Ausgereiftes Packaging durch Sinter-Technologie sorgt für lange Lebensdauer

Anbieter zum Thema

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Bicker Elektronik GmbH

RECOM Power GmbH

SEMIKRON International GmbH

Anwendungen der Sinter-Technologie

Die Sinter-Technologie kommt in der SKiM-IGBT-Modulfamilie für Umrichter der Antriebseinheit bei Elektro- und Hybridfahrzeugen im Leistungsbereich von 22 bis 150 kW zum Einsatz (bei SEMIKRON spricht man daher vom SKiNTERN). Im Vergleich zu Modulen mit Grundplatte und gelöteten Anschlüssen besitzt das SKiM-Modul eine 5-fach höhere thermische Lastwechselfestigkeit. Anstatt das zur Isolierung erforderliche Keramiksubstrat (DCB) mit der Kupfer-Grundplatte zu verlöten, wird die Verbindung zum Kühlkörper bei allen thermischen und elektrischen Kontakten über die Druckkontakt-Technologie hergestellt (Bild 3).

Die Anordnung der Druckpunkte direkt neben jedem Chip sorgt für eine gleichmäßige Verbindung des DCB. Der Verzicht auf die Grundplatte stellt daher eine hohe thermische Lastwechselfestigkeit sowie einen niedrigen thermischen Widerstand dar. Bild 3 zeigt ein Schnittbild des Modulgehäuses mit der Darstellung der Druckkontakt-Technologie sowie den Federkontakten der Gate-Anschlüsse.

Lötverbindungen sind vollständig eliminiert. Somit ist die SKiM-Familie die erste 100% lotfreie Modul-Baureihe auf dem Markt. Der Einsatz der Sinter-Technologie in Verbindung mit der Druckkontakt-Technologie und dem grundplattenlosen Aufbau stellt eine zuverlässige Aufbau- und Verbindungstechnologie dar.

Der Schmelzpunkt liegt 740 K über dem von Standard-Lot

In den letzten 15 Jahren ist die maximal zulässige Chiptemperatur kontinuierlich angestiegen. Heute können moderne Silizium-Bauelemente, beispielsweise IGBT-4-/CAL-4-Dioden, bei einer maximalen Chiptemperatur von 175°C betrieben werden. In der Zukunft wird der Einsatz von Siliziumkarbid (SiC) noch wesentlich höhere Anforderungen an die thermische Lastwechselfestigkeit der Verbindungsschichten stellen, da SiC-Bauelemente bis zu Temperaturen von 300°C betrieben werden können.

Die von SEMIKRON entwickelte Sinter-Technologie eignet sich für derart hohe Temperaturbereiche. Das ist dem hohen Schmelzpunkt von 961°C bei den Verbindungslagen zu verdanken, der damit etwa 740 Kelvin über dem Schmelzpunkt der heute üblichen Lotlegierungen liegt. Diese hohe Temperaturstabilität der Sinter-Technologie führt dazu, dass, wie aktuelle Zuverlässigkeitstests gezeigt haben, die Verbindungsschichten nicht altern.

Im Lauf der Jahre haben sich die Anwendungsbereiche für Power-Module drastisch verändert. In der Vergangenheit wurden sie in leicht zugänglichen, stationären Schaltschränken mit definierten Kühlungsbedingungen eingesetzt. Heutzutage hingegen kommen Powermodule auch in mobilen Bereichen zum Einsatz; etwa bei Fahrzeugen mit Kühlbedingungen bis zu 110°C. Die große Herausforderung liegt darin, sicherzustellen, dass der Leistungshalbleiter bei diesen Kühlbedingungen seinen maximal zulässigen Strom Ic max. tragen kann. Bild 4 zeigt, dass die Schmelztemperatur der Verbindungsschicht bei Modulen mit gesinterten Chips beim sechsfachen Wert der max. zulässigen Chiptemperatur liegt.

*Christian Göbl ist Leiter Neue Technologien bei SEMIKRON, Nürnberg.

(ID:319511)