Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM

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  • Publication
    Aluminium-Scandium als alternative Bond-Pad-Chip-Metallisierung für Leistungshalbleiter
    ( 2017)
    Geißler, Ute
    ;
    Schneider-Ramelow, M.
    Mit der Aluminium-Scandium-(AlSc)-Legierung sind gute Erfahrungen hinsichtlich Herstellung, Verarbeitung und Lebensdauer von Dickdrähten gemacht worden [1-4]. Es war dann das Ziel, AlSc-Schichten als Halbleitermetallisierung für Bondpads abzuscheiden und durch Drahtbonden deren prinzipielle Verarbeitbarkeit zu erproben.
  • Publication
    Aluminium-Scandium als Bond-Pad-Chip-Metallisierung für den Kupferdraht-Bond-Prozess
    ( 2016)
    Geißler, Ute
    ;
    Stockmeyer, J.
    ;
    Mukhopadhyay, B.
    Dünne Schichten einer Aluminium-Scandium (AlSc)-Legierung mit Schichtdicken von 500 bis 3000 nm - wurden durch das PVD-Verfahren (Physical Vapour Deposition) auf oxydierte Si-Wafer abgeschieden, charakterisiert und durch Draht-Bonden mit Cu-Draht im Ball/Wedge-Verfahren getestet. Die äußerst feinkristallinen Schichten konnten mit 25 µm Kupferdraht im Ball/Wedge-Verfahren gebondet und das Splashing durch Bond-Parameteroptimierung auf Werte <3 µm reduziert werden. Bei einer Verwendung von AlSc als Chip-Metallisierung im Cu-Ball/Wedge-Prozess kann der Pitch reduziert werden und zusätzliche OVP-Metallisierungen, z.B. aus Ni/Pd/Au (über Al), würden nicht mehr erforderlich sein.
  • Publication
    Visuelle und mechanische Prüfung von Drahtbondverbindungen
    ( 2016)
    Schneider-Ramelow, Martin
    ;
    Ehrhardt, C.
    ;
    Höfer, J.
    ;
    Schmitz, S.
    ;
    Lang, K.-D.
    Das deutsche DVS-Merkblatt 2811 zur qualitativen und auch quantitativen Überprüfung von Draht- Bondverbindungen in Labor und Praxis (Fertigung) - ,Prüfverfahren für Drahtbondverbindungen' - entstand vor über 20 Jahren als Folge intensiver Diskussionen im Industriearbeitskreis AG A2.4 ,Bonden' des DVS [1]. Dieses DVS-Merkblatt 2811 hob sich bereits bei seiner Veröffentlichung im Jahr 1996 deutlich von internationalen Standards (MIL-Std-883, ASTM International [2, 3] durch schärfe Beurteilungskriterien (z. B. minimal zulässige Pullkräfte) ab, kam dadurch auch über die Landesgrenzen hinweg zur industriellen Anwendung und wurde gar eine Art Vorlage für industriespezifische Qualifikationsmaßnahmen. Nun haben sich aber über die Jahre hinweg nicht nur die zu verarbeitenden Drahtmaterialien (neu: Au-Legierungen, Cu, Ag) verändert, sondern auch die vollautomatisch bondbaren Drahtdurchmesser wurden immer kleiner (< 17,5 mm). Ferner war der Test von Dickdraht- oder Bändchen-Bondverbindungen bisher nicht Bestandteil.
  • Publication
    Entwicklung einer Mikrokamera mit eingebetteter Bildverarbeitung auf Basis der Panel-Level-Packaging-Technologie
    ( 2016)
    Böhme, Christian
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    Ostmann, Andreas
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    Schrank, Kai
    ;
    Lang, Klaus-Dieter
    Im aufkommenden Zeitalter des Internets der Dinge (IoT) gibt es ein starkes Interesse an intelligenten, miniaturisierten Sensoren, die sich in einer Vielzahl von Umgebungen von Medizin- bis zu Industrie-Anwendungen integrierten lassen. Mikro-Kameras mit Echtzeit-Bildverarbeitung lassen sich in einem breiten Anwendungsspektrum von der Gesichts- und Gesten-Erkennung bis zu Fahrerassistenzsystemen in Fahrzeugen einsetzen. Dieser Beitrag beschreibt die Entwicklung und Herstellung eines extrem kompakten Kameramoduls unter Verwendung der Panel Level Packaging (PLP) Technologie. Die meisten Bauelemente werden in einer 16x16 mm² Leiterplatte mit 3,6 mm Dicke eingebettet. Auf die Oberseite ist ein 3 MPixel Bildsensor aufgelötet. Insgesamt 77 Module wurden gleichzeitig auf einem Leiterplatten-Nutzen der Größe 12"x9" gefertigt. Alle Prozeßschritte, von der Bauteilmontage bis zum Endtest erfolgten im Nutzenformat.
