Forschungsschwerpunkte

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.

Indem man die flächige Verbindung durch Silbersintern herstellt (Ag hat einen hohen Schmelzpunkt, ist duktil und hat eine sehr hohe thermische Leitfähigkeit), kann man die Lebensdauer deutlich erhöhen. Gerade für hohe Betriebstemperaturen sind reine Silberverbindungen daher von großem Interesse. Es gibt aber auch noch andere Technologien, wie das „Transient Liquid Phase Soldering/Bonding“. Hierbei wird Sn-Basis-Lot verwendet, das während des Lötens bzw. bei der Erstarrung oder während nachgeschalteter Tempervorgänge sich vollständig in höher schmelzende intermetallische Phasen umwandelt. Dieses Prinzip kann sowohl mit Pasten als auch bei Anwendung sehr dünner Schichten angewendet werden.

Draht- oder Bändchenbondkontakte können ebenfalls noch weiter in ihrer Lebensdauer gesteigert werden. Hier ist vor allem Das Cu-Dickdrahtbonden von Interesse, wofür auf der Chipoberseite eine Cu-Schicht notwendig ist. Am Fraunhofer IZM können galvanische Cu-Schichten auf Leistungshalbleitern abgeschieden werden.

Letztendlich rundet die Verkapselungstechnik das technologische Angebot auf dem Gebiet der AVT für die Leistungselektronik ab, so dass ganze Leistungselektronischen Systeme am Fraunhofer IZM aufgebaut werden können.

IZM-Services im Bereich Aufbau- und Verbindungstechnik

  • Die-Attach für Hochtemperaturanwendungen
    (Silbersintern und Transient Liquid Phase Bonding)
  • Entwicklung alternativer Technologien wie Flip-Chip, Ultraschallbonden, Cu-Dickdraht- oder Bändchenbonden, Sandwichaufbauten (doppelseitige Chipkühlung)
  • Ultraschallschweißen von Lastanschlüssen
  • Dickdrahtbonden bis 500 µm von Leistungsmodulen
  • Laserbonden von Bändchen 
  • Aufbautechnologien für GaAs, InP, SiC und GaN sowie gedünnte Halbleiter
  • Wafer-level Packaging von Leistungshalbleitern
  • Einbetten von Leistungshalbleitern
 

Innovative Treiber vom Fraunhofer IZM

Das vom Fraunhofer IZM vorgestellte Konzept zeigt neue Ansätze für schnellschaltende Leistungshalbleiter mit geringeren Schaltverlusten durch die Vermeidung negativer Effekte durch Freilaufdioden.

 

Niederinduktive Packages für schnell schaltende Halbleiter

Die Grundlage für kleine Umrichter mit hoher Leistungsdichte

 

Kompakte Umrichter mit hoher Leistungsdichte

Die neu entwickelte Halbleitergeneration auf Galliumnitrid- und Siliziumkarbid-Basis bietet auf Systemebene angesichts ihrer geringen Schaltverluste die Möglichkeit, die Schaltfrequenzen von leistungselektronischen Systemen signifikant zu erhöhen.

 

Leistungselektronik - Vom Chip zum System

 

Einbetten

Die Miniaturisierung und das Packaging von Leistungselektronik durch die Einbettung der Halbleiter in die Aufbaulagen einer Leiterplatte haben in den vergangenen Jahren eine beachtliche Entwicklung durchlaufen. Neben der Kommerzialisierung und ersten Produkteinführungen werden jedoch weiterhin unterschiedliche weitergehende Konzepte und ihre wissenschaftlichen und technologischen Grundlagen entwickelt und erprobt.

Lasermikroschweißen

Lasermikroschweißen auf Basis eines vollautomatischen Drahtbonders zur Verarbeitung von Bändchen aus Kupfer, Aluminium, Nickel, Gold, Silber und Platin mit Breiten bis zu 2 mm und Dicken bis zu 0.5 mm. Besonders geeignet für schwingende oder druckempfindliche Substrate, wie z. B. Batterieankontaktierung. Baugruppengröße maximal 650 mm × 350 mm, Genauigkeit ≤ ±5 µm, industrieller Schweißmonitor zur Prozessüberwachung. Nutzung dieses Verfahrens auch in Verbindung mit einer Prozessentwicklung und Qualitätsbeurteilung auch nach mechanischer oder thermischer Alterung.

Projekte im Bereich Aufbau- und Verbindungstechnik für die Leistungselektronik

ULTIMO

Kompaktes Leistungsmodul mit hoher Zuverlässigkeit

In Zusammenarbeit mit Automobilbauern und -zulieferern konzipiertes und aufgebautes ultrakompaktes, doppelseitig gekühltes Leistungsmodul