Qualifizierung der Kupfer-Drahtbondtechnologie für integrierte Leistungsmodule in harschen Umgebungsbedingungen

dc.contributorFranke, Jörg
dc.contributorBock, Karlheinz
dc.contributor.advisorFranke, Jörg
dc.contributor.authorKästle, Christopher
dc.contributor.editorFranke, Jörg
dc.contributor.editorHanenkamp, Nico
dc.contributor.editorMerklein, Marion
dc.contributor.editorSchmidt, Michael
dc.contributor.editorWartzack, Sandro
dc.date.accessioned2019-04-15
dc.date.available2019-04-10
dc.date.created2018
dc.date.issued2019-04-15
dc.description.abstractFrom the generation of electrical energy through distribution and storage to the use in mechatronic applications, power electronic switches are the backbone of global megatrends. As a bottleneck in today's power electronics, the current assembly and interconnection technology cannot keep up with the increased technological and economic requirements. This holds especially true for the established aluminum wire bonding contacts. A material-sided adaptation of the established aluminum wire bonding process to copper offers the opportunity to significantly expanding the range of applications of wire bonding technology. Increased current flows can be handled even at elevated ambient temperatures. An adjusted material matrix reduces thermo-mechanical stress and thus increases reliability of the electromechanical system. Statistical methods and models allow deduction of process windows, the assessment of the process partners’ influence and an adapted process and product design. At the same time, copper wire bonding allows for customized layout designs. Not only being cost-efficient and robust, but also being a flexible interconnection pro-cess, copper wire bonding bears the chance to be a valuable partner for additive manufacturing technologies in creating advanced layouts and packages. As a bridge between signal and power electronics, wire bonding can ensure the neces-sary flexibility of future manufacturing concepts. A rigid, purely two-dimensional de-sign and manufacturing philosophy is thus replaced by integrated power electronics in flexible and individual installation spaces and modules. Being a bridge between the signal and power electronics, wire bonding can ensure the necessary flexibility for prospective manufacturing concepts. This work qualifies the copper wire bonding process for integrated power modules in harsh environmental conditions. The focus is on a material-sided adaptation of the bonding process as well as the integration of the copper bonding process in a varia-ble and robust manufacturing environment.en
dc.description.abstractEntlang des elektrischen Energieflusses begleitet und ermöglicht die Leistungselektronik gesamtgesellschaftliche technologische Entwicklungen. Leistungselektronik hat dabei die Aufgabe, den Energiefluss von der Quelle zum Verbraucher effizient, zuverlässig, bedarfsorientiert und zeitoptimiert zu steuern. Von der Erzeugung der elektrischen Energie über die Verteilung und Speicherung bis hin zur Nutzung in mechatronischen Anwendungen sind leistungselektronische Schalter die Stellglieder globaler Megatrends. Als Engpass der heutigen Leistungselektronik ist die aktuelle Aufbau- und Verbindungstechnik den gestiegenen technologischen und wirtschaftlichen Anforderungen nicht gewachsen. Dies gilt insbesondere für die etablierten Aluminium-Drahtbondkontakte. Eine werkstoffseitige Anpassung des Drahtbondprozesses an das Material Kupfer bietet die Chance, das Einsatzspektrum der Drahtbondtechnologie durch die Realisierung eines Monomaterialsystems signifikant zu erweitern. So kann die durch den erhöhten Stromfluss entstehende Erwärmung, auch bei gesteigerten Umgebungstemperaturen bewältigt werden. Eine aufeinander abgestimmte Materialmatrix reduziert zusätzlich thermomechanische Spannungen und erhöht so die Zuverlässigkeit des elektromechanischen Systems. Statistische Methoden und Modelle erlauben dabei das Aufstellen von Prozessfenstern, die Beurteilung des Einflusses des Prozesspartners und die angepasste Prozess- und Produktauslegung. Gleichzeitig bietet der Kupfer-Bondprozess die Möglichkeit einer variablen Layout-Gestaltung. Als kosteneffiziente, robuste und flexible Fertigungstechnologie birgt der Kupfer-Drahtbondprozess das Potenzial, ein wertvoller Partner für additive Fertigungsverfahren zu sein. Eine starre, rein zweidimensionale Design- und Fertigungsphilosophie wird so durch integrierte Leistungsmodule in flexiblen und individuellen Bauräumen und Modulen ersetzt. Als Brücke zwischen der Signal- und Leistungselektronik kann das Drahtbonden die notwendige Flexibilität zukünftiger Fertigungskonzepte sicherstellen. In diesem Kontext qualifiziert die vorliegenden Arbeit die Kupfer-Drahtbondtechnologie für den Einsatz in integrierte Leistungsmodule sowie unter harschen Umgebungsbedingungen.de
dc.format.extentxii, 169 Seiten
dc.identifier.citationmb.fau.de/diss
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.25593/978-3-96147-146-1
dc.identifier.isbn978-3-96147-146-1
dc.identifier.opus-id10812
dc.identifier.urihttps://open.fau.de/handle/openfau/10812
dc.identifier.urnurn:nbn:de:bvb:29-opus4-108123
dc.language.isode
dc.publisherFAU University Press
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/deed.de
dc.subjectElektronikfertigung
dc.subjectLeistungselektronik
dc.subjectAufbau- und Verbindungstechnik
dc.subjectAdditive Fertigung
dc.subjectstatistische Versuchsplanung
dc.subject.ddcDDC Classification::6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften :: 60 Technik :: 600 Technik, Technologie
dc.subject.ddcDDC Classification::6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften :: 62 Ingenieurwissenschaften :: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
dc.subject.ddcDDC Classification::6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften :: 67 Industrielle Fertigung :: 670 Industrielle Fertigung
dc.titleQualification of the copper wire bonding process for integrated power modules in harsh environmental conditionsen
dc.titleQualifizierung der Kupfer-Drahtbondtechnologie für integrierte Leistungsmodule in harschen Umgebungsbedingungende
dc.typedoctoralthesis
dcterms.publisherFAU University Press
local.date.accepted2017-12-04
local.notesOpusParallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-145-4
local.publisherplaceErlangen
local.sendToDnbfree*
local.series.id34
local.series.nameFAU Studien aus dem Maschinenbau
local.series.number310
local.subject.fakultaetTechnische Fakultät / Department Maschinenbau
local.subject.fakultaetTechnische Fakultät / Department Maschinenbau / Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS)
local.subject.gndFertigungstechnik
local.subject.gndLeistungselektronik
local.subject.gndDrahtbonden
local.subject.gndZuverlässigkeit
local.subject.gndVersuchsplanung
local.subject.gndIngenieurwissenschaften
local.subject.gndMaschinenbau
local.subject.gndProduktionstechnik
local.subject.sammlungUniversität Erlangen-Nürnberg / FAU University Press
local.thesis.grantorFriedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) Technische Fakultät
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Diss. Reihe Maschinenbau, Band 310
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