Neues Modell revolutioniert die Bewertung von Drahtbondverbindungen in der Mikroelektronik
Lina SeidelNeues Modell revolutioniert die Bewertung von Drahtbondverbindungen in der Mikroelektronik
Forscher der TU Berlin und des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) haben ein neues Verfahren entwickelt, um mechanische Schäden in hochfesten Drahtmaterialien zu modellieren. Im Mittelpunkt ihrer Arbeit stehen Scherprüfungen an Drahtbondverbindungen, die für die Bewertung der Zuverlässigkeit von Mikroelektronik entscheidend sind. Das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderte Projekt lief über zwei Jahre und erhielt eine Förderung in Höhe von 200.000 Euro.
Das Projekt Scherwedge startete Ende 2020 und wurde Anfang 2023 abgeschlossen. Ziel war es, das Verständnis dafür zu verbessern, wie sich neuartige Drahtmaterialien unter Belastung verhalten. Im Gegensatz zu herkömmlichen dicken Aluminiumdrähten zeigen modernere Legierungen – etwa aluminiumummantelte Kupferkerne oder Aluminium-Magnesium-Verbindungen – bei Schertests andere Schadensmuster.
Die Experten führten Tests mit verschiedenen Materialien durch und untersuchten die entstandenen Schermuster unter dem Mikroskop. Dabei stellten sie fest, dass bestehende Qualitätskriterien für Standard-Aluminiumdrähte die Bondfestigkeit bei diesen fortschrittlichen Materialien oft nicht präzise vorhersagen. Diese Lücke in der Bewertung könnte die Langzeitleistung von Elektronikkomponenten beeinträchtigen.
Der von dem Team entwickelte Ansatz zur Schadensmechanik-Simulation bietet hier eine Lösung. Er liefert ein klareres Bild davon, wie material- und prozessespezifische Faktoren die Bondqualität beeinflussen. Darüber hinaus lässt sich die Methode nicht nur auf Drahtbondverbindungen, sondern auch auf andere Bereiche der Gehäusetechnik und Verbindungstechnologie anwenden.
Hersteller wie Infineon Technologies und Bosch setzen bereits hochfeste Materialien ein, etwa Kupfer-Silizium-Lote in Leistungsmodulen für Elektrofahrzeuge. Tests nach dem AEC-Q101-Standard zeigen, dass diese Materialien zwei- bis dreimal länger halten als herkömmliche Aluminiumdrähte – mit einer Lebensdauer von über 20 Jahren unter Vibrations- und Temperatureinfluss.
Die Erkenntnisse aus dem Scherwedge-Projekt helfen, eine zentrale Lücke bei der Bewertung moderner Drahtmaterialien zu schließen. Durch die verbesserte Schadensmodellierung unterstützt die Forschung die Entwicklung zuverlässigerer Mikroelektronik und Leistungsmodule. Zudem eröffnet der Simulationsansatz neue Anwendungsmöglichkeiten in der Elektronikfertigung.
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