110 Prakt. Met. Sonderband 52 (2018)
Ein Leistungsmodul besteht aus einem DCB-Substrataus Kupfer und Aluminiumoxidkeramik
IGBT- Chips und Dioden aus Silizium ‚einer Verbindungsschicht aus gesintertem Silber und
Drahtbonds aus Aluminium.
2.2 Eigenschaften von Silber -Sinterverbindungen
Silberpasten haben gegenüber Standard Lotverbindungen (SnAg) verbesserte elektrische, thermi-
sche und mechanische Eigenschaften. In Tabelle sind diese Eigenschaften dargestellt.
Sn96,5Ag3,5 Silberpaste ( porositätsabhängig)
Elektrische Leitfähigkeit 7,8 MS/m ~ 40 MS/m
Warmeleitfahigkeit 70 W/m/K 180...360 W/m/K
Thermischer 28 ppm/K 20 ppm/K
Ausdehnungskoeffizient
Elastizitdtsmodul (20 °C) ~ 40 GPa 30...55 GPa
Zugfestigkeit (20 °C) 45 MPa ~ 150 MPa ]
Schmelzpunkt 221 °C 961 °C
Tabelle 1-: Elektrische, thermische und mechanische Eigenschaften von Sn96,5Ag3,5 -
im Vergleich zu gesintertem Silber [2] a
Es gibt allerdings neue Fehlermechanismen wie z.B. Adhäsionsprobleme in den Grenzflächen
zwischen Chip und Substrat, Inhomogenitit der Sinterschicht sowie druckinduzierte Schidigungen
der sproden Halbleiter, welche durch die Belastung im Sinterprozess entstehen.
Der nach dem Sinterprozess verbliebene Porenanteil in einer Sinterverbindungsschicht hat Einfluss
auf die Eigenschaften und die Zuverlissigkeit des Leistungsmoduls. [3] Die Porositit in einer Sin-
terschicht fiir ein Leistungsmodul kann bis zu 30% betragen. Sie ist abhängig vom Herstellungsver-
fahren und von der verwendeten Silberpaste. Zur Qualifizierung der Sinterschichten ist deswegen
die Untersuchung der Porosität der Verbindung wichtig
3 _Metallographische Untersuchung der Silber-Sinterschicht
Die Qualität der Silbersinterschicht wird mit Hilfe der Metallographie untersucht. Bei der metallo- a
graphischen Präparation gestaltet sich die Bearbeitung der unterschiedlichen Härten der verschiede- Fre oe
nen Materialien als Herausforderung. Die zu präparierende Fläche beträgt zwischen 2cm und 5cm oo oo
in der Lange und 1cm in der Höhe. Das Schleifen mit SiC -Papier führt zu Kantenabrundungen an i = -
der Grenzflidche Kupfer und Keramik. Das Schleifen mit Diamantscheiben dauert sehr lange und wn
kann bei zu hohem Anpressdruck zur Beschädigung des Siliziumchips führen. Außerdem wird die m )
Silber-Sinterschicht verschmiert, so dass sich das wahre Gefüge mit Porosität nicht darstellen lässt. A
Folgende Präparationsmethode hat sich für die Zielpräparation eines 200um Drahtbonds. bewährt: Largosche
MI U une
Eine Präparationsmethode ist, die Probe mit einer Diamantsäge bis 1mm vor der Zielebene zu tren-
nen. Danach wird die Probe mit180 er und 500er SiC-Papier bis zur Zielebene geschliffen. An-
schließend wird die Probe 15 Minuten lang auf einer Largo-Scheibe mit einem Anpressdruck von
