Three-Dimensional Integration of Power Electronic Devices Using Wafer Level Deposited Copper Sinter Paste

Titel in Übersetzung: Dreidimensionale Integration von Leistungshalbleiterbauelementen unter Verwendung von auf Waferebene abgeschiedener Kupfer Sinterpaste

Stefan Karner

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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Abstract

Verbindungsmaterialien, welche für die Produktion von kosteneffizienten, bleifreien, leitfähigen und zuverlässigen Kontaktierungen zwischen Leistungshalbleiterbauelementen dienen sollen, werden zurzeit intensiv erforscht. Kupfer (Cu) Verbindungen, die durch thermische Prozessierung von Sinterpaste hergestellt werden, entsprechen im Allgemeinen diesen Ansprüchen und übertreffen andere Verbindungstechnologien hinsichtlich Kosteneffizienz, Elektromigrationswiderstand und Hochtemperaturzuverlässigkeit. Ziel dieser Arbeit ist es, Thermokompressions- und Thermosonic-Bondingverfahren für die dreidimensionale Integration von Leistungshalbleiterbauteilen zu untersuchen. In Verwendung kam dabei eine auf Waferebene abgeschiedene Cu Sinterpaste als Verbindungsmaterial, welche einen niederohmigen Kontakt zwischen den Komponenten ermöglicht. Ein systematischer Versuchsplan diente zur Parameterfindung für das Thermokompressionsbonden, wobei ein möglichst mildes Parameterset gefunden werden sollte. Im Zuge dieser Versuche wurden die drucklose Sintertemperatur, Temperatur und Druck während dem Bonden, sowie ein optionaler Temperschritt nach dem Bonden als Parameter betrachtet. Im Zentrum der Untersuchungen standen dabei die Morphologie, Grenzflächenhaftung und mechanische Festigkeit der hergestellten Sinterverbindungen, welche mit Hilfe von Rasterelektronenmikroskopie (SEM), Elektronenrückstreubeugung (EBSD), Rasterultraschallmikroskopie (SAM) und Schertestmessungen analysiert wurden. Die Analyse des Einflusses der Parameter auf die mechanische Qualität der Sinterverbindungen umfasste auch die Durchführung einer linearen Regressionsanalyse. Zusätzlich wurde eine Machbarkeitsstudie für Thermosonic-Bonding von Halbleiterbauelementen auf Dummy-Chips durchgeführt, mit dem Ziel die Temperatur- und Druckspezifikationen während dem Bonden weiter zu verringern. Zusammenfassend zeigten die Thermokompressionsbonding Untersuchungen, dass eine elektrisch funktionierende Verbindung mit ausreichend guten mechanischen Eigenschaften bei Bondtemperaturen und -drücken unter 400 °C und 50 MPa hergestellt werden konnte. Des weiteren wurde demonstriert, dass diese Spezifikationen durch die zusätzliche Einbringung von Ultraschallenergie während des Bondens zu deutlich geringeren Werten verschoben werden konnten.
Titel in ÜbersetzungDreidimensionale Integration von Leistungshalbleiterbauelementen unter Verwendung von auf Waferebene abgeschiedener Kupfer Sinterpaste
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Mitterer, Christian, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung28 Juni 2019
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2019

Bibliographische Notiz

gesperrt bis 11-05-2020

Schlagwörter

  • 3D Integration
  • vertikale Integration
  • Leistungshalbleiter
  • Thermokompressionsbonden
  • Thermosonicbonden
  • Kupfer
  • Sinterpaste
  • Schablonendruck
  • Waferebene

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