Erhöhte Arbeitstemperatur und Lastwechselfestigkeit

Nach der in Bodenplattenmodulen vorhandenen Lötung zwischen DCB-Keramik und Bodenplatte sind die Verbindungen zwischen den Chips und der DCB die nächstgrößten Lotverbindungen eines Leistungsmodules. Mit der Substitution dieser Lotschichten durch eine Sinterverbindung können Arbeitstemperatur und Lastwechselfestigkeit nochmals erhöht sowie die Wärmeabführung aus den Chips weiter verbessert werden.

Bei der 2007 für Leistungsmodule von SEMIKRON vorgestellten SKiNTER Technologie wird ein feines Silberpulver bei einer Temperatur um 250 °C unter hohem Druck zu einer Silberschicht sehr geringer Porosität gesintert und verbindet Chip und DCB-Oberfläche äußerst stabil bis zum Schmelzpunkt des Silbers bei 962°C.

Diese - gegenüber einer SnAg Lotschicht viermal höhere Schmelztemperatur - ist der Schlüssel für die je nach Aufbau zwei bis drei mal höhere Lastwechselfestigkeit und Langzeitzuverlässigkeit gesinterter Bauelemente bei hohen Betriebstemperaturen, da ein heutiges SnAg Lot bereits bei 125 °C durch die thermische Belastung altert. Bild 1 verdeutlicht die erreichbaren Verbesserungen an einem Beispiel: Beim gelöteten Modul führt die Alterung des Lots weit früher als beim gesinterten Modul zum Anstieg der Chiptemperatur aufgrund verschlechterter Wärmeabführung. Das Modul mit der Sinterverbindung zwischen Chip und DCB hat eine höhere Lebensdauer.

Ausfallmechanismen am Lebensdauerende gelöteter...
...und gesinterter Leistungsmodule

Aus der gegenüber einer Lotschicht um mindestens 70% kleinerer Schichtdicke und einer über dreimal besseren Wärmeleitfähigkeit resultiert ein etwa 15mal niedrigerer thermischer Widerstand der Sinterschicht. Weitere Vorteile gegenüber einer Lotverbindung sind beispielsweise ein niedrigerer thermischer Ausdehnungskoeffizient und die höhere Zugfestigkeit.