Graphit zwischen Chip und keramischen Schaltungsträgern – Einbindung und Auswirkung von Graphit im leistungselektronischen Aufbau

Die fortschreitende Miniaturisierung und Inte­gration elektronischer Systeme fordert immer neue und kompak­tere Modullösungen in der Leistungselektronik. Gleichzeitig soll auch die Lebensdauer und Zuverlässigkeit verbessert werden. Dem Material Graphit wird dabei ein großes Potential zur Erhöhung der thermomechanischen Belastbarkeit von Leistungshalbleitermodulen zugesprochen, dank seines an Silizium oder Siliziumkarbid angepassten Ausdehnungskoeffizienten und seiner ausgezeichne­ten Wärmeleitfähigkeit. Im Fokus dieser Ver­öffentlichung steht die Integration von Graphit in den Stapelaufbau eines Leistungsmoduls für die Verbesserung der Lebensdauer. Eine kostengünstige Metallisierung des Graphits eröffnet vielfältige neue Möglichkeiten für Anwendungen in der Aufbau- und Verbindungstechnik. Es ist gelungen einen für die Leistungselek­tronik geeigneten Graphit mit einem Aktivlot und einer PVD Beschichtung zu metallisieren. Die hergestellte Metallschicht konnte anschließend zum Aufbau von Proben sowohl mittels Löten als auch Sintern weiterprozessiert werden. Durch Einsatz des Graphitmaterials zwischen dem gesinterten Chip und einem Al₂O₃ DCB Substrat konnte eine 2,7-fache Lebensdauer im aktiven Temperaturwechseltest bei ähnlichem thermischen Widerstand im Vergleich zu einem gesinterten Referenzaufbau ohne Graphit erreicht werden.