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HANNOVER MESSE 2018, 23. - 27. April
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Von Platinen und Pasten

Dickfilmsubstrate als multifunktionale leistungselektronische Module.

Karlsruher Institut für Technologie

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Produktbeschreibung

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 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.

Am Institut für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik haben Wissenschaftler ein alternatives Herstellungsverfahren entwickelt, bei welchem die Dickfilmtechnik mit vorgefertigten leitfähigen Elementen aus Kupferblech zur Abbildung verschiedener Leitstrukturen kombiniert wird. Das keramische Trägersubstrat wird mit einer dünnen Schicht Kupferpaste bedruckt. Noch bevor diese Schicht getrocknet ist, werden in die Paste mithilfe eines Bestückungsautomaten die Kupferplättchen aufgesetzt. 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.

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 Integration von integrierten Schaltungen mit sehr dichten Anschlussabständen.

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

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