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Von Platinen und Pasten

Neues Herstellungsverfahren für Dickfilmsubstrate erzeugt leistungsfähige und multifunktionale leistungselektronische Module.

Leistungselektronische Module sind der zentrale Bestandteil von Invertern, die in Windkraftanlagen, industriellen Maschinen und Elektromobilen für die Wandlung und Bereitstellung der elektrischen Energie sorgen. Sie bestehen im Wesentlichen aus Halbleiterbauelementen, die auf ein Substrat aufgebracht sind. Dieses Substrat erlaubt die elektrische Verbindung der Bauelemente untereinander und sorgt für eine gute thermische Anbindung an einen Kühlkörper.

Das Standardverfahren zur Substratherstellung ist das Direct-Copper-Bonding (DCB), bei dem beidseitig leitende Kupferstrukturen auf eine Keramikplatte aufgebracht werden. Das Schaltungslayout lässt sich durch Ätzen des Kupfers umsetzen. Eine Alternative hierzu sind Kupferdickfilmsubstrate, bei denen Metallpulverpasten in mehreren Schichten auf den keramischen Träger gedruckt werden. Je nach gewünschter Schichtdicke sind hierfür jedoch viele Druckprozesse nötig, die zu hohen Materialkosten und einer aufwendigen Produktion führen.

Am Institut für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik (IPE) haben Wissenschaftler ein alternatives Herstellungsverfahren entwickelt, bei welchem die Dickfilmtechnik auf Basis von Pasten mit vorgefertigten leitfähigen Elementen aus Kupferblech zur Abbildung verschiedener Leitstrukturen kombiniert wird. Das keramische Trägersubstrat wird zunächst mit einer dünnen Schicht Kupferpaste bedruckt. Noch bevor diese Schicht getrocknet ist, werden in die Paste mithilfe eines Bestückungsautomaten die Kupferplättchen aufgesetzt und angedrückt. So wird Kupfer nur dort aufgebracht, wo es wirklich benötigt wird. Durch den anschließenden Trocknungs- und Einbrennprozess wird eine sichere Verbindung zwischen Keramik, Paste und Plättchen hergestellt. Im Unterschied zu bestehenden Technologien können anhand der zwei Kupferkomponenten mit geringerem Aufwand verschiedene Schichtdicken auf einem einzigen Keramiksubstrat erreicht werden: Hochstrombereiche können kostengünstig neben filigraneren Layouts platziert werden. Das neue Verfahren ermöglicht die Einbindung von integrierten Schaltungen mit sehr dichten Anschlussabständen.

Das KIT sucht Industriepartner, Zulieferer und Hersteller zur Lizenzierung der Verfahrenstechnik.

Ihr Ansprechpartner für dieses Angebot

Stephan Barth, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Innovationsmanager Energie, Innovations- und Relationsmanagement (IRM)
Telefon: +49 721 608-25536

E-Mail: stephan.barth@kit.edu

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