Bulli 2004_2

bullibulliEDITEUR RESPONSABLE:

Association Nationale desEtudiants Ingénieurs Luxembourgeois

4, bd Grande-Duchesse CharlotteL-1330 LUXEMBOURG

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Responsablen Editeur:Association Nationale des Etudiants Ingénieurs Luxembourgeois (ANEIL)4, bd Grande-Duchesse CharlotteL-1330 Luxembourgtél.: +352 45 13 54fax.: +352 45 09 32Internet Homepage: http://www.aneil.luE-Mail: [email protected]: IBAN LU54 0019 4200 0727 3000

Dë Bulli kënnt 4 Mol d�Joer eraus, an huet eng Oplaag vun 500 Exemplären.

Redakteren:Philippe Alzin, Jean-Luc-Arend, Dany Heusbourg, Guy Lux, Philippe Osch, JosephStumper

Chefredakter:Olivier Jeitz

Layout:Olivier Jeitz

Drock:Imprimerie Rapidpress

D�Reproduktioun vun den Artikelen as grondsätzlech erlaabt wann d�Quell ugin gëtt. D�ANEIL as awer nët verantwortlëchfir de Gebrauch deen domatt kéint gemaat gin.D�Artikelen engagéieren nëmmen den Auteur.Un eis Abonnenten: de Bulli gëtt eraus gin vun Studenten, déi hier ANEIL�s Charge nierwt hieren eigentlëchen Studienerfëllen. Wéinst Zäitmangel as ët dann och nët méiglech eng perfekt Zeitung ze veröffentlechen.

Dëse Bulli as op recycléiertem an 100% chlorfräi gebleechtem Pabeier gedréckt gin.

IWWERSIICHT 2 / 2004

IMPRESSUM

3 Virwuert 4 Den ANEIL-Comité 2004 6 Visite bei der Arcelor 8 Visite bei Heintz Van Landewyck10 Waat ass d�ALI12 Table Ronde 200415 Visite bei Cerametal S.à.r.l.14 Elektrische Kontaktierungen in Mikrosystemen - Drahtbonden26 Déi méi lëschteg Säit

bulli Summer 2004

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VirwuertVIRWUERT

Salut léiwe Lieser vum Bulli

Elo as schon erëm bal e Semester oder Studiejoer eriwwer an de SummerBulli as erauskomm.Am Abrëll haten mer eis traditionell Table Ronde wou, wéi ech mengen, egroussen Erfolleg war. Ech well nach engkéier all denen merci soen woukomm sin well ouni sie kann dat ganzt net existéieren.Intressant Visiten hate mer der och schon dëst Joer. Ceratizit, Heintz vanLandewyck an Arcelor. Iwwerall war et interessant an et huet ee mengenech eppes bäigeléiert.Zu desse Saache fannt der dann och an dëssem Bulli d�ausféierlechBerichter.

Wéi der hoffentlech scho bemierkt hutt hu mer zënter méi wéi 2 Méinteng néi Homepage. Ech mengen hei huet den Dan gudd Aarbechtgeleescht an sie kann sech weise loossen. Mir versichen och eist Beschtfir se ëmmer aktuell ze halen dofir gidd esou oft wéi méiglech kucken:www.aneil.lu .

Fir Mëtt Juni hate mer eng Visit bei Goodyear ugesot. Dës as awer leiderdu kuerzfristeg ausgefall well Goodyear eis spontan den Dag net empfänkekonnt. Mir huelen dat natierlech no, en Datum as an dem Moment wouech dat hei schreiwen nach net fest.

Ech wënschen Iech dann nach vill Spaass beim liese vun dessem Bulli.Denen wou am Moment an den Exame setzen oder erischt am Summerdru glewen mussen drecken ech ganz fest d�Daumen. An wann der mold�Flemm hutt denkt un déi schéin Zäiten an alles get gudd.

Bis demnächst,

Äre Präsident

Guy Lux

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Guy LuxPrésidentAachen - Maschinenbau

Joseph Stumper Secrétaire Lausanne - Maschinenbau

1, Buchholzerwee L-5740 Filsdorf Tel: 23 66 82 91

Chemin des triaudes 18050 CH-1024 Ecublens, Lausanne Tel: 0041/21/69 37 151

E-Mail: [email protected]

Dany Heusbourg Gestionnaire des fichiers Aachen - Elektrotechnik

8, rue de Bascharage L-4910 Hautcharage Tel: 50 13 43

Adalbertsteinweg 181 D-52066 Aachen Tel: 0049/241/90 10 600

E-Mail: Dany.Heusbourg@ post.rwth-aachen.de

33, am BruchL-8062 BertrangeTel: 31 98 53

Theaterplatz 1aD-50062 AachenTel: 0049/241/40 90 804


DEN ANEIL-COMITE 2004

Olivier Jeitz Délégué aux publications Kaiserslautern - Bauingenieur

10, rue Joffroy L-4992 Sanem Tel: 59 10 19

Kurt-Schumacher-Str. 14 D-67663 Kaiserslautern Tel: 0049/631/311 59 07


Jean-Luc Arend Délégué aux programmes d�échanges Lausanne - Elektrotechnik

24, rue Edmond Klein L-9251 Diekirch Tel: 80 93 61

27c, route de Charavanes CH-1007 Lausanne Tel : 0041/21/624 84 59


Philippe AlzinDélégué aux relationspubliquesAachen - Maschinenbau30, rue Léon KauffmannL-1853 Luxembourg/CentsTel: 45 23 67

Rütscherstr. 165/408D-52072 AachenTel: 0049/241/99 66 055


Philippe Osch Vice-Président Zürich - Maschinenbau

14, rue du Chemin de Fer L-8378 Kleinbettingen Tel: 091 64 43 02

Bülachstr. 3c CH-8057 Zürich Tel: 0041/1/313 16 03


Véronique Gondoin Caissier Zürich - Maschinenbau

13, rue J-B Neuens L-7553 Mersch Tel: 021 29 89 63

Obstgartenstr. 36 CH-80506 Zürich Tel: 0041/76/337 90 01


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GOODYEAR

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Visite Arcelor (21. Mee 2004)

Visite vum Nouveau Train Moyen vun der Arcelorop Esch-Belval

Freides, den 21. Mee, den Daag no Chrisithimmelfahrt, war d�Aneil deen neien Train Moyen vun derArcelor op Esch-Belval besichen. Et waren 18 ANEIL-Memberen, déi sech um 10 Auer moies beimPortal 2 vun der Arcelor getraff hunn, wou mir vum Här Seywert, dem Chef de Projet, begréisst goufen.

Fiir d�éischt kruuten mir eng Présentatioun vumHär Seywert gehaal, fiir eis deen ganzen Projetvum neien Walzwierk ze erklären. D�Arcelorhuet missen en neit Walzwierk bauen fier amBeräich vum Walzen vun Trägeren uminternationalen Marché kompetitiv ze bleiwen.Daat neit Walzwierk soll méi rentabel schaffenfir kennen hei an Europa weider kennen zebestoen. D�Joerkapazitéit vum Wierk sollen800�000 Tonnen sin. Do dernierft erlaabt daatneit Walzwierk méi verschidden Profiler ze

produzéieren, wéi zum Beispiel den U-Profil, den Breitflansch, den Prallelflansch souwéi och verschiddenTypen vun Wenkelen. Déi definitiv Decisioun fir des Investitioun gouf am September 2002 geholl.D�Arcelor well en alt Walzwierk zu Lonkesch (Longwy) opginn an Produktioun mat desem neien ersetzen.Et gett keen Aarbeschter vun dem aalen entloss, well die meescht kommen dann op Lëtzebuerg schaffen.

