Bedeutung der Fügeteiloberflächen für die Wärmeleitfähigkeit von Klebverbindungen

In mikroelektronischen Bauteilen treten elektrische Verlustleistungen in der Größenordnung von einigen 100 W/cm2 mit stark steigender Tendenz auf. Zur Ankopplung an Kühlkörper oder Heatspreader dienen oftmals Klebverbindungen, die nach derzeitigem Stand der Technik den limitierenden Faktor für den Warmefluss darstellen. Bei der Auslegung der Klebungen wird ein möglichst niedriger thermischer Widerstand angestrebt, was sich dadurch erreichen lässt, dass die Klebung möglichst dünn mit einem hochwärmeleitfähigen Klebstoff ausgeführt wird. Gerade bei solchen Klebverbindungen werden allerdings zusatzliche thermische Widerstände an der Grenzfläche zwischen den Fügeteilen und dem Klebstoff beobachtet, die den Wärmetransport stark beeinträchtigen können. Im Rahmen des Projektes wurden Wärmeleitfahigkeitsmessungen an für die Mikroelektronik typischen Schichtverbunden mit Klebschichtdicken zwischen 20 und 500 µm durchgeführt. Zum Aufbau der Schichtverbunde wurden zum einen metallische Substrate (verschiedene Aluminiumlegierungen, Molybdän/Kupfer) eingesetzt zum anderen auch wärmeleitfähige Keramiken wie Aluminiumoxid und Aluminiumnitrid, die aufgrund ihrer elektrischen Isolationswirkung ausgedehnte Verwendung als Trägerund Platinenmaterial für elektronische Leistungsbaugruppen finden. Für die Untersuchungen wurden vier Modellklebstoffe aus der Klasse der Silberleitklebstoffe und der keramisch gefüllten Silicone definiert. Die Silberleitklebstoffe unterschieden sich in Form und Größe der enthaltenen Silberpartikel sowie in ihrer Wärmeleitfähigkeit. Die Messungen wurden mit Hilfe der sogenannten Flash-Methode durchgeführt, mit der auch an dünnen Klebschichten eine akkurate Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit vorgenommen werden kann.