Reaktives Mikrofügen und Packaging - mechanische, thermische und elektrische Funktionalitäten

Das Forschungsprojekt untersucht die Anwendung reaktiver metallischer Mehrschichtsysteme im Bereich von mikro-skaligen Verbindungen der Aufbau- und Verbindungstechnik in der Elektronik. Im Fokus der Projektarbeiten steht dabei das Potenzial der Nutzung von reaktiven Multilagen, um einen angestrebten Verbindungsprozess in diesem Technologiebereich über eine vordefinierte Lagenstruktur bzw. Morphologie einstellen zu können (Abb. 1). Im Unterschied zu allen bisher publizierten Lösungen zum reaktiven Bonden im IC-Bereich unterscheidet sich das vorgeschlagene Projekt dadurch, dass neben dem reaktiven Verbindungsprozess auch die dadurch entstehenden Funktionseigenschaften der Verbindung (elektrisch, thermisch und mechanisch) genau bestimmt werden sollen. Die Funktionalitätsprüfungen konzentrieren sich dabei auch auf die Langzeitstabilität dieser Eigenschaften und damit auch auf die Zuverlässigkeit solcher Verbindungen. Dieser Ansatz ermöglicht eine grundlegende Bewertung und Validierung der Einsatzmöglichkeiten einer reaktiven Mikroverbindungstechnik zur Kontaktierung von Halbleiterbauelementen. Unter diesem Aspekt sollen auch die Nutzungsmöglichkeiten dieser Verbindungsvariante für verdeckte flächenhafte Kontaktanordungen (z.B. bei der Flip-Chip-Technik) untersucht werden.

In Bezug auf die für den reaktiven Mikroverbindungsprozess angestrebte Wärmeerzeugung und -übertragung besteht ein neuer Ansatz in der Ausnutzung vorbestimmter Morphologien und Lagenstrukturen der auf Bauteiloberflächen abgeschiedenen Reaktivmaterialien, die eine „idealisierte“ Morphologie und Mikrostruktur von mittels Nanotechnologien (z.B. durch Magnetronsputtern) hergestellten reaktiven Mehrlagenstrukturen nachbilden sollen. Durch die Optimierung dieser „anwendungsadaptierten“ Morphologie-Lagenstruktur-Kombination soll langfristig für den Fügeprozess das Temperaturprofil und der Erstarrungsfrontverlauf so festgelegt werden, dass dadurch die gewünschten Funktionseigenschaften ohne weitere Nachbearbeitungsschritte eingestellt werden können. Über speziell aufgebaute Messapparaturen sollen elektrische, thermische und mechanische Charakterisierungen der erzielten Funktionseigenschaften der Verbindungen vorgenommen werden, um den Zusammenhang zwischen den vordefinierten Mehrlagenstrukturen und den sich daraus ergebenden Funktionseigenschaften herstellen zu können. Das Projekt kombiniert nicht nur die verschiedenen Arten der Synthese maßgeschneiderter Morphologien unter Beachtung der Skalierung für die Anwendung, sondern arbeitet auch mit Projektpartnern zusammen, die mittels Simulation Fügeverbindungen untersuchen, um weitere Ziele für die Grundlagenforschung oder das Design und die Herstellung bereitzustellen.

Teilprojektleiter: Prof. Dr.-Ing. Jens Müller

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Alexander Schulz    

Projektlaufzeit: 09/2019 - 12/2022

Fördergeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Partner: Universität des Saarlandes, Fachrichtung Systems Engineering, Lehrstuhl für Mikrointegrationund Zuverlässigkeit