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Atmosphärisches Plasmaspritzen zur Kupfermetallisierung leistungselektronischer Halbleiterbauelemente
Manuela Ockel
2026
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Das atmosphärische Plasmaspritzen ist eine Fertigungstechnologie, die eine flexible Alternative zu herkömmlichen Kupfermetallisierungen in der Leistungselektronik bietet. Sie ermöglicht die Aufbringung thermo-mechanischer Bondbuffer. Beim Aufspritzen von sphärischem Kupferpulver mit hohen Partikeltemperaturen und niedrigen Geschwindigkeiten entsteht eine lamellare, transversal-isotrope Beschichtungsstruktur, in der Kupferoxide eingeschlossen sind. Eine thermische Nachbehandlung mit Wasserstoff homogenisiert die Beschichtung und reduziert die Oxide, wodurch die mechanischen und elektrischen Eigenschaften optimiert werden. Entlang der Prozesskette treten durch den hohen Temperatureintrag thermo-mechanische Spannungen auf, die sich in einer Krümmung des Halbleiterbauelements äußern. Die Nachbehandlung minimiert diese durch die Rekristallisation des Gefüges. Für das erfolgreiche Ultraschalldrahtbonden von Aluminiumund Kupferdickdrähten spielen sowohl Kohäsion als auch Adhäsion der Plasmabeschichtung eine entscheidende Rolle. Allerdings verringert eine Wasserstoffversprödung die Kohäsion, was zu Ausrissen in der Beschichtung führt. Die Adhäsion wiederum wird maßgeblich von der Oberflächenrauheit des Halbleiterbauelements bestimmt, die durch dessen Zellstruktur definiert ist. Durch eine optimierte Parameterkombination ist es möglich, Kupferdickdrahtverbindungen auf plasmagespritzten Kupfermetallisierungen herzustellen. Über das größere Prozessfenster des Aluminiumdickdrahtbondens auf dem plasmagespritzten Bondbuffer lässt sich zudem die Lebensdauer eines Leistungsmoduls verdoppeln.
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Keywords
- Additive Fertigung
- Halbleiterbauelement
- Kupfer
- Leistungselektronik
- Metallisierung
- Plasmaspritzen
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DOI: 10.25593/978-3-96147-913-9Editions