Gibt es das perfekte Ribbon-Bond-Design?

Was wurde untersucht?

Die Studie untersucht mittels Finite-Elemente-Analyse (FEA), wie Ribbon-Dicke und Loop-Höhe die Temperatur und die äquivalente plastische Dehnung von Aluminium-Ribbon-Bonds unter Power- und Thermal-Cycling beeinflussen. Für die Designoptimierung werden diese Größen als miteinander konkurrierende Zielgrößen betrachtet.

Der technische Zielkonflikt

Bei konstanter Ribbon-Breite führt eine geringere Ribbon-Dicke zu einer höheren Ribbon-Temperatur, während eine größere Ribbon-Dicke die äquivalente plastische Dehnung an der Bond-Grenzfläche erhöht.

Eine größere Loop-Höhe erhöht die Ribbon-Temperatur leicht und auch die äquivalente plastische Dehnung nur geringfügig. Die Ribbon-Dicke hat damit einen stärkeren Einfluss auf die äquivalente plastische Dehnung als die Loop-Höhe.

Warum gibt es kein einzelnes optimales Design?

In der Multi-Objective-Optimierung werden Ribbon-Temperatur und äquivalente plastische Dehnung gleichzeitig minimiert. Die resultierende Pareto-Front zeigt, dass eine Verbesserung des einen Ziels zu einer Verschlechterung des anderen führen kann.

Das Paper findet daher keine einzelne Lösung, die beide Zielgrößen gleichzeitig optimiert. Stattdessen ergibt sich eine Menge Pareto-optimaler Lösungen, zwischen denen ein technischer Trade-off gewählt werden muss.

Praktische Bedeutung

Die Pareto-Front kann zur Auswahl geeigneter Kombinationen aus Ribbon-Dicke und Loop-Höhe verwendet werden.

Das Paper weist jedoch ausdrücklich darauf hin, dass zusätzliche Randbedingungen wie Herstellbarkeit, verfügbare Bondwerkzeuge, Ribbon-Breite und verfügbare Baugröße in die finale Designentscheidung einbezogen werden müssen. Auch die Auswirkungen einer gewählten Geometrie auf das gesamte Leistungsmodul sollten bewertet werden.