Doppelte Stromdichte bei Leistungselektronik

Nürnberg, 17.Mai 2011 - Semikron entwickelte eine revolutionäre Verbindungstechnologie für Leistungshalbleiter, die bonddrahtfrei, lot- und wärmeleitpastenfrei ist. Die neue SKiN-Technologie ersetzt Bonddrähte durch eine flexible Folie sowie Lötverbindungen und Wärmeleitpaste durch Sinterverbindungen. Diese Technologie ermöglicht eine Verdoppelung der Stromdichte mit 3 A/cm2 im Vergleich zur Standard-Verbindungstechnik mit Bonddrähten mit 1,5 A/cm2. Das Volumen eines Umrichters wird dadurch um 35 % reduziert. Besonders für Umrichter in Fahrzeugen und Windkraftanlagen ist diese zuverlässige und platzsparende Technologie optimal.

Eine höhere Stromtragfähigkeit und eine 10 Mal höhere Lastwechselfestigkeit, die bei bisherigen Aufbauten mit limitierenden Bonddrähten nicht erreichbar war, ist damit möglich. Seit 25 Jahren ist der Bonddraht die grundlegende Methode um eine Verbindung zwischen einer Chipoberseite und einem DCB-Trägermaterial herzustellen. In Folge des technologischen Fortschritts limitieren Bonddrähte bei immer höheren Stromdichten die Zuverlässigkeit. Eine gesinterte Folie ersetzt nun die Bonddrähte auf dem Chip wobei die Chipunterseite ebenfalls auf das DCB gesintert ist. Die Chips können somit thermisch und elektrisch optimal angebunden werden, da eine Sinterschicht einen geringeren thermischen Widerstand hat als eine Lötschicht. Die gesinterte Folie bindet den Chip vollflächig an, die Bonddrähte nur an den Kontaktstellen. Die neue Verbindungstechnologie ermöglicht durch die hohe Lastwechselfähigkeit höhere Betriebstemperaturen, die bei neuen Materialien wie SiC und GaN ohne Kompromisse optimal ausgenutzt werden können.

Die neue Verbindungstechnik ist nicht nur bonddrahtfrei, sondern lot- und wärmeleitpastenfrei. Eine Sinterschicht ersetzt die Wärmeleitpaste und die gelötete Grundplatte. Die Wärmeleitpaste ist für ca. 30% des thermischen Widerstandes eines Gesamtsystems verantwortlich. Durch deren Ersatz wird die thermische Leitfähigkeit zwischen Chip und Kühlmedium verbessert. Das Ergebnis ist ein um 30% höherer nutzbarer Strom des Umrichters.

Beispielsweise wird es durch die SKiN Technologie erstmals möglich, einen 3 MW Windumrichter in einem einzigen Schaltschrank unterzubringen. Ein Umrichter mit 90 kW Leistung für Elektro- und Hybridfahrzeuge wird um 35% kleiner als der kleinste im Markt erhältliche Umrichter. Für Umrichter in Fahrzeugen und Windkraftanlagen werden wassergekühlte Systeme eingesetzt und durch die platzsparenden und gewichtsreduzierten Umrichter erreicht der Anwender einen wesentlichen Wettbewerbsvorteil.