Technisches Merkmal: Innovationen in der Leistungselektronik – Silberklebstoffe unterstützen die Zuverlässigkeit und thermische Leistung von Halbleitern der nächsten Generation.
Quelle: Power Systems Design (PSD)
Datum: 19. Februar 2026
Autor: Makoto Fushimi, SEC-Manager, Verkaufsabteilung für Bindematerialien, Produktvertriebsabteilung, Vertriebsdivision, TANAKA PRECIOUS METAL TECHNOLOGIES Co., Ltd.
Link: Revolutionierung der Leistungselektronik: Silberkleber-Pasten für die Zuverlässigkeit und thermische Leistung der nächsten Generation von Halbleitern
Im Bereich der Leistungselektronik ist der Fortschritt der Die-Bonding-Technologie entscheidend mit der Verbreitung von Halbleitern mit breitem Bandabstand wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN). Im Vergleich zu herkömmlichen, auf Silizium basierenden Geräten ermöglichen diese Technologien höhere Schaltfrequenzen, höhere Leistungsdichten und den Betrieb unter extremen Temperaturbedingungen und unterstützen den raschen Fortschritt in einer Vielzahl von Bereichen, einschließlich Elektrofahrzeugen (EVs), erneuerbaren Energien, industrieller Automatisierung, Luft- und Raumfahrt sowie der Leistungselektronik.
Andererseits stellen diese Leistungsverbesserungen neue Herausforderungen für die Geräteverpackung dar. Mit den erhöhten Schaltgeschwindigkeiten und der Dichte der Wärmeentwicklung sind Materialien erforderlich, die eine zuverlässige Leistung über einen langen Zeitraum gewährleisten und gleichzeitig eine effiziente Wärmeableitung sowie die Absorption mechanischer Spannungen bieten. Allerdings sind herkömmliche Materialien wie bleihaltige Lötmittel und konventionelle Silberpasten für Hochtemperaturanwendungen zunehmend nicht mehr in der Lage, diese Anforderungen zu erfüllen.
Diese konventionellen Materialien haben Einschränkungen in Bezug auf Elastizität, Wärmeleitfähigkeit und langfristige mechanische Stabilität, die für SiC- und GaN-Geräte erforderlich sind, die in Umgebungen über 200 °C betrieben werden. Bei wiederholten Temperaturzyklen können Risse, interlayer Delamination und thermische Ermüdung auftreten, was das Risiko erhöht, die Zuverlässigkeit in mission-kritischen Anwendungen zu gefährden.
Vor diesem Hintergrund der Kluft zwischen der Leistung von Geräten und der Haltbarkeit von Verpackungen beschleunigt die Industrie die Entwicklung neuer Materialien, die hohen thermischen Stress aushalten können, während sie mechanische Zuverlässigkeit bewahren. Silberkleber gewinnen als vielversprechende Lösung an Aufmerksamkeit.
Silberkleber als ein Material der nächsten Generation für die Die-Bonding-Technologie
Silberkleber zieht als neues Bindematerial für Hochtemperatur- und Hochleistungsanwendungen Aufmerksamkeit auf sich. Er weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit, hervorragende elektrische Eigenschaften und mechanische Elastizität auf und erreicht eine Balance von Eigenschaften, die mit herkömmlichen Materialien schwer zu erzielen war.
Dies ermöglicht die Bildung von thermischen Pfaden mit niedriger Widerstand, die eine effizientere Wärmeableitung im Vergleich zu herkömmlichen Bindematerialien ermöglichen, während sie auch mechanische Spannungen absorbieren, die durch Unterschiede in der thermischen Ausdehnung zwischen dem Chip und dem Substrat verursacht werden. Darüber hinaus kann der Prozess bei niedrigeren Temperaturen (allgemein unter 200℃) als Lötmaterial durchgeführt werden, was die thermische Belastung während der Montage erheblich reduziert und es ermöglicht, in temperaturempfindlichen Halbleiterstrukturen eingesetzt zu werden.
Leistungsverbesserung durch den Einsatz von hybriden gesinterten Materialien.
Mit dem Ziel, die Zuverlässigkeit weiter zu verbessern, wird die Entwicklung einer hybriden gesinterten Silberpaste vorangetrieben, die spezielle Harze in gesinterte Silbernetzwerke integriert. Während herkömmliches gesintertes Silber eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, ist es auch sehr steif und hat das Problem, dass es aufgrund wiederholter Temperaturzyklen leicht abblättert. Auf der anderen Seite haben harzbasierten Klebstoffe eine ausgezeichnete Flexibilität, jedoch Einschränkungen in der Wärmeabfuhrleistung, die für Hochleistungsanwendungen erforderlich ist.
