Silbersinter-Verfahren von Henkel Leistungsbauteile schnell, zuverlässig - und bleifrei - herstellen

Dank der überlegenen Übertragungsleistung von Ablestik SSP2000 können IGBT- -Hersteller die Anzahl der Chips auf einem Bauteilträger reduzieren und so wertvollen Platz sparen. Bild: Henkel

Mit der Silbersintertechnologie von Henkel lassen sich Leistungsmodule deutlich zuverlässiger und schneller herstellen als mit den bislang favorisierten Weichloten. Sein Debut gibt das Silbersinterverfahren mit Ablestik SSP2000, einem Die-Attach-Material, das sich sehr gut für IGBTs und Hochleistungs-LEDs eignet.

Beim Sintern verbindet man Partikel miteinander, indem sie in einem Sinterofen auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes erwärmt werden, bis Haftung eintritt. Beim herkömmlichen Silbersintern wirken sowohl Wärme als auch Druck auf das Material beziehungsweise das Bauteil, bis die Metallverbindung hergestellt ist. Der Nachteil des mit Druck arbeitenden Verfahrens beim Halbleiter-Packaging sind die relativ geringen Durchsätze, weil die Bauteilträger in kostenintensiven Chip-Bonding-Systemen einzeln verarbeitet werden müssen. Ablestik SSP2000 stellt die Haftung der Silberpartikel in einem einzigartigen Verfahren her, indem es die Oberflächenspannung beeinflusst. Dadurch ist keine Druckbeaufschlagung erforderlich, und die Aushärtung des Materials kann batchweise in einem Standardofen bei einer Temperatur von nur 200 Grad Celsius erfolgen. Darüber hinaus ist Ablestik SSP2000 in Standard-Chip-Bonding-Systemen verarbeitbar. Es sind keine Investitionen in spezielle Ausrüstung und Geräte nötig, sodass sich bestehende Materialien schnell und kostengünstig ersetzen lassen.

 »Mit unserer Technologie können wir den Durchsatz von ca. 30 Einheiten pro Stunde beim herkömmlichen Sinterverfahren auf beeindruckende 6000 Einheiten pro Stunde steigern. Mit dem Silbersintermaterial können Halbleiter-Packaging-Spezialisten also sowohl hohe Durchsätze als auch eine hohe Zuverlässigkeit erzielen«, verkündet Dr. Michael Todd, Vice-President of Product Development and Engineering von Henkel. Der hohe Durchsatz ist zwar ein wichtiger Vorteil von Ablestik SSP2000, aber noch entscheidender, so Todd, sei die thermische Beständigkeit und die enorme Zuverlässigkeit des Materials. Gegenüber Weichloten mit hohem Bleigehalt – gegenwärtig das Material der Wahl für Leistungsmodule – erweist sich Ablestik SSP2000 in den Lastwechseltests als deutlich zuverlässiger. Während das Lot bereits nach 200 Zyklen versagte, trat bei Henkels Silbersinterverfahren der erste Ausfall erst nach mehr als 2000 Zyklen auf. Auch in Sachen Wärmeleitfähigkeit und Temperaturbeständigkeit ist Ablestik SSP2000 dem Lot überlegen und bietet damit insgesamt eine bessere Leistung und Zuverlässigkeit. Bei Hochleistungsbauteilen wie IGBTs sorgt das gegenüber herkömmlichen Lösungen für deutlich mehr Flexibilität im Herstellungsprozess.

»Dank der überlegenen Übertragungsleistung von Ablestik SSP2000 können IGBT-Entwickler und -Hersteller jetzt die Anzahl der Chips auf einem Bauteilträger reduzieren und so wertvollen Platz sparen«, so Todd. Das neue Material ermöglicht technische Lösungen, die mit den bisher favorisierten Weichloten mit hohem Bleianteil schlicht nicht realisierbar waren. Und als Tüpfelchen auf dem i funktioniert das Ganze auch noch in einem drucklosen Verfahren mit niedrigeren Aushärtetemperaturen.

Und noch einen Vorteil hat die Silbersintertechnologie: Sie ist nicht bleihaltig. Denn die Halbleiter-Packaging-Industrie braucht nicht nur leistungsfähige Materialien, sondern auch dringend Ersatz für bleihaltige Lote, insbesondere im Segment der Leistungsbauteile. Gemäß der RoHS-Richtlinie müssen nämlich bleibasierte Materialien in Leistungsbauteilen bis 2014 durch bleifreie Produkte ersetzt werden, d. h. binnen weniger als drei Jahren muss die Packaging-Industrie auf geeignete Alternativen umstellen. Dass Henkel nicht zuletzt deshalb mit der neuen Technologie ein »großer Coup« gelungen ist, davon ist der Vice-President des Unternehmens überzeugt.