Anwendung eines beschleunigten mechanischen Prüfverfahrens für Lebensdauermessungen an Al- und Cu- Drahtbondverbindungen in der Leistungselektronik

Abstract

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden Wöhlerkurven von Aluminium- und Kupferwedgebondverbindungen unter Verwendung eines Ultraschallresonanztestsystems aufgenommen. Das Verfahren erlaubt, bedingt durch die hohe Frequenz, Kräfte auf die Bondstelle wirken zu lassen, welche weitestgehend denen im Betriebszustand entsprechend. Dabei ist es möglicht Messungen bis zu 10 9 Zyklen innerhalb von 15 Stunden durchzuführen. Neben der Aufnahme der Wöhlerkurven wurde untersucht, ob eine Inhomogenität der Bonddrähte, die Geometrie der Proben und/oder die im Zuge der Probenpräparation auf die Bondstelle wirkende mechanische Belastung einen Einfluss auf die Ergebnisse der Ermüdungsversuche haben. Dabei zeigte sich, dass das Schwingungsverhalten der Proben stark von der Geometrie der Probe abhängig ist. Zuletzt wurde die Prüfmethode für die Messung der Lebensdauer von Cu-Cu-Wedgebondverbindungen adaptiert und die Zuverlässigkeit dieser Prototypen mit jenen von Aluminiumwedgebondverbindungen verglichen.<br />

In the course of this diploma thesis an ultrasonic fatigue testing system was used to obtain S-N curves of Al- and Cu- wedge bond interconnects. Conditioned by the high frequency, the procedure allows to expose interconnects to shear stresses which are equivalent to those induced during the operational life of electronic devices.<br />Due to this high frequency, fatigue measurements up to 10 9 cycles can be carried out within 15 hours. In addition to the obtained S-N curves, the influence of the bond wires' inhomogeneity, the samples' geometry and/or the mechanical stress during the sample preparation on the results of the fatigue measurements were determined. These investigations showed that the sample's geometry severely affects the vibration behaviour of the sample.<br />Finally, the test method was adapted to measure the lifetime of Cu-Cu wedge bond interconnects and the reliability of these prototypes was compared to those of the aluminium wedge bond interconnects.