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Fraunhofer IZM

Power-System-In-Package Module: Leistungsteil und Ansteuerelektronik in Einem

30. April 2012, 10:49 Uhr | Karin Zühlke

Schematischer Aufbau eines Power-System-In-Package Moduls entwickelt vom Fraunhofer IZM.

Damit leistungselektronische Systeme zuverlässiger und kompakter werden, geht der Trend zum integrierten Aufbau von Leistungsteil und Ansteuerungselektronik. Das Fraunhofer IZM demonstriert anhand eines leistungselektronischen System-in-Package-Moduls für maritime Anwendungen eine durchgängige Prozesskette vom Design und der Simulation über die Aufbau- und Verbindungstechnik bis hin zur Zuverlässigkeitsanalyse.

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Das Modul hält rauen Umgebungsbedingungen wie Salznebel, Spritzwasser und hohen Temperaturen stand und führt die entstehende Verlustleistung auch bei geringer Temperaturdifferenz sicher ab. Der Entwurf von Power-System-in-Package-Modulen für erhöhte Umgebungstemperaturen fordert Entwickler im Hinblick auf Bauteilauswahl, Layout der Schaltungsträger sowie Auswahl von Verbindungstechnik, von Kontakt-, Substrat- und Moldingmaterialien. Die Prozesssimulation der Verkapselung und thermische FEM-Simulation sind wesentliche Werkzeuge für einen schnellen und kosteneffizienten Entwurfsprozess der Aufbau- und Verbindungstechnik. Analyseverfahren wie rheologische Charakterisierung (Viskosität), DSC (Reaktionsverhalten) und TIMA (thermischer Widerstand von Schichten) liefern die Eingangsdaten für die Simulation. Weitere Analysemethoden für das genannte Beispiel waren Materialqualifikationen für Umgebungen mit chemischen Beanspruchungen (z.B. Bremsflüssigkeit) und Temperatur- sowie Temperaturwechselbeanspruchungen. Aktuelles Forschungsziel im Bereich der SmartPower-Module ist die Entwicklung zuverlässiger Packaging-Technologien für den Hochtemperatureinsatz bis 250 °C und darüber hinaus – notwendig für zukünftige Power-Module mit SiC-Halbleitern.

Weitere Highlights am Fraunhofer-IZM-Stand sind aktuelle Entwicklungen in der Substratintegration, der Photonik, der Zuverlässigkeitsanalytik und im Wafer Level Packaging. Unter anderem zeigen die Forscher auch eingebettete Leistungshalbleiter-Systeme, mit Through Silicon Vias durchkontaktierte Auslese-Chips für Pixeldetektoren und System-in-Packages auf Waferebene.

Fraunhofer IZM auf der SMT Hybrid Packaging 2012:

Halle 6, Stand 332