Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

2 Grundlagen
2.5.1.3 Drahtbonden
Bei Leistungshalbleitern wird für Verbindungen, zum Beispiel der Oberseite eines Chips mit anderen
Chips oder Anschlusselementen, häufig Dickdrahtbonden eingesetzt. Das ist ein Kaltschweißverfahren,
bei dem zum Verbinden eines Aluminiumdrahtes (etwa 100 µm bis 500 µm dick) mit einer
Oberfläche aus Aluminium, Kupfer oder Gold Ultraschallenergie eingesetzt wird. Der Prozess
findet bei Raumtemperatur statt. Da ein Bonddraht in seiner Stromtragfähigkeit beschränkt ist,
werden für höhere Stromstärken mehrere Bonddrähte parallel verwendet. Zur besseren Stromverteilung
auf einem Chip wird das „Stitchen“, also das mehrfache Bonden eines Drahtes auf einer
Fläche, eingesetzt (Bild 2.5.3).
Stitches
Diode
Ceramic (DCB)
Bild 2.5.3 Viele parallele, mehrfach „gestitchte“ Bonddrähte auf einem Diodenchip mit 502 mm².
Da das Drahtbonden eine sehr flexible und kostengünstige Lösung ist, wird diese Technologie
auch in den kommenden Jahren noch die dominierende Verbindung der Chipoberflächen herstellen.
2.5.1.4 Druckkontakt
Im Gegensatz zu Löten, Diffusionssintern und Drahtbonden, handelt es sich beim Druckkontakt
nicht um eine stoffschlüssige, sondern eine formschlüssige Verbindung. Die durch Druckkontakt
verbundenen Partner können sich also gegeneinander verschieben, sie können aufeinander gleiten.
Spannungen, wie sie im Fall von stoffschlüssigen Verbindungen bei Temperaturzyklen durch
die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Verbindungspartner entstehen,
können daher beim Druckkontakt nicht oder nur stark vermindert auftreten. Ermüdungen der Verbindung
durch Temperaturwechsel, wie sie von Lot- und Drahtbondverbindungen bekannt sind,
gibt es beim Druckkontakt nicht. Das erklärt die hohe Zuverlässigkeit von druckkontaktierten Bauelementen.
Bei geeigneter Bauform (Scheibenzellen) ist durch Einspannen zwischen zwei Kühlkörper
eine beidseitige Kühlung und damit eine Halbierung des thermischen Widerstandes möglich.
Sinnvoll ist eine Unterscheidung zwischen großflächigen und kleinflächigen („punktförmigen“)
Druckkontakten.
Großflächiger Druckkontakt
Sie verlangen saubere, ebene Flächen der Verbindungspartner, die mit hoher Kraft aufeinander
gepresst werden. Außerdem dürfen die sich berührenden Flächen nicht dazu neigen kalt zu verschweißen,
denn das würde das Gleiten verhindern. Durch Wahl geeigneter Oberflächenpaarungen
kann das sichergestellt werden. Beispiele für großflächige Druckkontakte sind die Scheibenzellen
oder die Verbindung von Modulen mit der Kühleinrichtung.
Kleinflächiger Druckkontakt
Hier ist die Kontaktfläche linienförmig oder nahezu punktförmig. Durch diese sehr kleine Kontaktfläche
reicht schon eine kleine Kraft aus, um hohe Drücke im Kontaktbereich zu erzielen. Die
Drücke sind so groß, dass Oxidschichten oder sonstige Verunreinigungen der Oberfläche vom
kleinflächigen Kontaktpartner durchstoßen werden und so ein sicherer und zuverlässiger Kontakt
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