  • Publication
    Korrosionsphänomene im mikroelektronischen System
    ( 2014)
    Wagner, Stefan
    ;
    Höppner, Katrin
    ;
    Töpper, Michael
    ;
    Wittler, Olaf
    ;
    Lang, Klaus-Dieter
    Der Einfluss von korrosiven Phänomenen auf mikroelektronischen Systemen ist einer der kritischsten Effekte im Hinblick auf die Langzeitbeständigkeit. Beschleunigte Zuverlässigkeitstests berücksichtigen diese Problematik nur unzureichend. Systeme für den Bereich ,Power Elektronik? sind durch die hochkritischen und zum Teil extremen Umgebungsbedingungen besonders gefordert. Als Schutzmaßnahme nutzt man oft polymere Schutzverkapselungen. Diese sind zwar nicht hermetisch, bieten aber einen guten Kompromiss zwischen Systemgröße und Kosten für die Mehrzahl der Anwendungen. Problematisch ist hierbei die Permeabilität der Polymere, die den Zugang von Feuchte und auch korrosiv wirkenden Gasen in das Gehäuse erlauben, somit die elektronischen Funktionsstrukturen auf dem Chip, die Bond-Drähte und -Flächen, die Leadframes und gar die Lotkontakte schädigen können. Korrosion ist somit ein besonders für die Langzeitbeständigkeit persistentes Problem und kann nur aus Systemsicht angegangen werden. Hier wird nun versucht die korrosionsinduzierte Degradation von mikroelektronischen Gehäusen in einer Übersicht darzustellen und Messverfahren zum Nachweis der Schutzeignung von Verkapselungslagen unter Nutzung elektrochemischer Messtechniken darzulegen.
  • Publication
    Analytik - Methoden und Möglichkeiten von Prüftechniken
    ( 2014)
    Wüst, Felix
    ;
    Müller, Matthias
    ;
    Hahn, Daniel
    ;
    Straube, Stefan
    Eine Bauteil- oder Produktqualifizierung ist im Allgemeinen nicht nur auf statische Zustände (bspw. bei Raumtemperatur) beschränkt. Im Rahmen von Zuverlässigkeitsanalysen wird auch das Verhalten während und nach der Benutzung untersucht. Die Benutzung führt zu einer Belastung des Produktes. Wie sich die Auswirkungen der Belastung auf das Produkt oder Bauteil darstellen und wie diese genauer untersucht werden können, soll im Folgenden kurz aufgezeigt werden.
  • Publication
    Ursachen und Vermeidung des Black-Pad-Defekts beim Löten von SMDs
    ( 2013)
    Schmidt, Ralf
    ;
    Zwanzig, M.
    ;
    Schneider-Ramelow, M.
    Im Rahmen eines Konsortiums bestehend aus 23 Industriepartnern unter Koordination des Fraunhofer IZM wurde in den zurückliegenden 2 Jahren die Leiterplattenoberfläche Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG) unter vorrangiger Berücksichtigung von Anwenderinteressen wissenschaftlich neu beleuchtet. Wichtigstes Ziel des Projekts war eine Verfahrensentwicklung zur quantifizierbaren Darstellung der Black Pad Neigung einzelner Chargen, Panel oder Platinen. Zu diesem Zweck wurden Schichtaufbauten an diversen Schadensmustern hochauflösend analysiert, charakteristische Merkmale erfasst und geeignete Prüfbedingungen ermittelt. Dabei ist es gelungen, Black Pad relevante Korrosionsstrukturen zu identifizieren, an diesen die resultierenden Lötstellenfehler zu dokumentieren und nicht zuletzt Testbedingungen zu erarbeiten, die bei vorhandener Black Pad Neigung diese Korrosionsstrukturen gezielt entstehen und mit analytischen Methoden nachweisbar werden lassen.
  • Publication
    Einfluss der Drahtbondgeometrie auf die plastischen Dehnungen in Heel-Bereich von AlSi1-Standard-Drahtbondverbindungen
    ( 2012)
    Kripfgans, Johannes
    ;
    Schneider-Ramelow, M.
    ;
    Schmitz, S.
    ;
    Müller, W.H.
