Keramik-Einbettung für die Leistungselektronik der Zukunft

12.11.2018

© Fraunhofer IISB

Nahaufnahme eines mittels der DCB-Embedding-Technologie eingebetteten Wide-Bandgap-Bauelements.

Der Trend zur Miniaturisierung und dreidimensionalen Integration führt Leistungsbauelemente an ihre Grenzen, insbesondere im Hinblick auf Temperaturbeständigkeit und hohe Schaltgeschwindigkeiten bei gleichzeitig langer Lebensdauer. Die Anwendbarkeit von etablierten Aufbaukonzepten auf der Basis von PCBs (Printed Circuit Boards) und LTCC (Low Temperature Cofired Ceramic) ist hier limitiert. Abhilfe schafft ein neuartiges Aufbaukonzept, das auf der Einbettung der Bauelemente in einen keramischen Schaltungsträger beruht.

Bei dieser als DCB Embedding (Direct Copper Bonded) bezeichneten Technologie werden die Leistungshalbleiter mit Hilfe einer geeigneten Aufbau- und Verbindungstechnik in speziell vorbereitete DCB-Substrate eingebracht und dann mit einem Vergussmaterial umschlossen. Dabei erfolgt die Vorbereitung des DCB-Substrats mittels Laserstrukturierung. Die hohen Kupferschichtdicken ermöglichen eine hohe Strombelastbarkeit. Als Isolationsmaterial können verschiedene keramische Werkstoffe eingesetzt werden. Die Auswahl des geeigneten Materials erfolgt mit dem Blick auf die Optimierung von Hochtemperaturbeständigkeit, Wärmemanagement und mechanische Eigenschaften. Die elektrischen Verbindungen werden durch integrierte Vias (Durchkontaktierungen) erstellt. Der Einsatz zusätzlicher Vias ermöglicht die Herstellung von Mehrschicht-DCB-Stapeln, welche besonders für niederinduktive Anwendungen von Vorteil sind. Die Entwicklung der DCB-Embedding-Technologie wird in den kommenden Jahren am Fraunhofer IISB weiterhin intensiv verfolgt werden, um das volle Potenzial der Wide-Bandgap-Bauelemente für die Nutzung in leistungselektronischen Anwendungen ausschöpfen zu können.