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10 Untersuchungen zur Verkapselung am Fraunhofer IZM ............................................... 39 11 Untersuchungen zur Zuverlässigkeit am Fraunhofer IZM ............................................. 41 11.1 Zuverlässigkeit unverkapselter Proben .......................................................................... 41 11.1.1 Temperaturauslagerung bei 150°C .................................................................. 41 11.1.2 Feuchte Wärme bei 85°C/85%r.F. ................................................................... 45 11.2 Zuverlässigkeit verkapselter Proben .............................................................................. 49 11.2.1 Feuchte Wärme ............................................................................................... 50 11.2.2 Temperaturwechsel ......................................................................................... 51 11.2.3 Temperaturauslagerung ................................................................................... 53 12 Zusammenfassung der Untersuchungsergebnisse und Fazit des Fraunhofer IZM...... 53 13 Untersuchungen zur Bondbarkeit mit Au-Draht am IAVT ............................................ 55 13.1 Methoden ................................................................................................................... 55 13.1.1 Zerstörende Prüfung – Pull-Test ....................................................................... 55 13.1.2 Ermittlung des Korrekturfaktors ....................................................................... 56 13.1.3 Probenkennzeichnung ..................................................................................... 57 13.2 Ergebnisse ................................................................................................................... 57 13.2.1 Bondort Leiterzug, Anlieferungszustand (direkt aus der Verpackung) ............... 57 13.2.2 Bondort Leiterzug, Vorlagerung in unter Stickstoff ........................................... 58 13.2.3 Bondort Leiterzug, Vorlagerung unter Laboratmosphäre .................................. 60 13.2.4 Probleme der Bondanproben auf schmalen Leiterzügen ................................... 62 13.2.5 Bondort Steckerpad, Anlieferungszustand (direkt aus der Verpackung) ............ 64 13.2.6 Bondort Steckerpad, Ergebnisse der Temperaturlagerung 150 °C bis zu 1000 h 68 13.2.7 Bondort Steckerpad, Temperaturlagerung 180 °C bis zu 1000 Stunden ........... 71 13.2.8 Bondort Steckerpad, Temperaturwechseltest – 40 °C / + 125 °C bis zu 1000 Zyklen 71 13.2.9 Bondort Steckerpad, Feuchteauslagerung 85 °C / 85 % r.F. ............................. 73 13.2.10 Bondort Steckerpad, Simulation Reflowlöten und Kleben ................................. 76 13.2.11 Ergebnisse der Focused-Ion-Beam-Untersuchungen ......................................... 79 13.2.11.1 Erläuterungen ................................................................................ 79 13.2.11.2 Ergebnisse ..................................................................................... 80 13.2.11.3 Probe 2: Hersteller A, 200 nm Ag, 1000 h bei T=150 °C ................ 81 13.2.11.4 Probe 4: Hersteller W, 400 nm Ag, direkt nach dem Bonden, Bestimmung Ag- Schichtdicke .......................................................................... 83 14 Zusammenfassung der Untersuchungen am IAVT ........................................................ 84 15 Schlussbemerkungen ....................................................................................................... 85 16 Veröffentlichungen .......................................................................................................... 87 Literatur ................................................................................................................................. 87 Anhang A .............................................................................................................................. 88 Vorlagerung unter Stickstoff ............................................................................................... 88 Atotech ....................................................................................................................... 88 Umicore ....................................................................................................................... 