Thermomanagement für IGBT-Module 20 Prozent weniger Übergangswiderstand

Beim Infineon IGBT Modul EconoPACKTM + der neuen D-Serie sinkt der Übergangswiderstand von Modul zum Kühlkörper mit TIM um 20 Prozent.

Den Wärmetransport zwischen Leistungshalbleiter und Kühlkörper zu optimieren, war das Ziel einer Entwicklungskooperation von Infineon und Henkel: Das Ergebnis ist eine Paste, die den Übergangswiderstand vom IGBT-Modul zum Kühlkörper reduziert und dabei auch noch die Langzeitanforderungen erfüllt.

Die Leistungsdichte in leistungselektronischen Komponenten nimmt kontinuierlich zu: Das thermische Management bei modernen Leistungshalbleitern muss deshalb schon in der Designphase berücksichtigt werden. Nur so lässt sich sicherstellen, dass eine zuverlässige Kühlung über lange Zeiträume garantiert ist. Die Wärmeleitung bei der Anbindung des Bauelements an den Kühlkörper hat dabei eine besondere Bedeutung. Allerdings kommen oft Materialien zum Einsatz, die den zunehmenden Anforderungen nicht gerecht werden. Deshalb hat Infineon jetzt einen neuen Weg eingeschlagen und setzt auf ein speziell für den Aufbau von Leistungshalbleitern in Modulbauform optimiertes wärmeleitendes Material: Das wurde nach den strengen Vorgaben von Infineon von Henkel Electronic Materials in den USA entwickelt, einer Unternehmenstochter von Henkel. Beide Unternehmen arbeiten schon seit einigen Jahren erfolgreich zusammen.

Das thermische Interface Material (TIM) mit dem Produktnamen Loctite TCP 7000 ermöglicht einen deutlich verringerten Kontaktwiderstand zwischen den Metallflächen des Leistungshalbleiters und dem Kühlkörper. Am Leittypen, dem EconoPACKTM + der neuen D-Serie, sinkt der Übergangswiderstand von Modul zum Kühlkörper um 20 Prozent. Der hohe Füllstoffgehalt und die verbesserten Eigenschaften bei den thermischen Übergangswiderständen führen dazu, dass das Material ab dem ersten Einschalten des Moduls zuverlässig funktioniert. Ein spezieller Einbrennzyklus ist nicht notwendig, was bei vielen vergleichbaren Materialien mit phasenwechselnden Eigenschaften der Fall war. Bei der Entwicklung des neuen wärmeleitenden Materials wurde zur besseren Verarbeitung darauf geachtet, dass es sich im Schablonendruck-Verfahren in Wabenstruktur auf die Module aufbringen lässt. Damit kann der Einschluss von Luft beim Verbinden mit dem Kühlkörper verhindert werden. Darüber hinaus enthält das wärmeleitende Material keine gesundheitsgefährdenden Stoffe und entspricht damit den Anforderungen der Richtlinie 2002/95/EG (RoHS). TIM ist außerdem silikonfrei und elektrisch nicht leitend.

»Mit dem TIM von Henkel steht uns die zurzeit beste silikonfreie Lösung für die steigenden Anforderungen beim thermischen Management von Leistungshalbleitern zur Verfügung«, stellt Dr. Martin Schulz fest, der für die Qualifikation zuständige Manager im Application Engineering von Infineon. »Die Paste erleichtert die Verbindung von Modul und Kühlkörper, optimiert den thermischen Transfer und erhöht damit sowohl die Lebensdauer als auch die Zuverlässigkeit der Module.«

Jason Brandi, Market Development Manager von Henkel bezeichnet die Entwicklung als Meilenstein: »Ein druckbares TIM mit phasenwechselnden Eigenschaften und derartiger Widerstandsfähigkeit gegen thermo-mechanische Belastung ist ein Durchbruch. Denn damit werden die Restriktionen alternativer Materialien überwunden und eine neue Lösung für das thermische Management von Leistungshalbleitern eröffnet.« Und wenn es nach den beiden Unternehmen geht, dann werden weitere Innovationen folgen. Sie wollen jedenfalls die Kooperation bei der Entwicklung neuer Materialien vertiefen und auf neue Projekte ausdehnen. Weitere Informationen über die mit TIM ausgestatteten Modultypen von Infineon stehen unter www.infineon.com/TIM zur Verfügung.