Ultraschall-Bonden mit Kupfer-Aluminium-Manteldraht

Abstract:
Das Ultraschall-Bonden von Aluminium-Dickdrähten ist eine Standardtechnologie für die Substrat-zu-Substrat- oder Substrat-zu-Gehäuse-Kontaktierung sowie für die Kontaktierung von Leistungshalbleitern. Dabei treten unter mechanischer Belastung (z.B. durch Temperaturwechsel oder Vibration) immer wieder Kontaktversagen durch einen Bruch im Heelbereich auf, welcher bereits durch den Bondprozess am stärksten vorgeschädigt wird. Zudem ist das Aluminiummaterial, bedingt durch eine Änderung der Gefügestruktur, anfällig für Ermüdungseffekte bei höheren Temperaturen (>175 °C). In der jüngeren Vergangenheit wurden daher zunehmend Entwicklungen zur Bonddrahtoptimierung vorangetrieben, um die erwähnten Nachteile zu reduzieren bzw. zu eliminieren. Eine dieser Entwicklungen ist ein Zwei- Komponenten-Draht aus Aluminium (Mantel) und Kupfer (Kern), welcher in der Ausführung mit 125 µm Durchmesser Gegenstand der Untersuchungen war. Es wurden die mechanischen Drahteigenschaften (Dehnung, Reißlast) im Vergleich zu klassischen Aluminium-Drähten bei verschiedenen Temperaturen ermittelt. Weiterhin wurden Unterschiede in der Bondbarkeit durch Bondparameterstudien auf unterschiedlichen Metallisierungen evaluiert. Die Verbindungsbildung im Interface zwischen Bonddraht und Substratmetallisierung wurde anhand von FIB-Querschnitten rasterelektronenmikroskopisch und mittels Transmissionselektronenmikroskopie analysiert und in Korrelation zu Schertestergebnissen bewertet.