Leistungsangebot

Entwurf, Simulation und Integration von Heatspreadern

Heatspreader (Wärmespreizer) werden in der Mikroelektronik verwendet, um Verlustwärme möglichst gut zu verteilen und so den thermischen Widerstand zu minimieren. Heatspreader müssen die Wärme auf einer größeren Fläche verteilen (spreizen), daher eignen sich Materialen mit einer guten Wärmeleitfähigkeit besonders gut, z.B. Kupfer, Aluminium, Silizium oder (künstlicher) Diamant. Es muss aber immer auch die Wärmedehnung (Coefficient of Thermal Expansion, CTE) mit betrachtet werden, die möglichst gut an die Komponente (Chip, Halbleiter) angepasst sein sollte. Ein Kompromiss ist dann ein Heatspreader aus Verbundmaterialien wie z.B. Cu/W mit einem abgepassten CTE, aber dafür weniger guter thermischer Leitfähigkeit. Grundsätzlich ist ein Heatspreader nichts anderes als ein Substrat unter einem Halbleiter, z.B. Laser, LED, Transistor.

Am Fraunhofer IZM finden Heatspreader Verwendung in Form von:

  • Cu/W oder Cu/Mo für die Optoelektronik (Laser) und HF-Technik. Die IZM-Expertise besteht in der Verbindungstechnik der Halbleiter-Bauelemente zu den Wärmespreizern
  • Si im Wafer-Level / 3D-Packaging
  • Als Cu-Lagen im Panel-Level Packaging (z. B. niederinduktive Packages)
  • In der Leistungselektronik
  • LED Packaging
  • In Lead-Frame-basierten Packages
  • Bei der Auslegung von Electronic Packages.
     

Arbeitsgruppe

Metallische Verbindungstechnologien

Unser Portfolio beinhaltet die Entwicklung und Anwendung von metallischen Verbindungstechnologien für LEDs, Opto- und HF-Komponenten sowie für die Leistungselektronik.

 

Arbeitsgruppe

Montage und Verkapselung

Wir erforschen Integrationstechniken für System-in-Package Produkte mit den Schwerpunkten Bauteilmontage für hochintegrierte Packages und Füge-/Verkapselungsprozesse basierend auf Polymermaterialien.

 

Aufbau- und Verbindungstechnik für die Leistungselektronik

Der Aufbau von Leistungsmodulen umfasst heute nicht nur das flächige Löten und Al-Dickdrahtbonden. Neue Aufbaukonzepte mit optimiertem thermischen Design wie die doppelseitige Kühlung sind genauso in der Entwicklung wie neue Verbindungstechnologien, von denen man sich eine höhere Lebensdauer erhofft.

 

Niederinduktive Packages für schnell schaltende Halbleiter

Die Grundlage für kleine Umrichter mit hoher Leistungsdichte

 

Zuverlässigkeitsbewertung mit FEM

Um Schwachstellen im Design (frühzeitig) festzustellen oder um die optimale Geometrie unter Berücksichtigung externer Belastungen abzuleiten, werden Finite Elemente (FE) Simulationen angewandt. Mittels sogenannten Multi-Physik-Simulationen können z.B. thermo-mechanische, elektro-thermische, und elektro-mechanische Kopplungen berücksichtigt werden.