Development and Characterisation of 3D-Stacks with Porous Metal Layers

Titel in Übersetzung: Entwicklung und Charakterisierung von 3D-Stacks aus porösen Metalllagen

Rudolf Krainer

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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Abstract

Die Entwicklung von neuen kosteneffzienten, bleifreien Materialien für elektrische Verbindungen in der Leistungselektronik ist zurzeit von hohem Interesse. Gedruckte und anschließend thermisch behandelte metallische Sinterpasten, insbesondere Kupfer (Cu), bilden metallische Verbindungen mit hoher Zuverlässigkeit auf Chip-Level, bei gleichzeitigem Vorteil der kostengünstigen Verarbeitung auf Wafer-Level. Im Rahmen dieser Arbeit wurden vorausgewählte Cu Sinterpasten, mit unterschiedlichen Porositäten nach der drucklosen thermischen Vorbehandlung, auf ihre Fähigkeit zur Bildung mechanisch stabiler dreidimensionaler Verbindungen von gestapelten Siliziumchips (Si) durch Thermokompressionsbonden untersucht. Die Optimierung des Verbindungsprozesses zu milden, aber ausreichenden Prozessparametern wurde mittels eines systematischen Versuchsplans (Design of Experiments, DoE) erreicht. Die Versuchsparameter waren die Vorbehandlung, die Bondtemperatur, der Bonddruck und eine optionale anschließende Wärmebehandlung. Die geformten Sinterschichten wurden in einem ersten Schritt einer optischen Untersuchung mittels Licht- und Rasterultraschallmikroskops unterzogen. Die Mikrostruktur der Sinterschicht wurde mittels Rasterelektronenmikroskopie detailliert untersucht. In einem anschließenden Schertest wurde die Scherfestigkeit der Sinterverbindungen ermittelt. Die Scherfestigkeit wurde als entscheidender Faktor für die Qualität der Sinterverbindung festgelegt. Die Evaluierung der idealen Prozessparameter für die jeweiligen Sinterpasten wurde mittels einer linearen Regressionsanalyse der DoE der gebondeten dreidimensionalen Chipstacks durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass die prozessierten metallischen Sinterpastenschichten eine Scherfestigkeit von bis zu 79 MPa für das Thermokompressionsbonden mit Prozessparametern des Bondvorganges von bis zu 400°C und 50 MPa erreichen.
Titel in ÜbersetzungEntwicklung und Charakterisierung von 3D-Stacks aus porösen Metalllagen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Mitterer, Christian, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung1 Juli 2020
DOIs
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2020

Bibliographische Notiz

gesperrt bis 28-05-2023

Schlagwörter

  • Kupferpasten
  • Sintern
  • 3D-Stacks
  • Thermokompressionsbonden

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