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    Lang, K.-D.
    ;
    Reichl, H.
    Das Interface gebondeter Al-Wedges unterschiedlicher Drahtstärken auf ein und derselben Cu/Ni/Flash-Au Leiterplattenmetallisierung wird durch Untersuchungen am Transmissionselektronenmikroskop (TEM) charakterisiert. Es zeigt sich, dass das Interface optimierter Bondkontakte, unabhängig vom Drahtdurchmesser und den verwendeten Bondparametern, stets den gleichen Aufbau aufweist und das die Flash-Au-Schicht am Ende des Bondprozesses erhalten ist. Unmittelbar über der Goldschicht hat sich eine intermetallische Phase gebildet, die durch Elektronenbeugung als Au8Al3 identifiziert wurde.
  • Publication
    Grenzflächenuntersuchungen beim Ultraschall-Wedge-Wedge-Bonden von 25 µm AlSi1-Draht
    ( 2004)
    Schneider-Ramelow, M.
    ;
    Geißler, U.
    ;
    Lang, K.-D.
    ;
    Reichl, H.