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Entwicklung eines Verfahrens zur effizienten Montage von Halbleiter-Dehnmesschips

Rudolph, Simone :
Entwicklung eines Verfahrens zur effizienten Montage von Halbleiter-Dehnmesschips.
TU Darmstadt, Institut EMK, FG MuST
[Bachelorarbeit], (2013)

Kurzbeschreibung (Abstract)

In dieser Bachelorarbeit wird die Entwicklung eines Verfahrens zur effizienten Montage von Halbleiter-Dehnmesschips untersucht. Ziel ist es, ein Verfahren zu finden, wodurch es möglich ist in möglichst kurzer Zeit (<1 min) einen Siliziumchip auf einen Testkörper aus Stahl aufzubringen. Dabei soll die Verbindung eine Festigkeit von 150 MPa aufweisen. Auch ist es nötig, dass durch das Verfahren keine hohen Temperaturen (<600 °C) über einen langen Zeitraum ( <1 min) auf die Verbindungspartner wirken. Die durchgeführte Bewertung des Stand der Technik zeigt, dass die bisherigen Verfahren wie Kleben oder Glas Fritte Bonden nicht effizient sind. Das Glass Fritte Bonden benötigt eine Verbindungszeit von mehr als einer Stunde. Das Kleben hat den Nachteil, dass die Verbindungen eine schnelle Alterung aufweisen. Diese haben außerdem eine begrenzte Einsatztemperatur. Im weiteren Verlauf der Arbeit wird ein Lötverfahren mit Nanofolien betrachtet. Das ermittelte Verfahren funktioniert wie folgt: Zwischen zwei Testkörper wird die Nanofolie appliziert. Auf die Testkörper wirkt mit Hilfe von Gewichten ein Druck, wodurch die Testkörper aufeinander fixiert sind und in Kontakt stehen. Danach wird in der Folie über eine seitlich angelegte elektrische Spannung eine exotherme Reaktion gezündet. Innerhalb von ca. 1 ms ist der Lötvorgang beendet. In den Versuchen wird untersucht, wie stabil die Verbindung ist. Dazu wird ein Versuchsplan ausgearbeitet, der die Paramater Zwischenschichtdicke, Druck auf den Chip und Kantenlänge des Chips berücksichtigt. Durch einen Scherversuch ohne vorherige Belastung in einem Dehnmesstand können Scherfestigkeiten von über 150 MPa hergestellt werden. Allerdings müssen die Folien dazu eine Mindestdicke von 60 mum haben, da die Temperatur von den dünneren Nanofolien nicht ausreicht, um eine stabile Verbindung herzustellen. Mit den Folien mit einer Dicke von 40 mum kann nur eine Scherfestigkeit von 12 MPa erreicht werden. Diese Scherfestigkeit erfüllt nicht die Anforderung von einer Scherfestigkeit von über 150 MPa. Wird der Testkörper mit dem aufgebrachten Siliziumchips mit einem einseitig eingespannten Biegemessstand maximal belastet, splittert das Silizium bevor die Zwischenschicht instabil wird. Durch einen anschließenden Scherversuch kann der Chip mit einer Kraft von 12 N abgeschert werden. Deshalb kann angenommen werden, dass zusätzlich zu dem brüchig gewordenen Silzium Risse in der Zwischenschicht entstehen. Das Lötverfahren mit Nanofolien ist geeignet, um eine Verbindung herzustellen, welche eine Scherfestigkeit von über 150 MPa herstellt. Die Verbindung von einem Siliziumchip ist in gewünschter Zeit hergestellt und durch das Verfahren werden empfindliche Körper durch zu lange Erhitzung nicht beschädigt, da der Bondvorgang weniger als 1 ms dauert. In weiteren Versuchen kann mit dünneren, flexibleren Dehnmesschips mit elektrischer Dehnungsauswertung gearbeitet werden. Mit den Dehnmesschips kann ermittelt werden, wie hoch die maximal mögliche Dehnungsübertragung in der Zwischenschicht ist.

