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Die steigenden Anforderungen an Leistungselektronikbauteile mit beispielsweise höheren Leis-tungsdichten erfordern den Einsatz neuer Halbleitermaterialien, welche wiederrum die Entwick-lung alternativer Verbindungstechnologien zwischen Halbleiterbauelementen und Trägersubstraten voraussetzen. Zudem ist seit 2006 der Einsatz bleihaltiger Materialien in Elektronikprodukten auf-grund deren toxischen Eigenschaften durch die Umweltschutzbehörden in Richtlinien und Geset-zen (RoHS und WEEE) verboten, weshalb in der Elektrotechnik der Ersatz hochbleihaltiger Lotma-terialien in der weitverbreiteten und gut etablierten Weichlöttechnologie gefordert ist. Angesichts der vielversprechenden Eigenschaften von Silber hat die Niedertemperatur-Verbindungstechnik (NTV) des Silbersinterns in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Silbersinter-werkstoffe eignen sich aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften wie einer hohen Schmelz-temperatur bei verhältnismäßig moderaten Prozesstemperaturen sowie einer hohen thermischen und elektrischen Leitfähigkeit sehr gut als alternatives Verbindungsmaterial [1][2].

Die Anbindung gelingt für die auf Diffusion basierende Silbersintertechnologie auf edlen Oberflä-chen wie Silber oder Gold sehr gut. Jedoch ist der Einsatz unedler, blanker Kupferoberflächen aufgrund des Potenzials zur Senkung der Herstellungskosten weit verbreitet, da keine zusätzliche Veredelung der Oberfläche erforderlich ist. Die Kupferoberfläche des metallkeramischen Substra-tes weist eine große Bandbreite an Oberflächenrauheiten und Kornstrukturen auf, was auf die verschiedenen Methoden für das Verbinden von Kupfer mit der keramischen Isolierschicht wäh-rend der Substratherstellung zurückzuführen ist. Beobachtungen zeigen, dass die Oberflächenei-genschaften des Substrates die Haftfestigkeit der gesinterten Schicht beeinflussen.

Teilziel des Projektes ist es, die Schlüsselfaktoren für eine feste Verbindung zwischen Silbersinter-paste und Kupferoberfläche zu identifizieren und deren Einfluss auf den Sinterprozess zu verste-hen. Neben den potenziellen Einflussfaktoren Oberflächenrauheit und Kornstruktur spielen auch Verunreinigungen auf der Substratoberfläche eine wesentliche Rolle. Diese Oberflächenkontamina-tionen können die Diffusion von Silberpartikeln in das Substratmaterial zur Bildung einer Sinterver-bindung hemmen. Ein weiterer potenziell störender Einflussfaktor ist die sich an Luftatmosphäre bildende Kupferoxidschicht. Die Wirkung von Kupferoxid auf den Diffusionsmechanismus wird daher ebenfalls untersucht.

Ziel des Projektes ist es weiterhin, eine Silbersinterpaste zu entwickeln, die in der Lage ist, oben genannte Störfaktoren zu überwinden und eine zuverlässige Verbindung auf metallkeramischen Kupfersubstraten herzustellen.

[1] W. R. Osório, D. R. Leiva, L. C. Peixoto, L. R. Garcia und A. Garcia, „Mechanical properties of Sn–Ag lead-free solder alloys based on the dendritic array and Ag3Sn morphology“, Journal of Alloys and Compounds, Jg. 562, S. 194–204, 2013, doi: 10.1016/j.jall-com.2013.02.050.

[2] A. Masson et al., „Die attach using silver sintering. Practical implementation and analysis“, E.J.E.E, Jg. 16, 3-4, S. 293–305, 2013, doi: 10.3166/ejee.16.293-305