Verbindungsmetallurgie und Prozesse

Entwicklung metallischer Verbindungstechnologien der Chipmontage (Flip-Chip, Die-Bond) auf Substraten, in Gehäuse und auf Wafer-Level sowie der Baugruppenmontage.

Neben den SAC-Loten (Sn-Ag-Cu) werden Niedertemperaturlote (z. B. In, SnBi, SnIn) als auch die goldreichen Hochtemperaturlote (z. B. AuSn20) untersucht und qualifiziert:

  • Benetzung und Erstarrung
  • Reaktion mit Barriere- und Benetzungsmetallisierungen
  • Bildung und Wachstum intermetallischer Phasen
  • Eigenschaften: Festigkeit, Haftung, mechanischer Schock, Alterung, Korrosion, Elektromigration

Für höhere Einsatztemperaturen wird das Transient Liquid Phase Bonding TLPB (Cu-Sn, Au-Sn) eingesetzt, wobei die Wiederaufschmelz-Temperatur durch Reaktion des Lots weit nach oben verschoben wird. Neben den Dünnfilmvarianten wird auch an neuen Pastensystemen gearbeitet.

Mittels Thermokompression und Thermosonic Flip-Chip-Bonden (Gold-Gold Interconnect GGI) lassen sich monometallische Verbindungen mit sehr kleinem Pitch unter Verwendung von mechanischen Gold-Studs oder galvanischen Bumps herstellen. Eine weitere Form der Niedertemperatur-Verbindungstechnik stellt das Sintern für flächige Verbindungen dar. Neben der Verwendung von Silberpasten wird auch an einem kompressiblen, nanoskaligen metallischen Nanoschwamm als Verbindungselement geforscht.

Ziel ist die Entwicklung von Verbindungstechnologien mit hoher Zuverlässigkeit für erhöhte Einsatztemperaturen für die Beleuchtung, Optoelektronik und die Leistungselektronik. Auf der anderen Seite werden Flip-Chip-Verbindungen mit hoher Kontaktdichte für Bildsensoren, Datenübertragung und Computing hergestellt.

Weitere Herausforderungen sind die Entwicklung von Montageprozessen

  • mit hoher Präzision und flussmittelfrei für die Optoelektronik,
  • unter Vakuum und flussmittelfrei zur hermetischen Verkapselung von MEMS, MOEMS etc.
  • als Flip Chip mit stetig kleiner werdendem Pitch und hoher Bumpanzahl für Pixel-Sensormodule
  • auf Wafer Level zur 3D-Stapelung mit hoher Ausbeute oder zur Rekonfigurierung

Um die Gebiete erfolgreich bearbeiten zu können, werden unterschiedliche Kompetenzen in der Gruppe entwickelt:

  • Angewandte Materialwissenschaften zur Analyse und Deutung von Lotreaktionen und Verschweißungsprozessen.
  • Theoretische Modelle und experimentelle Methoden zum Energieeintrag, zur Verbindungsbildung, zur Charakterisierung und Qualifizierung der Verbindungen, zur Klärung der Fehlermechanismen und zur Zuverlässigkeitsbeurteilung
  • Analyse von Prozessabläufen, Entwicklung von Montage- und Verbindungstechniken und Transfer in Prozessabfolgen und auf Fertigungsequipment.