Mikroverbindungstechniken
Gegenstand
Die im Waferprozess der Halbleiterindustrie hergestellten Chips können ihre Funktion nur ausüben, wenn sie zu Bauelementen und/oder Baugruppen komplettiert werden. Dazu ist ein elektrisch leitender, mechanisch stabiler und zuverlässiger Kontakt zwischen den Pads der Chips und den äußeren Anschlüssen notwendig. Gegenwärtig und in absehbarer Zukunft wird dieser Kontakt in mehr als 80% aller Anwendungen durch Chip- und Drahtbonden realisiert. Dabei werden die Chips rückseitig auf ein Substrat oder in ein Gehäuse vollflächig aufgeklebt (Chipbonden). Die Abkontaktierung vom Chip wird durch dünne Mikrodrähte von ≥ 20µm Durchmesser verwirklicht, welche mit den jeweiligen Kontaktflächen verschweißt werden (Drahtbonden).
Alternativ können die Chips mit Hilfe der Flip-Chip-Technologie frontseitig direkt kontaktiert werden. Dazu werden auf den Kontaktflächen der Chips spezielle Bumps appliziert, um einen stabilen und zuverlässigen Kontakt zum Substrat realisieren zu können. Für die Kontaktierung kommen vorwiegend Klebe- oder Löttechnologien zum Einsatz.
Im Arbeitsgebiet Mikroverbindungstechnik werden die Materialien und Prozesse zur Weiterverarbeitung von Halbleiterchips zu Bauelementen/-gruppen betrachtet und charakterisiert mit dem Ziel, die Miniaturisierung voranzutreiben und die Zuverlässigkeit zu erhöhen. Ein besonderer Fokus liegt dabei beim Drahtbonden. Untersucht wird hier die Eignung verschiedenster Drahtwerkstoffe auf unterschiedlichen Metallisierungsschichten.
Ausblick
Durch Anwendung von Nanotechnologien in der Halbleitertechnik steigt der Integrationsgrad der Chips. Dies führt neben vielen anderen Veränderungen zu einer bedeutenden Steigerung der Anzahl der Chipanschlüsse. In Zukunft werden folglich immer kleinere Abmessungen der Pads sowohl auf dem Chip als auch auf dem Substrat oder den Leadframes zur Verfügung stehen. Daraus resultieren extreme Miniaturisierungsanforderungen. Hinsichtlich des Drahtbondens werden diese sowohl den eingesetzten Draht als auch die zu bondenden Schichten bzw. Schichtsysteme verändern. Oberstes Gebot bleibt eine maximale Kontaktzuverlässigkeit, die werkstoffwissenschaftlich auch für extreme Einsatzbedingungen abgesichert und durch stabile Fertigungsprozesse garantiert werden muss. In diese Richtung zielen alle Überlegungen zur Weiterentwicklung der Materialien und Prozesse für die Mikrokontaktierung, die ihren Niederschlag u. a. in einer Roadmap zur Mikroverbindungstechnik gefunden haben, die vom Institut gemeinsam mit der Industrie erarbeitet worden ist.
Leiter der Arbeitsrichtung
Dipl.-Ing. Daniel Ernst studierte von 2000 bis 2006 Elektrotechnik an der TU Dresden. Während seiner Studienarbeit wurde er mit der Problematik der Materialien, Technologien und der Verbindungsbildung von Drahtbondkontakten vertraut gemacht. Dabei untersuchte er die Zuverlässigkeit von Golddraht-Bondkontakten, welche unter Raumtemperatur ohne zusätzliche Wärmeenergie gefertigt wurden. Während seines Praktikums in der Automobilindustrie befasste sich Herr Ernst mit den Eigenschaften von Baugruppen unter Hochtemperaturbeanspruchung im Lebensdauerzyklus unter Berücksichtigung der verschiedenen Materialien und Komponenten.
Tiefergehend untersuchte er die Technologien und Materialien für Aufbauten auf mechanisch flexiblen Verdrahtungsträgern im Rahmen seiner Diplomarbeit. Als Schwerpunkte galten dabei die Löt- und Klebetechnologie, sowie Flip-Chip-Aufbauten.
Von 2006 bis 2009 war Herr Ernst als Prozessingenieur in einem mittelständischen Unternehmen tätig, wobei er hauptsächlich den Bereich der Klebstoffapplikation abdeckte.
Seit 2010 ist er am Institut als wissenschaftlicher Mitarbeiter angestellt. Mit dem Ziel einer Promotion befasst er sich mit Technologien und Werkstoffen zum Verbundaufbau von organischen und anorganischen Bauelementen zu Baugruppen, sowohl auf starren als auch auf flexiblen Verdrahtungsträgern. Themenschwerpunkte bilden dabei die Zuverlässigkeit und Lebensdauercharakterisierung, sowie die Technologieentwicklung.
