Effiziente SiC-Leistungsmodule – Herausforderungen und Lösungsansätze zum großflächigen Silber-Sintern von "Active Metal Brazed"-Substraten auf Aluminium-Bodenplatten

SiC-Leistungsmodule ermöglichen eine deutliche Steigerung der Energieeffizienz aufgrund ihrer höheren Be-triebstemperatur der SiC-Halbleiter von über 175 °C, höheren Schaltfrequenzen und gesteigerten Leistungs-dichten. Neben dem bereits breit etablierten Silbersintern von SiC-Halbleitern auf Metall-Keramik-Substraten stellt die Optimierung der thermischen Anbindung von AMBs auf Bodenplatten – bezeichnet als „Large Area Sintering“ (LAS) - eine weitere Herausforderung dar.
Heraeus Electronics hat dazu die Silber-Sinterpasten der mAgic® PE360 Serie als zuverlässigere Alternative zu bisherigen gelöteten Leistungsmodulen in den Markt gebracht, wobei „Active Metal Brazed“-Substrate (AMB’s) auf Kupfer-Bodenplatten gesintert werden können. Neben der Zuverlässigkeit stellen jedoch Kosten und Gewicht entscheidende Aspekte für den breiten Einsatz der LAS-Technologie dar. Der Ersatz von Kupfer-Bodenplatten durch bisher schwer sinterbare Aluminium-Bodenplatten könnte dazu entscheidende Beiträge liefern. Heraeus Electronics untersucht deshalb im Rahmen des EU-Projektes „FastLane“ wie Silber-Sinter-pasten die Verbindung von AMB-Substraten mit Aluminium-Baseplates kostengünstig ermöglichen können.
Das Ziel der Arbeit besteht darin, die Drucksinter-Ergebnisse der Silberpasten mAgic® PE 360 Serie zwischen AMBs und verschiedenen Bodenplatten-Varianten wie versilberten Kupfer- und Aluminium-Bodenplatten so-wie vernickelte und verkupferte Aluminium-Bodenplatten in leistungselektronischen Modulen zu bewerten und weiterzuentwickeln. Dazu wurden Langzeitzuverlässigkeitsversuche in Form von passiven Temperaturwech-seltests durchgeführt. Die Ergebnisse der großflächigen Sinterverbindung wurden mittels SAM-Aufnahmen auf die Delamination sowie die Anbindung der Sinterpaste untersucht.