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EDITEUR RESPONSABLE: Association Nationale des Etudiants Ingénieurs Luxembourgeois

4, bd Grande-Duchesse Charlotte L-1330 LUXEMBOURG Imprimerie Rapidpress

LUXEMBOURG

PORT PAYÉ P/S. 083


IWWERSIICHT 2 / 2004

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Virwuert Den ANEIL-Comité 2004 Visite bei der Arcelor Visite bei Heintz Van Landewyck Waat ass d’ALI Table Ronde 2004 Visite bei Cerametal S.à.r.l. Elektrische Kontaktierungen in Mikrosystemen - Drahtbonden Déi méi lëschteg Säit

IMPRESSUM

Responsablen Editeur: Association Nationale des Etudiants Ingénieurs Luxembourgeois (ANEIL) 4, bd Grande-Duchesse Charlotte L-1330 Luxembourg tél.: +352 45 13 54 fax.: +352 45 09 32 Internet Homepage: http://www.aneil.lu E-Mail: comite@aneil.lu BCEE: 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, Joseph Stumper

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 verantwortlëch fir 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 Studien erfëllen. 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.


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Summer 2004

VIRWUERT

t r e u Virw Salut léiwe Lieser vum Bulli Elo as schon erëm bal e Semester oder Studiejoer eriwwer an de Summer Bulli as erauskomm. Am Abrëll haten mer eis traditionell Table Ronde wou, wéi ech mengen, e groussen Erfolleg war. Ech well nach engkéier all denen merci soen wou komm sin well ouni sie kann dat ganzt net existéieren. Intressant Visiten hate mer der och schon dëst Joer. Ceratizit, Heintz van Landewyck an Arcelor. Iwwerall war et interessant an et huet ee mengen ech eppes bäigeléiert. Zu desse Saache fannt der dann och an dëssem Bulli d’ausféierlech Berichter. Wéi der hoffentlech scho bemierkt hutt hu mer zënter méi wéi 2 Méint eng néi Homepage. Ech mengen hei huet den Dan gudd Aarbecht geleescht an sie kann sech weise loossen. Mir versichen och eist Bescht fir 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 leider du kuerzfristeg ausgefall well Goodyear eis spontan den Dag net empfänke konnt. Mir huelen dat natierlech no, en Datum as an dem Moment wou ech 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 Summer dru glewen mussen drecken ech ganz fest d’Daumen. An wann der mol d’Flemm hutt denkt un déi schéin Zäiten an alles get gudd. Bis demnächst, Äre Präsident Guy Lux

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Summer 2004

DEN ANEIL-COMITE 2004

Guy Lux Président Aachen - Maschinenbau

Philippe Osch Vice-Président Zürich - Maschinenbau

33, am Bruch L-8062 Bertrange Tel: 31 98 53

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

Theaterplatz 1a D-50062 Aachen Tel: 0049/241/40 90 804

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

E-Mail: guylux@web.de

E-Mail: philippe.osch@student.ethz.ch

Joseph Stumper Secrétaire Lausanne - Maschinenbau 1, Buchholzerwee L-5740 Filsdorf Tel: 23 66 82 91

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

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

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

E-Mail: jean-joseph.stumper@epfl.ch

E-Mail: vgondoin@student.ethz.ch

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

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Véronique Gondoin Caissier Zürich - Maschinenbau

Philippe Alzin Délégué aux relations publiques Aachen - Maschinenbau

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

30, rue Léon Kauffmann L-1853 Luxembourg/Cents Tel: 45 23 67

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

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

E-Mail: jean-luc.arend@epfl.ch

E-Mail: philippealzin@yahoo.de

Dany Heusbourg Gestionnaire des fichiers Aachen - Elektrotechnik

Olivier Jeitz Délégué aux publications Kaiserslautern - Bauingenieur

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

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

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

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

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

E-Mail: jeitz@rhrk.uni-kl.de


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Summer 2004

Visite Arcelor (21. Mee 2004)

Visite vum Nouveau Train Moyen vun der Arcelor op Esch-Belval Freides, den 21. Mee, den Daag no Chrisithimmelfahrt, war d’Aneil deen neien Train Moyen vun der Arcelor op Esch-Belval besichen. Et waren 18 ANEIL-Memberen, déi sech um 10 Auer moies beim Portal 2 vun der Arcelor getraff hunn, wou mir vum Här Seywert, dem Chef de Projet, begréisst goufen. Fiir d’éischt kruuten mir eng Présentatioun vum Här Seywert gehaal, fiir eis deen ganzen Projet vum neien Walzwierk ze erklären. D’Arcelor huet missen en neit Walzwierk bauen fier am Beräich vum Walzen vun Trägeren um internationalen Marché kompetitiv ze bleiwen. Daat neit Walzwierk soll méi rentabel schaffen fir kennen hei an Europa weider kennen ze bestoen. D’Joerkapazitéit vum Wierk sollen 800’000 Tonnen sin. Do dernierft erlaabt daat neit Walzwierk méi verschidden Profiler ze produzéieren, wéi zum Beispiel den U-Profil, den Breitflansch, den Prallelflansch souwéi och verschidden Typen 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 lo oofgeschloss an fir März 2005 soll Wierk am Normalbetrieb laafen. D’Surface vum Chantier ass 6 hektar grouss. Fier d’Envergure vun desem Bau z’ennersträischen kann een nach soen, dass 280 km elektreschen Kaabel an 436 Tonnen Réier geluecht gi sin an d’Maschinen weien zesummen 6600 Tonnen. Den Standuert Lëtzebuerg brengt awer och eng Reih Contrainten mat sech, wéi zum Beispiel déi vun den Oofgasen an déi vum Kaméidi. Fir den Kaméidi anzeschränken (d’Analag läit no bei Wunngebidder), besteet d’Haal aus duebel Waenn. D’Oofgasen aus dem Uewen gin duerch eng modern Filteranlaag an d’Atmosphere entloos. No deser interessanter Presentatioun sin mer d’Wierk op d’Plaatz kucken gaang. Déi grouss Haal vum Walzwierk steet niewt dem Elektrouewen. Hei gett den Goss an der Coulée continue an die richteg Form gezunn an direkt nierwendrunn an daat neit Waalzwierk weidergeleet. An der Haal kruuten mir dun déi verschidden Deeler vum Walzwierk gewisen an erklärt. Bemierkenswert war dass praktesch op all Meter 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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Summer 2004

