Graphit zwischen Chip und keramischen Schaltungsträgern - Einbindung und Auswirkung von Graphit im leistungselektronischen Aufbau (Deutsch)

in PLUS. Produktion von Leiterplatten und Systemen ; 18 , 12 ; 2420-2428
PLUS. Produktion von Leiterplatten und Systemen
; 2016
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Die fortschreitende Miniaturisierung und Integration elektronischer Systeme fordert immer neue und kompaktere Modullösungen in der Leistungselektronik. Gleichzeitig soll auch die Lebensdauer und Zuverlässigkeit verbessert werden. Dem Material Graphit wird dabei ein großes Potential zur Erhöhung der thermomechanischen Belastbarkeit von Leistungshalbleitermodulen zugesprochen, dank seines an Silizium oder Siliziumkarbid angepassten Ausdehnungskoeffizienten und seiner ausgezeichneten Wärmeleitfähigkeit. Im Fokus dieser Veröffentlichung steht die Integration von Graphit in den Stapelaufbau eines Leistungsmoduls für die Verbesserung der Lebensdauer. Eine kostengünstige Metallisierung des Graphits eröffnet vielseitige neue Möglichkeiten für Anwendungen in der Aufbau- und Verbindungstechnik. Es ist gelungen, ein für die Leistungselektronik geeignetes Graphit mit einem Aktivlot und einer PVD-Beschichtung zu metallisieren. Die hergestellte Metallschicht konnte anschließend zum Aufbau von Proben sowohl mittels Löten als auch Sintern weiterprozessiert werden. Durch Einsatz des Graphitmaterials zwischen dem gesinterten Chip und einemAl2O3 DCB-Substrat konnte eine 2,7-fache Lebensdauer im aktiven Temperaturwechseltest bei ähnlichem thermischen Widerstand im Vergleich zu einem gesinterten Referenzaufbau ohne Graphit erreicht werden.

The advances in miniaturization and integration of electronic systems are demanding innovative and more compact modular solutions for power electronics. At the same time live cycle and reliability are to be improved. Graphite as a material is ascribed a high potential to increase the thermo-mechanical load bearing ability in power semiconductor modules. This is based on its expansion coefficient matching that of silicon or silicon carbide, as well as its excellent thermal conductivity. This publication will focus on the integration of graphite in the layer stacks of power modules to improve their life span. Cost-efficient metallization of graphite opens up a multitude of new applications in the assembly and connection technologies. It is now feasible to metallize graphite materials suited for power electronics by means of active soldering and PVD coating. The metal layers created by this procedure could be further processed by soldering as well as sintering for the purpose of building up samples. Depositing the graphite material between the sintered chip and an Al2O3-DCB substrate enabled a 2.7-fold increase in life span in an active temperature cycle test at a thermal resistance similar to a sintered reference buildup without the use of graphite.

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