Lebensdauerprognostik unter Berücksichtigung realer Belastungen am Beispiel von Bondverbindungen bei thermomechanischen Wechselbeanspruchungen ; Lifetime Estimation Considering Realistic Load of Wirebond Interconnection at Thermo-Mechanical Cycling ; Lifespan forecasting, taking into account real loads in the example of bond compounds for thermomechanical alternating loads; Lifetime Estimation considering Realistic Load of Wirebond Interconnection at Thermo-Mechanical Cycling

Ausgehend von der Prämisse, dass eine gut hergestellte Bondverbindung durch Ermüdung aufgrund von thermischen Wechselbelastungen zerstört wird, ist ein geeignetes Modell zur Prognose der Lebensdauer von Drahtbondverbindungen für Leistungstransistoren entwickelt worden. Temperaturwechsel führen zu unterschiedlichen Dehnungen der Materialien, und diese bewirken mechanische Spannungen in einem Aufbau. Diese Spannungen verursachen eine Materialermüdung und letztendlich den Bruch in der Verbindungsstelle. Die etablierte Schadensakkumulationsrechnung wird auf Bonddrahtverbindungen aus Aluminium angewendet. Ein geeignetes Modell wurde entwickelt und experimentell überprüft. Die Auswertung erfolgt dabei mit als Life Cycle Unit (LCU) bezeichneten Lebensdatenschreibern online und in-situ. Somit sind bei der Modellbildung insbesondere Rechnerarchitektur, Speicherbedarf, Taktzeiten, Busbreiten und Signalaufbereitung - auch vor dem Hintergrund einer geringen Leistungsaufnahme - zu berücksichtigen. Die Anforderungen an einen thermischen Versuchsstand wurden formuliert und im Anschluss durch thermische Simulationen validiert. Ein geeigneter Versuchsstand zur Durchführung der experimentellen Arbeiten wurde konzipiert, aufgebaut und in Betrieb genommen. Die zur Verfügung stehenden ungehäusten Leistungstransistoren wurden auf speziell entwickelte keramische Testaufbauten geklebt und anschließend die Bondverbindungen aus Aluminiumdraht erstellt. Die Aufbauten wurden aktiv gezykelt; mit Methoden des Design-of-Experiment wurden geeignete Routinen identifiziert. Die Auswertung erfolgte durch Schertests an den thermisch belasteten und damit gealterten Bondverbindungen und zum Vergleich ebenfalls an ungezykelten Aufbauten. Die Geometrie und Oberflächenbeschaffenheit der verbliebenen Anschlussflächen wurden in die Auswertung mit einbezogen. Als Ergebnis konnten die auch schon aus der Literatur bekannten Zyklenzahlen bestätigt und ein in die LCU integrierbares Lebensdauermodell für die Bondver-bindung von 400 µm starken Aluminiumdrähten ...