Modellbasierte Mehrzieloptimierung zur Herstellung von Ultraschall-Drahtbondverbindungen in Leistungshalbleitermodulen

Das Ultraschall-Drahtbonden mit Aluminiumdraht ist aktuell ein Standardverfahren zur Kontaktierung von Leistungshalbleitermodulen. Jedoch soll die Einführung von Kupferdraht als Bondmaterial in der Zukunft zu zahlreichen Verbesserungen der Module führen. Dies ist bedingt durch die wesentlich besseren elektrischen und thermischen Eigenschaften von Kupfer gegenüber Aluminium, die dazu führen, dass z. B. eine weitere Miniaturisierung elektrischer Komponenten möglich wird. Darüber hinaus könnte insbesondere die Verlässlichkeit der Module signifikant verbessert werden. Doch bisher wurde Kupferdraht trotz seiner überlegenen physikalischen Eigenschaften im Wesentlichen nur vereinzelt eingesetzt, da der Prozess deutlich empfindlicher auf Störgrößen reagiert. Um dennoch zuverlässige Kupferbondverbindungen in Leistungshalbleitermodulen herstellen zu können, wird in dieser Arbeit ein Verfahren vorgestellt, das die Herstellung von Ultraschall-Bondverbindungen mittels modellbasierter Mehrzieloptimierung realisiert. Dazu ist umfangreiches Prozesswissen in Form eines geeigneten Modells für den Bondprozess notwendig. Das vorgestellte Modell ist in der Lage, alle notwendigen Effekte und den Einfluss wesentlicher Prozessparameter detailliert abzubilden, sodass eine anschließende Mehrzieloptimierung zur Bestimmung der pareto-optimalen Betriebspunkte und zugehörigen Prozessparameter ermöglicht wird. Die dafür notwendigen Teilmodelle und Mehrzieloptimierungen werden dargestellt und validiert. Überdies wird ein Prototyp in Form einer modifizierten Bondmaschine inklusive einer Möglichkeit zur Verhaltensanpassung aufgebaut und getestet.