Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) und (Heterogene) Integration (2D, 2.5D, 3D)

Elektrochemische Abscheidung reaktiver Pd/Sn-Multilagensysteme#

© Fraunhofer ENAS
Querschliff eines galvanisch abgeschiedenen Pd/Sn-Multilagenstapels auf Silizium.
© Fraunhofer ENAS
Reaktionsausbreitung in elektrochemisch abgeschiedenen Pd/Sn-Multilagenstapeln.

Bei der Integration heterogener Werkstoffe stellt die Reduktion der Prozesstemperaturen einen wesentlichen Forschungsschwerpunkt dar. Am Fraunhofer ENAS werden deshalb seit über 10 Jahren integrierte reaktive Materialsysteme (iRMS) als interne Wärmequelle zum Fügen von Substraten auf Wafer-, Chip- und Komponentenebene erforscht. Die während der selbstausbreitenden exothermen Reaktion freigesetzte Energie wird dabei nur lokal in der Fügezone bereitgestellt. Im BMBF-geförderten Forschungsprojekt ElisA werden elektrochemisch abgeschiedene Pd/Sn-Multilagensysteme als Alternative zu gesputterten Reaktivsystemen erarbeitet. Durch die strukturierte Abscheidung mittels Zweibadtechnik können neben klassischen Substraten der Mikrosystemtechnik (Silizium, Glas) auch vormetallisierte Leiterplatten und Keramiksubstrate mit reaktiven Multilagen beschichtet werden. Die reaktiven Schichten wachsen dabei direkt auf den gedruckten Grundmetallisierungen der Leiterplatten bzw. Keramiken auf. Die Dicke der reaktiven Multilagen variiert in Abhängigkeit der Substrate und Vormetallisierungen zwischen 20 µm und 50 µm. Beim Anlegen eines lokalen Zündimpulses (Kurzschlussfunke) breitet sich die exotherme Reaktion im Pd/Sn-Multilagenstapel mit einer Geschwindigkeit von max. 5,7 m/s aus und schmelzen die Metallisierung der Fügepartner lokal auf. Das Fügeverfahren ermöglicht auch für Leiterplatten und Keramiken ein Verkapseln von temperaturempfindlichen Bauelementen ohne externen Wärmeeintrag innerhalb von Sekundenbruchteilen. Vorbestückte Bauelemente auf den Leiterplatten erfahren dabei keine nachträgliche thermische Belastung.