70 % vun den Aarbeschten mam Bau sin bis looofgeschloss an fir März 2005 soll Wierk amNormalbetrieb laafen. D�Surface vum Chantierass 6 hektar grouss. Fier d�Envergure vun desemBau z�ennersträischen kann een nach soen, dass280 km elektreschen Kaabel an 436 Tonnen Réiergeluecht gi sin an d�Maschinen weien zesummen6600 Tonnen. Den Standuert Lëtzebuerg brengtawer och eng Reih Contrainten mat sech, wéi zumBeispiel déi vun den Oofgasen an déi vumKaméidi. Fir den Kaméidi anzeschränken(d�Analag läit no bei Wunngebidder), besteetd�Haal aus duebel Waenn. D�Oofgasen aus demUewen gin duerch eng modern Filteranlaag and�Atmosphere entloos.

No deser interessanter Presentatioun sin mer d�Wierk op d�Plaatz kucken gaang. Déi grouss Haal vumWalzwierk steet niewt dem Elektrouewen. Hei gett den Goss an der Coulée continue an die richtegForm gezunn an direkt nierwendrunn an daat neit Waalzwierk weidergeleet. An der Haal kruuten mir dundéi verschidden Deeler vum Walzwierk gewisen an erklärt. Bemierkenswert war dass praktesch op allMeter een elektrechen Motor steet. Déi grouss Walzen gin mat 4 MW Motoren vun ABB ugedriwwen.D�Steierungselektronik gouf an Container färdeg vun der Fournisseur op d�Plaatz geliwwert.

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Fiir dass d�Walzwierk rentabel bleiwt, muss een flexibel a séier produzéieren. Bannen 20 Minuten kannd�Anlaag emgebaut gin, fiir een aneren Typ vun Träger kennen ze produzéieren. Fiir desen Changementbraucht een net esou modernt Walzwierk puer Stonnen. Déi ganz Produktioun ass esou automatiséiert,dass d�Anlaag mat engem Minimum vun Leit kann funktionnéieren. Erstaunlech ass déi Genauegkeetmat deenen Trägeren gewalzt gin; d�Toleranz läit bei engem ¼ mm.

No der Visite huet d�Arcelor eis op e Mettegiessen invitéiert.

Vum Jean-Luc Arend an Joseph Stumper

Visite Arcelor (21. Mee 2004)

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Visite bei Heintz Van Landewyck (8. Abrell 2004)

Visite bei Heintz Van LandewyckDen 8. Abrell stoung dun déi zweete Visite fir dest Joer um Programm. Bei deser Visite huet et sech emFirma Heintz Van Landewyck, Letzebuerger Tubaksfabrik gehandelt. Leider war déi Visite kuerzfristegugesat ginn, sou dass och net méi wei 5 Leit present waren.

Treffpunkt war bei der grousser Paart an der Hollerescher Strooss wou mir du weider geschéckt goufenan Direktiounsgebei. Do goufen mir dunn empfaangen a Visite huet mat engem kuerze Film, dee vun derFirmengeschicht erzielt huet, ugefaangen. D�Firma gouf 1847 vum Jean-Pierre Heintz, dem Mann vumJoséphine Van Landewyck, an der rue Porte Neuve gegrent. 1897 as d�Firma dunn an HollerescherStrooss geplennert wou si och haut nach steet.

Nom Film deen ongeféier eng 15 Minutte gedauert huet wardann Zait fir e puer Froen ze stellen, befier mir du weider déieigentlech Zigarette Produktioun besiche gaange sinn.Als éischtsi mir emol die firmeneegen Dréckerei kucke gaange wouKartongen fir déi spéider Zigarettepäck bedreckt a gestanztginn. Des Kartongen gi mat hellef vun neie Maschinnen, déimat véier verschiddene Farven schaffen, bedreckt.

Weider as et da gaange mat der Visite vun de risege Lagerhalen vum Tubak. Hei ginn déi verschidde réiTubakszorten entweder a Keschten, Ballen oder a Fässer angestappelt.Vir eng harmonesch gleichbleiwendMeschung sinn ongeféier 35 bis 45 verschidden Tubakszorten ausverschiddene Länner a verschiddene Joergäng noutwenneg. Déiverschidde Tubakszorten stamen haaptsächlech aus den USA,Brasilien, Simbabwe, Italien, Griicheland a Bulgarien. Virun allemgréisst vun den Halen huet eis all immens impressionéiert. An desseklimatiséierten Halen as genuch Tubak fir zwee Joer gespaichertsou dass Firma flexibel op Praisänerungen um Tubaksmaartreagéiere kann. Iert den Tubak veraarbecht ka gi gett hien nachengem Nachreifeprozess vun 1 bis 2 Joer ennerzunn.

Nodeems déi eenzel Tubakkomponenten fir eng Meschung vun 3 bis 7 Tonne gewie goufen ginn déieenzel Tubakszorten befiischt iert se zerschnidde kenne ginn. Befiischten as wichteg well den Tubak

immens dreschen as a sech soss bei der Zerschneidung zevillStebs bilde giff. Bei der Zerschneidung ginn déi eenzelTubaksbündelen op ee Band geluecht an da ganz renggeschnidden.

No der Zerschneidung huet den Tubak eng Roupaus vun 24Stonnen. Duerno ginn die verschidden Tubakszorten mateneevermescht an des Meschung gett dann nach emol befiischtan zerschnidde.

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Visite bei Heintz Van Landewyck (8. Abrell 2004)

Nodeems des Tubakmeschung gedrescht as kann se zu Zigarettegedréint ginn. Dest geschitt an deene ganz moderne Maschinnendei je Maschine vollautomatesch 3000 bis 5000 Zigaretten ander Minutt dréine kennen. Hei gett eis Tubaksmeschung an descho mat dem Zigarettenumm firgedrécktente Popeier gewéckeltzougepecht ofgeschnidden a falls néideg ee Filter ugesat. Dieverdeg gedréinten Zigaretten ginn an Tirangen vun 3000 bis 4000Zigaretten gestapelt woubei die fehlerhaft Zigaretten automateschaussortéiert ginn. Des Maschinne si haut vollautomateschgesteiert an hier iwwerwaachung iwwerhellt ee Mikroprozessor.

Déi eenzel verdeg Zigarette gi dann vun enger Verpackungsmaschinn déi 120 bis 150 Päck an derMinutt verpake ka verpaakt. Des Verpakungsmaschinne formen de Pack, pechen, fellen, a maachen endann zou. Des Maschinne pechen och Steierbännercher déi am viraus musse kaaft ginn un. Och hei eremginn die fehlerhaft Päck automatesch aussortéiert. Déi verdeg Päck ginn dann an eng Polypropylenfolieagewéckelt iert se dann entweder a Keschten oder als Stangen verpaakt ginn.

Ausser dem Letzebuerger Marche beliwwert Heintz Van Landewyck haaptsächlech och nach Daitschland,Frankraich, Holland, Belge, Italien asw. Mat enger Produktionskapazitéit vun 25 Milliounen Zigarettenam Dag an deenen 2 Zigarettenwierker zu Letzebuerg zielt Heintz Van Landewyck haut zu deene gréisstenTubakproduzenten aus Europa.

D�Visite gouf mat engem kuerze Spazéiergang duerch de firmeneegenen Park mat Piscine fir Mataarbechteram Summer ofgeschloss.

Vum Philippe Alzin

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ALI

Wat ass d�ALI? Ass dat och eppes fir mech?

Wéi ech dëst Joer d�Memberskaarte verkaaft hun gouf ech ëmmer gefrot wat dann d�ALI eigentlech as(well dat och ob der Memberskaart steet), ob mir och eppes domat ze din hun an wat se maachen.