Die hybride Sintertechnologie integriert den hervorragenden Wärmeleitungsweg von metallischem Silber mit der Elastizität und der Spannungsabsorption von Harz. Dies verbessert die Bindungsstärke, unterdrückt die Trennung der Form und erhöht die Widerstandsfähigkeit gegen Schichttrennung unter Hochtemperaturbedingungen. Infolgedessen wird das Risiko von Ermüdungsversagen aufgrund von Temperaturschwankungen und Hochlastbedingungen erheblich reduziert, was sie zu einem idealen Bindematerial für SiC- und GaN-Geräte macht.
Erweiterung der Anwendungen für den Einsatz bei hohen Temperaturen und hoher Leistung.
Mit der zunehmenden Verwendung von SiC- und GaN-Geräten sind Bindematerialien erforderlich, die besser mit thermischen und mechanischen Belastungen umgehen können. Silberkleber werden in verschiedenen Industriesektoren zunehmend als Material eingesetzt, das diese Anforderungen erfüllt.
Im Bereich der Elektrofahrzeuge sind Wechselrichter und Bordladegeräte kontinuierlichem Betrieb unter hohen Temperaturen sowie Vibrationen und Temperaturzyklen ausgesetzt. Silberkleber tragen zur Stärkung der Wärmeleitungswege und zur Verbesserung der Verbindungszuverlässigkeit bei, wodurch sie zur Erhöhung der Systemstabilität und zur Verringerung des Ausfallrisikos beitragen.
Im Bereich der industriellen Automatisierung arbeiten Motorantriebe und Robotik über längere Zeiträume hinweg bei hohen Temperaturen und hohen Belastungen. Silberklebstoffe gewährleisten eine hohe Haftfestigkeit und stabile thermische Eigenschaften, die kompakte und hocheffiziente Designs ermöglichen. Darüber hinaus tragen sie zur Realisierung einer prädiktiven Wartung bei, indem sie die strukturelle Stabilität auch bei langfristigem Leistungsschwankungen aufrechterhalten.
Im Bereich der erneuerbaren Energien gibt es einzigartige Herausforderungen wie hohe Temperaturspitzen bei Solarwechselrichtern und niedrige Temperaturen sowie hohe Vibrationen bei der Windkraftproduktion. Silberkleber bieten stabile elektrische und thermische Schnittstellen und unterdrücken die Leistungseinbußen aufgrund von Temperaturschwankungen. Darüber hinaus tragen ihre hohe Wärmeleitfähigkeit und Elastizität zur verbesserten Zuverlässigkeit in Außenumgebungen bei.
In den Bereichen Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung ist es erforderlich, dass Geräte unter extremen Bedingungen wie starken Temperaturschwankungen und starken Vibrationen funktionieren. Silberklebstoffe weisen sowohl eine hohe Hitzebeständigkeit als auch mechanische Festigkeit auf, wodurch die Integrität der Verbindungsoberfläche selbst unter starkem thermischen und mechanischen Stress gewahrt bleibt, was eine hohe Zuverlässigkeit in mission-kritischen Anwendungen gewährleistet.
Grundlegende Technologien zur Unterstützung von Leistungshalbleitern der nächsten Generation.
Da die Nachfrage nach Hochleistungs-Halbleitern weltweit zunimmt, sind ähnliche Fortschritte bei den Materialien erforderlich, die für das Fügen und Verkapselung sowie deren Schutz verwendet werden. Insbesondere sind Silberpasten, einschließlich hybrider Sintertypen, eine vielversprechende Lösung, um gleichzeitig thermische, mechanische und umweltbedingte Herausforderungen anzugehen.
Silberklebstoffe mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit, Spannungsabsorption, Hitzebeständigkeit und bleifreier Umweltverträglichkeit sind eine wichtige Grundlage für die Realisierung zuverlässigerer und effizienterer Energiesysteme.
Da die Innovationen in der Materialtechnologie zunehmen und Halbleiter mit breitem Bandabstand zum Mainstream werden, wird erwartet, dass diese Verbindungstechnologien nicht nur die zukünftige Elektrifizierung und das Design leistungsstarker Leistungsgeräte unterstützen, sondern auch als Kerntechnologien positioniert werden, die deren Realisierung ermöglichen.
Dieser Artikel ist eine Übersetzung und Reproduktion von TANAKA eines Artikels, der am 19. Februar 2026 von Power System Design veröffentlicht wurde, mit Genehmigung von Power System Design.
Dieser Artikel ist veröffentlicht in Power System Design. Für weitere Details siehe hier.
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