    Das Wedge/Wedge-Drahtbondverfahren kommt nach wie vor in der industriellen Fertigung mikroelektronischer Baugruppen - auch insbesondere in Mitteleuropa - häufig zum Einsatz, und zwar unter anderem wegen seiner hohen Flexibilität und Automatisierbarkeit und ferner, weil die Drahtbonds sehr geringe geometrische Abmessungen und eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Die Ultraschallenergie unterstützt im Übergangsbereich von Draht und Substrat eine Volumendiffusion der Fügepartner. Dabei entsteht eine stoffschlüssige, mechanisch stabile und elektrisch gut leitfähige Verbindung. Speziell das AlSi1-Wedge/Wedge-Dünndrahtbonden als eine klassische Bondvariante für Chip-on-Board-Anwendungen wird bei Raumtemperatur realisiert und zeichnet sich auch durch vergleichsweise geringe Materialkosten gegenüber anderen Bondverfahren aus. Mit einer Vielzahl einstellbarer Parameter werden qualitätsgerechte Verbindungen sowie die Loop-Geometrie und die Deformation der Wedges optimiert. Die Loop-Geometrie und die Deformation nehmen jedoch Einfluss auf die Lebensdauer einer Drahtbondverbindung. Das Ziel der diesem Fachartikel zugrunde liegenden Bachelor-Arbeit war es, mit Hile von FEM-Simulationsmodellen für verschiene 25µm-AlSi1-Wedge/Wedge-Dünndrahtbondgeometrien signifikante Einflüsse der Deformation (DEF) und der Loop-Höhe (LH) auf die plastischen Dehnungen im Bonddraht bei mechanischer Wechselbeanspruchung herauszuarbeiten.
  • Publication
    Flexible Mikroverdrahtungsstrukturen für implantierbare Elektroden
    ( 2012)
    Schmidt, Ralf
    ;
    Zwanzig, M.
    ;
    Marcos, D.
    ;
    Wirth, A.
    ;
    Löher, T.
    ;
    Seckel, M.
    Ziel des hier vorgestellten technologischen Konzeptes sind in tierisches Gewebe dauerhaft implantierbare Elektroden zur störungsarmen Ableitung von Nervensignalströmen. Für eine optimale Umsetzung kommt es darauf an, einen möglichst engen Elektroden-Nerv-Kontakt zu erzielen, zu diesem Zweck werden die Elektroden mit nanostrukturierten Goldoberflächen, sogenannten Haizahnelektroden versehen. Implantierbare Elektroden, Leiterzüge und Substrate / Verkapselungen bedeuten besondere Anforderungen an Reinheit und Biokompatibilität der verwendeten Materialien, wodurch das anwendbare technologische Portfolio bereits stark eingegrenzt wird. Hinzu kommen Deformationsbelastungen im Gewebe, die nicht zu Reizungen, Wundbildung oder Abstoßung führen dürfen. Die hier dargestellte Entwicklung beruht auf dünnen, flexiblen und dehnbaren Polyurethanfolien, in welche Goldleiterzugstrukturen einlaminiert werden. Vorgestellt werden Layoutentwicklung, das Konzept zur Signalableitung sowie ausgewählte Zuverlässigkeitsaspekte. Die technologische Umsetzung im Herstellungsprozess wird ausführlich diskutiert. Schwerpunkte sind der additive Strukturaufbau mit galvanischen Verfahren, die besonderen Randbedingungen für die Mehrfachlamination von Polyurethan, die Anforderungen an die Laserstrukturierung zum Vereinzeln und zum Öffnen der Elektrodenflächen, sowie die Verfahren zur Erzeugung von Spitzenkontakten an den Elektrodenoberflächen. Vorgestellt wird ebenfalls das vom BMBF geförderte Konsortium, das Gesamtkonzept und die Ziele der beteiligten Projektpartner.
  • Publication
    Frühwarnsystem für Maschinenausfälle: Energieautarke Funksensorsysteme zum Condition Monitoring
    ( 2012)
    Niedermayer, Michael
    ;
    Wirth, Rainer
    ;
    Kravcenko, Eduard
    ;
    Benecke, Stephan
    Der deutsche Maschinenbau ist weltweit so erfolgreich, weil sich Industrieanlagen Made in Germany durch eine hohe Zuverlässigkeit auszeichnen. Dieser Wettbewerbsvorteil lässt sich weiter ausbauen, indem man drahtlose Netzwerke aus vielen Funksensorknoten als kostengünstige Form der Zustandsüberwachung nutzt. Durch die frühzeitige Erkennung von Störungen können Maschinenausfälle mit entsprechenden Stillstandkosten bereits im Vorfeld verhindert werden.