Aus dem Ausschuss für Technik im DVS
Arbeitsgruppe A2 "Fügen in Elektronik und Feinwerktechnik"
Bericht über die Sitzung der Untergruppe A2.4 "Bonden" in Regensburg zu den Schwerpunkten Keramikträger, Plasmaverfahren, Niedertemperatur-Golddrahtbonden Am 12. November 2004 fand unter der Leitung ihres Obmannes Dr.-Ing. F. Rudolf vom Institut für Aufbau- und Verbindungstechnik der Elektronik (IAVT) der TU Dresden bei der Siemens VDO Automotive in Regensburg die 36. Sitzung der AG A2.4 Bonden im DVS statt. Anwesend waren über 40 Mitglieder der Arbeitsgruppe aus Deutschland und der Schweiz. Gäste kamen aus den USA und den Niederlanden. Im Mittelpunkt des Vortragsprogrammes standen Verdrahtungsträger in Dickschichttechnologie, Plasmareinigung vor dem Drahtbonden sowie Thermosonic-Ball/Wedge-Bonden bei niedrigen Verfahrenstemperaturen. Nach der Begrüßung und Vorstellung der Siemens VDO Automotive, Regensburg, durch den Werkleiter, Herrn Scheid, berichtete Dr. Münch aus dem Hause über den Einsatz von LTCC-Mehrlagenkeramiken im Bereich der Automotive Applikationen. Herausgestellt wurde dabei insbesondere die Bedeutung in den so genannten Hochtemperatursektoren des Automobils wie Motor- und Getriebesteuerungen, in denen der Einsatz von Keramikwerkstoffen den physikalischen und elektronischen Anforderungen der Kunden bzw. Anwendungen in idealer Weise entgegenkommt. Neben der heutigen Z-Schrumpf-Technologie der LTCC-Materialien bietet die durch geeignete Verfahren erzielbare Feinstleiterstruktur auf den Innen- und Außenlagen dem Produktentwickler die Voraussetzung, kostenoptimierte und zuverlässige Hardwarelösungen für die Aufbau- und Verbindungstechnik in Klebe-, Löt- und Drahtbondtechnologie einzusetzen. Im Vortrag von Herrn Babutzka von der Conti Temic GmbH, Kirchheim/Teck, bestand das Ziel der Untersuchungen darin, den Nachweis der Eignung der Plasmareinigungsanlage LFC 100 der Firma Balzers/Inficon/CP Processing für die Reinigung von Sensoren/Dickschicht-Hyridschaltungen vor dem Drahtbonden zu erbringen. Der Batch-Plasma-Reiniger LFC 100 funktioniert mit einem Niederdruck-DC-Plasma. Der Reinigungsprozess nutzt niederenergetische Ionen und Radikale, die mit den Oberflächenverunreinigungen zu flüchtigen Bestandteilen reagieren. Der Reinigungseffekt durch das Argonplasma mit Wasserstoff ist eindeutig erkennbar. Die ausgebluteten Bestandteile des Silberleitklebstoffs werden entfernt. Im Rasterelektronenmikroskop und in der EDX-Analyse sind keine signifikanten Unterschiede und keine mechanischen Veränderungen an der Oberfläche vor und nach der Plasmareinigung zu erkennen (außer der Entfernung von Verunreinigungen). Es wird kein Grundmaterial abgetragen! Zum gleichen Themengebiet, dem Plasmareinigungsverfahren, sprach Frau Meyer von March Plasma Systems über mögliche Anwendungen von Plasmaverfahren vor dem Drahtbonden. Plasmabehandlung vor dem Drahtbonden führt sowohl zu einer Verminderung der Anzahl von Wedge lift offs als auch zu einer Erhöhung des cpK. Die Plasmabehandlung muss optimiert und an die einzelnen Produktionsschritte angepasst werden, um ein optimales Ergebnis zu erzielen. Neben einem vergrößerten Prozessfenster, also größerer Flexibiliät der Behandlung, bietet die IFP (ion free plasma)-Variante auch die Möglichkeit, Substrate mit UV- oder Ionen empfindlichen Bauteilen zu behandeln. Abschließend wurden vom Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (FhG-IWMH) in Halle Ergebnisse zum TS-Bonden bei niedrigen Verfahrenstemperaturen vorgestellt, die im Verbund mit dem IZM der FhG sowie dem IAVT der TU Dresden erzielt wurden. Es wurde gezeigt, dass es möglich ist, qualitätsgerechte Bondverbindungen (Anforderungen nach Merkblatt DVS 2811 erfüllt) mit optimierten Bondparametern auch bei Verfahrenstemperaturen unter 100 °C (bis hin zum Bonden bei abgeschalteter Substratheizung) herzustellen. Beim Bonden von Testaufbauten sowie Demonstratoren aus der industriellen Fertigung mit unterschiedlichen Drahtmaterialien wurden unterschiedlich gute Bondresultate in Abhängigkeit des Bonddrahtmaterials festgestellt (bestes Ergebnis bei den Untersuchungen mit dem Draht HA7). Anhand der durchgeführten Mikrostrukturuntersuchungen wurde gezeigt, dass die Mechanismen der Verbindungsbildung am Ball- und am Wedgekontakt nicht von der Bondtemperatur ausgelöst werden (Ballbond: Bildung intermetallischer Phasen auch schon bei abgeschalteter Substratheizung, Wedgebond: Verbindungsbildung nur in obersten Bereichen der Metallisierung und Au-Draht). Die Ergebnisse der Verbundpartner wurden mit großem Interesse aufgenommen und intensiv diskutiert. Es wurde von Seiten der Industriepartner angeregt, in einem Anschlussvorhaben unter industriellen Bedingungen automatisch zu bonden, die Zuverlässigkeitseigenschaften der bei Raumtemperatur gebondeten Kontakte zu untersuchen sowie die beobachteten Zusammenhänge zwischen Diffusionsverhalten und Werkstoffeigenschaften weiter aufzuklären. Nach dem Vortragsprogramm wurde eine Roadmap zum Drahtbonden diskutiert, Informationen und Erfahrungen wurden ausgetauscht. Die nächste Sitzung der Arbeitsgruppe wird im Juni 2005 stattfinden. F. Rudolf
DVS 2801-1 (Ausgabedatum 1996-04) „Widerstandsschweißen in Elektronik und Feinwerktechnik – Übersicht und Grundlagen“ DVS 2810 (Ausgabedatum 1992-09) „Drahtbonden“ DVS 2811 (Ausgabedatum 1996-08) „Prüfverfahren für Drahtbondverbindungen“ DVS 2812 (Ausgabedatum 2002-11) „Prüfen von widerstandsgeschweißten Verbindungen in der Elektronik und Feinwerktechnik – Zerstörende und zerstörungsfreie Prüfungen“ Bezug: DVS-Verlag, Aachener Straße 172, D-40223 Düsseldorf, Tel. 0211/1591-0, Fax -150, verlag@dvs-hg.de, www.dvs-verlag.de
DVS - Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e. V., Düsseldorf,
Tel. 0211/1591-302 oder -303, Fax -300, tagungen@dvs-hg.de, www.dvs-ev.de
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