Sensorik und Sensorsysteme

Machine Close-up: 12"-Dünndrahtbonder und Röntgenphotoelektronenspektrometer

17. Juni 2020

215 neu installierte Maschinen im Jahr 2019: Im Rahmen der Investitionen der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) erweitern und modernisieren die 13 Mitgliedsinstitute ihre Infrastruktur. Welche neuen Kompetenzen die Institute dadurch erhalten, illustrieren die beiden folgenden Beispiele.

© Fraunhofer IPMS
Das Spektrometer wird dazu eingesetzt, die Oberflächen von Siliziumchips zu analysieren und Experimente im Nanobereich zu realisieren.
Der neu erworbene Dünndrahtbonder am Fraunhofer ISIT.

Voll automatisch: 12" Dünndrahtbonder am Fraunhofer ISIT

Der neu installierte Dünndrahtbonder Bondjet 855 der Firma Hesse mechatronics wurde gemäß den Anforderungen der Mitarbeitenden der Arbeitsgruppe »Modul-Services« am Fraunhofer ISIT modifiziert. Die Software und auch die spezifischen Neuerungen unterscheiden sich dabei sehr vom Vorgängermodell. Am neuen Gerät lassen sich nun unterschiedliche Bondköpfe montieren, die für die jeweilige Aufgabe optimiert sind. Dank der hohen Leistungsfähigkeit können bis zu sieben Bondverbindung pro Sekunde realisiert werden. Außerdem ist es möglich, bis zu 12" große Wafer mittels Vakuum anzusaugen, zu beheizen und sie komplett abzuarbeiten.

Die Maschine verfügt über drei Arbeitsbereiche, welche die Wafergröße automatisch erkennen und das Vakuum gesondert schalten. Jede Wafergröße ist so ohne Umbau per Knopfdruck zum Programmieren und Abarbeiten bereit. Damit auch Platinen, Keramiken und einzelne Bauteile eingelernt und gebondet werden können, verfügt der Dünndrahtbonder außerdem über einen großen, rechteckigen Arbeitsbereich mit Sauglöchern. Diese weisen einen geringen Abstand auf, um die planen Samples gut zu halten. Der Tisch der Maschine ist beheizbar; auf diese Weise können unterschiedlichste Draht- und Bändchenmaterialien, wie zum Beispiel Gold-, Kupfer-, Silber- und Platin-Drähte sowie Aluminium- und Gold-Bändchen, zum Einsatz kommen.

Blick in Nanotiefen: Röntgenphotoelektronenspektrometer am Fraunhofer IPMS

Siliziumchips sind die Nervenzellen der Künstlichen Intelligenz. Auf ihren Oberflächen sind Milliarden kleinster Bauelemente untergebracht, die wichtige Informationen und Signale übertragen. Doch die Anforderungen an die Halbleiterchips steigen. Das Fraunhofer IPMS hat im Rahmen der FMD-Investitionen ein neues Röntgenphotoelektronenspektrometer (XPS) der Firma Physical Electronics GmbH erworben. Das Spektrometer wird dazu eingesetzt, die Oberflächen der Siliziumchips zu analysieren und Experimente im Nanobereich zu realisieren. So können Oberflächenmerkmale, Dünnschichtstrukturen und Kontaminationen ohne Schädigung bis in den Nanobereich untersucht werden. Die Untersuchung in diesem Bereich ist wichtig, um die genaue chemische Zusammensetzung der Chip-Oberflächen zu analysieren. Damit können Prozesse zur Herstellung von Halbleiterchips besser verstanden und deren spätere Eigenschaften optimiert werden.

Ein weiterer Vorteil der Neuanschaffung ist die Vielseitigkeit. Neben den herkömmlichen XPS-Messungen mit einer Al-Röntgenquelle lassen sich Analyseexperimente mit einer erweiterten Tiefe durchführen. Zudem können dank des kurzwelligen Spektrums Übergangsmetalle analysiert und die Anlage zur Reinigung der Probenoberfläche und zur Tiefenprofilierung genutzt werden. Zusätzlich ermöglicht das XPS Temperaturversuche von -120 °C bis 300 °C sowie Versuche mit elektrischen Probenkontaktierungen.

Das dieser Veröffentlichung zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung unter den Förderkennzeichen 16FMD01K, 16FMD02 und 16FMD03 gefördert. 

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