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
    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
    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
    Lieferempfehlung für Leiterplatten für die COB-Montage
    ( 2008)
    Schneider-Ramelow, M.
    ;
    Rudolf, F.
    Aufruf zur Einreichung von Vorschlägen für Lieferempfehlung für Leiterplatten für die COB-Montage bei Anwendung des Ultraschall- bwz. des Thermosonsic-Drahtbondverfahrens auf galvanisch bzw. chemisch abgeschiedenen Metallschichten bis spätestens 31.12.2008
  • Publication
    Innovative 3D-Montagetechnologie für Speicherchips mittels AlSi1-Drahtbonden
    ( 2007)
    Schneider-Ramelow, M.
    ;
    Milstrey, M.
    ;
    Mattheier, L.
    Bei der Entwicklung von Multichip-Modulen (MCM) wird durch die Nutzung der dritten Dimension durch das Stapeln von Chips eine wesentliche Entflechtungsmöglichkeit erreicht. Durch das sog. System in Package (SiP) oder auch System on Package (SoP) wird diese dreidimensionale Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) in zunehmenden Maße in den Markt integriert, bei dem unterschiedliche Chips wie Speicherbausteine SRAM, SDRAM Flash oder Controller, usw. in einem System integriert werden. Dabei ist das Stapeln von sog. bare dies (Nacktchips, also ungehäusten Halbleitern) eine maßgebliche Voraussetzung. Aufgrund der Chipgeometrien gibt es verschieden Möglichkeiten die Chips zu stapeln. Eine besondere Herausforderung ist dabei das Stapeln von Chips mit gleichen Abmessungen, besonders wenn die Bondpads nicht peripher sondern zentral auf dem Halbleiter angeordnet sind, wie beispielsweise bei Speicherchips. Mit diesem Beitrag wird eine 3D-Montage von Chips (MCM-Module) vorgestellt, bei der bare dies (Nacktchips, ungehäuste Halbleiter) durch Klebetechnik aufeinander gestapelt und durch AlSi1-Wedge/Wedge-Drahtbondtechnik elektrisch kontaktiert werden. Vor diesem Hintergrund werden geeignete Klebermaterialien vorgestellt, die bzgl. der automatisierten Verarbeitbarkeit zum Chipstapeln geeignet sind und beim Stacking keinen negativen Einfluss auf nachfolgende Montageschritte, insb. das Drahtbonden sowie auf die Fertigungsqualität und die Zuverlässigkeit haben. Ferner werden die Vorteile der mittels 3D-Montage aufgebauten Speichermodule, als da sind Erhöhung der Speicherkapazität pro Flächeneinheit, Verbesserung der thermischen und elektrischen Eigenschaften sowie Miniaturisierung ggü. klassischen Aufbauten ebenso messtechnisch nachgewiesen wie die Zuverlässigkeit der Module unter beanspruchungsähnlichen Bedingungen.
  • Publication
    Hochgeschwindigkeitsaufnahmen der Wedgebewegung beim US-Bonden/Wedge-Bonden
    ( 2007)
    Schneider-Ramelow, M.
    ;
    Gaul, H.
    ;
    Schmitz, S.
    ;
    Reichl, H.
    Durch verbesserte Technik konnte die Bewegung von Werkzeug, Draht und Chip beim Ultraschallbonden sichtbar gemacht werden. Dadurch konnte die Phase der Reibung (Draht an Pad) näher charakterisiert werden
  • Publication
    Hochgeschwindigkeitsaufnahmen der Werkzeug- und Drahtschwingung beim US-Wedge/Wedge-Bonden
    ( 2007)
    Gaul, H.
    ;
    Schneider-Ramelow, M.
    ;
    Reichl, H.
    Mit einer Hochgeschwindigkeitskamera konnte bei starker Vergrößerung die Bewegung von Werkzeug und Draht während des Ultrasonic(US)-Wedge/Wedge(W/W)-Bondens gefilmt werden. Hintergrund der Untersuchung waren Fragen, die bei der Quantifizierung des Drahtbondprozesses durch Modelle der Reinigung durch Reibung bisher ungeklärt waren [1, 2]. Damit eine Reinigung im Interface von Draht und Bondpadmetallisierung durch Reibung erfolgen kann, muss davon ausgegangen werden, dass Bondwerkzeug (Tool) und Draht - zumindest zu Beginn des Bondprozesses - formschlüssig, also fest miteinander verbunden sind und sich synchron bewegen. Dieser Sachverhalt konnte nun durch die Videoaufnahmen nachgewiesen werden.
  • Publication
    Grenzflächenuntersuchungen beim US-Wedge/Wedge-Bonden von Al-Drähten verschiedener Drahtstärken
    ( 2005)
    Geißler, U.
    ;
    Schneider-Ramelow, M.
    ;
    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.