D�ALI (Association Luxembourgeoise des Ingénieurs), oder méi einfach den Ingenieursveräin as 1935gegrënnt ginn. D�Zieler vun dëssem Veräin sin:

- Représentéieren vun den diploméierten Ingenieuren zu Lëtzebuerg- Verteidegen a schütze vum Ingenieurstitel- Weiderbildung vum Ingenieur- Reklam mache fir den Ingenieursberuf, d�Wëssenschaft an d�Technik- Kommunikatioun an Relatiounen zwëschen den Ingenieure förderen

D�ALI organiséiert eng ganz Rei vu Konferenzen iwwert d�Joer, geet an d�Schoule Reklam fir denIngenieursberuf maachen, organiséiert all Joers eng Journée de l�Ingénieur an analyséiert denAarbechtsmaart vun den Ingenieuren.

D�ALI schafft mam VDI (Verein Deutscher Ingenieure) Saarland an dem URIS (Union Regionale desIngénieurs et Scientifiques) Loraine zesummen an organiséiert mat hinnen d�Journée Saar-Lor-Lux.

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ALI

D�ALI huet ongeféier eng 1200 Memberen. Wat an wou se studéiert hun kann een unhand vun denen 2Graphike gesinn.Des Zuel as an denen leschte Joeren amgaangen ze falen well haaptsächlech den Nowuess vun denenJonke feelt. Et gin sécherlech méi verschidde Grënn un wat dat leit mee een as secherlesch och dat villLeit net genuch driwwer obgekläert sin wat d�Zieler sin an wéi ee Member kann gin. Member kann allMënsch gin den en Ingenieurs Fach ob enger Uni, Technischen Hochschule oder enger grande écolestudéiert huet an domat en Diplomingenieur as. Den Membersbätrag kascht och keng Welt.

D�ANEIL schafft zu Deel mat der ALI zesummen. Mir gin finanziell ënerstëtzt an hun eise Büro zuLëtzebuerg bei hinnen am Haus.All Member an der ANEIL as zënter ee puer Joer, ouni wieder Käschten, och Member an der ALI. Dëstdéngt dozou dat d�Zesummenaarbecht nach méi offensichtlech get, en plus vertriede mir jo och deelweisdéi selwecht Intressen.

Dofir hei nach engkéier den Obruff dat et no dem Studium an der ANEIL nach eppes get an zwar d�ALI.Nëmmen wann sie vill Memberen hun kenne sie hir Zieler gudd an och zu äre Gonschten ëmsetzen!

Fir zousätzlech Informatiounen ze kréien gidd ob de Site www.ali.lu oder schreift eng Mail [email protected] .

Vum Guy Lux

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Table Ronde 2004

Table Ronde 2004

Den 9.Abrëll huet d�ANEIL wéi all Joer, op hir Table Ronde invitéiert. Dës Table Ronde soll denéischten Kontakt tësche Studenten an hire potentiellen Employeure vereinfachen.

Dëst Joer gouf et eng Ännerung waat d�Lokalitéit betrëfft: D�Table Ronde war net méi um Lamperbierg(am ancien Cours Universitaire), mee um Kierchbierg op der Faculté des Sciences de l�Université duLuxembourg (ancien IST). Dëst geet aus dem Changement an den études supérieures zu Lëtzebuergervir: d�Grënnung vun enger Université du Luxembourg, wou all d�Ingénieurs-étuden an enger Fakultéit,der Faculté des Sciences de l�UdL abegraff sinn. Domat gouf den Prof. Dr. Massimo Malvetti, Doyenvun dëser neier Fakultéit, eisen neien Uspriechpartner. Hien huet eis gären seng Raimlechkeeten zurVerfügung gestallt, an deene mir härzlech empfaang goufen.

BegréissungOch dëst Joer hun sech erëm eng stattlech Zuel vu Studenten, Firmenvertrieder a Leit aus verschiddenenAdministratiounen an Interesseveräiner zesummenfonnt. De Guy Lux, Président vun der ANEIL, huetd�Leit begréisst an dem Här Malvetti merci fir säin acceuil gesot.

Uschléissend huet den Här Malvetti d�Participant�en umKirchbierg wëllkomm geheescht, a kuerz d�Projet�en vunder Fakultéit fir déi kommend Joere virgestallt. Ennertanerem soll lo ee Bachelor- Master ugebueden ginn(allerdings matt engem Master of engineering alsOfschloss (Fachhéichschoul-Äquivalent) an nët eeMaster of Science wéi op enger Technischer Héich-schoul/Universitéit). Ausserdeem soll d�Kooperatiounmat aneren Héichschoulen ausgebaut ginn. Fird�Begréissungen ofzeschléissen, huet den Här FrançoisJäger, Président vun der Association Luxembourgeoisedes Ingénieurs, der ANEIL merci fir d�Organisatioungesot, an d�Wichtegkeet vun der Table Ronde nach emolënnerstrach.

Konferenz zum Thema Projet BusBunnAls Conférencier huet den Här Georges Schummer, Ingénieur en Génie Civil T.U Karlsruhe, säi ProjetBB (Bus-Bunn) als Konzept fir den ëffentlëche Verkéier fir d�Stad Lëtzebuerg virgestallt. Dëst Konzeptass als eng Alternativ zu de Projet�en BTB, Null Plus a Modul K ze gesinn, déi di zwou läscht Regierungenproposéiert hunn.

Dem Här Schummer seng Grondiddi ass et, d�Regional-Eisebunn, déi op der Stadter Gare ukënnt, zenotzen an dëss, via en ënnerirdëscht Schinnennetz direkt weider an de Stadzentrum, de Lamperbierg ande Kierchbierg ze leeden. Den ëffentleche Verkéier an der Stad wier esou integral duerch engkonventionell Eisebunn an de Bus gedeckt. Dëst steet am Géigesaatz zu der vum Transportministèreproposéierter Variant Modul K (oder ufänglech Null-Plus genannt), wou een Train-Tram de Kierchbiergbedingt.

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Den Här Schummer huet och d�Wichtegkeet vu sougenanntenen Durchmiesserlinnen ervir gestrach: EnZuch dierf nët an der Stad ophaalen, mee e muss no engem kuerzen Tëschestop an der Stadter Gare sengFahrt an der selwechter Richtung fortsetzen, d�Stad duerchquieren an op d�Land eraus weiderfueren.Nëmmen esou kinnt een en optimalen Passagéierfloss ereechen. Dëss Duerchmiesserlinnen wieren konkreteng Nord-Süd Linn, eng Ost-West Linn an eng Linn KF: Metz � Thionville � Lëtzebuerg Gare Centrale� Stadzentrum � Lamperbierg � Kierchbierg � Findel � Hamm � Gare Centrale � Arel.

Uschléissend gouf d�Struktur vun deenen ënnerirdischen Haltestellen erklärt. Déi méi déif geleeënHaltestellen sollen z.B. integral mat Lifter vum Stroossenniveau aus bedingt ginn. Ausserdem gouf enginteressant Méiglechkeet virgestallt, fir den Zuch ënner engem Waasserfall vun der Péitruss erduerch zeleeden!

Am Januar 2003 huet den Transportministèrede Büro Ernst Basler und Partner beoptragt,eng Vergläichsstudie tëschend der Projekt-Iddi Bus-Bunn an dem entspriechendemElement (dem Modul K) vun där vumMinistère verfolleger Strategie mobilitéit.luze maachen. Ze bemierken as, dass dëseBureau och schon beim �Modul K� vumTransportministère matgeschafft hat. Enneranerem gouf an déer Etude behaapt, nomKonzept géifen et verschidden ze géiSteigungen an ze enk Kurvenradien an derStreckenféirung. Heiropshinn huet den HärSchummer mat enger méi détailléierter

Ausarbechtung vun der Streck d� Kritiken vum Büro Basler widderluecht. Hien huet och opgezielt, woude Büro Basler beim Vergläich tëschend dem Projet BB an dem Modul K mat zweeërlee Moossen aGewiichter operéiert huet.

