Galvanische Aluminiumbeschichtung als kosteneffizienter Prozess für Hybrid-Bond-Technologien

Steigende Materialkosten und unsichere Verfügbarkeiten von Gold, Nickel sowie Zinn-Silber erhöhen den Druck auf die Elektronik- und Halbleiterindustrie. Unser Projekt zeigt eine vielversprechende Alternative: galvanische Aluminium-Beschichtungen als leistungsfähige und wirtschaftliche Lösung für ausgewählte Anwendungen.

Im Fokus steht die Ablösung mehrstufiger Prozesse wie Cu/Ni/Au oder Cu/SnAg durch einen einzigen Beschichtungsschritt auf Basis von Aluminium. Das reduziert Prozessaufwand, Materialeinsatz und potenziell auch die Kosten pro Wafer deutlich. Besonders interessant ist dieser Ansatz für kostengetriebene Anwendungen wie Consumer-Elektronik, Haushaltsgeräte, Solarzellen, LED-Beleuchtung und einfache Automotive-Anwendungen.

Fraunhofer ENAS hat die galvanische Aluminium-Beschichtung auf Wafern auf Basis ionischer Flüssigkeiten bereits im Labormaßstab erfolgreich demonstriert und gemeinsam mit der NB-Technologies GmbH eine Prozesskammer für 200-mm-Wafer realisiert. Zudem wurde die Bondfähigkeit für Fine-Pitch-Aluminium-Hybrid-Bonding bei Temperaturen unter 300 °C nachgewiesen.

Ein weiterer Innovationsschritt ist der vom Fraunhofer IST vorangetriebene Einsatz tief-eutektischer Lösungen (DES). Diese gelten als kostengünstiger und nachhaltiger als ionische Flüssigkeiten und eröffnen neue Perspektiven für eine industrielle Umsetzung.

Ziel des Projekts ist es, Materialeigenschaften, Bondfähigkeit und Kostenpotenziale systematisch zu bewerten und daraus konkrete Empfehlungen für den industriellen Einsatz abzuleiten. So wird die Grundlage für neue Produktionslösungen, Musterprodukte und Partnerschaften in der Halbleiterindustrie geschaffen.

Ziele

• Kostensenkung durch Ersatz von Ni/Au/SnAg durch ein einstufiges Al-DES-Verfahren (Materialkosten < 30 % des aktuellen Standes)
• Nachweis der industriellen Reife durch Bondfähigkeitstests unter <300 °C und Materialcharakterisierung (Rauheit, Reinheit, Porosität)
• Markteinführungsvorbereitung durch Kosten pro Wafer, Materialdatenblätter und Machbarkeitsnachweis für Halbleiterpartner