Prakt. Met. Sonderband 52 (2018) 109
Untersuchung der wahren Porosität von Silbergesinterterten Verbin-
dungen nach der metallographischen Probenpräparation
Katja Reiter (V), Lars Boie, Saskia Schröder
Fraunhofer Institut für Siliziumtechnologie, Itzehoe
I Einführung
Das Silbersintern gewinnt immer mehr an Bedeutung in der Leistungselektronik bei der Herstellung
von Wechsel- oder Gleichrichtern in den verschiedensten Anwendungsbereichen von Bahntechnik
bis hin zu Windkrafttechnik. Bei Leistungsmodulen werden DCB-Substrate (Direct Copper Bond)
mit Dioden, IGBTs (Insulated-Gate Bipolar Transistor) oder Power MOSFETs (Metall Oxide Se-
miconductor Field Emitting Transistor) bestückt, welche in ein Gehäuse verbaut werden.
Beim Silbersintern wird ein nanoskaliges Silberpulver mit einigen Zusätzen, wie z.B. Aktivatoren,
unter Druck (typischerweise 10 MPa) und Temperatureinfluss (250°C - 300°C) zu einer Verbin-
dungsschicht gesintert. Durch erhöhten Druck und erhöhte Temperatur werden die Bedingungen für
einen Diffusionsprozess geschaffen, sodass die Silberpartikel der Sinterpaste eine stoffschlüssige
Verbindung miteinander und den Fügepartnern eingehen. Das dabei entstehende Gefüge besitzt
näherungsweise die Eigenschaften des reinen Silbers.
Bei der metallograpischen Untersuchung von gesinterten Proben beobachtet man eine unterschiedli-
che Porositätsverteilung im Gefüge der Silberschicht. Im Randbereich der Fügezone findet man
höhere Porosität und in der Mitte der Probe Bereiche mit mehr oder weniger Porosität. Die Proble-
matik der metallographischen Probenpräparation liegt in den unterschiedlichen Materialeigenschaf-
ten der Fügepartner. Die Silbersinterschicht ist relativ weich, das DCB —Substrat besteht aus einer
sehr harten Aluminiumoxidkeramik und die Halbleiter aus sprödem Silizium. Dies muss bei der
Präparation berücksichtigt werden. Die Poren in der Silberschicht, welche im Herstellungsprozess
entstehen, können bei der metallographischen Bearbeitung verschmiert werden. Die Porosität hat
Einfluss auf die Zuverlässigkeit der Leistungsmodule. Deswegen ist die richtige Beurteilung der
Gefüge von großer Bedeutung.
2 Versuchsdurchführung
2.1 Aufbau eines Leistungsmodul
Bändchen Bonds Fliächenkontakt: Lot / Sinterschicht Hochstrom Anschioss
Diede-Chip ee
wupter
Verguas Keramik
rate
Großflächenkontaktierung:
“ot / Sinterschicht
rundplatie
WNürmeleitpaste
Kühlkörper
Abb.:1: Schematischer Aufbau eines Leistungsmoduls [1]
