Fügekonzepte für Elektronikmodule
IC-Module mit Kühlkörpern verbinden
Fortsetzung des Artikels von Teil 4
Diffusionslöten erfüllt viele der gestellten Anforderungen
Die Anforderungen an eine Kühlkörperanbindung für Leistungselektronik der kommenden Generation bestehen im Wesentlichen darin, die erhöhten Wärmemengen aus Schaltverlusten effizient an den Kühlkörper abzuführen. Neben einer hohen Wärmeleitfähigkeit benötigt die Kühlkörperanbindung eine hohe Lebensdauer, um Erhöhungen im Rth durch Degradation der Kontaktfläche zu verhindern. Neben diesen physikalischen Anforderungen bestehen zusätzliche technische Anforderungen, anhand welcher im Rahmen dieser Ausführungen mögliche Fügekonzepte hergeleitet wurden. Das Diffusionslöten ist in der Lage, alle gestellten Anforderungen bei einer möglichst geringen Komplexität der Fügetechnik zu erfüllen. Zwei Möglichkeiten, große Flächen über eine während des Lötens gebildete intermetallische Phase zu verbinden, bestehen im Einbau vorgeformter Cu-Netze und in der Infiltration von Cu-Pulverstrukturen mit flüssigem Lot. Das Diffusionslöten mit Cu-Netzen stellt eine fügetechnisch einfach zu realisierende Möglichkeit dar, die Fügepartner bei geringer Löttemperatur über hochschmelzende IMCs zu verbinden. Die IMC-Anbindungsflächen sind jedoch sehr klein und Lebensdauerdaten aus Temperaturwechselversuchen stehen noch aus. Das Diffusionslöten mit Cu-Pulvern nach dem HotPowCon-Verfahren erzeugt eine bessere IMC-Anbindung über eine dichte IMC-Matrix. Der hohe Anteil an Cu-Phase im Gefüge macht eine Relaxation etwaiger thermomechanischer Belastungen möglich und bewirkt eine hohe Wärmeleitfähigkeit der Fügeschicht. Die Fügetechnik hingegen ist durch diverse Einflussparameter auf die Infiltration des Lotes in das Cu-Depot ungemein komplexer und bedarf noch weiterer Entwicklungsarbeit.
Literatur:
[1] Hohlfeld, O.; Herbrandt, A.: Direct cooled modules – integrated heat sinks, CIPS 2012
[2] Nowottnick, M.; Wilde, J.; Pape, U.: Neue Reflowlöttechnologie für elektronische Anwendungen bis 300 °C. Buchreihe Aufbau- und Verbindungstechnik in der Elektronik, Band 19, ISBN 978-3-934142-73-2
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[4] Abschlussbericht zum BMBF-Verbundprojekt Umweltgerechte Systemlösung für die Anwendung von innovativen Weichloten für hochbeanspruchte Elektronikbaugruppen „InnoLot“, 2004
[5] Siow, K.S.: Are Sintered Silver Joints Ready for Use as Interconnect Material in Microelectronic Packaging? Journal of Electronic Materials. Vol. 43, Nr. 4, 2014
[6] Herberholz T.: Untersuchungen zu Möglichkeiten und Grenzen des Einsatzes von Zinn-Basislotlegierungen für Hochtemperaturelektronik-Anwendungen. Buchreihe Aufbau und Verbindungstechnik in der Elektronik, Band 20, ISBN 978-3-934142-75-6
[7] Yu, D.Q.; Wu, C.M.L.; Lawa, C.M.T.; Wang, L.; Lai, J.K.L.: Intermetallic compounds growth between Sn-3,5Ag lead-free solder and Cu substrate by dipping method. Journal of Alloys and Compounds, Vol. 392, 2005
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[9] Technisches Datenblatt: Curamik, Ceramic Substrates (Stand 11.11.2015)
[10] Birr, H.: Verfahren zum blasenfreien Verbinden eines großflächigen Halbleiter-Bauelements mit einem als Substrat dienenden Bauteil mittels Löten. BBC Aktiengesellschaft Brown, Boverie und Cie; DE 3442537 A1, 22.11.1984
Der Autor:
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| Daniel Feil |
|---|
| schloss sein Studium der Materialwissenschaften an der Universität Stuttgart bis 2015 als Master of Science erfolgreich ab. Seitdem ist er als Doktorand im Zentrum für Forschung und Vorausentwicklung der Robert Bosch GmbH in Renningen im Bereich „Electronic Packaging and Interconnection Technology“ tätig. |
Daniel.Feil@de.bosch.com
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