Visite Arcelor (21. Mee 2004)

Fiir dass d’Walzwierk rentabel bleiwt, muss een flexibel a séier produzéieren. Bannen 20 Minuten kann d’Anlaag emgebaut gin, fiir een aneren Typ vun Träger kennen ze produzéieren. Fiir desen Changement braucht 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 Genauegkeet mat 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

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Summer 2004

Visite bei Heintz Van Landewyck (8. Abrell 2004)

Visite bei Heintz Van Landewyck Den 8. Abrell stoung dun déi zweete Visite fir dest Joer um Programm. Bei deser Visite huet et sech em Firma Heintz Van Landewyck, Letzebuerger Tubaksfabrik gehandelt. Leider war déi Visite kuerzfristeg ugesat 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 goufen an Direktiounsgebei. Do goufen mir dunn empfaangen a Visite huet mat engem kuerze Film, dee vun der Firmengeschicht erzielt huet, ugefaangen. D’Firma gouf 1847 vum Jean-Pierre Heintz, dem Mann vum Joséphine Van Landewyck, an der rue Porte Neuve gegrent. 1897 as d’Firma dunn an Hollerescher Strooss geplennert wou si och haut nach steet. Nom Film deen ongeféier eng 15 Minutte gedauert huet war dann Zait fir e puer Froen ze stellen, befier mir du weider déi eigentlech Zigarette Produktioun besiche gaange sinn.Als éischt si mir emol die firmeneegen Dréckerei kucke gaange wou Kartongen fir déi spéider Zigarettepäck bedreckt a gestanzt ginn. Des Kartongen gi mat hellef vun neie Maschinnen, déi mat véier verschiddene Farven schaffen, bedreckt. Weider as et da gaange mat der Visite vun de risege Lagerhalen vum Tubak. Hei ginn déi verschidde réi Tubakszorten entweder a Keschten, Ballen oder a Fässer angestappelt.Vir eng harmonesch gleichbleiwend Meschung sinn ongeféier 35 bis 45 verschidden Tubakszorten aus verschiddene Länner a verschiddene Joergäng noutwenneg. Déi verschidde Tubakszorten stamen haaptsächlech aus den USA, Brasilien, Simbabwe, Italien, Griicheland a Bulgarien. Virun allem gréisst vun den Halen huet eis all immens impressionéiert. An desse klimatiséierten Halen as genuch Tubak fir zwee Joer gespaichert sou dass Firma flexibel op Praisänerungen um Tubaksmaart reagéiere kann. Iert den Tubak veraarbecht ka gi gett hien nach engem Nachreifeprozess vun 1 bis 2 Joer ennerzunn. Nodeems déi eenzel Tubakkomponenten fir eng Meschung vun 3 bis 7 Tonne gewie goufen ginn déi eenzel Tubakszorten befiischt iert se zerschnidde kenne ginn. Befiischten as wichteg well den Tubak immens dreschen as a sech soss bei der Zerschneidung zevill Stebs bilde giff. Bei der Zerschneidung ginn déi eenzel Tubaksbündelen op ee Band geluecht an da ganz reng geschnidden. No der Zerschneidung huet den Tubak eng Roupaus vun 24 Stonnen. Duerno ginn die verschidden Tubakszorten matenee vermescht an des Meschung gett dann nach emol befiischt an zerschnidde.

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Summer 2004

Visite bei Heintz Van Landewyck (8. Abrell 2004)

Nodeems des Tubakmeschung gedrescht as kann se zu Zigarette gedréint ginn. Dest geschitt an deene ganz moderne Maschinnen dei je Maschine vollautomatesch 3000 bis 5000 Zigaretten an der Minutt dréine kennen. Hei gett eis Tubaksmeschung an de scho mat dem Zigarettenumm firgedrécktente Popeier gewéckelt zougepecht ofgeschnidden a falls néideg ee Filter ugesat. Die verdeg gedréinten Zigaretten ginn an Tirangen vun 3000 bis 4000 Zigaretten gestapelt woubei die fehlerhaft Zigaretten automatesch aussortéiert ginn. Des Maschinne si haut vollautomatesch gesteiert an hier iwwerwaachung iwwerhellt ee Mikroprozessor. Déi eenzel verdeg Zigarette gi dann vun enger Verpackungsmaschinn déi 120 bis 150 Päck an der Minutt verpake ka verpaakt. Des Verpakungsmaschinne formen de Pack, pechen, fellen, a maachen en dann zou. Des Maschinne pechen och Steierbännercher déi am viraus musse kaaft ginn un. Och hei erem ginn die fehlerhaft Päck automatesch aussortéiert. Déi verdeg Päck ginn dann an eng Polypropylenfolie agewéckelt 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 Zigaretten am Dag an deenen 2 Zigarettenwierker zu Letzebuerg zielt Heintz Van Landewyck haut zu deene gréissten Tubakproduzenten aus Europa. D’Visite gouf mat engem kuerze Spazéiergang duerch de firmeneegenen Park mat Piscine fir Mataarbechter am Summer ofgeschloss.

Vum Philippe Alzin

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Summer 2004

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 1935 gegrënnt 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 den Ingenieursberuf maachen, organiséiert all Joers eng Journée de l’Ingénieur an analyséiert den Aarbechtsmaart vun den Ingenieuren. D’ALI schafft mam VDI (Verein Deutscher Ingenieure) Saarland an dem URIS (Union Regionale des Ingénieurs et Scientifiques) Loraine zesummen an organiséiert mat hinnen d’Journée Saar-Lor-Lux.

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Summer 2004

ALI

D’ALI huet ongeféier eng 1200 Memberen. Wat an wou se studéiert hun kann een unhand vun denen 2 Graphike gesinn. Des Zuel as an denen leschte Joeren amgaangen ze falen well haaptsächlech den Nowuess vun denen Jonke feelt. Et gin sécherlech méi verschidde Grënn un wat dat leit mee een as secherlesch och dat vill Leit net genuch driwwer obgekläert sin wat d’Zieler sin an wéi ee Member kann gin. Member kann all Mënsch gin den en Ingenieurs Fach ob enger Uni, Technischen Hochschule oder enger grande école studéiert 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 zu Lëtzebuerg bei hinnen am Haus. All Member an der ANEIL as zënter ee puer Joer, ouni wieder Käschten, och Member an der ALI. Dëst déngt dozou dat d’Zesummenaarbecht nach méi offensichtlech get, en plus vertriede mir jo och deelweis déi 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 un aliasbl@pt.lu .

Vum Guy Lux

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Summer 2004

Table Ronde 2004

Table Ronde 2004 Den 9.Abrëll huet d’ANEIL wéi all Joer, op hir Table Ronde invitéiert. Dës Table Ronde soll den éischten 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 du Luxembourg (ancien IST). Dëst geet aus dem Changement an den études supérieures zu Lëtzebuerg ervir: 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, Doyen vun dëser neier Fakultéit, eisen neien Uspriechpartner. Hien huet eis gären seng Raimlechkeeten zur Verfügung gestallt, an deene mir härzlech empfaang goufen.

Begréissung Och dëst Joer hun sech erëm eng stattlech Zuel vu Studenten, Firmenvertrieder a Leit aus verschiddenen Administratiounen an Interesseveräiner zesummenfonnt. De Guy Lux, Président vun der ANEIL, huet d’Leit begréisst an dem Här Malvetti merci fir säin acceuil gesot. Uschléissend huet den Här Malvetti d’Participant’en um Kirchbierg wëllkomm geheescht, a kuerz d’Projet’en vun der Fakultéit fir déi kommend Joere virgestallt. Ennert anerem soll lo ee Bachelor- Master ugebueden ginn (allerdings matt engem Master of engineering als Ofschloss (Fachhéichschoul-Äquivalent) an nët ee Master of Science wéi op enger Technischer Héichschoul/Universitéit). Ausserdeem soll d’Kooperatioun mat aneren Héichschoulen ausgebaut ginn. Fir d’Begréissungen ofzeschléissen, huet den Här François Jäger, Président vun der Association Luxembourgeoise des Ingénieurs, der ANEIL merci fir d’Organisatioun gesot, an d’Wichtegkeet vun der Table Ronde nach emol ënnerstrach.

Konferenz zum Thema Projet BusBunn Als Conférencier huet den Här Georges Schummer, Ingénieur en Génie Civil T.U Karlsruhe, säi Projet BB (Bus-Bunn) als Konzept fir den ëffentlëche Verkéier fir d’Stad Lëtzebuerg virgestallt. Dëst Konzept ass als eng Alternativ zu de Projet’en BTB, Null Plus a Modul K ze gesinn, déi di zwou läscht Regierungen proposéiert hunn. Dem Här Schummer seng Grondiddi ass et, d’Regional-Eisebunn, déi op der Stadter Gare ukënnt, ze notzen an dëss, via en ënnerirdëscht Schinnennetz direkt weider an de Stadzentrum, de Lamperbierg an de Kierchbierg ze leeden. Den ëffentleche Verkéier an der Stad wier esou integral duerch eng konventionell Eisebunn an de Bus gedeckt. Dëst steet am Géigesaatz zu der vum Transportministère proposéierter Variant Modul K (oder ufänglech Null-Plus genannt), wou een Train-Tram de Kierchbierg bedingt.

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Table Ronde 2004

Den Här Schummer huet och d’Wichtegkeet vu sougenanntenen Durchmiesserlinnen ervir gestrach: En Zuch dierf nët an der Stad ophaalen, mee e muss no engem kuerzen Tëschestop an der Stadter Gare seng Fahrt 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 konkret eng 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 geleeën Haltestellen sollen z.B. integral mat Lifter vum Stroossenniveau aus bedingt ginn. Ausserdem gouf eng interessant Méiglechkeet virgestallt, fir den Zuch ënner engem Waasserfall vun der Péitruss erduerch ze leeden! Am Januar 2003 huet den Transportministère de Büro Ernst Basler und Partner beoptragt, eng Vergläichsstudie tëschend der ProjektIddi Bus-Bunn an dem entspriechendem Element (dem Modul K) vun där vum Ministère verfolleger Strategie mobilitéit.lu ze maachen. Ze bemierken as, dass dëse Bureau och schon beim „Modul K“ vum Transportministère matgeschafft hat. Enner anerem gouf an déer Etude behaapt, nom Konzept géifen et verschidden ze géi Steigungen an ze enk Kurvenradien an der Streckenféirung. Heiropshinn huet den Här Schummer mat enger méi détailléierter Ausarbechtung vun der Streck d’ Kritiken vum Büro Basler widderluecht. Hien huet och opgezielt, wou de Büro Basler beim Vergläich tëschend dem Projet BB an dem Modul K mat zweeërlee Moossen a Gewiichter operéiert huet.

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Table Ronde 2004

Bleiwt nach ze soen, dass de Projet BB nach nët vum Desch ass, och wann déi momentan Regierung dësen nët ënnerstëtzt. Vläit kënnt jo no de Chamberwahlen vum 13. Juni nees méi Bewegung an déi Diskussioun. Den Här Schummer huet eis op jidde Fall versëchert, dass hien net opgëtt a weiderhinn fir den Projet kämpfe wärt. Fir déi Léit, déi méi iwwert dëse Projet wëssen wëllen: www.busbunn.net No dësem interessante Virtraag hun d’Entreprisen sech kuerz virgestallt, an dono haten d’Studenten Gelegenheet, bei engem Glas Wäin a Schnittercher sëch matt deene verschiddenen Firmenvertrieder z’ënnerhaalen. Zum Schluss ass nach ze soen, dass dës Table Ronde nët nëmmen fir Leit déi en Job sichen interessant 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.

Besichtigung bei Cerametal S.à.r.l. Am 26 März war es dann soweit die erste Industriebesichtigung des neuen Jahres stand vor der Tür. Es handelte sich hierbei um die Firma Cerametal S.à.r.l. welche bereits vor dem II. Weltkrieg im Jahre 1931 gegründet 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 unter Wasserstoff, später, ab 1956, unter Vakuum gesintert. Nach der Aufnahme der Fertigung von Serienartikeln bildeten bald Hartmetallkugeln, vor allem für Kugelschreiber, und Hartmetallwalzen für Drahtstraßen Produktschwerpunkte. Die Erweiterung der Produktion wurde sinnvoll durch die Einrichtung eines Forschungs- und Entwicklungszentrums unterstützt (1977). Parallel zur Aufnahme von ersten Übersee-Geschäften erfolgte zwangsläufig der Ankauf kleinerer Fertigungsstätten für Hartmetall in Europa und in den USA. Bei dieser gegebenen Unternehmensstrategie ist die Errichtung (1987) einer eigenen Wolframcarbid-Fertigung in Niedercorn und einer Werkzeugfertigung (speziell: für Preßwerkzeuge), genannt Ceratool S.à.r.l., in Livange als naheliegend und sinnvoll zu sehen. Weitere Firmen-Engagements der letzten Jahre sind unter anderem die Integration des Schweizer Hartmetallfabrikanten Bidurit in der Cerametal - Gruppe und die Beteiligung an United Hardmetal, Horb a.N. aus Deutschland. Zu der Namensänderung von Cerametal in Ceratizit kam es als am 29.11.2002 der Vorstand der PlanseeGruppe (Osterreich) und die Gesellschafter der Cerametal eine Vereinbarung zum Zusammenschluss ihrer Hartmetallaktivitäten unterzeichneten. Der aus den beiden Unternehmensgruppen hervorgehende Konzern CERATIZIT mit Sitz in Luxemburg wird mit rd. 400 Mio. EUR Umsatz und 3500 Mitarbeitern einer der weltweit führenden Anbieter für Hartmetallprodukte. Bevor es zur Besichtigung der Produktionsstätte ging wurde uns kurz von Herrn Sinner erläutert was Hartmetall eigentlich ist und was dessen Roh- und Ausgangsstoffe sind. Bei Hartmetallen handelt es sich um Sinterwerkstoffe. Sinterhartmetalle sind typische, pulvermetallurgisch gefertigte Verbundwerkstoffe, die im Wesentlichen bei der spanabhebenden und spanlosen Formgebung sowie beim Verschleißschutz eingesetzt werden. Die wichtigsten Roh- und Ausgangsstoffe sind: · für die Herstellung von Monowolframcarbid (WC): o Wolframsäureanhydrid (WO3), o Wolframsäure (H2WO4) sowie o 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) sowie o Niobpentoxid (Nb2O5) und · für die Herstellung von Cobaltpulver: o Cobaltoxid (CO3O4) sowie o Cobaltoxalat (COC2O4).

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Besichtigung bei Cerametal S.à.r.l.

Nach dieser kurzen Einführung in den Hartmetallwerkstoff durch Herrn Sinner folgten wir dann Herrn Philippe Lanners beim Rundgang durch die Produktionsstätte. Zur Erzeugung von möglichst harten und möglichst porenfreien Sinterhartmetallen werden die Carbide sowie die Carbidmischkristalle (Mischcarbide) mit Cobalt durch sog. Mahlen unter geeigneten Mahlflüssigkeiten in ein feinstdisperses Gemenge überführt. Dabei sollen durch den Mahlprozess, der in Wirklichkeit besser als Mahlmischprozess bezeichnet werden sollte, die Hartstoffpulverteilchen möglichst schonend 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 aus der Mahlatmosphäre beim Mahlen in erträglichen Grenzen und sorgen weiterhin aufgrund ihrer günstigen Benetzungseigenschaften für eine möglichst gleichmäßige Vermahlung. Der Mahlvorgang erfolgt heute fast ausschließlich in sog. Attritoren, die zu 3/4 bis 4/5 ihres Volumens mit Mahlgut, Mahlkugeln und Mahlflüssigkeit gefüllt sind. Eine generelle Festsetzung der Mahldauer kann man jedoch in den wenigsten Fällen 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. Mahlgut und 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 hängen wesentlich 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 einem Druck bis zu 4 t/cm2 zu endkonturnahen Blöcken (Rund-, Vierkant- oder Rechteck-Querschnitte).

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Besichtigung bei Cerametal S.à.r.l.

Diese hinreichend formbeständigen Blöcke werden mit schnell-laufenden, Trenn- oder Profilscheiben unter Berücksichtigung des bei der Fertigsinterung eintretenden Schwundes zugeschnitten und auf Form gearbeitet.Auch das Strangpressen von Hartmetall-Vormaterial für Stäbe, Röhrchen sowie für Tieflochbohrer, Stufensenker und Reibahlen jeweils mit Bohrung für die Kühlschmiermittel-Zufuhr wird der sog. indirekten Formgebung zugerechnet. Dabei wird der Hartmetallansatz durch das Einkneten von Wachs plastifiziert. Die eigentliche Formgebung der Stränge erfolgt durch Schneckenstrang- oder durch Kolbenstrangpressen. Das Austreiben des Wachses (des Paraffins) und das „Härten” der Stränge durch ein nachfolgendes Vorsintern erfolgen durch eine ausgeklügelte Wärmebehandlung bei Temperaturen bis zu 1100 °C unter entsprechender Schutzgasatmosphäre. Die abschließende Formgebung erfolgt, wie zuvor beschrieben, mit Hilfe schnell-laufender Trenn- und Profilscheiben. Einfache Formteile, Sägeplättchen und genormte Wendeschneidplatten werden bei hohen Stückzahlen fast ausschließlich direkt auf Form gepreßt, wobei der durch das Fertigsintern bedingte Schwund maßlich zu berücksichtigen ist. Im unteren Bild wird der Ablauf eines Preßvorganges nach dem heute allgemein üblichen 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 eingesetzten Formteile fällt die Sintertemperatur, mit zurückgehendem Querschnitt der Formteile geht auch die Sinterzeit leicht zurück. Die technischen Sintertemperaturen und Sinterzeiten liegen bei 1330 - 1530 °C bzw. bei 30 bis 150 min. Dabei werden die sauerstoff- und stickstoffempfindlichen Mischcarbid-haltigen Hartmetalle aufgrund thermodynamischer Überlegungen und aufgrund der Benetzungseigenschaften der Mischcarbide sinnvoll unter Hochvakuum gesintert. Die technischen Sinterhartmetalle sind in die Reihe der Verbundwerkstoffe einzuordnen, bei denen speziell der metallcarbidische Härteträger oder die Härteträger mit hohem Schmelzpunkt in einer weichen, metallischen Bindephase (meist Cobalt) mit niedrigerem Schmelzpunkt eingelagert sind. Im allgemeinen werden derartige Verbundwerkstoffe mit flüssiger Phase gesintert; d.h.: die Sintertemperatur wird so bemessen, daß ein Teil der Komponente mit dem niederen Schmelzpunkt, meistens Cobalt, dem Zustandsdiagramm entsprechend teilweise flüssig vorliegt. Triebkraft für die Sinterverdichtung ist die Differenz der freien Oberflächenenthalpien von Preßling und dichtem Werkstoff. Die Sinterverdichtung unter starker Schrumpfung der Preßlinge tritt praktisch unmittelbar nach der Ausbildung und nach dem Auftreten von flüssiger Phase ein, wobei diese in die Zwischenräume zwischen der höher schmelzenden Komponente bzw. Phase einfließt.

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Der technische Einsatz von statisch beanspruchten Konstruktionselementen und auch von bewegten Maschinenteilen aus Hartmetall erfordert insbesondere bei Hochdruckbeanspruchung aus Festigkeitsund Korrosionsgründen eine möglichst porenfreie Gefügeausbildung, die noch über den zuvor genannten Raumerfüllungsgrad von 99,8 bis 99,95 % hinausgeht. Diese weitere Absenkung der Restporosität erfolgt durch heißisostatisches Pressen (HIP) bei Druckwerten von 1500 bis 3000 bar unter Argon als Druckmedium. Die nachzuverdichtenden Bauteile, Formteile bzw. Konstruktionselemente werden im Sinterzustand in einen Druckbehälter eingebracht, in dessen Innenraum ein Hochtemperaturofen installiert ist. Vor dem Anheizen dieses mit nachzuverdichtendem Material beschickten Ofens wird in dem Druckbehälter ein bestimmter Gasdruck (Vordruck) eingestellt, der beim Aufheizen des Ofens - der allgemeinen Zustandsgleichung der Gase entsprechend - auf den vorgesehenen Soll-Druck ansteigt. Der Rückgang der Mikroporosität während des HIP-Vorgangs ist offensichtlich. Unter dem Einfluß von Druck und Temperatur ist die hochplastische, teils flüssige Bindephase bemüht, die Porenräume aufzufüllen. Dabei haben Cobalt-Zwischenschichten, die an den Porenraum angrenzen, eine deutliche Drosselwirkung. Der sich aufbauende Druck kann zu einem „rearrangement” ganzer Gefügebereiche führen, und dieses um so eher, desto geringer die Phasengrenzflächenenergie und desto niedriger die Kontinuität der Carbidphase(n) sind. Während das Auffüllen der Porenräume als ein im wesentlichen druckgesteuerter Materialtransport der Bindephase zu sehen ist, wird das Carbidgerüst in den vormaligen, jetzt aber mit Bindephase aufgefüllten Porenräumen im wesentlichen über Diffusionsvorgänge aufgebaut. Durch die HIP-Behandlung wird der Raumerfüllungsgrad gegenüber dem Sinterzustand um zwei bis drei Zehnerpotenzen verbessert, so daß die Konzentration von Mikroporen als potentiell bruchauslösenden Zentren ebenfalls entsprechend zurückgeht. Nach der industriellen Einführung der HIP-Technologie zu Anfang der 70er Jahre begann zu Anfang der 80er Jahre dieses Jahrhunderts eine neue Verfahrensweise, die sog. Sinter-HIP-Technologie, ihren Einzug in die Praxis zu halten. Der Sinter-HIP-Prozeß ist nichts anderes als die Kombination von Sinterverdichtung und von heißisostatischem Nachverdichten des Hartmetalls in einer Anlage und damit in einer Hitze. SinterHIP-Anlagen werden seit Mitte der 80er Jahre auf dem Markt für die betriebliche Fertigung von Hartmetallen angeboten. Die wichtigsten Eigenschaftsgrößen, die neben dem Gefügeaufbau das Leistungsverhalten von Hartmetall als verschleißbeständigem Werkstoff bestimmen, sind: Dichte; Härte; Biegefestigkeit; Druckfestigkeit; Elastizitätsmodul; Wärmeleitfähigkeit und Wärmeausdehnung. Die Beschichtung von Hartmetallteilen, bspw. von Wendeschneidplatten, mit Hartstoffen, verdankt ihre Entwicklung einer Zielvorstellung, die beinahe so alt ist wie das Hartmetall selbst. Es handelt sich hierbei um den Wunsch nach der Kombination von höchster Verschleißbeständigkeit und höchster Zähigkeit, von Eigenschaften also, die wegen ihrer Gegenläufigkeit nur schwer miteinander zu verknüpfen sind. Die Beschichtung von Hartmetallformkörpern, bspw. von Wendeschneidplatten, durch chemische Abscheidung von Hartstoffen, die CVD-Beschichtung (chemical vapour deposition), liefert eine technisch und wirtschaftlich sinnvoll realisierbare Lösung des oben genannten Zieles. Die wesentlichen und aussichtsreichen Verfahren zur physikalischen Abscheidung von dünnen Hartstoffschichten, die sog. PVD-Verfahren (physical vapour deposition), sind das (Plasma-)aktivierte reaktive Aufdampfen und das Hochleistungskathodenzerstäuben (sputtern). Nach diesen Verfahren lassen sich den CVD-Schichten zumindest gleichwertige Hartstoffüberzüge bestellen. Aufgrund der komplizierten Verfahrenstechnologie steht die im industriellen Maßstab ganz große wirtschaftliche Realisierbarkeit dieser Verfahren noch aus, insbesondere, wenn man an große Stückzahlen denkt.

