Sintern mit Kupfer-Flakes
Kupfer verfügt über vergleichbare elektrische und mechanische Eigenschaften wie Silber. Das Partikelsintern mit Kupfer für die Leistungselektronik stellt eine wirtschaftliche Alternative dar. Dabei sind jedoch einige Herausforderungen zu bewältigen.
Für eine hochtechnisierte Gesellschaft mit nachhaltiger Energieversorgung ist die elektrische Energiewandlung wesentlich. Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer der elektronischen Komponenten sind essenziell. Getrieben durch die Elektromobilität und die erneuerbaren Energien ist die Leistungselektronik mit einem erwarteten Marktvolumen von mehr als 36 Milliarden US-Dollar im Jahr 2027 eines der wichtigsten Themengebiete der Elektrotechnik. Die Einführung der Wide-Bandgap-Halbleiter aus Siliciumcarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) in den vergangenen Jahren hat zusätzlich einen neuen Schub für die Entwicklung neuartiger Aufbau- und Verbindungstechnik gegeben. Einerseits werden durch höhere Schaltgeschwindigkeiten die leistungselektronischen Module effizienter und sie können miniaturisiert werden. Andererseits ermöglicht der größere Bandabstand höhere Arbeitstemperaturen, sodass Materialeinsatz und Kosten zum Beispiel durch kleinere Kühlsysteme reduziert werden können. Allerdings sind die bleifreien Lötverbindungen der Mikroelektronik für die höheren Betriebstemperaturen nicht geeignet.
Daher wurde das Partikelsintern mit Silber als Die-Attach-Bonden zur Realisierung der hochtemperaturfähigen Verbindung von Leistungshalbleiterbauelementen entwickelt. Mikro- und Nanopartikel aus Silber werden für das Sintern mit einem Bindemittel zu einer viskosen Paste verarbeitet, die auf den elektrischen Schaltungsträger gedruckt wird. Nach einem Vortrocknungsprozess werden die elektronischen Bauteile auf die weitestgehend trockene Paste gesetzt. Mithilfe einer Presse, unter Einwirkung von Druck und Temperatur, wird die elektrische und mechanische Verbindung geformt. Es handelt sich um ein Fügeverfahren unter Verwendung des klassischen Urformverfahrens ›Sintern‹ aus pulverförmigen metallischen Material, das eine stoffschlüssige Verbindung liefert. Hierbei werden die Partikel nicht aufgeschmolzen – und dies ist die prozesstechnische Herausforderung für die Fertigungstechnik der Elektronik. […]
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