Typ des Eintrags: Bachelorarbeit
Erschienen: 2013
Autor(en): Rudolph, Simone
Titel: Entwicklung eines Verfahrens zur effizienten Montage von Halbleiter-Dehnmesschips
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

In dieser Bachelorarbeit wird die Entwicklung eines Verfahrens zur effizienten Montage von Halbleiter-Dehnmesschips untersucht. Ziel ist es, ein Verfahren zu finden, wodurch es möglich ist in möglichst kurzer Zeit (<1 min) einen Siliziumchip auf einen Testkörper aus Stahl aufzubringen. Dabei soll die Verbindung eine Festigkeit von 150 MPa aufweisen. Auch ist es nötig, dass durch das Verfahren keine hohen Temperaturen (<600 °C) über einen langen Zeitraum ( <1 min) auf die Verbindungspartner wirken. Die durchgeführte Bewertung des Stand der Technik zeigt, dass die bisherigen Verfahren wie Kleben oder Glas Fritte Bonden nicht effizient sind. Das Glass Fritte Bonden benötigt eine Verbindungszeit von mehr als einer Stunde. Das Kleben hat den Nachteil, dass die Verbindungen eine schnelle Alterung aufweisen. Diese haben außerdem eine begrenzte Einsatztemperatur. Im weiteren Verlauf der Arbeit wird ein Lötverfahren mit Nanofolien betrachtet. Das ermittelte Verfahren funktioniert wie folgt: Zwischen zwei Testkörper wird die Nanofolie appliziert. Auf die Testkörper wirkt mit Hilfe von Gewichten ein Druck, wodurch die Testkörper aufeinander fixiert sind und in Kontakt stehen. Danach wird in der Folie über eine seitlich angelegte elektrische Spannung eine exotherme Reaktion gezündet. Innerhalb von ca. 1 ms ist der Lötvorgang beendet. In den Versuchen wird untersucht, wie stabil die Verbindung ist. Dazu wird ein Versuchsplan ausgearbeitet, der die Paramater Zwischenschichtdicke, Druck auf den Chip und Kantenlänge des Chips berücksichtigt. Durch einen Scherversuch ohne vorherige Belastung in einem Dehnmesstand können Scherfestigkeiten von über 150 MPa hergestellt werden. Allerdings müssen die Folien dazu eine Mindestdicke von 60 mum haben, da die Temperatur von den dünneren Nanofolien nicht ausreicht, um eine stabile Verbindung herzustellen. Mit den Folien mit einer Dicke von 40 mum kann nur eine Scherfestigkeit von 12 MPa erreicht werden. Diese Scherfestigkeit erfüllt nicht die Anforderung von einer Scherfestigkeit von über 150 MPa. Wird der Testkörper mit dem aufgebrachten Siliziumchips mit einem einseitig eingespannten Biegemessstand maximal belastet, splittert das Silizium bevor die Zwischenschicht instabil wird. Durch einen anschließenden Scherversuch kann der Chip mit einer Kraft von 12 N abgeschert werden. Deshalb kann angenommen werden, dass zusätzlich zu dem brüchig gewordenen Silzium Risse in der Zwischenschicht entstehen. Das Lötverfahren mit Nanofolien ist geeignet, um eine Verbindung herzustellen, welche eine Scherfestigkeit von über 150 MPa herstellt. Die Verbindung von einem Siliziumchip ist in gewünschter Zeit hergestellt und durch das Verfahren werden empfindliche Körper durch zu lange Erhitzung nicht beschädigt, da der Bondvorgang weniger als 1 ms dauert. In weiteren Versuchen kann mit dünneren, flexibleren Dehnmesschips mit elektrischer Dehnungsauswertung gearbeitet werden. Mit den Dehnmesschips kann ermittelt werden, wie hoch die maximal mögliche Dehnungsübertragung in der Zwischenschicht ist.

Freie Schlagworte: Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mess- und Sensortechnik
Hinterlegungsdatum: 11 Sep 2013 11:22
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten: Lagerort Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate. Bibliotheks-Siegel: 17/24 EMK B 1811

Art der Arbeit: Bachelorarbeit

Beginn Datum: 22-10-2012

Ende Datum: 22-03-2013

ID-Nummer: 17/24 EMK B 1811
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