89 Würth ....................................................................................................................... 90 Vorlagerung unter Luft ........................................................................................................ 91 Atotech ....................................................................................................................... 91 Umicor e ..................................................................................................................... 92 Würth ....................................................................................................................... 93 2
2 Einleitung Die bekannten, raschen Weiterentwicklung in der Halbleiterindustrie und die damit möglichen neuen Produktgenerationen der Baugruppen- und Mikrosystemtechnik stellt an das Packaging elektronischer Komponenten und Systeme bezüglich Miniaturisierung, Zuverlässigkeit und Herstellungskosten wachsende und bereits jetzt sehr hohe Anforderungen. Das Hauptaugenmerk der Chipanwender richtet sich dabei darauf, Erzeugnisse mit immer höherer Packungsdichte und damit erweitertem Funktionsumfang kostengünstig auf dem Markt anbieten zu können. Gegenwärtig wird zur Bewältigung dieser Aufgabe zunehmend ein Weg beschritten, der auf die Konfektionierung jedes Einzelchips mit einem eigenen Gehäuse verzichtet, sondern in der sogenannten Chip-on-Board-Technik mehrere Chips zunächst unverkappt („nackt“) auf einem geeigneten Verdrahtungsträger montiert und erst anschließend umhüllt. Zu diesem Zweck müssen die Chipanschlüsse auf geeignete Weise mit den Leiterbahnen dieser Träger mechanisch stabil, elektrisch leitend und mittels einer unter betriebsabhängigen Zuverlässigkeitsaspekten geeigneten Werkstoffpaarung miteinander verbunden werden. Die Verfahren der Wahl hierzu sind die Flip-Chip-Technik und das Drahtbonden. Die Flip-Chip-Technik ermöglicht dabei die höchsten Packungsdichten, erfordert aber sehr aufwändige technologische Zusatzschritte. Sie war nicht Gegenstand dieses Forschungsprojekts. Die Chip-on-Board-Technik mittels Drahtbonden ist gegenwärtig dadurch gekennzeichnet, dass die Cu-Leiterzüge auf Leiterplatten entweder für das Ultraschallbonden mit Al(Si1)-Draht eine Metallisierung aus Ni + Flash-Au erhalten oder für das Thermosonic-Bonden mit Au-Draht eine solche aus Ni + “Dick“-Au. Bekannt ist auch eine für beide Drahtbondverfahren geeignete Metallisierung Ni/Pd/Au, die jedoch wegen hoher Bad- und Materialkosten sowie sehr aufwändiger Prozessführung nur in geringem Umfang zum Einsatz kommt. Gegenwärtig ist keine Metallisierung im durchgängigen Einsatz, die möglichst universell für alle Belange der COB-Technik geeignet ist, d.h. die das Thermosonic-Bonden, gleichzeitig darüber hinaus natürlich SMD-Lötungen mit den seit 2006 verbindlichen bleifreien Loten, Chipbonden durch Kleben und Löten sowie Flip-Chip-Technik und Hermetisierung zuverlässig und kostengünstig gewährleisten kann. Als eine solche Schicht bietet sich chemisch abgeschiedenes Silber an. 3 Beschreibung der Problemstellung Es ist lange bekannt, dass auf relativ dickem (bis zu 5 μm) galvanisch versilberten Leadframes (Werkstoff: CuFe3), die insbesondere bei höher temperaturbelasteten Bauelementen zum Einsatz kommen, TS-Bondungen mit Au-Draht mit hoher Prozessausbeute herstellbar sind und die Kontakte sich erwartungsgemäß wegen der vollständigen Mischbarkeit von Au und Ag durch sehr hohe Zuverlässigkeit auszeichnen [1]. Bei oberflächlicher Betrachtung könnte wegen der vergleichbaren metallurgischen Konstellation wie auf den versilberten Cu-Leiterzügen einer Leiterplatte geschlussfolgert werden, dass das TS-Bonden auf Immersion-Ag in der COB-Technik problemlos übernehmbar sein sollte. Es gibt jedoch eine Reihe gravierender Unterschiede, die sich sehr wahrscheinlich hinsichtlich der Prozessparameter und der Kontaktzuverlässigkeit entscheidend auswirken werden: Bedingt durch den unterschiedlichen Abscheidemechanismus hat eine galvanisch erzeugte Schicht eine grundsätzlich andere Morphologie als eine stromlos erzeugte. Damit ändern sich die 4
Seite 1: 2009 Abschlussbericht DVS-Forschung
Seite 4 und 5: Bibliografische Information der Deu
Seite 8 und 9: für die Bondbarkeit einer Schicht

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