Die Aufbau- und Verbindungstechnik von Leistungsbaugruppen und Leistungsmodulen beschränkt sich heutzutage nicht mehr nur auf das flächige Löten der Leistungshalbleiter auf den verschiedenen Verdrahtungsträgern wie DCB-Substraten (Direct Copper Bonding), Dickschichtsubstraten und Hochleistungs-/Hochtemperatur-Leiterplatten sowie deren Kontaktierung mit Hilfe von Dickdrahtbonden. Für die Zukunft wird eine weitere Steigerung der Leistungsdichten und Schaltfrequenzen prognostiziert. Materialien wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) anstelle von Silizium ermöglichen eine bisher nie dagewesene Effizienz bei kleineren Abmessungen und erhöhter Lebensdauer. Höhere Leistungsdichten gehen mit höheren Betriebstemperaturen einher, die über der maximalen Betriebstemperatur konventionell industriell eingesetzter Zinn-Silber-Kupfer-Lote (typische Weichlote) von 125 °C liegen.
Für das IAVT ergeben sich daraus vielfältige Forschungs- und Entwicklungsaufgaben im Bereich der Hochtemperaturelektronik. Im Fokus stehen die Entwicklung und Qualifizierung geeigneter Aufbau- und Verbindungstechnologien für erhöhte Betriebstemperaturen sowie die Bewertung geeigneter Lot- und Verbindungsmaterialien für zukünftige Leistungsmodule. Darüber hinaus wird das Verhalten unterschiedlicher Substratmaterialien unter thermischer und thermo-mechanischer Belastung untersucht, um deren Eignung für Hochtemperaturanwendungen zu bewerten. Ergänzend entwickelt das IAVT robuste Sensorsysteme, beispielsweise Wandsensoren für die Zweiphasenströmungsmessung in thermohydraulischen Versuchsanlagen, deren AVT auf den zuverlässigen Einsatz unter anspruchsvollen Umgebungsbedingungen ausgelegt wird.
Bereits im Jahr 2012 wurde durch die Firma SEMIKRON eine damals neue Technologie vorgestellt, mit der ein Chip auf ein Kupfer-Keramik-Substrat (Direct Copper Bonding – DCB) gesintert wird. Diese Sinterverbindungen, anfangs auf Basis von Silberpasten, erlauben aufgrund ihrer höheren Schmelztemperatur deutlich höhere Betriebstemperaturen (≥ 250 °C). Außerdem verfügen Sinterverbindungen über eine deutlich verbesserte thermische Leitfähigkeit gegenüber Weichloten. Silber als Sinterwerkstoff ist jedoch durch den hohen Materialpreis und die Anfälligkeit für Elektromigration problematisch. In den letzten Jahren wurde diese Verbindungstechnik daher weiterentwickelt, indem Kupfer statt Silber als Verbindungswerkstoff zum Sintern genutzt wird. Sinterverbindungen auf Basis sowohl von Silber als auch von Kupfer zeichnen sich zudem durch eine höhere Duktilität aus und bieten im Vergleich zu konventionellen Weichloten Vorteile im Wärmeausdehnungsverhalten. Mit der damit einhergehenden Reduzierung des thermo-mechanischen Stresses der Verbindungspartner kann die Lebensdauer von Leistungsbaugruppen erhöht werden.