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Bleiwt nach ze soen, dass de Projet BB nach nët vum Desch ass, och wann déi momentan Regierungdësen nët ënnerstëtzt. Vläit kënnt jo no de Chamberwahlen vum 13. Juni nees méi Bewegung an déiDiskussioun. Den Här Schummer huet eis op jidde Fall versëchert, dass hien net opgëtt a weiderhinn firden Projet kämpfe wärt.

Fir déi Léit, déi méi iwwert dëse Projet wëssen wëllen: www.busbunn.net

No dësem interessante Virtraag hun d�Entreprisensech kuerz virgestallt, an dono haten d�StudentenGelegenheet, bei engem Glas Wäin a Schnitterchersëch matt deene verschiddenen Firmenvertriederz�ënnerhaalen.

Zum Schluss ass nach ze soen, dass dës TableRonde nët nëmmen fir Leit déi en Job sicheninteressant ass, mee och fir Stage-Interesséierter,also - avis aux amateurs fir d�Table Ronde 2005!

Vum Philippe Osch

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Besichtigung bei Cerametal S.à.r.l.


Am 26 März war es dann soweit die erste Industriebesichtigung des neuen Jahres stand vor der Tür. Eshandelte sich hierbei um die Firma Cerametal S.à.r.l. welche bereits vor dem II. Weltkrieg im Jahre 1931gegründet wurde und damals den Betrieb der Fertigung von Molybdän- und Wolfram-Drähten führte.Nach dem II. Weltkrieg, im Jahre 1948, begann man mit der Fertigung von Hartmetall, zunächst unterWasserstoff, später, ab 1956, unter Vakuum gesintert. Nach der Aufnahme der Fertigung von Serienartikelnbildeten bald Hartmetallkugeln, vor allem für Kugelschreiber, und Hartmetallwalzen für DrahtstraßenProduktschwerpunkte.

Die Erweiterung der Produktion wurde sinnvoll durch die Einrichtung eines Forschungs- undEntwicklungszentrums unterstützt (1977). Parallel zur Aufnahme von ersten Übersee-Geschäften erfolgtezwangsläufig der Ankauf kleinerer Fertigungsstätten für Hartmetall in Europa und in den USA. Bei diesergegebenen Unternehmensstrategie ist die Errichtung (1987) einer eigenen Wolframcarbid-Fertigung inNiedercorn und einer Werkzeugfertigung (speziell: für Preßwerkzeuge), genannt Ceratool S.à.r.l., in Livangeals naheliegend und sinnvoll zu sehen.

Weitere Firmen-Engagements der letzten Jahre sind unter anderem die Integration des SchweizerHartmetallfabrikanten Bidurit in der Cerametal - Gruppe und die Beteiligung an United Hardmetal, Horba.N. aus Deutschland.

Zu der Namensänderung von Cerametal in Ceratizit kam es als am 29.11.2002 der Vorstand der Plansee-Gruppe (Osterreich) und die Gesellschafter der Cerametal eine Vereinbarung zum Zusammenschlussihrer Hartmetallaktivitäten unterzeichneten. Der aus den beiden Unternehmensgruppen hervorgehendeKonzern CERATIZIT mit Sitz in Luxemburg wird mit rd. 400 Mio. EUR Umsatz und 3500 Mitarbeiterneiner der weltweit führenden Anbieter für Hartmetallprodukte.

Bevor es zur Besichtigung der Produktionsstätte ging wurde uns kurz von Herrn Sinner erläutert wasHartmetall eigentlich ist und was dessen Roh- und Ausgangsstoffe sind.

Bei Hartmetallen handelt es sich um Sinterwerkstoffe. Sinterhartmetalle sind typische, pulvermetallurgischgefertigte Verbundwerkstoffe, die im Wesentlichen bei der spanabhebenden und spanlosen Formgebungsowie beim Verschleißschutz eingesetzt werden.

Die wichtigsten Roh- und Ausgangsstoffe sind:· für die Herstellung von Monowolframcarbid (WC):

o Wolframsäureanhydrid (WO3),o Wolframsäure (H2WO4) sowieo Ammoniumparawolframat (5[NH4]2 O · 12 WO3 · nH2O);

· für die Herstellung von Titancarbid, Tantaicarbid sowie Niobcarbid (TiC, TaC sowie NbC):o Rutil (TiO2),o Tantalpentoxid (Ta2O5) sowieo Niobpentoxid (Nb2O5) und

· für die Herstellung von Cobaltpulver:o Cobaltoxid (CO3O4) sowieo Cobaltoxalat (COC2O4).

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Nach dieser kurzen Einführung in den Hartmetallwerkstoff durch Herrn Sinner folgten wir dann HerrnPhilippe Lanners beim Rundgang durch die Produktionsstätte.

Zur Erzeugung von möglichst harten und möglichst porenfreien Sinterhartmetallen werden die Carbidesowie die Carbidmischkristalle (Mischcarbide) mit Cobalt durch sog. Mahlen unter geeignetenMahlflüssigkeiten in ein feinstdisperses Gemenge überführt. Dabei sollen durch den Mahlprozess, der inWirklichkeit besser als Mahlmischprozess bezeichnet werden sollte, die Hartstoffpulverteilchen möglichstschonend und gleichmäßig zerkleinert sowie ebenfalls gleichmäßig mit einem Cobaltfilm überzogen werden.Als Mahlflüssigkeiten werden heute im Allgemeinen organische Flüssigkeiten wie Hexan, Heptan,Äthylalkohol oder Aceton verwendet. Diese Flüssigkeiten halten zunächst die Sauerstoffaufnahme ausder Mahlatmosphäre beim Mahlen in erträglichen Grenzen und sorgen weiterhin aufgrund ihrer günstigenBenetzungseigenschaften für eine möglichst gleichmäßige Vermahlung. Der Mahlvorgang erfolgt heutefast ausschließlich in sog. Attritoren, die zu 3/4 bis 4/5 ihres Volumens mit Mahlgut, Mahlkugeln undMahlflüssigkeit gefüllt sind. Eine generelle Festsetzung der Mahldauer kann man jedoch in den wenigstenFällen geben, vielmehr sind die günstigsten Mahlbedingungen jeweils von Fall zu Fall im Versuchs- bzw.im Betriebsrahmen festzulegen.

Nach der Nassmahlung werden Mahlgut und Mahlflüssigkeit von den Mahlkugeln abgetrennt. Mahlgutund Mahlflüssigkeit werden mit dem in der Mahlflüssigkeit löslichen presserleichternden Zusatz (i. a.:Paraffin) versehen und sodann in einer Sprühtrocknungsanlage unter Schutzatmosphäre (meistens:Stickstoff) zu Granulat verdüst. Härte, Teilchenausbildung und -abmessungen des Granulates hängenwesentlich von den Eigenschaften des Paraffins und von den Sprühtrocknungsbedingungen (Temperatur,Druck, Geschwindigkeit, Abmessungen des Sprühturmes etc.) ab.

Attritors zum Mahlen von Hartmetallansätzen Ansicht einer Sprühtrocknungsanlage

Der Hartmetallansatz wird zu quaderförmigen Platten oder Blöcken bzw. zu Rundstopfen verpresst.Heutzutage verarbeitet man zunehmend Paraffin-freie Ansätze durch kaltisostatisches Pressen mit einemDruck bis zu 4 t/cm2 zu endkonturnahen Blöcken (Rund-, Vierkant- oder Rechteck-Querschnitte).


