Charakterisierung der Bondfestigkeit

Bei der Entwicklung neuer Mikrosysteme stellt die Aufbau und Verbindungstechnik eine wesentliche Schlüsseltechnologie im Prozessablauf dar. Besonders für Micro Electro Mechanical System MEMS und Nano Electro Mechanical Systems NEMS ist für die Sicherstellung der Funktionalität ein hermetisch dichtes, mechanisch festes Package erforderlich. Die Zuverlässigkeit der Mikro- und Nanosysteme hängt maßgeblich von der Bondverbindung ab, wodurch die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften des Bondinterfaces bzw. der Bondzwischenschicht bei der Auslegung neuer Devices und der Abschätzung der Lebensdauer von besonderer Bedeutung ist.

Aus der Vielzahl an Prüfverfahren hat sich das Fraunhofer ENAS bei der Bewertung der Bondfestigkeit auf den Zugtest, den Mikro-Chevron-Test und den Kompressionsschertest spezialisiert. Der Mikro-Chevron-Test bildet die für MEMS besonders kritische Mode-I-Rissöffnung ab und wird bei der Bestimmung der Bruchzähigkeit und Energiefreisetzungsrate eingesetzt. Im Zugtest werden die Proben auf Zug beansprucht und die Zugfestigkeit der Fügeverbindung bestimmt. Der Kompressionsschertest eignet sich zur Bewertung von Packages mit stark unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und findet deshalb bei der Bestimmung der Scherfestigkeit Verwendung. Er kann anders als der Mikro-Chevron-Test an fertig prozessierten Mikrosystemen durchgeführt werden und erlaubt somit eine Festigkeitsbewertung am realen Bauteil.

Vorteile der Verfahren:

• Bewertung von Bondverbindungen mit und ohne Zwischenschicht
• Analyse des Einflusses verschiedener Bondparameter auf die Bondfestigkeit
• Charakterisierung der Homogenität des Bondprozesses über gesamten Wafer
• Bewertung von fertigen MEMS mittels Zug- und Kompressionsschertest

Vergleich der Verfahren:

	Micro-Chevron-test	Kompressionsschertest
Bondfestigkeit	Bruchzähigkeit KIC	Scherfestigkeit tshearr
	Energiefreisetzungsrate GIC
Substrates	gleiches material	unterschiedliche Materialien
Bondverfahren	mit und ohne Zwischenschicht	mit und ohne Zwischenschicht
Genauigkeit	hoch	mittel
deviation	gering	mittel
Probenlänge	l ≥ 5 mm	l ≤ 10 mm
Probenbreite	5 mm ≤ w ≤ 10 mm	w ≤ 10 mm
Waferdicke	d ≤ 675 µm	50 µm, 100 µm, 200 µm, 300 µm, 400 µm, 450 µm, 500 µm, 600 µm
Testgeschwindigkeit	v ≥ 1 µm/s (v≥ 0,01 mm/min)	v ≥ 0,01 mm/min
Sondergrößen und anwendungsorientierte Probendesigns auf Anfrage
Maximalkraft	Fmax ≤ 80 N (Fmax ≤ 1000 N)	Fmax ≤ 5000 N
Spezielle Anforderungen	nummerische Bestimmung des Geometriefaktors für spezielle Probendesigns