ISBN 9783843907798

978-3-8439-0779-8, Reihe Elektronik

Nicolas Heuck
Untersuchungen an silberbasierten Verbindungstechnologien für die Leistungs- und Hochtemperaturelektronik

180 Seiten, Dissertation Technische Universität Braunschweig (2012), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Als kritischer Aspekt für die Entwicklung einer hochtemperaturstabilen Elektronik hat sich die Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT), d. h. die Gesamtheit aus Kontaktierung, Befestigung, Montage und Gehäusetechnik elektronischer Bauelemente, herauskristallisiert. Durch hohe Temperaturen und Temperaturwechsel werden die gängigen Ausfallmechanismen in der Verbindungstechnik beschleunigt. Schneller ablaufende Diffusionsprozesse fördern die Bildung zuverlässigkeitsmindernder intermetallischer Phasen; höhere Temperaturänderungen führen zur Ermüdung von stoffschlüssigen Verbindungen. Im Resultat kommt es zum Ausfall von Metallisierungen, zur Beschädigung von Chip-Substrat-Verbindungen oder zur Ablösung von Bondanschlüssen.

Als höchstes Anforderungsniveau für die Realisierung einer hochtemperaturstabilen Verbindungstechnik gilt die Kombination aus hoher Temperatur und hoher Leistung.

Die Untersuchung von silberbasierten Konzepten für die innere Verbindungstechnik von Leis-tungsmodulen hinsichtlich einer Eignung für höchste Temperaturen einerseits und bezüglich der Ermüdung unter thermischer Wechsellast andererseits ist Ziel dieser Arbeit.

Für die Chip-Substrat-Verbindung stehen dabei Untersuchungen an Verbindungsschichten auf Basis der Niedertemperatur-Verbindungstechnik (NTV) im Vordergrund. Dieses Verfahren beruht auf dem Versintern von Silberpartikeln zwischen Chip und Substrat; im Resultat ergibt sich eine hochschmelzende Silberschicht mit prozessspezifischer Porosität. Bisherige Untersuchungen zur Temperaturstabilität von NTV-Schichten sind im Wesentlichen auf Temperaturen bis 250°C begrenzt. Daher sollen in dieser Arbeit die Auswirkungen von Temperaturen bis über 500°C auf die Eigenschaften von NTV-Schichten näher untersucht werden.

Weitere Analysen beschäftigen sich mit der bisher offenen Fragestellung, inwiefern sich eine Optimierung von NTV-Schichten durch die Zugabe von Additiven in die Sintermatrix erreichen lässt.

Für die oberseitige Kontaktierung wird ein Silber-Dickdraht-Bondverfahren entwickelt und zunächst hinsichtlich der Temperaturstabilität untersucht. Für Modulaufbauten mit NTV-Verbindung zwischen Chip und Substrat sowie Silber-Bonddrähten für die oberseitige Kontaktierung werden im Anschluss aktive Lastwechseluntersuchungen durchgeführt.

Zusammenfassend werden am Ende der Arbeit zwei mögliche Ansätze für den Einsatz silberbasierter Verbindungstechnologien in der Leistungs- und Hochtemperaturelektronik diskutiert.