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Sinter Bonder
Aufbau- und Verbindungstechnik für e-Mobility-Lösungen und Leistungselektronik
Für das Bonden von Halbleitern wie IGBTs, SiC-MOSFETs oder GaN HEMTs mit Ag auf DBC- oder AMB-Substraten oder für die Verbindung von Leistungsmodulen auf Kühlkörpern bietet das metallische Sintern eine leistungsstarke Aufbau- und Verbindungstechnik mit maximaler Zuverlässigkeit. Die Sinter Bonder von Tresky ermöglichen den Einsatz von Kupfersinterpaste, von thixotroper Silberpaste sowie von DIE Transfer Film (DTF).
Metallisches Sintern
Beim Sinterfahren wird der Chip mittels Sinterpaste unter Zuhilfenahme von Wärme und Druck auf ein Substrat gebondet. Typischerweise werden Kupfer- oder Silbersinterpasten verwendet. Beim eigentlichen Sintern werden die Metallpartikel durch Diffusionsprozesse miteinander verbunden. Der Vorteil gegenüber Lötprozessen ist die bessere Wärmeleitfähigkeit, die längere Lebensdauer und die hohe thermomechanische Stabilität. Diese Eigenschaften sind insbesondere in der Elektromobilität und der Leistungselektronik wichtig.
Das präzise Aufbringen der Paste ist der erste Schritt für einen zuverlässigen, reproduzierbaren Pre-Sinter Prozess in der Aufbau- und Verbindungstechnik. Dabei setzt Tresky die dafür entwickelte SQ-Nozzle ein, mit der ein sehr homogener und großflächiger Auftrag von Pastendepots möglich ist. Die Wiederholbarkeit der definierten Schichthöhe bzw. -dicke wird durch eine optische Schichtdickenmessung validiert. Nach dem Aufbringen der Sinterpaste wird in einem zweiten Prozessschritt innerhalb der Maschine der Leistungshalbleiter platziert.
Flyer Sintering Bonder PDF
White Paper: Motivation for Sintering in Semiconductor PDF
Sintern mit dem DTF-Verfahren
Beim DIE Transfer Film-Verfahren wird zunächst eine dünne Silbersinterschicht, ein so genannter Transferfilm, mit dem DIE aufgenommen. Dabei wird der aufgenommene Chip mit einer definierten Kraft und Temperatur in den Film eingedrückt. Beim anschließenden Anheben des Bauteils löst sich aufgrund der guten Haftung eine gleichmäßig dicke, definierte Fläche aus dem Film heraus, die an der Chip Unterseite haften bleibt. Der so beschichtete Chip wird dann auf das Ag- oder Au-Pad des DBC- oder AMB-Substrats gelegt und dem Sinterprozess zugeführt. Nach dem Sintern bildet sich eine hochreine Verbindung zwischen dem Bauteil und der Oberfläche, die eine hervorragende thermische und elektrische Leitfähigkeit aufweist.
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Large Area Sintern
Large Area Sintern – Integration von Half-Bridge Modulen
Für die E-Mobilität ist die Integration großflächiger Power-Module von zentraler Bedeutung, da sich diese Module durch eine hohe Leistungsdichte und Effizienz auszeichnen. Das Dispensen von Sinterpaste für Half-Bridge Module (>100 mm²) bietet eine attraktive Alternative zum Schablonendruck.
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Herausforderungen bei der Verbindung von Half-Bridge Modulen
Die Integration von großflächigen Power-Modulen, die eine Fläche von über 100 mm² aufweisen, wie AMB-Substrate oder Leiterplatten, die mit Kühlkörpern unter Verwendung des Silber-Sinterns verwendet werden, sind von hoher Aktualität. Diese Module sind von großer Bedeutung für verschiedene Anwendungen in der E-Mobilität, da sie eine hohe Leistungsdichte und Effizienz bieten. Doch die Verbindung dieser Komponenten stellt eine hohe technische Herausforderung dar, da Faktoren wie Verzug, Oberflächenqualität sowie die Anwendung und Verarbeitung von Pasten komplexer werden.
Insbesondere bei großflächigen Leistungshalbleitermodulen treten beim Trockensinterprozess Probleme auf, wie die schwierige Bedruckbarkeit großer Flächen mit dem Pastendrucker, die Bildung von Vertiefungen, auch Talbildungen genannt, und Verzugserscheinungen an den AMB-Substraten oder Modulen selbst. Diese Probleme können zur Bildung von Luftkammern (Voids) zwischen Substrat und Leistungsmodul führen, wodurch die Verbindung beeinträchtigt wird und sogar zur Entstehung von Mikrorissen führen.
Reproduzierbarer Wet-Sinterprozess
Im Gegensatz dazu bietet der Wet-Sinterprozess eine vielversprechende Alternative. Hierbei wird die nasse Sinterpaste mittels Dispensverfahren großflächig auf das Substrat aufgebracht. Anschließend wird das Modul oder der Halbleiter direkt in die Paste gesetzt. Dieses Verfahren ermöglicht es, den Verzug der Komponenten wie des Substrats und des Halbleiterchips durch die nasse Sinterpaste auszugleichen.
Darüber hinaus erlaubt das Dispensing-Verfahren das Erreichen minimaler Schichtdicken. Dadurch können der Materialaufwand sowie die Produktionskosten reduziert werden.
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Entwicklung und Optimierung der Sinterprozesse
Die Entwicklung und Optimierung dieser spezifischen Sinterprozesse sind entscheidend für die Herstellung zuverlässiger und effizienter, großflächiger Leistungshalbleitermodule. Durch die Verbesserung der Verbindungstechniken und die Reduzierung von Fehlstellen wird die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Module erhöht. Dies führt wiederum zu einer höheren Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und Sicherheit von E-Fahrzeugen.
Die kontinuierliche Forschung und Innovation in diesem Bereich sind unerlässlich, um den steigenden Anforderungen der Industrie gerecht zu werden und die technologische Entwicklung voranzutreiben. Insbesondere in der E-Mobilität und Leistungselektronik, wo Effizienz und Zuverlässigkeit von zentraler Bedeutung sind, tragen fortschrittliche Sinterprozesse maßgeblich zur Wettbewerbsfähigkeit und Nachhaltigkeit bei.