Raumtemperatur-Bondbarkeit und Zuverlässigkeitsbetrachtungen beim Au-TS-Ball/Wedge-Bonden

Abstract:
Prinzipielle Möglichkeiten zur Herstellung von Au-Bondkontakten bei Temperaturen deutlich unter 100 °C stehen seit geraumer Zeit im Fokus der Forschungsaktivitäten in Instituten und in der Industrie insb. im Bereich von COB-Baugruppen. Beispielsweise wurde bereits über das Au-Wedge/Wedge-Bonden bei Raumtemperatur mit Al beschichteten Au-Drähten berichtet, die mittlerweile auch industriell hergestellt und eingesetzt werden. Dieser Beitrag befasst sich mit systematischen Untersuchungsergebnissen zum Thermosonic (TS) Ball/Wedge-Bonden mit verschiedenen Au-Drahttypen (standard, hoch dotiert und mit Pd legiert) sowohl auf Al-Chipmetallisierungen als auch auf mit Ni/Pd/Flash-Au metallisierten Leiterplatten bei Bondtemperaturen von 125 °C bis hinab zu Raumtemperatur. Die dargestellten Untersuchungsergebnisse umfassen mechanische Tests der Au-Drahtbondbrücken und Au-Balls sowie mikrostrukturelle Analysen (FIB, SEM, TEM). Die mikrostrukturellen Untersuchungen am chipseitigen Ballkontakt wiesen auch für die Raumtemperaturbondungen die Bildung von intermetallischen Phasen (IMP) nach. Für den Wedge-Kontakt konnte gezeigt werden, dass die Verbindungsbildung immer zwischen dem Bonddraht und den obersten Schichten der Substratmetallisierung (Flash-Au) erfolgt. Abschließend werden Ergebnisse von Zuverlässigkeitsuntersuchungen an bei Raumtemperatur im Au-TS-Ball/Wedge-Verfahren gebondeten COB-Aufbauten präsentiert.