TY - BOOK

T1 - Temperaturabhängige mechanische Eigenschaften miniaturisierter Kupferstrukturen aus der Leistungshalbleiterelektronik

AU - Smolka, Martin

N1 - gesperrt bis 24-10-2014

PY - 2011

Y1 - 2011

N2 - Leistungshalbleiterbauelemente müssen hohe Robustheit gegen mechanische Spannungen bieten, die beim Schalten hoher elektrischer Leistungen und der damit verbundenen Wärmeentwicklung entstehen. Eine genaue Kenntnis der mechanischen Eigenschaften der verwendeten Materialien ist daher essentiell für die Entwicklung zuverlässiger Bauteile. Da das mechanische Verhalten von Materialien in vielen Fällen mit der Größe der eingesetzten Strukturen variiert, sind mechanische Prüfverfahren für Proben mit den Dimensionen ihrer Anwendung von hohem Interesse. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein miniaturisierter Zugversuch an Kupfer-Polykristallen für den Temperaturbereich von RT bis 400°C realisiert. Die getesteten Proben hatten dabei die Breite von 20 µm und der Dicke von 5 µm bis 20 µm womit ihre Größe im Bereich realer Strukturen aus der Leistungshalbleiterelektronik lag. Die Experimente wurden unter in situ Beobachtung durch Rasterelektronenmikroskopie durchgeführt. Neben den Spannungs-Dehnungszusammenhängen kann somit auch das Verformungsverhalten der miniaturisierten Proben in starker Vergrößerung untersucht werden untersuchen. Damit sind detaillierte Einblicke in temperaturabhängige mikromechanische Mechanismen ermöglicht. Die Arbeit umfasste die Entwicklung des Probenpräparationsprozesses durch elektrochemische Kupferabscheidung in Kombination mit Lithographiestrukturierungsverfahren sowie einer Methode der Substratätzung zur Erzeugung freistehender Zugproben. Die Mikrostruktur der resultierenden Proben wurde mittels Rückstreuelektronenbeugung charakterisiert. Die Experimente wurden an Proben verschiedener Dicke bei den Temperaturen von Raumtemperatur, 100°C, 200°C, 300°C und 400°C durchgeführt. Aus den Spannungs-Dehnungszusammenhängen wurden insbesondere die Fließgrenze, die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung der Materialien ausgewertet. Die Abhängigkeiten der Messdaten von der Temperatur, der Probendicke und der Mikrostruktur wurden in einer Gegenüberstellung mit Literaturwerten aus anderen miniaturisierten Zugversuchen sowie makroskopischen Experimenten diskutiert.

AB - Leistungshalbleiterbauelemente müssen hohe Robustheit gegen mechanische Spannungen bieten, die beim Schalten hoher elektrischer Leistungen und der damit verbundenen Wärmeentwicklung entstehen. Eine genaue Kenntnis der mechanischen Eigenschaften der verwendeten Materialien ist daher essentiell für die Entwicklung zuverlässiger Bauteile. Da das mechanische Verhalten von Materialien in vielen Fällen mit der Größe der eingesetzten Strukturen variiert, sind mechanische Prüfverfahren für Proben mit den Dimensionen ihrer Anwendung von hohem Interesse. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein miniaturisierter Zugversuch an Kupfer-Polykristallen für den Temperaturbereich von RT bis 400°C realisiert. Die getesteten Proben hatten dabei die Breite von 20 µm und der Dicke von 5 µm bis 20 µm womit ihre Größe im Bereich realer Strukturen aus der Leistungshalbleiterelektronik lag. Die Experimente wurden unter in situ Beobachtung durch Rasterelektronenmikroskopie durchgeführt. Neben den Spannungs-Dehnungszusammenhängen kann somit auch das Verformungsverhalten der miniaturisierten Proben in starker Vergrößerung untersucht werden untersuchen. Damit sind detaillierte Einblicke in temperaturabhängige mikromechanische Mechanismen ermöglicht. Die Arbeit umfasste die Entwicklung des Probenpräparationsprozesses durch elektrochemische Kupferabscheidung in Kombination mit Lithographiestrukturierungsverfahren sowie einer Methode der Substratätzung zur Erzeugung freistehender Zugproben. Die Mikrostruktur der resultierenden Proben wurde mittels Rückstreuelektronenbeugung charakterisiert. Die Experimente wurden an Proben verschiedener Dicke bei den Temperaturen von Raumtemperatur, 100°C, 200°C, 300°C und 400°C durchgeführt. Aus den Spannungs-Dehnungszusammenhängen wurden insbesondere die Fließgrenze, die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung der Materialien ausgewertet. Die Abhängigkeiten der Messdaten von der Temperatur, der Probendicke und der Mikrostruktur wurden in einer Gegenüberstellung mit Literaturwerten aus anderen miniaturisierten Zugversuchen sowie makroskopischen Experimenten diskutiert.

KW - temperaturabhängiger miniaturisierter Zugversuch von Raumtemperatur bis 400°C

KW - in situ Rasterelektronenmikroskopie

KW - Rückstreuelektronenbeugung (EBSD)

KW - Miniaturized tensile test

KW - in situ scanning electron microscopy

KW - EBSD

M3 - Dissertation

ER -