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10 DESIGN&ELEKTRONIK 09 2020 www designelektronik de Leistungselektronik Packaging Rapid Packages für Leistungselektronik Ein neues additives Fertigungsverfahren kombiniert Metall und Kunststoff und spart Wochen bei der Herstellung von Systemsin-Package In der Leistungselektronik lässt sich der Entwicklungsund Testprozess dadurch sigifikant beschleunigen Friedrich Hanzsch und Andreas Krause Die Elektromobilität sowie die Energiewende sind die wesentlichen Treiber für das derzeitige Nachfragewachstum in der Leistungselektronik Die klassische SiliziumTechnologie stößt dabei immer öfter an ihre physikalischen Grenzen Insbesondere Hochleistungsbauteile aus Siliziumkarbid und III V-Halbleitern Galliumarsenid bieten hier eine deutlich gesteigerte Performance bei effizienterem Energiemanagement Viele deutsche Unternehmen arbeiten mit den neuen Materialien und entwickeln die Bauteile stetig weiter Ein wichtiger Teil der Bauteilentwicklung für Leistungselektronik ist die Fertigung eines Packages da hier hohe Anforderungen wie geringste Induktivitäten sowie hohe Durchbruchfeldstärken und geringe Leckströme des Packages eine wichtige Rolle spielen Um hier die Entwicklungszyklen signifikant zu beschleunigen startet nun ein Dresdner Unternehmen um mit den neuen Möglichkeiten der additiven Fertigung schnell ein passendes Package für die Entwicklungskunden anbieten zu können In der Entwicklung sowie in der Fertigung zum Prüfen von Leistungshalbleitern kommt dem Thema Test und Charakterisierung eine entscheidende Bedeutung zu Einfache statische Tests für Rohchips »bare dies« aus Leistungsbauteilen nahe der Fertigung liefern oft nicht die nötigen Ergebnisse um die Prozesse anzupassen Hilfreicher wären dynamische Tests die meistens eine minimale Hausung und Ankontaktierung über das Chip Level hinaus in einem Package erfordern Gerade hier im Bereich des Packaging kommt es zu teils hohen zeitlichen Verzögerungen Die Nutzung von Standardpackages kann zu hohen Wartezeiten führen insbesondere da die Fertigung meist nach Asien ausgelagert ist und dort nur schwer auf flexible Kundenwünsche reagiert werden kann Es geht wichtige Entwicklungszeit verloren oder Prozesse können nur verzögert angepasst und verbessert werden Den Anforderungen nach geringen Impedanzen im Package und möglichst an Messadapter angepassten Leadframes sollte zusätzlich Rechnung getragen werden Die Firma MicroPack3D eine Ausgründung der Technischen Universität Dresden bringt nun die Möglichkeiten der additiven Fertigung mit diesen Herausforderungen in der Leistungselektronik zusammen Die vier Gründer kombinieren Packaging und Bestückung Der Herstellungsprozess realisiert die Rohchip-Ankontaktierung und den Gehäuseaufbau um die ChipCharakterisierung in Entwicklung und Fertigung signifikant zu beschleunigen Somit kann der Kunde kostbare Entwicklungszeiten einsparen Speziell die hohe Flexibilität der Hausung ermöglicht schnell eine Emulation und Pinkompatibilität zu Standardhausungen für geeignete Testsysteme der Kunden Bild 1 ■ Schnelle Testpackages für Leistungselektronik Micropack3D hat bereits ein einfaches additiv gefertigtes Package für Hochleistungsdioden entworfen und erfolgreich mit einem Kunden getestet Der Vorteil hier liegt insbesondere in der hohen und schnellen Anpassbarkeit des Gehäuses sowie der Kontaktierung Die Dresdner setzen im Entwicklungsprozess des Kunden direkt nach deren Tests auf Wafer-Ebene an Dazu wird der Chip zunächst mittels additiver Verfahren vollständig eingehaust Die Kontaktierung erfolgt durch chemische Verfahren wie sie für die Metallisierung und Durchkontaktierung bekannt sind Das Strukturieren von Kupferbahnen erfolgt wie auf einer Leiterplatte jedoch mit einem maskenlosen Verfahren Die Hausung Package sowie der Leadframe sind maßgeschneidert und beliebig variierbar Dadurch sind sie für unterschiedliche Messaufbauten zur Charakterisierung der Halbleiterdioden ideal anpassbar Das Package wird nach Kundenwunsch aufgebaut und für die benötigten Messungen optimal angepasst Ziel ist stets eine möglichst problemlose Charakterisierung zu optimalen Messbedingungen und dies zum schnellstmöglichen Zeitpunkt Das Package in dieser Form eignet sich besonders für etwaige dynamische Charakterisierungen Die Ankontaktierung zwischen Pad und Leadframe erfolgt über eine vollflächige Kupferverbindung Bei ersten Tests zeigten die Bild 1 Additiv gefertigtes Package mit Leistungshalbleiter Gut zu erkennen ist die flächige Kontaktierung Bilder MikroPack3D