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Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Interpretation und Beschreibung der Bildung von intermetallischen Phasen zwischen dem Drahtwerkstoff und der Substratmetallisierung während des Ultraschall (US)-Wedge/Wedge-Drahtbondens.
Mit Hilfe von thermomechanisch gekoppelten Finite-Elemente (FE)-Simulationen werden hier die herrschenden Temperaturwerte während des Bondprozesses eingegrenzt sowie die im Draht und am Interface zwischen dem Draht und der Substratmetallisierung erzeugten Spannungs- und Dehnungszustände berechnet. Daraus ergibt sich eine maximale Temperatur von ca. 88 °C, welche jedoch nach dem klassischen Diffusionsgesetz für die Bildung der Au8Al3-Phase mit einer Dicke von etwa 30 bis 40 nm nicht ausreichend ist.
Aus diesem Grund wird aus der Theorie der materiellen Kräfte ein linearer Zusammenhang zwischen der Massenflussrate und der thermomechanischen Kraft am Interface entwickelt, um die bondparameter- und zeitabhängige Ausbildung der intermetallischen Phasen mit den herrschenden mechanischen Spannungen zu koppeln.
Darüber hinaus werden Bonduntersuchungen mit verschiedenen US-Leistungen sowie mit optimierten Parametern durchgeführt, die jedoch an bestimmten Bondzeitpunkten abgebrochen wurden. Anschließend werden die Dicken der sich dabei gebildeten intermetallischen Phasen experimentell ermittelt.
Durch den Vergleich der FE-Simulationen mit den vermessenen IP-Dicken lässt sich ein Wachstumsgesetz für die Ausbildung der intermetallischen Phasen herleiten, mit dessen Hilfe die IP-Dicke nur durch Simulation der beim Bonden aufgezeichneten Deformationskurve prognostiziert werden kann. Zudem wird für diesen Bondprozess ein effektiver Diffusionskoeffizient in Abhängigkeit der Bondparameter und der thermomechanischen Kraft am Interface berechnet. Es ergibt sich betragsmäßig die gleiche Größenordnung wie bei der klassischen Diffusionsrechnung nach FICK, die für die Erklärung der Interfaceausbildung auf rein thermischem Weg eine Temperatur von 270 bis 330 °C erfordert.
About the author
BERUFSERFAHRUNG
Seit März 2013 Postdoktorand
Lehrstuhl für Kontinuumsmechanik und Materialtheorie, Institut für Mechanik, Technische Universität, Berlin
Januar 2010 ¿ Februar 2013 Doktorand
Lehrstuhl für Kontinuumsmechanik und Materialtheorie, Institut für Mechanik, Technische Universität, Berlin
WISSENSCHAFTLICHE ABSCHLÜSSE
Februar 2013 Promotion zum Dr.-Ing.
Thema der Doktorarbeit: Thermomechanische Beschreibung der Ausbildung einer intermetallischen Phase beim Ultraschall-Wedge/Wedge-Drahtbonden im Rahmen der Theorie der materiellen Kräfte. Betreuer: Prof. W. H. Müller
AKADEMISCHE AUSBILDUNG
Oktober 2004 ¿ Oktober 2009 Studium der Luft- und Raumfahrttechnik (Dipl.-Ing.)
Technische Universität Berlin Vertiefungsfächer im Hauptstudium: Luftfahrtantriebe, Strukturmechanik, Aero- und Gasdynamik Thema der Diplomarbeit: Modellierung von Delaminationen im Faserverbund und deren Einfluss auf modale Eigenschaften. Betreuer: Prof. M. Zehn Thema der Studienarbeit: Spannungsanalysen und Lebensdauerberechnungen von Kreuzproben- versuchen für einen Turbinenscheibenwerkstoff. Betreuer: Prof. W. H. Müller von der TU Berlin und Dr. H. Schlums von Rolls-Royce, Dahlewitz, Deutschland
ZUSÄTZLICHE INFORMATIONEN
Projekte
¿ Koordination und Unterstützung bei der Erstellung eines Antrags auf Einrichtung eines
Sonderforschungsbereichs, antragstellende Hochschule: TU Berlin, Sprecher: Prof. W. H. Müller
¿ Entwicklung eines FE-Tools zur Quantifizierung und Optimierung des Vibrationsentspannungseffekts durch Analyse und zielgerichtete Nutzung seiner Wirkmechanismen bis zum Feldeinsatz. Laufzeit: Januar 2013 ¿ Juli 2014
¿ Thermomechanische Beschreibung der Interfaceausbildung an Aluminium Ultraschall (US)- Wedge/Wedge-Drahtbondkontakten. Laufzeit: Juni 2010 ¿ Mai 2012
¿ Entwicklung einer Fügetechnologie für die Mikro- und Elektrotechnik unter Ausnutzung der
Schmelztemperaturabsenkung bei kleinsten Partikeln. Laufzeit: Januar 2010 ¿ Juni 2011
