Herstellung artungleicher Fügeverbindungen bei niedrigen Prozesstemperaturen mit hoher Wiederaufschmelztemperatur

Vorhabenbeschreibung:

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist durch eine Technologieentwicklung auf der Basis von Diffusionslötprozessen der TLP-Lotsysteme CuSn und AgSn zum Fügen von Metall-Keramik-Verbunden bei niedrigen Prozesstemperaturen (250-500 °C) charakterisiert. Gegenüber kommerziell verfügbaren Aktivlotsystemen, die Prozesstemperaturen oberhalb von 700 °C erfordern, werden bei der Abkühlung die thermisch induzierten Spannungen signifikant reduziert, sodass bspw. dünnere Keramiken gefügt werden können. Das Fügeverfahren löst damit die wissenschaftlich-technischen Herausforderungen, die sich aus den unterschiedlichen Eigenschaften, wie dem Wärmeausdehnungskoeffizienten von Cu/Stahl und keramischen Werkstoffen als Fügepartner, ergeben. Gleichzeitig ermöglicht es durch die hohen Wiederaufschmelztemperaturen einen möglichen Einsatz der Verbunde bei weit höheren Anwendungstemperaturen. Durch die angestrebten Ergebnisse können KMU eine alternative Fügemethode für Cu/Stahl und Hochleistungskeramiken im Temperaturbereich zwischen dem Weich- und Aktivlöten anbieten, welche die Vorteile beider Verfahren vereint. Der Einsatz der entwickelten Fügetechnologie ist in den Geschäftsfeldern im Bereich temperatursensitiver Bauteile wie z.B. Leistungshalbleiter, Elektronik oder Sensorik umsetzbar wobei ein hoher Bedarf der Industrie belegt ist. Für die erfolgreiche Umsetzung des Vorhabens soll entgegen den klassichen TLP-Lötprozessen durch den Einsatz von AgCuTi- und Ti/Cu-Metallisierungen der Keramik eine Diskontinuität im intermetallischen Cu3Sn-Phasenband erzielt werden, sodass erheblich höhere Scherfestigkeiten erwartet werden. In den Arbeitspaketen werden für die Lotsysteme AgSn und CuSn in unterschiedlichen stöchiometrischen Verhältnissen Vakuumlötversuche mit PVD-Dünnschichten und Pastenlötungen für die Keramiken AlN, Si3N4 und Al2O3 an Kupfer durchgeführt. Die Fügeverbunde werden systematisch untersucht sowie in einem industriellen Benchmark thermozyklisch geprüft.