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Accelerated lifetime estimation of copper ball bonds using experimental methods and finite element analysis
Wolfgang Trasischker
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Betreuer*in
Golta Khatibi
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29092.28012.638754-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Das Ziel dieser Arbeit war es, ein ultraschnelles, mechanisches Prüfsystem für miniaturisierte "Ballbond"-Verbindungen weiterzuentwickeln, Ermüdungsmessungen durchzuführen und zu analysieren.
Da mechanische Testmethoden bei der Zuverlässigkeitsprüfung von "Bond"-Verbindungen nicht den realen Bedingungen entsprechen und thermische Belastungstests zeitaufwändig sind, ist die Entwicklung von neuen und geeigneten Testmethoden erstrebenswert und von großer Bedeutung für Forschung und Industrie.
Die Forschungsgruppe Mikromaterialien der Universität Wien hat eine Methode entwickelt, mit der es möglich ist, "Bond"-Verbindungen mit Hilfe eines Ultraschall-Resonanz-Systems in extrem kurzer Zeit auf ihre Ermüdungseigenschaften zu testen. Diese Methode wurde für dicke Aluminium-"Wedgebonds" (Durchmesser 400 mikrometer) eingesetzt. Der gewünschte Fehlermode eines "Wire Lift Off" konnte erfolgreich erzeugt werden und entsprechende Resultate zeigten eine Übereinstimmung mit konventionellen Prüfmethoden.
Hauptziel dieser Diplomarbeit war es, die beschriebene Testmethode auf extrem kleine "Ball Bond"-Verbindungen von Kupferdraht (Durchmesser 50 mikrometer) und Aluminium-Metallisierung anzuwenden. Eine spezielle Probenpräperation sollte es ermöglichen, die Ermüdungseigenschaften einer solchen Verbindung durch "Wire Lift Off" zu testen. Experimentelle Ergebnisse sollen dazu verwendet werden, Lebensdauerkurven und Lebensdauermodelle in Abhängigkeit der Schubspannungen und der von-Mises-Vergleichsspannungen, zu berechnen durch die Finite-Elemente-Methode (FEM), auszudrücken.
Durch den Vergleich der Lebensdauerkurven und Lebensdauermodelle, die durch Schubspannungen bestimmt wurden, wird ersichtlich, dass die erhaltenen Ergebnisse für Tech-A und Tech-B nicht übereinstimmen. Durch die Einbeziehung geometriebedingter Faktoren in der Finite-Elemente-Simulation ergaben sich für die daraus erhaltenen Lebensdauerkurven vergleichbare Werte, was auch Herstellerangaben und Schertests entspricht.
Abstract
(Englisch)
The main objective of this thesis was to develop an accelerated test method for the reliability assessment of Cu-Al ball bonds (Cu wire diameter ~50µm) and to propose lifetime prediction models for these interconnects by means of experimental procedures and Finite Elemente Method (FEM) simulations.
Developed by the research group “Micromaterials” at the University of Vienna the present work uses a mechanical setup, based on an ultrasonic resonance fatigue testing system, to induce cyclic stresses in the metallic microinterconnects at a frequency of 20 kHz.
Using soldering techniques and tailored templates, a special sample preparation method was developed in order to obtain wire bond lift-off failure of the Cu ball bond on the Al metallization pad.
Lifetime curves in terms of average shear stress versus number of loading cyles were determined for two types of sample geometries consisting of single and multiple ball bonds. As expected the sample geometry seems to have a pronounced influence on the results of fatigue tests, which can be considered and calculated by means of FEM simulation.
These results are in conformity with producer information concerning a comparable quality of ball bond connection for both types of technologies.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
mechanical accelerated testing FEM modelling lifetime prediction Cu-Al ball bond
Schlagwörter
(Deutsch)
beschleunigtes mechanisches Testen FEM Simulation Lebensdauerbestimmung Cu-Al Ball-Bond
Autor*innen
Wolfgang Trasischker
Haupttitel (Englisch)
Accelerated lifetime estimation of copper ball bonds using experimental methods and finite element analysis
Paralleltitel (Deutsch)
Beschleunigt Lebensdauerbestimmung von Kupfer "Ball Bonds" mittels experimenteller Methoden und der Finite Elemente Methode
Publikationsjahr
2011
Umfangsangabe
112 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Golta Khatibi
Klassifikation
33 Physik > 33.62 Mechanische Eigenschaften, akustische Eigenschaften, thermische Eigenschaften
AC Nummer
AC08823338
Utheses ID
13055
Studienkennzahl
UA | 411 | | |