Intelligente Herstellung zuverlässiger Kupferbondverbindungen

Paderborn, 12. Mai 2016. Ziel des Innovationsprojekts „Intelligente Herstellung zuverlässiger Kupferbondverbindungen“ im Rahmen des Spitzenclusters it's OWL war die Entwicklung selbstoptimierender Verfahren, um auch unter variablen Produktionsbedingungen zuverlässige Kupferbondverbindungen herstellen zu können. Zum Projektabschluss am 21. April präsentierten die Partner Hesse GmbH, Infineon Technologies AG und die Universität Paderborn die Ergebnisse der dreijährigen Forschungs- und Entwicklungsarbeit. 

In Maschinen und Fahrzeugen werden Strom und Spannung durch Leistungshalbleitermodule gesteuert. Die elektrische Kontaktierung im Modul erfolgt unter anderem über Aluminiumdrähte, die als Bondverbindungen bezeichnet werden. Kupfer bietet im Vergleich zu Aluminium eine höhere Leitfähigkeit, Festigkeit und Haltbarkeit. Es ist jedoch schwerer zu verarbeiten und empfindlicher gegenüber Schwankungen in den Produktionsbedingungen. Daher soll die Maschine in die Lage versetzt werden, sich eigenständig an veränderte äußere Bedingungen anzupassen und Prozessziele wie Bondqualität oder Verschleißverhalten optimal zu erfüllen. Leistungshalbleitermodule werden hierdurch leistungsfähiger, effizienter, kompakter und haltbarer. 

Durch die Projektergebnisse können Kupferbondverbindungen zuverlässig in hoher Qualität hergestellt werden.
Durch die Projektergebnisse können Kupferbondverbindungen zuverlässig in hoher Qualität hergestellt werden. Foto: Hesse GmbH

Im Innovationsprojekt entwickelte die Hesse GmbH zusammen mit der Infineon Technologies AG und dem Lehrstuhl für Mechatronik und Dynamik der Universität Paderborn ein modellbasiertes System zur selbstoptimierten Steuerung einer Bondmaschine. Über eine spezielle Schnittstelle wurde das System in die Lage versetzt, prozessrelevante Maschinendaten direkt einzulesen und gleichzeitig die Maschinenparameter zur Laufzeit aktiv zu verändern. Hierbei wird der aktuelle Zustand im Sinne eines Condition Monitoring ermittelt und anhand der modellgestützten Selbstoptimierung der optimale Betriebszustand ermittelt und direkt eingestellt.

Die Teilnehmer freuten sich über den erfolgreichen Projektabschluss.
Freuten sich über den erfolgreichen Projektabschluss (v.l.): Prof. Dr. Walter Sextro (Universität Paderborn), Dr. Felix Reinhart (CoR-Lab, Universität Bielefeld), Dr. Michael Brökelmann (Hesse GmbH), Simon Althoff, Tobias Meyer, Andreas Unger (Universität Paderborn), Dr. Hans J. Hesse (Hesse GmbH), Arno Kühn (it's OWL Clustermanagement GmbH), Dr. Paul Armbruster (Projektträger Karlsruhe), Florian Alexander Biermann (Infineon Technologies AG). Foto: Hesse GmbH

In der Abschlussveranstaltung präsentierten die Experten der beteiligten Projektpartner die entwickelten Teilsysteme und deren Zusammenwirken sowie weitere Projektergebnisse. Hierzu gehören unter anderem die Modellierung des Ultraschallsystems, der Einsatz eines datengetriebenen Lernverfahrens zur Modellierung des Ultraschall-Erweichungseffekts sowie ein Verschleißmodell für das Bondwerkzeug. Besonders ein Reibmodell mit gekoppeltem Anbindungsmodell erlaubt interessante neue Einblicke in den Verbindungsaufbau. Mit diesem Modell wird erstmals die Reibenergie im Bondkontakt flächig aufgelöst berechnet und die Anbindung örtlich und quantitativ ermittelt. Der Einsatz der Selbstoptimierung wurde den Teilnehmern an einer prototypisch modifizierten Bondmaschine gezeigt. Ein Ausblick auf mögliche Anwendungen und zukünftige Arbeiten rundete den Workshop ab.


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Innovationsprojekt "Intelligente Herstellung zuverlässiger Kupferbondverbindungen"

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