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Diese hinreichend formbeständigen Blöcke werden mit schnell-laufenden, Trenn- oder Profilscheibenunter Berücksichtigung des bei der Fertigsinterung eintretenden Schwundes zugeschnitten und auf Formgearbeitet.Auch das Strangpressen von Hartmetall-Vormaterial für Stäbe, Röhrchen sowie fürTieflochbohrer, Stufensenker und Reibahlen jeweils mit Bohrung für die Kühlschmiermittel-Zufuhr wirdder sog. indirekten Formgebung zugerechnet. Dabei wird der Hartmetallansatz durch das Einkneten vonWachs plastifiziert. Die eigentliche Formgebung der Stränge erfolgt durch Schneckenstrang- oder durchKolbenstrangpressen. Das Austreiben des Wachses (des Paraffins) und das �Härten� der Stränge durchein nachfolgendes Vorsintern erfolgen durch eine ausgeklügelte Wärmebehandlung bei Temperaturen biszu 1100 °C unter entsprechender Schutzgasatmosphäre. Die abschließende Formgebung erfolgt, wiezuvor beschrieben, mit Hilfe schnell-laufender Trenn- und Profilscheiben.

Einfache Formteile, Sägeplättchen und genormte Wendeschneidplatten werden bei hohen Stückzahlenfast ausschließlich direkt auf Form gepreßt, wobei der durch das Fertigsintern bedingte Schwund maßlichzu berücksichtigen ist. Im unteren Bild wird der Ablauf eines Preßvorganges nach dem heute allgemeinüblichen Abzugverfahren schematisch dargestellt.

Das Fertigsintern, die eigentliche Sinterverdichtung, erfolgt heute bereits überwiegend in Vakuumöfen,die entweder widerstands - oder aber induktiv-beheizt sind. Mit steigendem Cobalt-Gehalt der eingesetztenFormteile fällt die Sintertemperatur, mit zurückgehendem Querschnitt der Formteile geht auch die Sinterzeitleicht zurück. Die technischen Sintertemperaturen und Sinterzeiten liegen bei 1330 - 1530 °C bzw. bei 30bis 150 min. Dabei werden die sauerstoff- und stickstoffempfindlichen Mischcarbid-haltigen Hartmetalleaufgrund thermodynamischer Überlegungen und aufgrund der Benetzungseigenschaften der Mischcarbidesinnvoll unter Hochvakuum gesintert.

Die technischen Sinterhartmetalle sind in die Reihe der Verbundwerkstoffe einzuordnen, bei denen speziellder metallcarbidische Härteträger oder die Härteträger mit hohem Schmelzpunkt in einer weichen,metallischen Bindephase (meist Cobalt) mit niedrigerem Schmelzpunkt eingelagert sind. Im allgemeinenwerden derartige Verbundwerkstoffe mit flüssiger Phase gesintert; d.h.: die Sintertemperatur wird sobemessen, daß ein Teil der Komponente mit dem niederen Schmelzpunkt, meistens Cobalt, demZustandsdiagramm entsprechend teilweise flüssig vorliegt.

Triebkraft für die Sinterverdichtung ist die Differenz der freien Oberflächenenthalpien von Preßling unddichtem Werkstoff. Die Sinterverdichtung unter starker Schrumpfung der Preßlinge tritt praktisch unmittelbarnach der Ausbildung und nach dem Auftreten von flüssiger Phase ein, wobei diese in die Zwischenräumezwischen der höher schmelzenden Komponente bzw. Phase einfließt.

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Der technische Einsatz von statisch beanspruchten Konstruktionselementen und auch von bewegtenMaschinenteilen aus Hartmetall erfordert insbesondere bei Hochdruckbeanspruchung aus Festigkeits-und Korrosionsgründen eine möglichst porenfreie Gefügeausbildung, die noch über den zuvor genanntenRaumerfüllungsgrad von 99,8 bis 99,95 % hinausgeht. Diese weitere Absenkung der Restporosität erfolgtdurch heißisostatisches Pressen (HIP) bei Druckwerten von 1500 bis 3000 bar unter Argon alsDruckmedium. Die nachzuverdichtenden Bauteile, Formteile bzw. Konstruktionselemente werden imSinterzustand in einen Druckbehälter eingebracht, in dessen Innenraum ein Hochtemperaturofen installiertist. Vor dem Anheizen dieses mit nachzuverdichtendem Material beschickten Ofens wird in demDruckbehälter ein bestimmter Gasdruck (Vordruck) eingestellt, der beim Aufheizen des Ofens - derallgemeinen Zustandsgleichung der Gase entsprechend - auf den vorgesehenen Soll-Druck ansteigt. DerRückgang der Mikroporosität während des HIP-Vorgangs ist offensichtlich. Unter dem Einfluß von Druckund Temperatur ist die hochplastische, teils flüssige Bindephase bemüht, die Porenräume aufzufüllen. Dabeihaben Cobalt-Zwischenschichten, die an den Porenraum angrenzen, eine deutliche Drosselwirkung. Dersich aufbauende Druck kann zu einem �rearrangement� ganzer Gefügebereiche führen, und dieses um soeher, desto geringer die Phasengrenzflächenenergie und desto niedriger die Kontinuität der Carbidphase(n)sind. Während das Auffüllen der Porenräume als ein im wesentlichen druckgesteuerter Materialtransportder Bindephase zu sehen ist, wird das Carbidgerüst in den vormaligen, jetzt aber mit Bindephase aufgefülltenPorenräumen im wesentlichen über Diffusionsvorgänge aufgebaut. Durch die HIP-Behandlung wird derRaumerfüllungsgrad gegenüber dem Sinterzustand um zwei bis drei Zehnerpotenzen verbessert, so daßdie Konzentration von Mikroporen als potentiell bruchauslösenden Zentren ebenfalls entsprechendzurückgeht.

Nach der industriellen Einführung der HIP-Technologie zu Anfang der 70er Jahre begann zu Anfang der80er Jahre dieses Jahrhunderts eine neue Verfahrensweise, die sog. Sinter-HIP-Technologie, ihren Einzugin die Praxis zu halten. Der Sinter-HIP-Prozeß ist nichts anderes als die Kombination von Sinterverdichtungund von heißisostatischem Nachverdichten des Hartmetalls in einer Anlage und damit in einer Hitze. Sinter-HIP-Anlagen werden seit Mitte der 80er Jahre auf dem Markt für die betriebliche Fertigung von Hartmetallenangeboten.

Die wichtigsten Eigenschaftsgrößen, die neben dem Gefügeaufbau das Leistungsverhalten von Hartmetallals verschleißbeständigem Werkstoff bestimmen, sind: Dichte; Härte; Biegefestigkeit; Druckfestigkeit;Elastizitätsmodul; Wärmeleitfähigkeit und Wärmeausdehnung.

Die Beschichtung von Hartmetallteilen, bspw. von Wendeschneidplatten, mit Hartstoffen, verdankt ihreEntwicklung einer Zielvorstellung, die beinahe so alt ist wie das Hartmetall selbst. Es handelt sich hierbeium den Wunsch nach der Kombination von höchster Verschleißbeständigkeit und höchster Zähigkeit, vonEigenschaften also, die wegen ihrer Gegenläufigkeit nur schwer miteinander zu verknüpfen sind.

Die Beschichtung von Hartmetallformkörpern, bspw. von Wendeschneidplatten, durch chemischeAbscheidung von Hartstoffen, die CVD-Beschichtung (chemical vapour deposition), liefert eine technischund wirtschaftlich sinnvoll realisierbare Lösung des oben genannten Zieles.

Die wesentlichen und aussichtsreichen Verfahren zur physikalischen Abscheidung von dünnenHartstoffschichten, die sog. PVD-Verfahren (physical vapour deposition), sind das (Plasma-)aktiviertereaktive Aufdampfen und das Hochleistungskathodenzerstäuben (sputtern). Nach diesen Verfahren lassensich den CVD-Schichten zumindest gleichwertige Hartstoffüberzüge bestellen. Aufgrund der kompliziertenVerfahrenstechnologie steht die im industriellen Maßstab ganz große wirtschaftliche Realisierbarkeit dieserVerfahren noch aus, insbesondere, wenn man an große Stückzahlen denkt.

