Das Projekt "Teilvorhaben: Modellierung und Charakterisierung von innovativen Bondverbindungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Heraeus Materials Technology GmbH & Co. KG, Contact Materials Division durchgeführt. Die W. C. Heraeus als Edelmetall- und Technologiespezialist wird die Erforschung neuer Werkstoffe für Bonddrähte als zentralen Arbeitspunkt in dem Projekt übernehmen. Das reicht von der Materialauswahl, Qualifizierung und Prüfung, über die Zusammensetzung der Bondmaterialien, die Erforschung eigener Herstellprozessparameter und begleitender Analysen bis hin zur finalen Erstellung der Muster für die Partner, sogar mit späterer zerstörender Analyse der Module.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung einer industriellen Temperanlage mit Inertgasbetrieb für Leistungsmodule mit innovativer AL-Bonddrahtlegierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rehm Thermal Systems GmbH durchgeführt. Innerhalb des Projektes HotAL wird die AL-Bondtechnik erforscht und weiterentwickelt, um diese in Leistungselektronik-Komponenten in Offshore-Windkraftanlagen einzusetzen. Mittels neuer innovativen und modifizierten AL-Werkstoffe sowie definierter Temperprozesse soll die Reißlast von AL-Drähten an die von CU-Drähten heranreichen. Mit diesem Konzept soll der Vorteil der höheren Korrosionsbeständigkeit von AL-Werkstoffen gegenüber CU-Werkstoffen die Lebensdauer der Verbindung deutlich erhöhen. Das Projekt gliedert sich in vier Phasen: Phase 1 soll die Grundlagen für die innovative AL-Legierung schaffen. Daraus werden die Prozessanforderungen und -Führung sowie Auslegung der Maschinentechnik definiert. In der zweiten Phase werden die einzelnen Prozesse bei den Industriepartnern getestet. Dabei wird besonders an den Themen Materialmodifikation, Prozessforschung Bonden, Gerätetechnik Bonden und Gerätetechnik Wärmebehandlung geforscht und weiterentwickelt. In der dritten Phase werden Prozessänderungen implementiert und einhergehend Qualität und Materialanalysen durchgeführt. Dabei werden aus den Erkenntnissen ein Forschungsdemonstrator aus den in Phase 1 festgelegten Anforderungen aufgebaut. In der letzten Phase wird durch Lebensdauerprüfungen mit Analyse der Fehlermechanismen das Ergebnis der Lebensdauersteigerung für AL-Bondtechnik durch das Forschungsprojekt nachgewiesen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Gerätetechnik, Prozessführung und Prozessüberwachung für hochfeste Al-Bonddrähte von großer Drahtstärke" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von F & K DELVOTEC Bondtechnik GmbH durchgeführt. Mit dem Ziel, bestehende Prozesse und vorhandenes Equipment der deutschen Zulieferer auch zukünftig, trotz stets wachsender Lebensdaueranforderungen an die Produkte, nutzen zu können, müssen die neuesten Erkenntnisse zu den Zusammenhängen zwischen Materialien, Prozess und Umgebungsparametern für Leistungsmodule mit Einfluss auf die Zuverlässigkeit herangezogen werden. Innerhalb des ersten Arbeitsschwerpunktes wird zunächst die Al-Legierung hinsichtlich ihrer Zusammensetzung, des Verhaltens im Drahtziehprozess und der mechanischen Eigenschaften auf eine Anwendung im Leistungsmodul abgestimmt. Gute Verformbarkeit im Bond- und Loopbildungsprozess, hohe Festigkeit nach Temperbehandlung und Korrosionsbeständigkeit stehen dabei im Vordergrund. Durch systematische Bonduntersuchungen werden unterschiedliche Verbindungsqualitäten erzeugt. Die mechanische Festigkeit der Interfaces und des Drahtmaterials (im Fall eines Bruchverlaufs innerhalb des Drahtes) werden durch einen Schertest überprüft. Gegenstand des zweiten Arbeitsschwerpunktes sind Prozesserprobung und -optimierung sowie der Aufbau von Forschungsdemonstratoren mit den veränderten Prozessen. Im Bondprozess sind die Analysen zum Einfluss von Bondfrequenz, Drahtabspulung, Draht-Schneideprozess, Bondtoolgeometrie und Transducerperformance bei sehr dicken Drähten zentrales Forschungsfeld. Parallel dazu wird der Einfluss der Hochtemperaturbehandlung auf die Chipkontaktierung, AVT-Qualität und Systemperformance untersucht.
