Predicting the Bond Quality of heavy copper wire bonds using a friction model approach

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Ultraschall-Drahtbonden ist eine Standardtechnologie in der Verbindungstechnik von Leistungshalbleitermodulen. Um Zeit zu sparen, sollen Kupferdickdrähte auch für die Kontaktierung von eingespritzten Anschlusssteckern im Modulrahmen verwendet werden. Allerdings führt das Kontaktierungsverfahren mit diesen Drähten auf dünnwandigen Kunststoffrahmen häufig zu unzureichender Bondqualität. Diese Arbeit untersucht experimentell und durch Simulationen das Bonden von Anschlusssteckern, um die Prozessstabilität zu erhöhen. Zunächst wurden Experimente auf steifen Untergründen durchgeführt, um Störgrößen zu minimieren. Die Erkenntnisse ermöglichten die Entwicklung eines Simulationsmodells zur Vorhersage der Bondqualität, basierend auf einer flächenaufgelösten Reibarbeitsbestimmung im Fügebereich unter Berücksichtigung des Ultraschallerweichungseffektes und der hohen Drahtverformung. Experimente zeigten eine verringerte Relativverschiebung zwischen Draht und Stecker, was die Reibarbeit signifikant reduzierte. Zudem wurden geringere Schwingamplituden des Bondwerkzeugs nachgewiesen, was ebenfalls die Reibarbeit senkte. Beide Effekte wurden mithilfe eines Mehrmassenschwingers modelliert. Die Erkenntnisse und Simulationsmodelle ermöglichen die Entwicklung von Klemmvorrichtungen, die Störgrößen gezielt kompensieren und ein verlässliches Bonden der Anschlussstecker im gleichen Prozessschritt wie die Kontaktierung der Leistungshalbleiter ermögli