Reaktive Fügeprozesse

Montage von Mikrosystemen durch Fügen mittels reaktiver Nanometer-Multischichten

Wir entwickeln reaktive Fügeprozesse für das stoffschlüssige Verbinden von Mikrosystemkomponenten. Mit Nanometer-Multischichten beispielsweise lässt sich im Vergleich zu herkömmlichen Fügeverfahren eine extrem lokale Energieeinkopplung mit sehr kurzen Prozesszeiten erzielen. Dies ermöglicht stressarme, gut wärmeleitende, hochfeste und dichte Verbindungen.

Systeme aus nanometerdünnen Multischichten geben bei exothermer Legierungsbildung in extrem kurzer Zeit Wärme ab. Diese sogenannten Reaktivmultischichten (RMS) können daher, eingebettet zwischen zwei Lotschichten, genügend Wärme entwickeln, um Lötverbindungen zwischen zwei Fügepartnern zu ermöglichen (Bild 1). Die RMS befinden sich dabei entweder als separate Folie zwischen den Fügepartnern oder werden auf einen der Fügepartner direkt abgeschieden und strukturiert. Die Legierungsbildung wird durch einen gezielten Zündimpuls gestartet. Während der Reaktion werden die Fügepartner zusammengepresst. 

Aufgrund der extrem kurzen Reaktionsdauer von wenigen Millisekunden erwärmt sich nur die Fügezone, nicht jedoch das zu fügende Bauteil. Somit können auch temperaturempfindliche Baugruppen gelötet werden. Zudem wird der thermomechanische Stress zwischen Fügepartnern mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten reduziert. Weiterhin weist die  Verbindungsschicht im Vergleich zu geklebten Verbindungen eine höhere mechanische Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit auf.

Typische Anwendungen der reaktiven Fügetechnik liegen im Bereich des Heat-Managements, der Montage stressempfindlicher Sensoren oder der Gehäusung. Bild 2 zeigt beispielhaft einen Mikro-Peltierkühler, der mittels reaktiver Fügetechnik auf eine Kupfer-Wärmesenke gelötet wurde. Als RMS dient in diesem Fall ein direkt auf die Wärmesenke abgeschiedenes Schichtsystem aus Ni/Al.

Kontakt


Dr.-Ing. Axel Schumacher
Hahn-Schickard,
Villingen-Schwenningen
Tel.: +49 7721 943-237
Axel.Schumacher@Hahn-Schickard.de
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