Rückblick: die Hochschulwoche Einblick: die ... - TU Clausthal

zu optimieren, wozu auf einen Kupferdrahtdurchmesser
von 1 mm gewechselt
wurde, was eine feinere Verteilung ermöglichte,
Abbildung 3. Ebenfalls erprobt
wurden Reinaluminiumbolzen. Diese
wurden mit Bohrungen in unterschiedlichen
Anordnungen versehen, mit Cu-
Drähten befüllt und unter Argon gasdicht
verschweißt. Anschließend wurden die
Bolzen warm stranggepresst und auf 4,5
mm rundgeknetet, Abbildung 3. Hierbei
zeigte sich, dass die Anordnung in einem
Raster eine gleichmäßigere Verteilung
der Fasern ermöglicht und ein Zerreißen
der Fasern weitgehend verhindern kann,
/3, 4/. Ein Ziehen dieser Al/Cu-Drähte auf
Endabmessung steht noch aus.
Abbildung 3: Untersuchte Varianten eines Al/Cu-
Faserverbunddrahtes mit 4,5mm Durchmesser.
Oben aus einer Packung aus 6mm Aluminiumdraht
und 1mm Cu-OF-Draht, in einer Kapsel aus
AlMgSi0,5 gepresst. Unten aus einem Reinaluminiumblock
mit Bohrungen, gefüllt mit 1mm
Cu-OF-Draht.
Drahteigenschaften
Der Vergleich des Al/Cu-Drahtes, Abbildung
4, mit einem Al-H11 Bonddraht,
ein Reinaluminiumbonddraht, der als
Referenz diente, belegte eine um den Faktor
3 bis 4 höhere Zugfestigkeit des Faser-
24 Wissenschaft & Forschung
Abbildung 4: Al/Cu-Faserverbunddraht mit 300
µm Durchmesser.
verbunddrahtes, Abbildung 5. Die Bruchdehnung
des Al/Cu Drahtes mit einem
Faseranteil von 23,5% bleibt dabei auf
dem Niveau des Reinaluminiumdrahtes.
Die Fasern beeinfl ussen ebenfalls die
elektrische Leitfähigkeit und den thermischen
Ausdehnungskoeffi zienten. Die
Wärmeausdehnung des Al/Cu-Drahtes
ist 10% geringer als die des Al-H11-Drahtes,
während die elektrische Leitfähigkeit
des Al/Cu-Drahtes 10% höher ist im
Vergleich zum Al-H11-Draht. Es ist zu
erwarten, dass beide Effekte eine positive
Auswirkung auf die thermomechanische
Wechselbeständigkeit der Bondverbindungen
haben.
Abbildung 5: Zugfestigkeit und Dehngrenze
(Rp0,2) der untersuchten Bonddrähte.
Bonduntersuchungen
Bonduntersuchungen am IMTEK (Uni.
Freiburg) an einer repräsentativen Auswahl
an Substraten wie FR4-Platine mit
Nickelgold-Finish, Kupferplatinen mit
galvanischem Nickelgold (IMS), DCB
mit aufgelöteten Leistungs-ICs mit Aluminiummetallisierung
und Aluminiumsubstraten
zeigten eine gute Reproduzierbarkeit
der Bondverbindungen. Her-
vorstehende Fasern am Ende des Drahtes
konnten nicht beobachtet werden, Abbildung
6.
Ziel des Bondprozesses ist, eine hohe Festigkeit
bei einer geringen Verformung
des Drahtes an der Bondstelle zu erreichen.
Es wird üblicherweise eine minimale
und eine maximale zulässige Breite
des Bondinterface bzw. Verformung des
Wedges in industriellen Anwendungen
angegeben. Ein zweites Kriterium ist, dass
der Draht bei einem Pulltest im Loop-Bereich
abreißen soll.
Abbildung 6: Bondkontaktierung (Al/Cu 300µm)
des Source-Anschlusses eines MOSFET.
Mit optimierten Bondparametereinstellungen
konnten an Drahtbondverbindungen
mit dem Al/Cu-Draht im Vergleich
zu konventionellen Aluminiumdrähten
signifi kant höhere Abscherkräfte
(30-50%) ermittelt werden.
Auf einem gebondeten IGBT-Modul wurden
Röntgenaufnahmen durchgeführt.
Diese bestätigen, dass eine Langfaserverstärkung
vorliegt, die gleichmäßig den
gesamten gebondeten Drahtabschnitt
durchzieht, Abbildung 7.
Zuverlässigkeitsuntersuchungen
Die Beständigkeit von Drahtbondverbindungen
mit Al/Cu-Faserverbunddraht gegenüber
unterschiedlichen Umwelteinfl
üssen wurde mithilfe von verschiedenen
beschleunigten Lebensdauertests geprüft.
Eingesetzt wurde die Temperaturlagerung
bei 150°C, die Temperaturlagerung bei
85°C und 85% relativer Feuchte sowie
Temperaturwechseltests (-40°C/+125°C).
TUContact 20/2007