PCIM: Plasma für hochwertige Powermodule
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Wie lassen sich Powermodule so fertigen, dass sie auch unter steigenden Leistungsdichten, höheren Temperaturen und mit neuen Materialkombinationen dauerhaft zuverlässig funktionieren? Genau diese Frage steht im Mittelpunkt moderner Leistungselektronik – und sie beginnt mit der Qualität der verschiedenen Oberflächen. Auf der PCIM, weltweit führende Leitmesse für Leistungselektronik präsentiert Plasmatreat in Halle 7, Stand 169 ein erweitertes Portfolio für die Oberflächenvorbehandlung in diesem Bereich. Im Fokus stehen Lösungen für die atmosphärische und erstmals auch die Niederdruck-Plasmabehandlung von Powermodulen. Ziel ist es, kritische Fertigungsprozesse in der Elektronikproduktion stabiler, reproduzierbarer und langlebiger zu machen – insbesondere bei steigenden Anforderungen durch höhere Leistungsdichten und neue Materialien.
In der Leistungselektronik verschärfen sich die Belastungen für Powermodule kontinuierlich. Kompaktere Bauweisen, höhere Stromdichten und der Einsatz von SiC- oder GaN-Halbleitern führen zu deutlich höheren thermischen und elektrischen Stresssituationen. Besonders kritisch sind Materialübergänge – sogenannte Triple Points – zwischen Metall, Keramik und Vergussmaterial. Hier entstehen Spannungen, Voids und Haftungsprobleme, die langfristig zu Delamination oder elektrischen Ausfällen führen können.
Diese Effekte zeigen sich in der Praxis meist nicht sofort, sondern entstehen schleichend über Temperaturzyklen, elektrische Lastwechsel und mechanische Spannungen im Betrieb. Umso wichtiger wird eine Oberflächenvorbereitung, die nicht nur einzelne Prozessschritte verbessert, sondern die gesamte Verbindungsqualität systematisch absichert. Genau an dieser Schnittstelle zwischen Material, Prozess und Langzeitzuverlässigkeit setzt die Plasmatechnologie an. Auf der PCIM zeigt Plasmatreat deshalb unterschiedliche Plasmasysteme und -anlagen für spezifische Anforderungen innerhalb der Powermodulfertigung zur Reinigung, Aktivierung Oxidreduzierung.
Niederdruckplasma für komplexe Geometrien
In Halle 7 auf Stand 169, zeigt Plasmatreat unter anderem eine Anlage der neuen AURORA-Plasma Produktserie. Mit AURORA-Plasma erweitert Plasmatreat sein Technologieportfolio gezielt für Anwendungen, in denen Homogenität und Flexibilität erforderlich sind. Das System arbeitet mit einem Multifrequenzansatz, der eine präzise Anpassung der Plasmaeinwirkung an Material, Geometrie und Prozessanforderung ermöglicht. Dieses Feature erlaubt es, die Energieeinbringung des Plasmas deutlich feiner zu steuern und an unterschiedliche Materialreaktionen anzupassen. Dadurch lassen sich empfindliche Substrate ebenso prozesssicher behandeln wie hochthermisch belastbare Materialien. Gleichzeitig wird eine besonders gleichmäßige Aktivierung über komplexe 3D-Strukturen hinweg erreicht, was die Reproduzierbarkeit kritischer Folgeprozesse deutlich verbessert.
Gerade bei komplexen Bauteilen, dicht bestückten Powermodulen oder empfindlichen Materialverbunden punktet das Niederdruckplasma. Die Oberflächen werden gleichmäßig aktiviert, ohne Schatteneffekte oder lokale Inhomogenitäten. Dadurch entstehen stabile, reproduzierbare Bedingungen für nachfolgende Prozesse wie Verguss, Beschichtung oder Bonding.
Openair-Plasma als Inline-Technologie für stabile Serienprozesse
Bei der Erstellung eines Powermodules bleibt Openair-Plasma ein zentraler Baustein: Das Verfahren arbeitet unter Atmosphärendruck und lässt sich direkt in bestehende Fertigungslinien integrieren. Oberflächen werden trocken, selektiv und ohne zusätzliche Chemie gereinigt, organische Rückstände entfernt und Oxidschichten inline reduziert.
