Franz Auerbach, Siemens Christian Lammers, Bochum Andreas Lenniger, eu

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Al-Dickdraht-Bondverbindungen IGBTModulen
Franz Auerbach, Siemens Christian Lammers, Bochum Andreas Lenniger, eupec GmbH, Warstein-Belecke Herbert Schwarzbauer, Siemens ZFE, Karl-Heinz Sommer, eupec GmbH, Warstein-Belecke
Einleitung Applikationen Untersuchungsparameter Ergebnisse Zusammenfassung
eupec GmbH Max-Planck-Str. D-59581 Warstein-Belecke Tel.: 02902/764-401 Fax.: 02902/764-427 E-Mail:
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Dr.-Ing. Lenniger, Vortrag ISHM96 Lenniger.doc, 09.07.1998
Applikationen I(soalted) G(ate) B(ipolar) T(ransistor)-MCMs (incl. Freilaufdiode)
Chip zwecks Wechselrichtung einer DC-Spannung
Sperrspannungen 3500 10µs Verschaltungen Einzelschalter Interne externe Parallelschaltung IGBTs.
Abb. Verschaltungsbeispiel
Module Antriebs- Automatisierungstechnik Antriebsleistungen 1000
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Dr.-Ing. Lenniger, Vortrag ISHM96 Lenniger.doc, 09.07.1998
Applikationen
Montagetechniken IGBT-Module: mehrerer Chips metallisierte Keramik Drahtbonden Chips (Parallelbondungen) mehrerer gebondeter Keramiken Bodenplatte. oder Bondung Keramiken Hochisolierender alle Komponenten.
Dickdraht-Bondtechnik IGBT-Leistungshalbleiter-Modul
Bondungen Chips
Hochstrommodule 2400
Bondung (Economodul)
Hohe Kundenspezifikationen hoher Automatisierungsgrad
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Dr.-Ing. Lenniger, Vortrag ISHM96 Lenniger.doc, 09.07.1998
Applikationen
Case Main Terminal Epoxy Resin Silicone
Wire Base Plate
Silicon Chip Ceramic Substrate
Solder
Prinzipskizze eines Hochstrommoduls
lcone Cover Case
Base
lcon Ceram
Prinzipskizze eines Economoduls
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Dr.-Ing. Lenniger, Vortrag ISHM96 Lenniger.doc, 09.07.1998
Untersuchungsparameter
Bondverbindung: Temperatur Bonddrahtes Nennbelastung Puls) etc.) auslegen. Lastwechselfestigkeit Bondverbindung:
(zyklische Temperaturbelastung durch aktive passive
Parameter: Tmin, Tmax, Mittentemperatur), ton, toff Drahtmaterialdefekte ,,Lift Off" LW-Ausfall wird Ausfall wichtig
Dickdraht-Bondverbindungen dominantes eupec.
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Dr.-Ing. Lenniger, Vortrag ISHM96 Lenniger.doc, 09.07.1998
Untersuchungsparameter
Bondparameter Drahtdurchmesser (300 Drahtdotierungen (Bezeichnung z.B.: 4N+X 99,99% Dotierung) silikonvergossene Parallelschaltung gleich- ungleichlangen Pulsstrom- DC-Belastung Bonddrahttemperatur Stromes Drahtversiegelungen (Passivierung Bonds nach Bondung)
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Dr.-Ing. Lenniger, Vortrag ISHM96 Lenniger.doc, 09.07.1998
Ergebnisse
Maximalstromes max.Strom [mm]
62,4
300µm Draht 320µm Draht 400µm Draht 500µm Draht
41,8 24,2
4.1.1 Maximalstromes Drahtdurchmesser Parameter. Draht ruhender Luft. Substrattemp. 25°C
sinkt ,,unter"proportional
Frage: Stromauslastung dimensionieren
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Dr.-Ing. Lenniger, Vortrag ISHM96 Lenniger.doc, 09.07.1998
Ergebnisse
Zusammenhang zwischen Drahttemperatur Stromauslastung
300µm Draht 300µm Draht 500µm Draht
Temperaturanstieg Schmelztemperatur
300µm Draht Thermokamera
Stromauslastungsgrad
4.1.2. Drahttemperatur verschiedenen Parameter
Stromauslastung
keine Drahtdurchmesser gute Kontrollmessung Thermokamera
Stromauslastung entspricht Temperaturauslastung
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Dr.-Ing. Lenniger, Vortrag ISHM96 Lenniger.doc, 09.07.1998
Ergebnisse
Lastwechsel-Festigkeit
Hohlkehle
4.2.1: Ausgefallende Bondverbindung Chip
Ausfallursachen: Schliffbild) Mismatch Si-Cu-Verbund Hohlkehle Entstehung grobkristalliner Bereiche Alumimium Grenzschicht aber Al-Draht Al-Resten
(inhomogene Korngrenzenverteilung)
Al-Metallisierung Chips rekristallisiert nicht passivierten Stellen. Lift [Drahtabheber] (Defekt VCE- Anstieg)
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Dr.-Ing. Lenniger, Vortrag ISHM96 Lenniger.doc, 09.07.1998
Ergebnisse
Lastwechsel-Festigkeit
Lastwechselfestigkeit eupec Modulen Tmax=125°C.
1,E+08
400µm 400µm 4N+X 400µm 4N+X1-3 400µm 4N+X pass.
1,E+07 Anzahl Lastwechsel
1,E+06
Noch Test
1,E+05 1996/97 1995/96 1,E+04 Kundenanforderungen 1994/95 1,E+03 Delta
4.2.2:
Vergleich Lastwechsel-Ergebnisse
Mittentemperatur Lastwechselfestigkeit Warmfestigkeit reiner Draht desto Lastwechselfestigkeit. Drahtdotierung entscheidend Passivierung verbessert Lastwechselfestigkeit deutlich.
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Dr.-Ing. Lenniger, Vortrag ISHM96 Lenniger.doc, 09.07.1998
Zusammenfassung
Drahtdurchmesser sind dominierenden Parameter
Drahttemperatur steigt exponentiell Strombelastungsgrad Stromauslastung Temperaturauslastung
DC-Belastung kritischer Parameter ,,unter"proportional
Lastwechsel-Festigkeit
Drahtdotierung zeigt bessere LW-Ergebnisse nach Dotierung jedoch deutliche Unterschiede
Drahtversiegelungen steigern Spezial-Applikationen
verwendeter Drahtdurchmesser geringen
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Dr.-Ing. Lenniger, Vortrag ISHM96 Lenniger.doc, 09.07.1998

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