Project achtergrond
In de semi conductor industrie worden chips met gouddraadjes aan elektrische circuits verbonden, het zogenaamde wire bonding proces. De goudprijs is de laatste jaren flink gestegen en het loont de moeite om de gouddraden te vervangen door koperdraden voor de bonding technologie. Echter goud is zeer ductiel en makkelijk te bonden, en koper vertoont strain hardening tijdens het bond proces en is moeilijker te bonden. De krachten die gepaard gaan met het koperbonden zou sneller breuk kunnen veroorzaken in de chips, en dat is een ongewenste situatie. Toch is de interesse in de semi conductor industrie groot, want het prijsverschil tussen goud en koper is enorm. Als het goud bonden vervangen kan worden door koper bonden, dan is dat een significante kosten besparing op de producten.
 |
 |
De uitdaging
Simuleer met FEM het bonding proces van een koperdraad, en geef aan hoe het bonding proces ingericht kan worden met een hoge yield. Omdat de materiaal parameters veranderen als functie van de temperatuur moet ook de optimale temperatuur worden bepaald voor het proces. De cycle time tussen de bondingen moet kort zijn, en mag niet teveel afwijken met het goud bonden.
FEM simulatie
Na een literatuur studie werd er contact opgenomen met Wilde Analysis in de UK, de software developer van DEFORM. Dit is een FEM pakket dat in semiconductor industrie veel gebruikt wordt om het bonding proces te bestuderen. Deze software werd toegepast op de producten van de klant, nadat er uitgebreide metingen waren verricht van de materiaal parameters, zoals strain hardening, de Youngs modulus en andere relevante parameters voor een goede FEM simulatie. De simulaties werden uitgevoerd op enkele koper legeringen, en die studies werden tijdafhankelijk uitgevoerd.
Resultaat
Als resultaat werd de krachtopbouw bepaalt tijdens het deformatie proces. Deze krachtopbouw is op verschillende chipstructuren voor de klant toegepast, en vergeleken met de situatie van het goud bonden waar men veel ervaring in heeft. De onderlinge legeringen leverden ook verschillen op in de snelheid van het deformatieproces, en er werden aanbevelingen gedaan om de krachtopbouw te controleren en hiermee breuk in de chipstructuren minimaal te houden.