Grundlegende Untersuchungen der Mechanismen des Wedge-Wedge Bondens

• Antragsteller: Dr.-Ing. Jens Twiefel; Professor Dr.-Ing. Jörg Wallaschek; Professor Dr.-Ing. Marc Christopher Wurz
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 329797820

Obwohl die Ultraschall-Drahtbondtechnik seit den 1960ern verbreitet angewendet wird, sind die zugrundeliegenden Mechanismen noch nicht vollständig verstanden. Das eingereichte Projekt widmet sich diesen Mechanismen sowie deren Einflüsse auf das US-Bonden. Insbesondere die Reibungs- und die US-Materialerweichungs-Phase bilden die Projektschwerpunkte. Diese Phasen spielen eine große Rolle zum Verständnis der Oxidentfernung und der Bildung der Mikroverschweißungen.Die Oxidschichten auf den Oberflächen von Draht und Substrat behindern die Verbindungsbildung. Beide o.g. Phasen beeinflussen die Oxidentfernung im Hinblick auf Ablösung und Transport aus der Verbindungszone. Aufgrund geringer Dicke der natürlichen Oxidschicht kann die Reinigung nur sehr schwer in Echtzeit während des Verbindungsprozesses beobachtet werden. Daher werden hier Mikropartikel und intransparente Schichten zur Emulation der natürlichen Oxide verwendet um sowohl schrittweise und Echtzeit-Beobachtungen durchzuführen und dann die Bewegungspfade der Oxide abzuleiten.Die Berührpunkte der Oberflächen sind die Startpunkte der Mikroverschweißungen. Der Einfluss der US-Materialerweichung auf diese Bereiche ist noch ungeklärt. In diesem Projekt wird daher das Substrat gezielt strukturiert, um so die Verformung der Struktur gezielt zu analysieren. Aufbauend wird ein Modell der Materialerweichung abgeleitet. Darüber hinaus werden die Mikroverschweißungen zeitdiskret charakterisiert und deren Wachstum und Bondfestigkeit beobachtet.Die Oxid-Metall-Kontaktbereiche, die Metall-Metall-Kontaktbereiche und die Mikroverschweißungen verändern sich über den Bondprozesses. Das fehlende Wissen über die dynamische Veränderung der Grenzflächen ermöglicht keine genaue Aussagen zur Bindungsgeschwindigkeit und -festigkeit. Um eine Messung der Kräfte beim Bonden in Echtzeit zu ermöglichen, wird ein hochauflösendes Kraftmesssensorarray erforscht, hergestellt und untersucht. Dieses wird direkt unter der Bondstelle eingebettet und somit integraler Teil des Bondversuches. Die hohe Messempfindlichkeit in tangentialer und normaler Kraftrichtung ermöglicht eine genaue Charakterisierung des Prozesses. Mit den Informationen werden insbesondere die Bildung lokaler Mikroverschweißungen und deren Aufbrechen untersucht.Im gesamten Projekt wird die Versuchsplanung mittels Design-of-Experiments genutzt und der Einfluss der Prozessparameter abgebildet. Schließlich wird ein empirisches Modell zur Vorhersage der Vorgänge an den Grenzflächen der zeitabhängigen Metalloxidverteilung, Rauheitsänderungen sowie der lokalen und globalen Bondqualität erstellt. Basierend auf dieser Analyse sollen neue Topographien sowohl auf dem Substrat als auch auf dem Draht hergestellt und ausgewertet werden, um eine Verbesserung der Bindungsgeschwindigkeit und -qualität zu erreichen. Alle Erkenntnisse geben einen tiefen Einblick in die Bindungsmechanismen und schließen so Lücken in diesem Bereich des Prozessverständnisses.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen