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Power-Module Ausgereiftes Packaging durch Sinter-Technologie sorgt für lange Lebensdauer

Autor / Redakteur: Christian Göbl* / Gerd Kucera

Als der Silber-Sinter-Prozess 1994 entwickelt wurde, war er noch unreif für den industriellen Einsatz. Findige Ingenieure haben diese Technologie zu einem neuen Packaging-Verfahren für Power-Module weiterentwickelt und serienreif gemacht. Sintern erreicht eine so hohe Kontaktfestigkeit zwischen Chip und Substrat, wodurch sich die Modullebensdauer deutlich verlängert.

Anbieter zum Thema

SEMIKRON International GmbH
ViscoTec Pumpen- u. Dosiertechnik GmbH
PVA TePla AG

Hochleistungsanwendungen wie etwa Automotive, Windkraft, Solar oder Industrieantriebe benötigen Power-Module, die den Anforderungen nach hoher Zuverlässigkeit sowie thermischer und elektrischer Robustheit entsprechen. Diese Anforderungen werden durch Anwendung modernster Packaging-Technologien wie lötfreie Federkontakte und insbesondere die Sinter-Technologie erfüllt. Die Entwicklungsingenieure von SEMIKRON standen vor der Herausforderung, die Sinter-Technologie als neues Packaging-Verfahren zu entwickeln und zur Serienreife zu bringen.

Die Silber-Sinter-Technologie zur Verbindung der Halbleiterchips mit ihren Substraten ist seit 1994 bekannt. Bereits damals wurden die Eigenschaften gesinterter Silber-Bondschichten und deren Vorteile für die Zuverlässigkeit analysiert und im Rahmen zahlreicher internationaler Kongresse veröffentlicht. Zu dieser Zeit war die Technologie jedoch noch nicht reif für die industrielle Serienfertigung.

So entsteht eine Sinterverbindung

Bild 1: Silberpartikel vor (links) und nach dem Sintern (Archiv: Vogel Business Media)

Die gesinterten Chip-Substrat-Verbindungen bestehen nur aus speziellen Silberpartikeln, die unter gezielten Bedingungen Sinterbrücken bilden, die zu einer zuverlässigen Verbindung der beiden Verbundpartner führen. Bild 1 zeigt die Silberpartikel vor und nach dem Sintern. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, dass jedes einzelne Partikel von einem speziellen Beschichtungsmaterial umgeben ist.

Eine Sinterverbindung herzustellen ist relativ einfach: Man gibt die für die gewünschte Schichtdicke erforderliche Menge an Partikeln zwischen beide Fügepartner und presst sie unter einem bestimmten Druck bei einer speziellen Temperatur für eine definierte Zeit zusammen. Das Ergebnis ist eine stabile Sinterverbindung. Dieser elementare Prozess eignet sich jedoch nur für anfängliche Evaluierungen der Technologie.

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