Untersuchungen zur Optimierung von elektrischen Schaltungsträgern auf der Basis von Keramik-Metall-Verbunden

1. Auflage 2008
ISBN: 978-3-934142-31-2
Verlag: Detert, M

Buch, Deutsch, Band 6, 150 Seiten, PB, Format (B × H): 148 mm x 210 mm

Reihe: System Integration in Electronic Packaging

DBC-Substrate (direct bonded copper) sind Schaltungsträger für die Leistungselektronik. Durch die Gestaltung der Geometrie der Kupferflächen auf dem keramischen Grundmaterial kann Einfluss auf die Temperaturwechselbeständigkeit der Substrate genommen werden. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Einfluss der geometrischen Abmessungen auf das Schadensbild und die Schadensgeschwindigkeit im direkten Vergleich untersucht, um Kupferstrukturen zu finden, mit denen ein Schaltungslayout hinsichtlich der Temperaturwechselbeständigkeit optimiert werden kann.

Bei der Variation der Strukturgröße fällt eine geringe Temperaturwechselbeständigkeit von Substraten mit sehr großen und sehr kleinen Kupferflächen auf, was ein Hinweis auf das Vorhandensein einer optimalen Größe ist. Ein geringes Aspektverhältnis von Länge und Breite verändert die Temperaturwechselbeständigkeit positiv, ein hohes Aspektverhältnis negativ. Eine Ausnahme bilden sehr schlanke Leiterbahnen, die eine sehr hohe Temperaturwechselbeständigkeit aufweisen. Eine Variation der Eckgeometrie in Form einer Verrundung hat eine negative Auswirkung auf die Temperaturwechselbeständigkeit.

Die Gestaltung der Rückseite hat einen starken Einfluss auf die Temperaturwechselbeständigkeit. Eine vollflächige Kupferstruktur erweist sich als günstig. Wird das Prinzip des Kraftausgleichs angewandt und die Geometrie der ersten Seite gespiegelt, resultiert daraus eine geringere Temperaturwechselbeständigkeit. Der Versatz der beiden Strukturen auf Vorder- und Rückseite hat ebenfalls einen großen Einfluss auf die Temperaturwechselbeständigkeit. Günstig wirkt sich bereits ein geringer Versatz der beiden Kupferschichten aus.

Bei der Untersuchung des Schadensverlaufes wird der Bruch bei quadratischen oder rechteckigen DBC-Substraten in fünf Phasen unterteilt. Der Bruch verläuft nicht durchgängig, sondern in zwei Schritten. Zunächst tritt ein Schaden unterhalb der Mitte der Kanten, dann erst unterhalb der Ecken der Kupferstruktur auf. Das Schadensbild lässt auf eine Asymmetrie im Schaltungsträger schließen, welche sich auf unterschiedliche herstellungsbedingte intrinsische Lasten in den Kupferschichten zurückführen lässt.

Autoren/Hrsg.

Günther, Michael

Wolter, Klaus J

Zerna, Thomas

Wiese, Steffen

Über Autor(innen)

Herr Dr. Günther studierte von 1999 bis 2004 Materialwissenschaften an der Universität Bayreuth. Dabei beschäftigte er sich neben dem Studium mit der Auslegung unterschiedlicher Werkstoffe in rauer Umgebung. Nach Erfahrungen im Bereich der Dichtungstechnologie unter hohen Temperaturen und der Optimierung von Oberflächen im Bereich Rennsportanwendungen widmete er sich der Gas- und Betriebsmittelsensorik im Automobil. Die hohen thermischen Belastungen der Materialien und Systeme führten ihn schließlich zu dem Arbeitsgebiet hochbelasteter Elektronik. Herr Dr. Günther war von 2004 bis 2007 Doktorand am Institut für Aufbau- und Verbindungstechnik der Elektrotechnik an der Technischen Universität Dresden und der Robert Bosch GmbH in Stuttgart. Seine Dissertationsschrift reichte er an der Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik der Technischen Universität Dresden zur Begutachtung ein. Seit dem Jahr 2007 ist Herr Dr. Günther im Zentralbereich Forschung von Vorausentwicklung der Robert Bosch GmbH tätig.