Simulation von Schertests an Bondstellen zur Beurteilung der Vorbindungsqualität mit neuartigen Dickdrähten auf Aluminiumbasis

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Martin Schneider-Ramelow
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Computergestütztes Werkstoffdesign und Simulation von Werkstoffverhalten von atomistischer bis mikroskopischer Skala
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 456843234

Das Ziel des Projektes besteht darin, den zur Qualitätsbewertung von Bonddrahtverbindungen eingesetzten Scherversuch an Dickdrahtbondstellen (Wedges) durch schadensmechanische Modelle zu beschreiben und diese mit realen Tests zu korrelieren. Diese Tests und Modelle sollen sowohl die zunehmende Schadensentwicklung als auch die dabei auftretende Verfestigung wissenschaftlich interpretierbar und verständlich machen. Dadurch sollen Rückschlüsse auf die material- und prozessspezifischen Einflüsse von neuartigen Drahtmaterialien auf die Entwicklung von Schercodes gezogen werden, um so einen Beitrag zur objektiven Bewertung der Bondqualität mit neuartigen Drahtmaterialien zu leisten. Im experimentellen Teil werden qualitätsgerechte Wedges dreier bzgl. Gefügestruktur und mechanischer Eigenschaften verschiedener Drahtqualitäten durch systematische Bondparametervariationen auf OF-Kupfer (CW008A) Substraten erzeugt und in ausreichender Menge für die weiteren metallkundlichen Untersuchungen sowie Scherversuche bereitgestellt. Als Drahtmaterialien dienen (a) Al-Reinst-Standarddraht Al H11, (b) feinkörnigerer, höherfester mit Mg legierter Al-Draht: AlMg0,5, (c) höchstfester Bimetalldraht: Al-ummantelter Cu-Draht mit ca. 30 µm Al-Manteldicke (CuCorAl). Dies bildet die Datengrundlage zur uantitativen Korrelation und Verifikation der theoretischen Modelle. So werden auf der simulativen Seite sukzessiv verfeinerte Schadensmodelle zur Simulation der Ausbildung von spezifischen Schercodes eingesetzt, nämlich (a) eine elastoplastische Modellierung sowie eine vergleichende Analyse auf Basis der idealen Plastizität, (b) Implementierung eines skalaren Schadensparameters, (c) Implementierung eines Schadenstensors zweiter Stufe aufbauend auf einem DFG Vorläuferprojekt. Abschließend werden die Schadensmodelle für technisch relevante Anwendungsfälle exemplarisch verwendet, um die Übertragbarkeit auf marktübliche Substrate und Halbleiterwerkstoffe mit ihren entsprechenden Metallisierungen zu demonstrieren und Prognosen für zukünftige Entwicklungsvarianten zu entwerfen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Wolfgang H. Müller