Analyse des Rissverlaufs in Dickdrahtbondverbindungen auf Leistungshalbleitern beim Active Power Cycling

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.