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

Vum Philippe Alzin

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Elektrische Kontaktierungen in Mikrosystemen - Drahtbonden

Elektrische Kontaktierungen in Mikrosystemen - Drahtbonden 1 Einleitung Bei Logikschaltungen und Speicherbausteinen hat die erhöhte Integrationsdichte eine größere Chipfläche zur Folge, bis zu 150 mm2. Um die größer werdende Anschlußzahl auf einer noch akzeptablen Fläche unterzubringen, ist eine Vergrößerung der Kontaktierdichte erforderlich. Dies wird erreicht durch eine Verkleinerung des Kontaktrasters und der Kontaktierfläche. Damit ergeben sich aber auch erhöhte Anforderungen an die elektrische Kontaktiertechnik. 2 Definition der Begriffe Das Einzeldrahtschweißen ist heute sehr weit verbreitet. Hier werden die einzelnen elektrischen Verbindungen zeitlich nacheinander gefertigt. Auf diesem Gebiet kommen hochentwickelte Maschinen zum Einsatz, die insbesondere minimale Verfahr- und Positionierzeiten zwischen den einzelnen Kontaktierungen bei genauester Positionierung gewährleisten. Die unterschiedlichen Arten des Einzeldrahtschweißens sind im nächsten Kapitel beschrieben. Eine weitere Minimierung der Fügezeiten erhofft man dadurch zu erreichen, dass die elektrischen Kontakte des Chips gleichzeitig gefügt werden. Solche Verfahren sind im Kapitel „Simultanverfahren“ beschrieben. Elektrische Verbindungen werden im allgemeinen zwischen den Chips und den Substraten hergestellt. Der Fügevorgang 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 Keramiksubstrate der 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 der Fachliteratur wird der Begriff Substrat aber für Leadframes häufig nicht verwendet. Kontakt-Pads oder Bond-Pads, häufig einfach als Pads bezeichnet, sind Kontaktflächen auf dem Substrat/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 werden Drähte in einem Durchmesserbereich von 17µm-100µm, beim Dickdrahtbonden im Durchmesserbereich von 100µm-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 rechteckige Querschnitte eingesetzt. Der Drahtwerkstoff wird von einem Gußstück in bis zu 50-stufigen Ziehprozessen auf den Drahtdurchmesser verjüngt. Als Ziehmatrize dienen bei den letzten Ziehvorgängen speziell geformte Diamantziehsteine. Mit Wärmebehandlungen zwischen den Ziehvorgängen wird die Kaltverfestigung des Drahtziehens wieder aufgehoben. Ein neueres Verfahren ist das hydrostatische Extrudieren: sehr hoher Druck einer Flüssigkeit preßt das Metall durch eine Austrittsöffnung. Dadurch werden große Durchmesserreduktionsschritte und eine homogenere Struktur des Drahtes erreicht. Durch die Art der kombinierten Wärme-, Ziehbehandlung läßt sich eine geeignete Korngröße erreichen, womit auch die mechanischen und elektrischen Eigenschaften beeinflußt werden. Die Drähte werden mit Toleranzen von ±1mm bereitgestellt, die Streubreite der Dehnung liegt bei 2%. Sie werden in einer oder in wenigen Lagen auf Spulen von 0.5, 2 oder 4 Zoll Nenndurch-

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Elektrische Kontaktierungen in Mikrosystemen - Drahtbonden messer gewickelt. Spezielle kunststoffisolierte Drähte verhindern Kurzschlüsse bei dicht nebeneinanderliegender oder gekreuzter Drahtführung. Zum Drahtbonden werden das Thermokompressions-, das Ultraschall-und das Thermosonicverfahren eingesetzt. 4 Thermokompressionsverfahren (Ballhead-Bonden, Nailhead-Bonden) Beim Thermokompressionsverfahren zum Fügen von Drähten, auch Ballhead-Bonden oder Nailhead-Bonden genannt, werden die Fügepartner bei Wärmezufuhr aufeinandergepreßt. Das Verschweißen geschieht durch atomare Bindungskräfte und Diffusion an der Fügestelle. Es entsteht keine schmelzflüssige Phase. Die Fertigungsschritte lassen sich in Bild 4 verfolgen. In einer rotationssymmetrischen Bondkapillare wird der Draht bis zu einem bestimmten Überstand vorgeschoben. Eine kleine Wasserstoffflamme oder eine Kondensatorentladung schmilzt den Draht zu einer Kugel an. Der Kondensator entlädt sich zwischen einer Wolframelektrode und dem Drahtende. Gebräuchliche Parameter sind: C = 2,2 µF, U = 450V. Heutzutage wird die sogannte negative Abflammung gewählt. Dabei liegt die Elektrode auf negativem, der Draht auf positivem Potential. Die Plasmawolke, die bei der Abflammung entsteht, bildet sich nur im unteren Teil der Kugel. Damit ist eine gute Steuerung der Kugelgröße möglich und die Strukturveränderungen im Bonddraht sind gering. Mit einer positiven 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 Drahtdurchmessers entsprechen 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 dort mit dem Bondwerkzeug auf das Substrat niedergedrückt. Dabei quetscht der Rand der Kapillare den Draht zu 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 der Draht durch eine Klammer blockiert und an der Einkerbung abgerissen. Beim Anschmelzen zu einer Kugel ändern sich die Gefügeeigenschaften. Es liegt ein Gußgefüge mit groben Körnern vor. Es weist geringe Härte und damit Festigkeit auf. Ebenso ergibt sich eine Kornvergröberung in der dem Ball benachbarten Drahtzone 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 % Kupfer oder 0,003-0,01% Beryllium legiert, seltener mit Platin, Palladium, Silber oder Gallium. Die Parameter des Nailhead-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 Verfahren werden Golddrähte auf aluminium- oder goldmetallisierten Chipanschlüssen bzw. gold-, silber- oder kupfermetallisierten Substratoberflächen gebondet. Bei Golddrähten und aluminiummetallisierten Kontaktflächen besteht die Gefahr der intermetallischen Verbindungsbildung bei höheren Betriebstemperaturen des Chips, die sogenannte Purpur-Pest. Bei hoher Kontaktierungsdichte ist der Platzbedarf der Kontaktierung problematisch: der Nailhead hat den 3-4-fachen Durchmesser des Drahtes. Deshalb sind große Anschlußflächen von 100x100 µm2 für einen 25µm-Draht erforderlich. Neuere Maschinen lassen für 25µm-Drähte auch 75x75µm2 zu, bei 100µm Anschlußraster (Mittenabstand der Bond-Pads). Zur Verkleinerung des Anschlußrasters werden auch dünnere Drähte von 17µm Durchmesser verwendet, welche Bondflächen von 60x60µm2 erlauben. Solche Drähte sind empfindlicher und die zulässige Verbindungslänge wird kleiner.

