Eine Diskussion mit 3D InCites über die Herausforderungen der e-Mobilität

Erst letzten Monat hatten Sze Pei Lim und ich auf der IMAPS-Messe in Boston die Gelegenheit, mit Francoise von Trapp von 3D InCites über Materialien zu sprechen, die bestimmte Herausforderungen im Zusammenhang mit Elektromobilität und Elektrofahrzeugen bewältigen könnten. Unsere Diskussion drehte sich vor allem um das Drucksintern von Silber und dessen Einsatz in Elektrofahrzeugen, insbesondere für die Die-Attach-Methode in Leistungsmodulen, die in der Wechselrichterbaugruppe verwendet werden. Die Podcast-Episode finden Sie auf der Website von 3D InCites unter diesem Link.

https://www.buzzsprout.com/1731672/11613361

Die E-Mobilität ist ein spannender, schnell wachsender Markt. Viele neue Autohersteller bringen jetzt und in den kommenden Jahren Elektrofahrzeuge auf den Markt. Auch viele alteingesessene Hersteller von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor haben ihre Zukunft der Elektromobilität gewidmet. Ein potenzielles Hindernis für die breite Akzeptanz von batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen ist die „Reichweitenangst“, d. h. die Angst, dass der Akku mitten in der Fahrt leer sein könnte, und die Zeit, die Sie dann zum Aufladen Ihres Autos benötigen würden. In batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen ist es der Wechselrichter, der die Gleichspannung aus der Batterie entnimmt und in Wechselspannung umwandelt, um die Motoren anzutreiben, die wiederum das Fahrzeug antreiben. Packaging und Bestückung von Leistungsmodulen entwickeln sich weiter, um den Anforderungen dieser neuen Anwendung gerecht zu werden. Halbleiterbauelemente mit großer Bandlücke wie SiC-MOSFET ersetzen die traditionellen Si-IGBT, da sie eine höhere Wärmeleitfähigkeit haben und bei höheren Temperaturen ohne Leistungsverlust arbeiten können (weniger Kühlung erforderlich). Diese Bauelemente können bei gleicher Größe eine höhere Leistung erbringen bzw. bei gleicher Leistung eine kleinere Grundfläche aufweisen. Sie schalten auch schneller, was eine höhere Effizienz und eine schnellere Aufladung bedeutet.

Abb.1 – Beispiel eines gesinterten Leistungsmoduls für Wechselrichteranwendungen in Elektrofahrzeugen

Damit die Vorteile der SiC-MOSFET voll zum Tragen kommen, muss auch das Die-Attach-Material den Anforderungen des Systems gerecht werden; hier kommt druckgesintertes Silber ins Spiel. Druckgesintertes Silber wird in der Regel bei Temperaturen von etwa 250 °C verarbeitet. Die Schmelztemperatur von Silber liegt jedoch bei 961 °C, sodass es Betriebstemperaturen, die weit über dem Schmelzpunkt von Lötmitteln liegen, ohne Probleme bewältigen kann. Eine druckgesinterte Verbindung hat außerdem eine höhere thermische und elektrische Leitfähigkeit als Lot. Diese Eigenschaften machen eine gesinterte Die-Attach-Verbindung effizienter, effektiver bei der Wärmeableitung und zuverlässiger als Lot.

InFORCE™MF ist eine neue druckgesinterte Silberpaste für Die-Attach-Anwendungen in Hochleistungsmodulen. Der Ansatz für dieses Material besteht darin, eine Paste mit einem sehr hohen Metallgehalt (>90 Gew.-%), einem geringen Anteil an organischen Stoffen und einer für den Druck optimierten Formulierung herzustellen. Dies bietet eine Reihe von prozessbedingten Vorteilen, darunter exzellentes Drucken, schnelles Vortrocknen, weniger Materialverlust während des Sinterns und gleichmäßige Dicke der Bondverbindung. Ein geringerer organischer Anteil bedeutet, dass weniger Material aufgetragen werden muss, um die gewünschte Dicke nach dem Sintern zu erreichen, da weniger von dem ursprünglichen Depot abgebrannt wird. Das folgende Diagramm zeigt eine ungefähre Beziehung zwischen dem Metallgehalt in Gewichtsprozent und dem organischen Gehalt in Volumen.

Abb. 2 – Ag-Metallgehalt in Gewichtsprozent vs. „Nicht-Ag-Gehalt“ in Volumenprozent

Die Indium Corporation bietet eine Reihe von Silber- und Kupfersinterpasten für Druck- und drucklose Anwendungen an. Wenn Sie mehr über das Sintern und die Sintermaterialien der Indium Corporation erfahren möchten, können Sie sich gerne an mich wenden: dpayne@indium.com