Mehr Zuverlässigkeit in der Mikroelektronik durch maßgeschneiderte Mikrostrukturen

Damit ermöglicht das Fraunhofer IWM den Materiallieferanten, der Halbleiterindustrie und den Herstellern mikroelektronischer Bauelemente, die Verformung, Stabilität und Festigkeit der winzigkleinen Drahtkontaktierungen im Einsatz vorherzusagen. Für diese innovative Forschungsarbeit erhielt Dr. Christian Dresbach den Werkstoffmechanik-Preis 2010, gestiftet von der Plansee Group Reutte.

Zwei kombinierte Vorgehensweisen führten zu den wissenschaftlich wegweisenden Ergebnissen: Zum einen wurden Untersuchungen zum mechanischen und mikrostrukturellen Verhalten der Drahtmaterialien vorgenommen. »Hierbei habe ich mich an die klassischen Theorien der Werkstoffmechanik gehalten. Wir haben aber zusätzlich geprüft, in wie weit diese Theorien auch in so kleinen Dimensionen gültig sind«, erläutert Dresbach seinen Versuchsansatz.

In dieser Gründlichkeit sind die Zusammenhänge für Bonddrahtmaterialien erst jetzt untersucht worden. Dabei dürfe nicht vergessen werden, dass die technischen Möglichkeiten, solche Untersuchungen an Bonddrähten überhaupt durchzuführen, erst seit wenigen Jahren existieren, erklärt Dresbach das Vorgehen.

Zeitgleich beschäftigte sich der junge Wissenschaftler mit der Frage der Charakterisierung von lokalen mechanischen Eigenschaften – und dies an Proben, die circa ein Drittel eines Haardurchmessers ausmachen. Im Mittelpunkt stand die Ermittlung der beim Kontaktierprozess lokal veränderten Verformungseigenschaften der Drähte. »Um diese Untersuchungen durchführen zu können, mussten neue Prüfmethoden und Auswertemöglichkeiten entwickelt werden, die so bislang nicht existierten«, so Dresbach.

Das Fraunhofer IWM kann jetzt aufgrund des tieferen materialphysikalischen Verständnisses und der neu entwickelten Prüfmethoden neue Lösungswege für die Industrie anbieten. Die Ergebnisse sind dabei für Materialhersteller, die Chipindustrie wie auch die Endanwender von hoher wirtschaftlicher Bedeutung.

So können Drahteigenschaften bereits bei der Herstellung genauer an den Einsatzzweck angepasst, die Zuverlässigkeit der Verbindungen erhöht und besser abgesichert, sowie Halbleiterchips schädigungsfrei kontaktiert werden. Die Ergebnisse fließen bereits jetzt in unterschiedliche Kooperationen zwischen dem Fraunhofer-Institut IWM und der Industrie ein. Sie werden darüber hinaus auf unterschiedlichen internationalen Konferenzen vorgestellt.