Induktives Solid-Liquid-Interdiffusionsbonden auf Basis miniaturisierter Induktionsspulen für die Mikrosystemtechnik

Im folgenden Artikel wird eine innovative induktive Erwärmungstechnik im Hochfrequenz(HF)-Bereich zum selektiven und energieeffi zienten Bonden von Cu-Sn-Schichten vorgestellt. Dazu wurde mittels Finite-Elemente-Analyse (FEA) eine miniaturisierte Spulengeometrie entwickelt, mit der lokal Wärme im Bereich der Fügezone erzeugt werden kann. Gleichzeitig zielt das Spulendesign darauf ab, eine Vielzahl von Bondstrukturen schnell und homogen zu erwärmen. Die Spule wurde mittels mikrotechnischer Fertigungsverfahren hergestellt, in ein modulares Kühl- und Bondmodul implementiert und in Bondexperimenten erprobt. In den Versuchen konnten mit Drücken von p ⩽ 3 MPa und Bondzeiten von tb ⩽ 130 s stoff schlüssige und mechanisch feste Verbindungen mit einer durchschnittlichen Scherfestigkeit von τscher ≈ 46 MPa zwischen den Substraten erzeugt werden. In weiterführenden rasterelektronenmikroskopischen (REM) Analysen konnte eine vollständige Umwandlung in die thermodynamisch stabile ε-Phase Cu3Sn nachgewiesen werden. Das vorgestellte Bondverfahren besitzt damit ein bedeutendes Potenzial für die Implementierung in industrielle Bondanlagen sowie den anwendungsnahen Einsatz in Fügeaufgaben mit sehr hohen Stückzahlen.