Beschreibung
Entlang des elektrischen Energieflusses begleitet und ermöglicht die Leistungselektronik gesamtgesellschaftliche technologische Entwicklungen. Leistungselektronik hat dabei die Aufgabe, den Energiefluss von der Quelle zum Verbraucher effizient, zuverlässig, bedarfsorientiert und zeitoptimiert zu steuern. Von der Erzeugung der elektrischen Energie über die Verteilung und Speicherung bis hin zur Nutzung in mechatronischen Anwendungen sind leistungselektronische Schalter die Stellglieder globaler Megatrends. Als Engpass der heutigen Leistungselektronik ist die aktuelle Aufbau- und Verbindungstechnik den gestiegenen technologischen und wirtschaftlichen Anforderungen nicht gewachsen. Dies gilt insbesondere für die etablierten Aluminium-Drahtbondkontakte.
Eine werkstoffseitige Anpassung des Drahtbondprozesses an das Material Kupfer bietet die Chance, das Einsatzspektrum der Drahtbondtechnologie durch die Realisierung eines Monomaterialsystems signifikant zu erweitern. So kann die durch den erhöhten Stromfluss entstehende Erwärmung, auch bei gesteigerten Umgebungstemperaturen bewältigt werden. Eine aufeinander abgestimmte Materialmatrix reduziert zusätzlich thermomechanische Spannungen und erhöht so die Zuverlässigkeit des elektromechanischen Systems. Statistische Methoden und Modelle erlauben dabei das Aufstellen von Prozessfenstern, die Beurteilung des Einflusses des Prozesspartners und die angepasste Prozess- und Produktauslegung.
Gleichzeitig bietet der Kupfer-Bondprozess die Möglichkeit einer variablen Layout-Gestaltung. Als kosteneffiziente, robuste und flexible Fertigungstechnologie birgt der Kupfer-Drahtbondprozess das Potenzial, ein wertvoller Partner für additive Fertigungsverfahren zu sein. Eine starre, rein zweidimensionale Design- und Fertigungsphilosophie wird so durch integrierte Leistungsmodule in flexiblen und individuellen Bauräumen und Modulen ersetzt. Als Brücke zwischen der Signal- und Leistungselektronik kann das Drahtbonden die notwendige Flexibilität zukünftiger Fertigungskonzepte sicherstellen.
In diesem Kontext qualifiziert die vorliegenden Arbeit die Kupfer-Drahtbondtechnologie für den Einsatz in integrierte Leistungsmodule sowie unter harschen Umgebungsbedingungen.
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