Dadurch können Oberflächenvorbehandlungen direkt vor kritischen Prozessschritten wie Die-Bonding, Wire-Bonding, Underfill oder Verguss erfolgen. Die Inline-Plasmaaktivierung verändert die Oberflächeneigenschaften gezielt und schafft stabile Voraussetzungen für eine zuverlässige Benetzung und Haftung. Gleichzeitig ermöglicht die inlinefähige Integration hohe Taktzahlen sowie eine vollständig automatisierte und reproduzierbare Prozessführung.
Für Hersteller bedeutet dies eine höhere Prozessstabilität, weniger Streuung in kritischen Fertigungsschritten und eine verbesserte Ausbeute in der Serienproduktion. Gerade in der Automobil- und Energieindustrie, wo Zuverlässigkeit, Skalierbarkeit und reproduzierbare Qualität entscheidend sind, bietet dieser Ansatz klare Vorteile.
Oxidreduktion als Schlüssel zur Verbindungsqualität
Ein zentrales Thema in der Powermodulfertigung bleibt die zuverlässige Kontrolle von Oxidschichten auf metallischen Oberflächen. Diese beeinflussen direkt die Qualität elektrischer und mechanischer Verbindungen und können die Lebensdauer von Bauteilen erheblich reduzieren. Mit dem REDOX-Tool zeigt Plasmatreat auf der PCIM seine Lösung zur inlinefähigen Reduktion von Metalloxiden auf Kupfer- und Aluminiumoberflächen. Die Technologie entfernt Oxidschichten gezielt, trocken und selektiv – ohne Flussmittel oder nasschemische Prozesse. Dadurch werden Kontaktflächen optimal für nachfolgende Verbindungsprozesse vorbereitet und gleichzeitig Prozessschritte reduziert.
Besonders relevant ist dies bei Overmolding- und Vergussprozessen. Hier können verbleibende Oxidschichten und unzureichende Haftung zu EMC-Delamination führen – einer kritischen Schwachstelle unter thermischer und mechanischer Belastung. Durch die gezielte Plasmaaktivierung und Oxidreduktion verbessert das REDOX-Tool die Adhäsion zwischen Metalloberfläche und Vergussmaterial deutlich und trägt so zu einer höheren Langzeitstabilität und Prozesssicherheit bei.
Plasmatreat als Enabler für die nächste Generation der Leistungselektronik
Die Kombination aus Atmosphärendruck- und Niederdrucktechnologie ermöglicht es, unterschiedliche Anforderungen innerhalb der Powermodulfertigung gezielt abzudecken. Während Atmosphärendruckplasma auf Inline-Fähigkeit, Geschwindigkeit und direkte, automatisierte Integration ausgelegt ist, bietet die Niederdrucklösung maximale Homogenität und Flexibilität für komplexe Geometrien und empfindliche Materialien. Die Einhaltung definierter Qualitätsstandards und die Reproduzierbarkeit der Behandlung sind bei beiden Technologien durch verschiedene Qualitätssicherungsmodule gewährleistet.
Damit adressiert Plasmatreat nicht nur einzelne Prozessschritte, sondern die gesamte Oberflächenvorbereitung entlang der Wertschöpfungskette moderner Elektronikfertigung. Die Technologien tragen dazu bei, Prozessfenster zu stabilisieren, Ausschuss zu reduzieren und die langfristige Zuverlässigkeit von Leistungsmodule zu erhöhen. „Die Qualität der Oberfläche entscheidet heute maßgeblich über die Zuverlässigkeit moderner Leistungsmodule“, erklärt Nico Coenen Global Director Electronics Market bei Plasmatreat. „Mit unserem Plasma-Portfolio ermöglichen wir Herstellern stabile, reproduzierbare Prozesse – vom ersten Reinigungsschritt bis zur finalen Verbindung.“
Wie diese Lösungen in konkrete Fertigungsumgebungen integriert werden können, zeigt Plasmatreat auf der PCIM Europe in Halle 7, Stand 169.