Alternative Drahtwerkstoffe für den Einsatz im Wedge/Wedge-Bondprozess

Abstract:
Aluminium ist beim Bonden im Ultraschall (US)-Wedge/Wedge-Verfahren sowohl bei Verwendung von dünnen Drähten (25 µm) als auch im Dickdrahtbereich (? 100 µm) der dominierende Drahtwerkstoff. Während die Ultraschalldeformation beim Al-Bonden zu einer guten Adaption der Fügepartner am Interface führt, schafft die Oberflächenaktivierung durch die den Al-Draht umgebende natürliche Oxidschicht die erforderlichen Voraussetzungen für die bei der Verschweißung ablaufenden Diffusionsprozesse. Die mit der US-Deformation im Al-Draht einhergehenden mikrostrukturellen Prozesse, besonders die entfestigend wirkenden Gefügeveränderungen, zu denen Aluminium auf Grund materialspezifischer Kennwerte viel stärker als Kupfer neigt, sind somit für die Verbindungsbildung am Interface optimal, können jedoch den Heelbereich des Drahtbonds schwächen und somit zum vorzeitigen Ausfall des Bauteils führen. Es gilt daher, resultierend aus den neu gewonnenen Erkenntnissen der metallkundlichen Vorgänge beim Al-Bonden, die Drähte so zu optimieren, dass diese sowohl durch gute Verschweißbarkeit am Interface als auch durch einen höherfesten Heel und damit längere Lebensdauer gekennzeichnet sind. Vorgestellt und diskutiert werden verschiedene Alternativen und erste Ergebnisse eines neuen Bonddrahtes auf Al-Basis, der aus einer Leichtmetalllegierung besteht, die auch in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt wird. Die Methode des fokussierten Elektronenstrahls (FIB) liefert hierzu ausgezeichnete Möglichkeiten, die Gefügestruktur der Drähte, der Metallisierung und das Wachstum intermetallischer Phasen am Interface darzustellen.