Das Projekt "Teilvorhaben: Interface-, Gefüge- und Zuverlässigkeitsanalyse an innovativen Al-Bonddraht-Legierungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration durchgeführt. Das Projekt HotAL - Hochtemperaturoptimierte Al-Bondtechnik für Offshore Anwendungen - widmet sich dem Ziel, Leistungselektronik-Module durch Nutzung innovativer Al-Werkstoffe und Prozessführung für Hochtemperaturanwendungen zu ertüchtigen. Der wesentliche Hebel ist der Einsatz von modifizierten Werkstoffen für den Draht und die nachfolgende Prozessierung zur gezielten Veränderung der Materialeigenschaften. Das Projekt ist in 4 übergeordnete Arbeitspakete aufgeteilt: 1. Definition, 2. Material- und Prozessanpassung, 3. Prozesserprobung, Aufbau von Forschungsdemonstratoren, 4. Analytik Ausfallmechanismen und Lebensdauerprüfung. Das IZM bringt im 1. Arbeitspaket seine Erfahrung bei Material- und Fehleranalytik ein und unterstützt beim Design und der Prozessauswahl für den Forschungsdemonstrator. Im 2. Arbeitspaket führt das IZM Materialanalytik durch metallografische Untersuchungen, FIB-Präparation und REM-Analytik an gezogenen Bonddrahtmustern aus. Zudem wird die Verarbeitbarkeit des neuen Bonddrahtes erforscht. Im 3. Arbeitspaket unterstützt das IZM beim Aufbau funktionaler Demonstratoren. Im 4. Arbeitspaket widmen sich die Arbeiten am IZM der Bestimmung der Lebensdauer bei thermomechanisch induzierter Ermüdung im Drahtinterface durch Active Power Cycling und der Analytik der Fehlermechanismen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung eines hochtemperaturstabilen Al-Bonddrahts mit korrosionsresistenten Eigenschaften" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Heraeus Materials Technology GmbH & Co. KG, Contact Materials Division durchgeführt. Reduzierte Chipgröße und höhere Leistungsanforderungen führen in Halbleiterbauteilen zu höheren Leistungsschichten und damit zu höheren Temperaturen. Neue Chiptechnologien ermöglichen höhere Temperaturen, jedoch limitieren momentan die Materialien des packaging die weitere Verbesserung. Ziel hier ist die Entwicklung eines Bonddtrahts auf Aluminium Basis, der auch bei höheren Temperaturen seine Festigkeit behält. Daneben soll auch die Korrosionsbeständigkeit verbessert werden um beim Einsatz in Windkraftanlagen auf See längere Standzeiten bei höherer Leistung zu ermöglichen.
Das Projekt "Teilvorhaben: AVT-Implementierung für hohe Lebensdauer" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG durchgeführt. Erforschung eines neuen, innovativen Bondkonzepts für IGBT-Leistungsmodule auf Basis alternativer Bondmaterialien und Fertigungsprozesse, das eine Steigerung von Modulzuverlässigkeit und Lebensdauer ermöglicht. Ziel des Teilvorhabens ist es, die Implementierung der neuen Prozesse (Bonden des neuartigen Drahts sowie der anschließende Temperprozess) in den Ablauf einer Serienfertigung von Leistungsmodulen zu evaluieren. Mittels spezieller Prüf- und Testverfahren soll anschließend das Potenzial bewertet werden, mit den neuen Bonddrähten und Fertigungsprozessen eine Steigerung der Zuverlässigkeit und damit der Lebensdauer von Leistungshalbleitermodulen zu erreichen. Abgleich von Anforderungen und technologischen Herausforderungen (neuartiger Bonddraht, Tempern), Definition der Anforderungen an dem Temperprozess vor- und nachgelagerte Fertigungsschritte, Verifizierung Eignung Bondprozess für künftige Serienfertigung, Anpassung Bondparameter an Bondmaschinen, Prüfung Bondqualität (elektrische Parameter, Mikroskopie, Schertests), Untersuchung Einfluss Drahteigenschaften auf Bondprozesssicherheit, Bewertung unterschiedlicher Fertigungskonzepte hinsichtlich Integrierbarkeit in Fertigung, Untersuchung Einfluss des Temperns auf Moduleigenschaften, Designentwurf, Aufbau und Test der Demonstrator-Module, Zuverlässigkeitstests an DCB-Substraten sowie an Modulen (gesinterte Chips, neue Bondtechnologie) nach unterschiedlichen Temperaturprofilen beim Tempern, Untersuchung Ausfallmechanismen.
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