Numerical prediction and experimental verification of the shape and deformation state of wire microstructure configurations resulting from high speed automatic ball-wedge wirebonding.

• Applicant: Professor Dr. Jan Gerrit Korvink
• Subject Area: Microsystems ; Electronic Semiconductors, Components and Circuits, Integrated Systems, Sensor Technology, Theoretical Electrical Engineering
• Term: from 2010 to 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 173587711

Automatisches Ball-Wedge Drahtbonden ist eine wichtige und kostengünstige AVT-Technologie, die in der Produktion von Konsumelektronik weit verbreitet ist. Der Trend in der industriellen Fertigung geht zu größeren Herstellungsraten (30 Mikrodrahtverbindungen pro Sekunde und mehr) und gleichzeitig zu dichteren Drahtanordnungen. In unseren eigenen Arbeiten erweitern wir den Einsatz der Wirebonder als wettbewerbsfähige Methode für die Produktion von neuartigen Mikrostrukturen, z.B. NMR-Messspulen oder Feldgradientsysteme, gefertigt aus 20-30 μm dünnem isolierten Golddraht.Die derzeitige Methodik der Strukturoptimierung ist iterativ und besteht aus aufwändigen Experimenten mit variierten Bondkopf-Kinematiken und thermischen Parametern. Ein resultierende Drahtform wird sowohl durch eine Kombination von inertialer und plastischer Verformung des Drahtes als auch durch elastische Verformung bestimmt. Als Steuerparameter steht die Kinematik des Bondkopfes (Beschleunigung und Ruck) zur Verfügung, wobei die Drahtstruktur ständig länger wird. Der Fabrikationsprozess für Chip-Substrat-Verbindungen ist zwar nichtlinear aber dennoch deterministisch, er ist somit höchst zuverlässig mit einer hohen Wiederholgenauigkeit.Um die Entwicklung von neuartigen mikrodrahtbasierte MST-Anwendungen zu ermöglichen, sowie den Wissensstand der konventionellen Drahtbondfabrikation wesentlich zu erweitern, wird die verifizierte numerische Vorhersage der 3DDrahtformprozesse, unter Berücksichtigung der Bondkopfkinematik und der thermischen Randbedingungen, notwendig. Die Vorhersage der numerischen Simulation muss durch Experimente mit ausreichender Auflösung verifiziert werden.Zu diesem Zweck werden wir ein neuartiges und anwendungsorientiertes 3DSimulationswerkzeug für den Drahtbondbrozess entwickeln. Um die Vorhersage des Simulationswerkzeugs zu charakterisieren, werden wir Simulationsergebnisse mit Experimente korrelieren. Es werden z.B. Hochgeschwindigkeitsaufnahmen des Bondprozesses direkt mit Daten aus transienten Simulationen verglichen, um so die Simulation einmalig zu qualifizieren. Um den Erfolg und das Potenzial der neugewonnen Methodik zu demonstrieren, werden wir eine neuartige golddrahtbasierte Mikrostruktur herstellen.

• DFG Programme: Research Grants