SiNTER Technologie

Erhöhte Betriebstemperatur und Lastwechselfestigkeit

Die Lotschicht zwischen dem Chip und dem DBC-Substrat ist nach der Lotschicht zwischen Bodenplatte und DBC-Substrat die nächstgrößte Schicht in einem Leistungsmodul. Durch das Ersetzen dieser Lotschichten durch eine Sinterverbindung können Betriebstemperatur und Lastwechselfestigkeit nochmals erhöht sowie die Wärmeabführung aus den Chips weiter verbessert werden.

Die von Semikron Danfoss im Jahr 2007 eingeführte SiNTER Technologie für Leistungsmodule nutzt ein feines Silberpulver und ein innovatives Produktionsverfahren. Bei einer Temperatur um 250 °C und unter hohem Druck wird das Silberpulver zu einer gesinterten Schicht mit sehr geringer Porosität, die den Chip und das DBC-Substrat in einer äußerst stabilen Konfiguration bis zum Schmelzpunkt des Silbers bei 962 °C verbindet.

Diese hohe Schmelztemperatur, die viermal höher ist als bei einer SnAg-Lotschicht, ist der Schlüssel für die zwei- bis dreimal bessere Lastwechselfestigkeit und Langzeitzuverlässigkeit bei hohen Betriebstemperaturen. Heutiges Standard-SnAg-Lot zeigtbereits bei 125 °C Alterungserscheinungen.

Die Abbildungen unten verdeutlichen die erreichbaren Verbesserungen an einem Beispiel: Beim gelöteten Modul führt die Alterung des Lots viel früher zu erhöhten Chiptemperaturen als bei gesinterten Modulen, da sich die Wärmepfade verschlechtern. Das Modul mit der Sinterverbindung zwischen Chip und DBC-Substrat hat eine höhere Lebensdauer.

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