Mechanische Eigenschaften nach thermischer Zyklierung und Silberbeschichtung von Metallkeramiksubstraten

Abstract:
Durch die Einführung von Wide Bandgap Halbleitern, wie SiC, kann die Betriebstemperatur von Leistungshalbleiterbauteilen gegenüber Siliziumbauelementen erhöht werden, was insbesondere für die Materialien der Aufbau- und Verbindungstechnik zu deutlich höheren Ansprüchen führt. Metall-Keramische Substrate basierend auf Si3N4 sind ideal geeignet für diese stets wachsenden Anforderungen in Bezug auf Zuverlässigkeit und effektiver Wärmeabführung im Bereich der Leistungselektronik. Aufgrund des deutlich höheren Schmelzpunkts von Silber (961 °C) gegenüber gängigen Weichloten ist die Silbersintertechnologie ein interessanter Ansatz, um höhere Betriebstemperaturen zu ermöglichen. Von Wichtigkeit für diese Technologie ist jedoch eine zur Sinterpaste abgestimmte Substratmetallisierung, wie beispielsweise eine außenstromlos aufgebrachte Silberschicht. In Kombination mit Active Metal Brazed (AMB) Metall-Keramik-Substraten auf Si3N4 Basis kann hierdurch ein hoch temperaturwechsellastbeständiger Verbund erhalten werden. Im Rahmen dieses Beitrags werden die verschiedenen Substrattechnologien (Al2O3, ZTA, Si3N4) und ihre Temperaturwechselbeständigkeiten basierend auf Ultraschallmessungen vorgestellt. Anschließend wird der Versilberungsprozess und der Silbersinterprozess aufgezeigt.