VORSCH - Verbindungstechnik und organische Schaltungsträger für Hochtemperatur Elektronik

Kurzzusammenfassung

Bei allen Anwendungen aus dem Bereich Leistungselektronik ist ein Trend zu immer höheren Leistungsdichten, steigenden thermischen Belastungen und schärfer werdenden Zuverlässigkeitsanforderungen festzustellen. Die die kostengünstige organische Leiterplatte sowie die Standard-Fügeprozesse vor neue Herausforderungen stellen. Ag-Sintern hat sich als zuverlässige Fügetechnologie in der Leistungselektronik etabliert. Ziel ist die Entwicklung eines selektiven Ag-Sinterprozesses für ungehäuste Halbleiterbauelemente um thermisch stark beanspruchte Bauelemente nachträglich zu bestücken. Die restliche Schaltung wird weiterhin in der kostengünstigen Standardtechnologie aufgebaut. Für die neuartige Fügetechnik wird ein Lebensdauermodell für Verschleißausfälle erstellt.

Ziele

Generell ist bei allen Anwendungen aus dem Bereich Leistungselektronik ein Trend zu immer höheren Leistungsdichten, steigenden thermischen Belastungen und schärfer werdenden Zuverlässigkeitsanforderungen festzustellen. Insbesondere die beiden letztgenannten Punkte stellen die kostengünstige Leiterplatte sowie die Standard-Fügeprozesse vor Herausforderungen.

Die Ziele des Forschungsvorhabens „Verbindungstechnik und organische Schaltungsträger für Hochtemperatur Elektronik (Vorsch)“ sind: 

  • Entwickeln eines selektiven Ag-Sinterprozesses für ungehäuste Halbleiterbauelemente
  • Erstellen eines ersten Lebensdauermodells für Verschleißausfälle für die Standard-Technologien Kleben, Löten sowie die neue Technologie Ag-Sintern

Die Ziel-Applikationen sind Getriebesteuerungen für Automobile. Künftige Entwicklungen verlangen höhere Einsatztemperaturen der Elektronik. Bisher werden alle Bauelemente auf die Leiterplatte gelötet oder geklebt. Es existieren zwei Gruppen von Bauelementen. Die deutlich größere Gruppe enthält Bauelemente mit kleiner Verlustleistung und damit vernachlässigbarer Eigenerwärmung. Diese Gruppe ist unkritisch und nicht Gegenstand des Projekts. Die zweite Gruppe betrifft einige wenige Leistungsbauelemente mit hoher Eigenerwärmung. Die aktuell verwendete Löt- und Klebetechnik kann an dieser Stelle nicht weiter eingesetzt werden da die sinnvolle Einsatztemperatur überschritten würde. Durch Einsatz einer neuartigen temperaturstabilen selektiven Sintertechnik können die temperaturkritischen Halbleiterbauelemente nachbestückt werden. Die unkritischen Schaltungsteile werden weiterhin mit Standardtechnologie aufgebaut. Leider kann nicht die komplette Baugruppe in der innovativen Sintertechnik realisiert werden, da die Vielzahl der unkritischen Bauelemente für diese Technik nicht geeignet ist und aufwendig modifiziert werden müsste.

Gleichzeitig sind von Interesse, wie sich die Standard-Technologien im Vergleich zur neuen Sintertechnik unter moderaten Bedingungen hinsichtlich der erreichbaren Lebensdauer verhalten.

Zusammenfassend soll bei erfolgreichem Projektabschluss folgendes wirtschaftlich ausgenutzt werden: 

  • Höhere zulässige Temperatur an den Leistungsbauelementen (Hot Spots der Schaltung), dadurch verbesserter thermischer Widerstand, dadurch kleinere Chipflächen realisierbar bei sonst identischer Performance und somit deutlich kostengünstigere Elektronik 

Höhere zulässige Gesamttemperatur des elektronischen Systems, dadurch Vorteile im mechanischen Getriebe

Projektpartner

Conti Temic microelectronic GmbH, Nürnberg

Hofmann Leiterplatten GmbH, Regensburg

Fraunhofer IISB, Erlangen

 

gefördert durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Energie und Technologie

Laufzeit

2016 - 2020