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Das Hauptanwendungsgebiet der Hartmetalle (unbeschichtet und beschichtet) ist die spanabhebendeFormgebung mit den Operationen: Drehen, Fräsen, Bohren, Reiben, Senken, Honen etc. Sodann folgtdas Anwendungsfeld der Hartmetalle in der spanlosen Formgebung mit den Operationen: Drahtzug,Stangenzug, Tiefziehen, Stanzen, Schneiden, Drahtwalzen sowie allen sonstigen Varianten derMassivumformung. Abschließend sei auf die Anwendung der Hartmetalle im Bergbau und im Tagebausowie in dem sehr weiten Felde des Verschleißschutzes verwiesen.

Vum Philippe Alzin

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Elektrische Kontaktierungen in Mikrosystemen - Drahtbonden


1 Einleitung

Bei Logikschaltungen und Speicherbausteinen hat die erhöhte Integrationsdichte eine größere Chipfläche zurFolge, bis zu 150 mm2. Um die größer werdende Anschlußzahl auf einer noch akzeptablen Flächeunterzubringen, ist eine Vergrößerung der Kontaktierdichte erforderlich. Dies wird erreicht durch eineVerkleinerung des Kontaktrasters und der Kontaktierfläche. Damit ergeben sich aber auch erhöhteAnforderungen an die elektrische Kontaktiertechnik.

2 Definition der Begriffe

Das Einzeldrahtschweißen ist heute sehr weit verbreitet. Hier werden die einzelnen elektrischen Verbindungenzeitlich nacheinander gefertigt. Auf diesem Gebiet kommen hochentwickelte Maschinen zum Einsatz, dieinsbesondere minimale Verfahr- und Positionierzeiten zwischen den einzelnen Kontaktierungen bei genauesterPositionierung gewährleisten. Die unterschiedlichen Arten des Einzeldrahtschweißens sind im nächsten Kapitelbeschrieben. Eine weitere Minimierung der Fügezeiten erhofft man dadurch zu erreichen, dass die elektrischenKontakte des Chips gleichzeitig gefügt werden. Solche Verfahren sind im Kapitel �Simultanverfahren�beschrieben.Elektrische Verbindungen werden im allgemeinen zwischen den Chips und den Substraten hergestellt. DerFügevorgang wird dabei als Bonden (engl. to bond = verbinden) bezeichnet.Als Chip wird der aus der Halbleiterscheibe getrennte und vereinzelte integrierte Schaltkreis bezeichnet.Unter Substraten sind alle Arten von Elementen gemeint, mit denen Chips oder auch andere Elemente�unterbaut� werden (lat. substruere = unterbauen). Häufig weist dieser Begriff aber auf Keramiksubstrateder Chip-on-board-Technik, d.h. auf Kontaktierung ungekapselter Chips hin.Elektrische Verbindungen des Chips können auch zu einem �Leadframe�hergestellt werden (Bild 2). Der �Leadframe� ist ein metallisches Band,aus dem die Leiterbahnen und die Chipmontagefläche ausgestanzt wird.Um den Leadframe herum wird später das Gehäuse gespritzt. Der�Leadframe� ist im oben bezeichneten Sinne ebenfalls ein Substrat, in derFachliteratur wird der Begriff Substrat aber für Leadframes häufig nichtverwendet. Kontakt-Pads oder Bond-Pads, häufig einfach als Pads bezeichnet, sind Kontaktflächen auf demSubstrat/Leadframe und Chip, an denen elektrisch kontaktiert werden soll (engl. pad = Stempelkissen, engl.bond = Kontaktstelle). Die Gestalt der Drahtverbindung wird auch als Loop bezeichnet (engl. loop = Schlaufe).

3 Drähte zum Bonden

Bei der Kontaktierung unterscheidet man Dick- und Dünndrahtbonden. Für das Dünndrahtbonden werdenDrähte in einem Durchmesserbereich von 17µm-100µm, beim Dickdrahtbonden im Durchmesserbereich von100µm-500µm, eingesetzt.Die Drahtanforderungen sind:

· gute elektrische Leitfähigkeit· günstige mechanische Eigenschaften bei kleinsten Querschnitten· gutes metallurgisches Verhalten, Vermeidung von intermetallischen Verbindungen

Die Drähte besitzen im Normalfall einen runden Querschnitt. Nur für Sonderfälle werden rechteckigeQuerschnitte eingesetzt. Der Drahtwerkstoff wird von einem Gußstück in bis zu 50-stufigen Ziehprozessenauf den Drahtdurchmesser verjüngt. Als Ziehmatrize dienen bei den letzten Ziehvorgängen speziell geformteDiamantziehsteine. Mit Wärmebehandlungen zwischen den Ziehvorgängen wird die Kaltverfestigung desDrahtziehens wieder aufgehoben.Ein neueres Verfahren ist das hydrostatische Extrudieren: sehr hoher Druck einer Flüssigkeit preßt dasMetall durch eine Austrittsöffnung. Dadurch werden große Durchmesserreduktionsschritte und einehomogenere Struktur des Drahtes erreicht. Durch die Art der kombinierten Wärme-, Ziehbehandlung läßtsich eine geeignete Korngröße erreichen, womit auch die mechanischen und elektrischen Eigenschaftenbeeinflußt werden. Die Drähte werden mit Toleranzen von ±1mm bereitgestellt, die Streubreite der Dehnungliegt bei 2%. Sie werden in einer oder in wenigen Lagen auf Spulen von 0.5, 2 oder 4 Zoll Nenndurch-

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messer gewickelt. Spezielle kunststoffisolierte Drähte verhindern Kurzschlüsse bei dicht nebeneinander-liegender oder gekreuzter Drahtführung.Zum Drahtbonden werden das Thermokompressions-, das Ultraschall-und das Thermosonicverfahreneingesetzt.

4 Thermokompressionsverfahren (Ballhead-Bonden, Nailhead-Bonden)

Beim Thermokompressionsverfahren zum Fügen von Drähten, auchBallhead-Bonden oder Nailhead-Bonden genannt, werden die Fügepartnerbei Wärmezufuhr aufeinandergepreßt. Das Verschweißen geschieht durchatomare Bindungskräfte und Diffusion an der Fügestelle. Es entsteht keineschmelzflüssige Phase. Die Fertigungsschritte lassen sich in Bild 4verfolgen. In einer rotationssymmetrischen Bondkapillare wird der Drahtbis zu einem bestimmten Überstand vorgeschoben. Eine kleineWasserstoffflamme oder eine Kondensatorentladung schmilzt den Drahtzu einer Kugel an. Der Kondensator entlädt sich zwischen einer

Wolframelektrode und dem Drahtende. Gebräuchliche Parameter sind: C = 2,2 µF, U = 450V. Heutzutagewird die sogannte negativeAbflammung gewählt. Dabei liegt die Elektrode auf negativem, der Draht auf positivem Potential. DiePlasmawolke, die bei der Abflammung entsteht, bildet sich nur im unteren Teil der Kugel. Damit ist eine guteSteuerung der Kugelgröße möglich und die Strukturveränderungen im Bonddraht sind gering. Mit einerpositiven Abflammung werden schlechtere geometrische und metallurgische Qualitäten der Kugel erreicht,das Plasma umhüllt das Drahtende total. Die Kugel, die ungefähr dem 2,5-fachen des Drahtdurchmessersentsprechen sollte, wird auf das Substrat oder den Chipanschluß gedrückt und zu einer Art Nagelkopf (eng.Nailhead) verformt. Anschließend wird der Draht in einem Bogen zum zweiten Anschluß geführt und dortmit dem Bondwerkzeug auf das Substrat niedergedrückt. Dabei quetscht der Rand der Kapillare den Drahtzu einem sogenannten Stitch (engl. Stitch = Stich) und stellt damit die Schweißverbindung her.Gleichzeitig wird eine gewollte Einkerbung des Drahtes erzeugt. Beim Abheben der Bondkapillare, wird derDraht durch eine Klammer blockiert und an der Einkerbung abgerissen. Beim Anschmelzen zu einer Kugeländern sich die Gefügeeigenschaften. Es liegt ein Gußgefüge mit groben Körnern vor. Es weist geringeHärte und damit Festigkeit auf. Ebenso ergibt sich eine Kornvergröberung in der dem Ball benachbartenDrahtzone durch Erhitzung oberhalb der Rekristallisationstemperatur. Damit ergibt sich die Gefahr

· des Abknickens beim Ziehen des Drahtes zum Stitch oder· des Einsinkens unter Beschleunigungskräften.

