Eutektisches Fügen

Das eutektische Bonden oder auch Löten zeichnet sich dadurch aus, dass es bedingt durch die flüssige Phase, während des Fügevorgangs eine vorhandene Topographie oder Rauigkeit der Fügeoberflächen ausgleichen kann. In der Regel handelt es sich beim Lot um eine Metalllegierung mit einer definierten Zusammensetzung und einem charakteristischen Schmelzpunkt. Über die Zusammensetzung der Legierung kann der Schmelzpunkt bzw. die thermische Stabilität eingestellt werden. Durch die Verwendung unterschiedlicher Legierungssysteme können auf diese Weise selektive Verbindungen erzeugt werden, gemäss der Hierarchie der thermischen Stabilität.
Da es sich bei den Metalllegierungen typisch um reaktive Materialien handelt, die an Luft zur Oxidation neigen, kann die Verbindung unter Formiergas oder unter inerter Atmosphäre erfolgen. Oftmals bewirkt ein vorgelagerter plasmaunterstützter Reinigungsprozess in reduzierender Atmosphäre (z.B.: Ar/H2) oder eine Oberflächenmodifikation durch ein Sauerstoff-Plasma eine wesentliche Verbesserung der Benetzung und somit eine stabilere Verbindung. Für manche Legierungspartner mag dies jedoch nicht ausreichen. Hier können andere plasma-unterstütze Passivierungsschritte angewandt werden, mit Hilfe derer komplett auf ein Flussmittel verzichtet werden kann.
Sämtliche Verbindungstechniken wurden auf Substrate mit einem Durchmesser von 100 mm angewandt und zeigen eine ausgezeichnete Uniformität. Die Metallisierungen können vorgängig strukturiert werden und die Verbindung kann mittels des Mikro-Chevron Prüfverfahrens auf ihre Bruchfestigkeit und Verbindungsfestigkeit geprüft werden. In Bild 4 und Bild 5 ist eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme des Schrägschliffes einer Cu-Sn Lotverbindung zu sehen.

Bild 4: SEM-Aufnahme eines Fügeinterface einer flussmittelfreien eutektischen Verbindung von Cu/Sn zu Cu. Als Fügepartner dienen zwei Siliziumsubstrate mit einem thermisch aufgewachsenem Oxid der Dicke von 3200nm.
Bild 5: SEM-Aufnahme des erstarrten Cu/Sn Gefüges, das nahezu keine Einschlüsse aufweist, bedingt durch die gute Benetzung.