Neuartige reaktive Multilayersysteme für die Mikroverbindungstechnik

Abstract

Reaktive Multilayersysteme (RMS) bieten das Potenzial, die für einen Fügeprozess notwendige Wärmemenge lokal innerhalb der Fügezone für einen sehr kurzen Zeitraum zur Verfügung zu stellen. Damit ist es möglich, unterschiedlichste Werkstoffkombinationen spannungsarm und mit minimaler thermischer Belastung miteinander zu fügen. Als Ergebnis der Forschungen konnten die Herstellung großflächiger, freistehender RMS gezeigt sowie Belotungs- und Strukturierungsverfahren zur Herstellung anwendungsbereiter Preforms entwickelt werden. Es wurden verschiedene RMS-Systeme sowie Benetzungs- und Lotschichten mittels Magnetron- Sputter-Deposition (MSD) abgeschieden. Diese Beschichtungstechnik zeichnet sich durch automatisierte Prozesse, höchste Genauigkeit und Reproduzierbarkeit aus und ist im Hinblick auf die Kostenreduzierung aufskalierbar. Im Routinebetrieb können derzeit bis zu fünf Substrate der Abmessungen 430 mm×220 mm in einem Batch beschichtet werden. Neben dem am meisten genutzten mittelenergetischen System Ni/Al wurden im Projekt sowohl niedrigenergetische Materialsysteme, wie Ti/Al und Zr/Al als auch hochenergetische Systeme Ti/Si und Zr/Si untersucht, um thermoplastische Werkstoffe zu fügen und auch das Hartlöten zu ermöglichen. Zur Herstellung anwendungsbeieiter RMS-Preforms wurden Belotungs- und Strukturierungsverfahren erarbeitet. Zum Beloten der RMS auf Bauteil- und Folienebene wurden sowohl Sputterprozesse für die Inlineprozessierung als auch kostengünstige elektrochemische Verfahren untersucht. Nach Beendingung des Projekts ist es damit möglich, die Lote Sn, SnAg3,8Cu0,7, das silberbasierte Aktivlot IncusilABA (Wesgo Ceramics) sowie AlSi10 mit Dicken zwischen 1 m und 20 µm auf RMS abzuscheiden und für die reaktive Fügetechnologie nutzbar zu machen. Hinsichtlich der Strukturierung wurden neben einfachen Rollmesserstrukturierungen für den Labormaßstab auch serientaugliche Stanzverfahren sowie hochpräzise Laserstrahlstrukturierungsverfahren erarbeitet, welche sowohl kostengünstige als auch hochgenaue Strukturierungsverfahren abdecken