Optimierung der Anlagen- und Prozessparameter für die zuverlässige Fertigung kupferbasierter sequentieller Chip-Verbindungen in der Leistungselektronik

Conference: Elektronische Baugruppen und Leiterplatten – EBL 2016 - 8. DVS/GMM-Tagung
02/16/2016 - 02/17/2016 at Fellbach, Deutschland

Proceedings: GMM-Fb. 84: Elektronische Baugruppen und Leiterplatten – EBL 2016

Pages: 7Language: germanTyp: PDF

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Authors:
Kästle, Christopher; Franke, Jörg (Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik FAPS, Nürnberg, Deutschland)
Blank, Thomas; Weber, Marc (Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik IPE, Eggenstein-Leopoldshafen, Deutschland)
Sedlmair, Josef (F & K Delvotec Bondtechnik GmbH, Ottobrunn, Deutschland)

Abstract:
Dickdrahtbonden ist die dominierende oberseitige Chipverbindungstechnik bei Leistungshalbleitern. Es ist durch hohe Prozessstabilität und geringen Produktionskosten gekennzeichnet. Die derzeit für Leistungsmodule verwendeten Aluminiumdrähte geraten bei hohen thermischen Ansprüchen im Bereich von Wechselbelastungen jedoch an ihre Grenzen. Durch die Umstellung auf das Mono-Metallsystem Kupfer (Chip-Oberseite, Bonddraht, Substrat) besteht die Chance einer signifikanten Steigerung der Stromtragfähigkeit sowie der erhöhten thermischen Belastbarkeit sequentieller Verbindungstechnologien. Demgegenüber stehen anlagen- und prozessseitige Herausforderungen. So werden die Schweißund Schneidwerkzeuge bei der Verarbeitung der harten Kupferdrähte im Bondprozess deutlich stärker beansprucht und müssen früher ersetzt werden. Darüber hinaus müssen Prozessfenster hinsichtlich neuer Werkstoffanforderungen sowie unterschiedlicher Substrate optimiert und Fehlermodi neu evaluiert und in Bezug auf ihre Aussagekraft beurteilt werden. In den Untersuchungen wird der Einfluss unterschiedlicher Drahtstärken und Drahttypen bewertet. Substratseitig werden Prozessoptimierungen auf Kupferblechen aus E-Kupfer, auf DCB-Keramiksubstraten sowie auf Kupfer- Dickfilmplatten erforscht. Darüber hinaus steht die Kontaktierung aktiver verkupferter Leistungsbauelemente im Fokus. Anlagenseitig werden zwei verschiedene Wedge-Geometrien evaluiert. In Kombination mit veränderten Messern und einer optimierten Drahtführung können so die Standzeit sowie die Prozesssicherheit deutlich verbessert werden. Die Einführung des Kupfer Mono-Metallsystems mit einer angepassten Prozessführung erlaubt die Etablierung eines dem Aluminium-Standard technologisch überlegenen Fertigungsverfahren im Bereich der leistungselektronischen Aufbauund Verbindungstechnik.