Der Stitch bleibt in der Härte des Anlieferungszustandes. Damit das Gußgefüge feinere Körner aufweist,und da reines Gold aufgrund seiner Weichheit schwer zu ziehen ist, wird es meist mit 0,03-0,1 % Kupferoder 0,003-0,01% Beryllium legiert, seltener mit Platin, Palladium, Silber oder Gallium. Die Parameter desNailhead-Bondens bei einem 25µm-Draht sind:

· beheizte Substrataufnahme mit einer Temperatur des Substrates von 350° C· Kraft F= 60 cN· Kontaktierdauer 50ms.

Die hohe Temperatur stellt hohe Anforderungen an die Chipbefestigung, insbesondere bei Klebverbindungen.Auch müssen bei diesem Verfahren temperaturfeste Träger verwendet werden. Mit diesem Verfahrenwerden Golddrähte auf aluminium- oder goldmetallisierten Chipanschlüssen bzw. gold-, silber- oderkupfermetallisierten Substratoberflächen gebondet. Bei Golddrähten und aluminiummetallisiertenKontaktflächen besteht die Gefahr der intermetallischen Verbindungsbildung bei höheren Betriebstemperaturendes Chips, die sogenannte Purpur-Pest.Bei hoher Kontaktierungsdichte ist der Platzbedarf der Kontaktierung problematisch: der Nailhead hat den3-4-fachen Durchmesser des Drahtes. Deshalb sind große Anschlußflächen von 100x100 µm2 für einen25µm-Draht erforderlich. Neuere Maschinen lassen für 25µm-Drähte auch 75x75µm2 zu, bei 100µmAnschlußraster (Mittenabstand der Bond-Pads). Zur Verkleinerung des Anschlußrasters werden auch dünnereDrähte von 17µm Durchmesser verwendet, welche Bondflächen von 60x60µm2 erlauben. Solche Drähtesind empfindlicher und die zulässige Verbindungslänge wird kleiner.


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Werkstoffe der Bondnadeln sind Wolframkarbid, Titankarbid und Al2O3-Keramik. Wolframkarbid wirdnormalerweise in einer Kobaltmatrix, Titankarbid in einer Nickelmatrix gebunden. Wolframkarbid ist sehrbruchfest und wird deshalb für kleine Kapillardurchmesser verwendet. Es leitet die Wärme gut ab und mußdeshalb beheizt werden. Außerdem neigt die Kobaltmatrix des Wolframkarbids bei höheren Temperaturenzum Abtragen und die Oberfläche rauht auf. Dagegen ist die Nickelmatrix des Titankarbids aufgrund ihrerhöheren Oxidationsfestigkeit auch für höhere Temperaturen geeignet. Keramiknadeln sind abrieb- undoxidationsfest, jedoch bruchempfindlich.Als Drahtmaterialien lassen sich neben Gold ebenfalls Kupfer und Palladium fürs Nailhead-Bondenverwenden. Sie verursachen geringere Kosten und sind unkritischer als Golddrähte beim Bonden vonAluminiumpads, da die Bildung intermetallischer Zonen nicht so leicht möglich ist. Allerdings sind nur geringsteVerunreinigungen bzw. Legierungszusätze erlaubt, da sonst die Drähte beim Nailhead-Bonden nicht weichgenug sind und das Substrat geschädigt wird.

5 Ultraschallbonden

Beim Ultraschallverfahren schwingt ein keilförmiges Bondwerkzeug parallelzur Verbindungsfläche. Reibung und Druck zwischen Draht und Fügeflächereißen störende Oberflächenschichten auf, bauen Rauhigkeiten ab. Der Drahtläßt sich aufgrund des Ultraschalls durch die Druckkraft leichter verformen.Dadurch nähern sich die Oberflächen auf atomaren Abstand an undverschweißen. Es erfolgt keine Wärmezufuhr von außen. Aufgrund deskeilförmigen Bondwerkzeuges spricht man auch vom Wedge-Bonden (engl.wedge = Keil).

Den Ablauf der einzelnen Bondphasen zeigt Bild 8. Das Trennen des Drahtes erfolgt bis 100µmDrahtdurchmesser durch Abreißen, bei dickeren Drähten durch ein spezielles Schneidwerkzeug. DieDetailaufnahme des Ultraschallrüssels mit eingespanntem Werkzeug zeigt Bild 9.Die Verfahrensparameter sind:

· Bondkraft F = 30-60 cN· Schwingungsamplitude 1-2 µm· Kontaktierzeit 5-60 ms· US-Frequenz 60 kHz bis 30 W Leistung

Das Ultraschall-Bonden wird angewendet bei Aluminiumdrähten, die aufAluminium- oder Gold-Chipanschlüsse gebondet werden oder auf Gold-,Nickel- oder Aluminium-Substratoberflächen. Da der Wedge weniger Platzals der Nailhead benötigt, sind auch kleinere Kontaktierungsraster möglich.Durch den flachen Winkel des Drahtes zum Substrat nach dem 1. Bondkönnen wahlweise kurze und lange Loops gebondet werden. Aufgrund desWedges besteht keine Richtungsfreiheit nach dem 1. Bond.Dadurch muß der Substrattisch während des Bondens eines Chips gedreht werden. Das Verfahren ist um50% langsamer als das Thermokompressionsverfahren. Aus diesem Grund arbeiten neuereUltraschallverfahren sowohl bei Gold-als auch bei Aluminiumdraht ebenfalls mit Kugelanschmelzung. BeiAluminum wird eine Hochspannungsabflammung unter Schutzgas (Argon) durchgeführt. Damit die Kugelformnicht verblasen wird, wird das Argon mit einer Ringdüse, die die Elektrode ummantelt, zugeführt. Diebenötigten elektrischen Entladungen sind größer als bei der Goldanschmelzung.Ultraschallbonden wird häufig eingesetzt, wenn Aluminiumdrähte gebondet werden sollen. Aluminium istpreiswerter, muß aber mit dem aufwendigeren Ultraschallverfahren gebondet werden. Deshalb werdenAluminumdrähte nur angewendet, wenn auf aluminiumbeschichtete Substrate gebondet werden soll und dieBildung intermetallischer Verbindungen vermieden werden muß. Der Preisvorteil des Aluminiums gewinntbei größeren Drahtquerschnitten von 75µm-500µm an Bedeutung. Sie werden für hohe Stromstärkenverwendet.Da reiner Aluminiumdraht nur gering zugfest ist, enthalten kleinere Querschnitte von AluminiumLegierungszusätze von Silizium und/oder Mangan von jeweils ca. 1% zur Festigkeitserhöhung und zurVereinfachung des Ziehglühprozesses. Zu beachten ist, dass zu langes Bonden insbesondere beiAluminiumdrähten zu Ermüdungsbruch und Kaltverfestigung führt. Abhilfe schafft ein Legierungszusatz

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von 4% Kupfer oder ein aluminiumbeschichteter Kupferkerndraht. Eine zukünftige Entwicklung ist das Bondenvon Drähten mit rechteckigen Querschnitten. Rechteckige Querschnitte können hochkant auf das Substratgebondet werden, wodurch das Anschlußraster wesentlich enger gewählt werden kann.

