Erforschung und Demonstration einer Methodik zur Bewertung der Sinterfähigkeit von metallischen Oberflächen der Leistungselektronik »ESAMKA II«

Silbersintern ist eine gängige Technologie der Aufbau- und Verbindungstechnik zur elektrischen und mechanischen Kontaktierung von Halbleiterbauelementen. Zuverlässig sinterfähige Oberflächen sind deshalb eine Grundvoraussetzung zur kostengünstigen und effizienten Herstellung von leistungselektronischen Modulen für die Energiewende und Elektromobilität. 

Die Qualität und Sinterfähigkeit hängen dabei hauptsächlich von den chemischen Eigenschaften der zu verbindenden Oberflächen ab. Derzeit gibt es keine Methode, mit der die Qualität der Sinterbarkeit von Oberflächen im Rahmen einer eingehenden Inspektion bewertet werden kann. Dies führt oft zu überhöhten Kosten, da die Bewertung der Sinterbarkeit der Oberflächen nach dem Stand der Technik erst nach der gesamten Prozessierung möglich und so bei fehlerhaften Materialpaarungen ein großer Ausschuss zu verzeichnen ist. Die Möglichkeit der Bewertung der Zuverlässigkeit von Leiterplattenmetallisierung über elektrochemische Verfahren wurde im Vorgängerprojekt „ESAMKA“ (FuE 004/17 und 005/17) nachgewiesen und bildet die Grundlage für die Fortsetzung der Forschungsarbeiten für weiterführende Anwendungen und Materialsysteme im Bereich der Sintertechnologien. Darauf aufbauend sollen im hier vorgeschlagenen Projekt grundlegende Forschungsarbeiten zum Einsatz der Prüfmethodik an Materialpaarungen für Sinterkontaktierungen durchgeführt werden. Die generelle Wirksamkeit der Methodik zur elektrochemischen Charakterisierung von Leiterplattenmetalliserungen konnte wissenschaftlich belegt und mit Ergebnissen aus standardisierten Tests verglichen werden. Offene und zusätzlich in dem Projekt ESAMKA II zu erforschenden Fragestellungen sind dabei:

• Lassen sich die im Rahmen des Vorläuferprojektes gewonnenen Erkenntnisse auf gänzlich andere Materialsysteme übertragen (hier sind insbesondere Materialsysteme aus Al/Ni/Ag und Keramik/Cu/OSP interessant)?
• Wie wirken Anpressdruck und Messfleckgröße auf die Reproduzierbarkeit des Verfahrens und welche Messfehler und Varianzen treten auf?
• Kann die Messmethodik im Rahmen der Qualitätsbewertung von sinterfähigen Oberflächen eingesetzt werden?

Das Gesamtziel des Projekts ESAMKA II ist die Erforschung der Oberflächengüte sinterbarer Oberflächen im Rahmen einer eingehenden Inspektion mithilfe adaptierter elektrochemischer Methoden. Das Vorhaben wird von den beiden Projektpartnern Elektrochemie Halle GmbH und Fraunhofer IMWS in folgenden Teilprojekten bearbeitet werden:

• TP1 Erweiterung der miniaturisierten, elektrochemischen Messzelle für lokale Mikroanalysen und Anwendungen im Bereich Silbersintern (Elektrochemie Halle GmbH)
• TP 2 Erforschung der elektrochemischen Materialreaktionen auf sinterbaren Oberflächen (Fraunhofer IMWS).