Aufbau- undVerbindungstechnikvon Leistungsmodulen
Pionier im Halbleiter-Packaging
Semikron Danfoss hat 1975 das weltweit erste isolierte Leistungshalbleiter-Modul mit Bipolar-Chips vorgestellt. Diese Innovation setzt sich bis heute mit neuen Aufbau- und Verbindungstechnologien, Produktionstechniken und modernster Elektronik und Halbleitern fort.
Kontinuierliche Entwicklung
Im Jahr 1989 folgte das erste IGBT-basierte Standardmodul. Der Modulbau ist auch heute noch mit dem ursprünglichen innovativen Design verbunden. Ein oder mehrere DBC (Direct Bond Copper)-Keramiksubstrate werden mit einer Kupfergrundplatte gelötet, die auch als Montagefläche für den Kühlkörper dient. Die DBC-Substrate bestehen aus einer dünnen Keramikschicht aus Al2O3 oder AlN, die auf der Ober- und Unterseite mit Kupfer beschichtet ist.
Auf die Oberseite der DBC-Substrate sind die Rückseiten der Chips aufgelötet (IGBT: Kollektor, Dioden: meist Katode). Die Vorderseiten der Chips (IGBT: Gate- und Emitter, Diode: Anode) sind mittels paralleler Aluminium-Bonddrähte zu entsprechenden Pads des DBC-Substrats kontaktiert. Auf diese Pads sind entweder die Modulanschlüsse aufgelötet oder es werden Drahtbondverbindungen zu mechanisch im Modulgehäuse verankerten Anschlüssen hergestellt.
Die kontinuierliche Weiterentwicklung der Aufbau- und Verbindungstechnologie von Leistungsmodulen wird einerseits durch die Material-/Produktionskosten und andererseits durch immer höhere technische Anforderungen getrieben.
Hierzu gehört eine optimale Ableitung der in den Halbleitern entstehenden Verlustwärme sowohl statisch als auch bei Kurzzeitbelastungen. Mittels effizienter Kühlmethoden können Leistungsmodule hocheffektiv ausgelastet werden – ein „Muss“ für hohe Leistungen und möglichst niedrige Halbleiterkosten. Dadurch erhöhen sich die zulässigen Temperaturen der IGBT- und Diodenchips von Chipgeneration zu Chipgeneration. Hohe Chip-Betriebstemperaturen und eine effiziente Wärmeabführung verschärfen jedoch die Anforderungen an die Temperatur- und Lastzyklenfestigkeit des Modulaufbaus, was eine kontinuierliche Weiterentwicklung von Aufbau- und Verbindungstechnologien erfordert.
Mit Technologien wie SKiiP, SPRiNG, SiNTER, SSS und DSS, die erfolgreich im Markt positioniert sind, ist Semikron Danfoss einer der Schrittmacher dieser Entwicklung bei den Leistungsmodulen.