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Elektrische Kontaktierungen in Mikrosystemen - Drahtbonden Werkstoffe der Bondnadeln sind Wolframkarbid, Titankarbid und Al2O3-Keramik. Wolframkarbid wird normalerweise in einer Kobaltmatrix, Titankarbid in einer Nickelmatrix gebunden. Wolframkarbid ist sehr bruchfest und wird deshalb für kleine Kapillardurchmesser verwendet. Es leitet die Wärme gut ab und muß deshalb beheizt werden. Außerdem neigt die Kobaltmatrix des Wolframkarbids bei höheren Temperaturen zum Abtragen und die Oberfläche rauht auf. Dagegen ist die Nickelmatrix des Titankarbids aufgrund ihrer höheren Oxidationsfestigkeit auch für höhere Temperaturen geeignet. Keramiknadeln sind abrieb- und oxidationsfest, jedoch bruchempfindlich. Als Drahtmaterialien lassen sich neben Gold ebenfalls Kupfer und Palladium fürs Nailhead-Bonden verwenden. Sie verursachen geringere Kosten und sind unkritischer als Golddrähte beim Bonden von Aluminiumpads, da die Bildung intermetallischer Zonen nicht so leicht möglich ist. Allerdings sind nur geringste Verunreinigungen bzw. Legierungszusätze erlaubt, da sonst die Drähte beim Nailhead-Bonden nicht weich genug sind und das Substrat geschädigt wird. 5 Ultraschallbonden Beim Ultraschallverfahren schwingt ein keilförmiges Bondwerkzeug parallel zur Verbindungsfläche. Reibung und Druck zwischen Draht und Fügefläche reißen störende Oberflächenschichten auf, bauen Rauhigkeiten ab. Der Draht läßt sich aufgrund des Ultraschalls durch die Druckkraft leichter verformen. Dadurch nähern sich die Oberflächen auf atomaren Abstand an und verschweißen. Es erfolgt keine Wärmezufuhr von außen. Aufgrund des keilförmigen Bondwerkzeuges spricht man auch vom Wedge-Bonden (engl. wedge = Keil). Den Ablauf der einzelnen Bondphasen zeigt Bild 8. Das Trennen des Drahtes erfolgt bis 100µm Drahtdurchmesser durch Abreißen, bei dickeren Drähten durch ein spezielles Schneidwerkzeug. Die Detailaufnahme 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 auf Aluminium- oder Gold-Chipanschlüsse gebondet werden oder auf Gold-, Nickel- oder Aluminium-Substratoberflächen. Da der Wedge weniger Platz als der Nailhead benötigt, sind auch kleinere Kontaktierungsraster möglich. Durch den flachen Winkel des Drahtes zum Substrat nach dem 1. Bond können wahlweise kurze und lange Loops gebondet werden. Aufgrund des Wedges besteht keine Richtungsfreiheit nach dem 1. Bond. Dadurch muß der Substrattisch während des Bondens eines Chips gedreht werden. Das Verfahren ist um 50% langsamer als das Thermokompressionsverfahren. Aus diesem Grund arbeiten neuere Ultraschallverfahren sowohl bei Gold-als auch bei Aluminiumdraht ebenfalls mit Kugelanschmelzung. Bei Aluminum wird eine Hochspannungsabflammung unter Schutzgas (Argon) durchgeführt. Damit die Kugelform nicht verblasen wird, wird das Argon mit einer Ringdüse, die die Elektrode ummantelt, zugeführt. Die benötigten elektrischen Entladungen sind größer als bei der Goldanschmelzung. Ultraschallbonden wird häufig eingesetzt, wenn Aluminiumdrähte gebondet werden sollen. Aluminium ist preiswerter, muß aber mit dem aufwendigeren Ultraschallverfahren gebondet werden. Deshalb werden Aluminumdrähte nur angewendet, wenn auf aluminiumbeschichtete Substrate gebondet werden soll und die Bildung intermetallischer Verbindungen vermieden werden muß. Der Preisvorteil des Aluminiums gewinnt bei größeren Drahtquerschnitten von 75µm-500µm an Bedeutung. Sie werden für hohe Stromstärken verwendet. Da reiner Aluminiumdraht nur gering zugfest ist, enthalten kleinere Querschnitte von Aluminium Legierungszusätze von Silizium und/oder Mangan von jeweils ca. 1% zur Festigkeitserhöhung und zur Vereinfachung des Ziehglühprozesses. Zu beachten ist, dass zu langes Bonden insbesondere bei Aluminiumdrähten zu Ermüdungsbruch und Kaltverfestigung führt. Abhilfe schafft ein Legierungszusatz