6 Thermosonicverfahren

Das Thermosonicverfahren ist eine Kombination von Ultraschall- und Thermokompressionsverfahren, d.h.es wird bei erhöhter Temperatur ultraschallgeschweißt. Es werden die gleichen Bondkapillaren wie beimNailhead-Bonden bei allerdings niedrigeren Temperaturen verwendet. Neben dem Vorteil derRichtungswechselfreiheit nach dem 1. Bond ergibt sich eine geringere Belastung von temperaturempfindlichenSubstraten.Parameter des Thermosonic-Bondens sind:

· Kraft 30-70cN· Schwingungsamplitude 1-2mm· Temperatur 120-200°C· Schweißzeit 60ms

Eingesetzt wird das Verfahren für Golddrähte auf Aluminium- und Goldanschlußflächen und für Golddrähteauf Substratanschlüssen aus Gold, Silber, Nickel und Kupfer. Häufig werden elektrische Verbindungen beider sogenannten Chip-on-Board-Technik mit diesem Verfahren hergestellt.

7 Arten von Bondern

Es wird zwischen manuellen, halbautomatischen und vollautomatischen Bondern unterschieden.Manuelle BonderDie Positionierung und die Auslösung des Bondvorganges erfolgen manuell, die Parameter für den 1. und 2.Bond werden vorher eingestellt. Meist führt der Bondkopf kurvengesteuert die Z-Verschiebung durch, derSubstrattisch bewegt sich in x-y-Richtung und bei Wedgemaschinen auch rotatorisch. Der Bondabstand unddamit der Drahtvorschub ergibt sich aus dem manuell gesteuerten Verfahren des x-y-Tisches. Der eigentlicheBondvorgang läuft dann nach der Einstellung der prozeßbestimmenden Parameter, wie Bondkraft, Amplitudeder Ultraschallschwingung, Bondzeit und Absenkgeschwindigkeit automatisch ab. Manuelle Bonder eignensich für Einzelstücke, Kleinserien und Reparatur.HalbautomatenDas Einlegen des Chips oder des Substrates und auch die Positionierung auf den 1. Bond erfolgt manuell, dieanschließenden Bondvorgänge laufen nach einmaliger Positionierung automatisch ab. Vorteil vonHalbautomaten gegenüber Vollautomaten ist das einfachere Umrüsten. Sie eignen sich deshalb für kleineund mittlere Serien.VollautomatenChips bzw. Substrate werden selbsttätig Magazinen entnommen und dem Bonder zugeführt, der dannautomatisch alle Verbindungen bondet, und den gebondeten Chip-Leadframe wieder entnimmt und magaziniertbzw. den weiteren Prozessen (Häusung etc.) zuführt. Meist ist bei Halb- und Vollautomaten der Bondkopfauf einem x-y-Tisch montiert. Die Bewegung in z-Richtung erfolgt dann meist durch den Substrattisch. DerBondkopf führt dann die kurven- oder NC-gesteuerte Bewegung in Z-Richtung aus. Das Zustellen desBondwerkzeuges bzw. das Absenken darf nicht zu hart erfolgen, da sonst Chip- oder Substrat geschädigtwerden.Erforderlich ist eine laufende Kontrolle der Prozeßparameter. Insbesondere beim Nailhead- Bonden ist eineÜberprüfung der Temperatur auf der Substratoberfläche erforderlich, da z.T. erhebliche Unterschiede zwischender Temperatur des Aufnahmetisches und der Chip- bzw. Substrattemperatur bestehen. Geprüft wird mitThermoelementen in Folienform oder auch mit speziell für diese Aufgabe auf den Chip eingebrachtenTestdioden. Während des Bondvorganges können die Prozeßparameter

· Dämpfung des Ultraschallgenerators während des eigentlichen Bondens,· Verformungsgrad des Drahtes über Wegaufnehmer,· Bondkraft über Kraftaufnehmer und die· Drahtlänge über Winkelaufnehmer an der Wickelspule

erfaßt werden.

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Konstruktiv werden Bondmaschinen mit geringen Massen des Bondkopfes und des Tisches ausgeführt,damit hohe Beschleunigungen für kurze Positionier- und Fügezeiten erreicht werden. Andererseits müssendie Maschinen starr genug konzipiert werden, damit die Bondverbindungen reproduzierbar gefertigt werden.Moderne Maschinen haben ein Lageerkennungssystem, das anhand von zwei optisch erfaßten Meßpunktenauf dem Chip und mit zwei weiteren Meßpunkten auf dem Leadframe oder Substrat die Lage erkennt unddiese Daten beim Anfahren der Bondpositionen korrigierend berücksichtigt. Für vollautomatische Maschinenist außerdem durch geeignete Konstruktionen oder Meßsysteme eine Korrektur unterschiedlicherSubstratdicken erforderlich. Die Programmierung erfolgt durch ein Teach-In, in dem manuell die Bondpunkteangefahren werden und die Positionen mit den eigentlichen Prozeßparametern für den späteren automatischenBondbetrieb gespeichert werden. Auch werden anhand von CAD-Daten Meßabläufe am Bildschirmprogrammiert. Heutzutage werden Bondzeiten von 0,12-0,2s pro Bond erreicht. Damit der Prozeß bei Drahtrißoder bei fehlenden Balls rechtzeitig unterbrochen werden kann sind auch hier eine entsprechende Sensorikund Auswertung erforderlich. Die Drahtabwicklung kann axial oder radial erfolgen. Für gleichmäßige Loopsmuß die Abwicklung besonders nach dem 1. Bond ruckfrei und mit konstantem Zug erfolgen. Der Zug wirddurch Klammern, deren Backen mit Filzen belegt sind, aufgebracht. Bei dünnen Drähten erfolgt zusätzlichein über Sensoren geregelter Servovorschub der Spule.

8 Flip - Chip - Technologie

Das Chip wird mit der Oberseite zum Substrat �geflippt� und durch direkte Kontaktierung von Bondpads aufdem Chip zu Kontaktflächen auf dem Substrat mit Hilfe von Höckern (Bumps) verbunden. Die Bumpsbestehen in der Regel aus Alminium, Gold, Kupfer oder Lotlegierungen wie Blei/Zinn, Blei/Indium und habeneine durchschnittliche Höhe von 20 � 70 ìm. Die Chips können somit direkt auf eine Leiterplatte montiertoder in ein Gehäuse eingebaut werden.Der Grösste Vorteil dieser Technologie liegt beim geringen Platzbedarf. Die Chips haben überlicherweiseeine Größe von 200 nm bis zu 50 mm. Bei einem Raster von 250 ìm sind auf einem Flip Chip mit einerKantenlänge von 10 mm 1600 Anschlüsse möglich. Bei einem normalen Chip sind bestenfalls 400 Anschlüssemöglich. Ausserdem sind Chiphöhen unter 0,5 mm sind ohne weiteres möglich, so daß beidseitig bestückteLeiterplatten mit einer Gesamtdicke von nur 1,5 mm realisiert werden können.Die erste Flip-Chip-Technologie war 1964 die C4-Technik (Controlled Collapse Chip Connection) von IBM.

Schematische Darstellung einer Flip-Chip-Verbindung (Prinzip und Querschnitt)Aus der hohen Packungsdichte, guten Wärmeableitung, guten Justierung des Chips zum Substrat und dengeringen parasitären Induktivitäten, im Gegensatz zum Loop beim Drahtbonden, ergibt sich die beste Eignungfür schnellste Digitalschaltungen (Prozessoren) und optoelektronische Bauelemente (LED).

Vum Dany Heusbourg


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Déi méi lëschteg Säit

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