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Elektrische Kontaktierungen in Mikrosystemen - Drahtbonden von 4% Kupfer oder ein aluminiumbeschichteter Kupferkerndraht. Eine zukünftige Entwicklung ist das Bonden von Drähten mit rechteckigen Querschnitten. Rechteckige Querschnitte können hochkant auf das Substrat gebondet 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 beim Nailhead-Bonden bei allerdings niedrigeren Temperaturen verwendet. Neben dem Vorteil der Richtungswechselfreiheit nach dem 1. Bond ergibt sich eine geringere Belastung von temperaturempfindlichen Substraten. 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 Golddrähte auf Substratanschlüssen aus Gold, Silber, Nickel und Kupfer. Häufig werden elektrische Verbindungen bei der sogenannten Chip-on-Board-Technik mit diesem Verfahren hergestellt. 7 Arten von Bondern Es wird zwischen manuellen, halbautomatischen und vollautomatischen Bondern unterschieden. Manuelle Bonder Die 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, der Substrattisch bewegt sich in x-y-Richtung und bei Wedgemaschinen auch rotatorisch. Der Bondabstand und damit der Drahtvorschub ergibt sich aus dem manuell gesteuerten Verfahren des x-y-Tisches. Der eigentliche Bondvorgang läuft dann nach der Einstellung der prozeßbestimmenden Parameter, wie Bondkraft, Amplitude der Ultraschallschwingung, Bondzeit und Absenkgeschwindigkeit automatisch ab. Manuelle Bonder eignen sich für Einzelstücke, Kleinserien und Reparatur. Halbautomaten Das Einlegen des Chips oder des Substrates und auch die Positionierung auf den 1. Bond erfolgt manuell, die anschließenden Bondvorgänge laufen nach einmaliger Positionierung automatisch ab. Vorteil von Halbautomaten gegenüber Vollautomaten ist das einfachere Umrüsten. Sie eignen sich deshalb für kleine und mittlere Serien. Vollautomaten Chips bzw. Substrate werden selbsttätig Magazinen entnommen und dem Bonder zugeführt, der dann automatisch alle Verbindungen bondet, und den gebondeten Chip-Leadframe wieder entnimmt und magaziniert bzw. den weiteren Prozessen (Häusung etc.) zuführt. Meist ist bei Halb- und Vollautomaten der Bondkopf auf einem x-y-Tisch montiert. Die Bewegung in z-Richtung erfolgt dann meist durch den Substrattisch. Der Bondkopf führt dann die kurven- oder NC-gesteuerte Bewegung in Z-Richtung aus. Das Zustellen des Bondwerkzeuges bzw. das Absenken darf nicht zu hart erfolgen, da sonst Chip- oder Substrat geschädigt werden. Erforderlich ist eine laufende Kontrolle der Prozeßparameter. Insbesondere beim Nailhead- Bonden ist eine Überprüfung der Temperatur auf der Substratoberfläche erforderlich, da z.T. erhebliche Unterschiede zwischen der Temperatur des Aufnahmetisches und der Chip- bzw. Substrattemperatur bestehen. Geprüft wird mit Thermoelementen in Folienform oder auch mit speziell für diese Aufgabe auf den Chip eingebrachten Testdioden. 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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Elektrische Kontaktierungen in Mikrosystemen - Drahtbonden Konstruktiv werden Bondmaschinen mit geringen Massen des Bondkopfes und des Tisches ausgeführt, damit hohe Beschleunigungen für kurze Positionier- und Fügezeiten erreicht werden. Andererseits müssen die Maschinen starr genug konzipiert werden, damit die Bondverbindungen reproduzierbar gefertigt werden. Moderne Maschinen haben ein Lageerkennungssystem, das anhand von zwei optisch erfaßten Meßpunkten auf dem Chip und mit zwei weiteren Meßpunkten auf dem Leadframe oder Substrat die Lage erkennt und diese Daten beim Anfahren der Bondpositionen korrigierend berücksichtigt. Für vollautomatische Maschinen ist außerdem durch geeignete Konstruktionen oder Meßsysteme eine Korrektur unterschiedlicher Substratdicken erforderlich. Die Programmierung erfolgt durch ein Teach-In, in dem manuell die Bondpunkte angefahren werden und die Positionen mit den eigentlichen Prozeßparametern für den späteren automatischen Bondbetrieb gespeichert werden. Auch werden anhand von CAD-Daten Meßabläufe am Bildschirm programmiert. Heutzutage werden Bondzeiten von 0,12-0,2s pro Bond erreicht. Damit der Prozeß bei Drahtriß oder bei fehlenden Balls rechtzeitig unterbrochen werden kann sind auch hier eine entsprechende Sensorik und Auswertung erforderlich. Die Drahtabwicklung kann axial oder radial erfolgen. Für gleichmäßige Loops muß die Abwicklung besonders nach dem 1. Bond ruckfrei und mit konstantem Zug erfolgen. Der Zug wird durch Klammern, deren Backen mit Filzen belegt sind, aufgebracht. Bei dünnen Drähten erfolgt zusätzlich ein 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 auf dem Chip zu Kontaktflächen auf dem Substrat mit Hilfe von Höckern (Bumps) verbunden. Die Bumps bestehen in der Regel aus Alminium, Gold, Kupfer oder Lotlegierungen wie Blei/Zinn, Blei/Indium und haben eine durchschnittliche Höhe von 20 – 70 ìm. Die Chips können somit direkt auf eine Leiterplatte montiert oder in ein Gehäuse eingebaut werden. Der Grösste Vorteil dieser Technologie liegt beim geringen Platzbedarf. Die Chips haben überlicherweise eine Größe von 200 nm bis zu 50 mm. Bei einem Raster von 250 ìm sind auf einem Flip Chip mit einer Kantenlänge von 10 mm 1600 Anschlüsse möglich. Bei einem normalen Chip sind bestenfalls 400 Anschlüsse möglich. Ausserdem sind Chiphöhen unter 0,5 mm sind ohne weiteres möglich, so daß beidseitig bestückte Leiterplatten 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 den geringen parasitären Induktivitäten, im Gegensatz zum Loop beim Drahtbonden, ergibt sich die beste Eignung für schnellste Digitalschaltungen (Prozessoren) und optoelektronische Bauelemente (LED).

Vum Dany Heusbourg

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