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Donnerstag, 04 November 2021 10:59

Förderprojekt für Niedertemperatur-TLP-Bonden gestartet

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Geschätzte Lesezeit: 2 - 4 Minuten

Im Mai wurde mit dem IGF-Vorhaben Nr. 21868 N ein neues Projekt gestartet, bei dem ein schonendes TLP-Fügeverfahren (LowTemp-TLP) erarbeitet werden soll, indem ternäre Systeme zur Anwendung kommen.

In May, a new project was started with the IGF project No. 21868 N, in which a gentle TLP joining process (LowTemp-TLP) is to be developed by using ternary systems.

Die erste Sitzung des Projekt-begleitenden Ausschusses fand bereits statt. Dort wurde über Einzelheiten und den Sachstand informiert. Ziel ist die Reduktion der Prozesstemperatur beim TLP-Bonden auf unter 150 °C.

Transient Liquid Phase Bonding (kurz: TLP-Bonden, deutsch: Flüssigphasensintern) ist eine Verbindungstechnologie für Hochtemperaturanwendungen, die eine stressarme Montage von Mikrosystemen, z. B. Sensoren ermöglicht. Denn beim TLP-Bonden liegt die Prozesstemperatur unter dem Schmelzpunkt der dabei entstehenden Verbindung.

Der TLP-Prozess läuft beim Zweiphasensystem Ag-Sn folgendermaßen ab:

  • Aufbringen von Druck
  • Aufbringen von Wärme
  • Aufschmelzen von Sn und Diffusion in Ag
  • Temperatur halten bis eine isotherme Erstarrung stattfindet (Legierungsbildung)
  • Homogenisieren der Bondverbindung

Die bisherigen TLP-Prozesstemperaturen von deutlich über 200 °C sind allerdings für viele Materialien zu hoch. So besteht bei Harzen in Leiterplatten oder bei Kunststoffen in Bauteilen das Risiko der Degradation oder gar völligen Zerstörung. Daraus resultierte die Motivation für ein Forschungsprojekt für eine schonendere Technologie.

Ein ternäres System aus Silber, Indium und Zinn (Ag, In, Sn) kann so ausgelegt werden, dass bei Prozesstemperaturen unter 150 °C eine bis über 300 °C temperaturstabile Verbindung aus intermetallischen Phasen entsteht. Dies hat mehrere Vorteile. Denn die niedrigen Prozesstemperaturen und damit die geringere Temperaturdifferenz zur Raumtemperatur führen zu geringeren mechanischen Spannungen im Aufbau, so dass die Aufbauten bessere Eigenschaften als mit vergleichbaren Fügetechniken aufweisen, insbesondere eine höhere Zuverlässigkeit. Zudem können kommerziell verfügbare Bondgeräte eingesetzt werden. LowTemp-TLP eignet sich zum Fügen von Einzelbauteilen, Einzelchips oder auch von ganzen Wafern. Die benötigten Schichtsysteme können sowohl als Folien als auch durch direkte (elektrochemische) Beschichtung bereitgestellt werden.

Am Projekt sind die Forschungseinrichtungen Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e. V., Villingen-Schwenningen (federführend), das Forschungsinstitut für Edelmetalle und Metallchemie (fem), Schwäbisch Gmünd, und das Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Universität Freiburg sowie Industriepartner beteiligt.

Die erste Sitzung des Projekt-begleitenden Ausschusses fand im Juni in Form einer Videokonferenz statt. Nach der Begrüßung und Vorstellung der Teilnehmenden erfolgte eine detaillierte Projektvorstellung, wobei die Struktur und der geplante Lösungsweg im Mittelpunkt standen. Das Arbeitsprogramm gliedert sich in mehrere Arbeitspakete (AP), die teils parallel/überlappend und teils nacheinander realisiert werden. Diese und deren verantwortliche Bearbeiter (in Klammer) sind:

  • AP 1: Spezifikation mit dem Ziel, die einzusetzenden Verfahren, Materialien, Legierungen, Temperaturen, Anwendungen sowie Prüfverfahren in Absprache mit den Firmen des Projekt-begleitenden Ausschusses festzulegen (alle)
  • AP 2: Untersuchung des ternären Systems In-Sn-Ag (fem)
  • AP 3: Elektrochemische Herstellung von Folien und Direktbeschichtungen (fem, HS)
  • AP 4: Fügeprozesstechnik entwickeln (IMTEK, HS)
  • AP 5; Herstellung von Testobjekten (IMTEK, HS)
  • AP 6: Charakterisierung mittels unterschiedlicher Methoden (alle)
  • AP 7: Herstellung von Funktionsmustern (alle), womit die Anwendung des TLP-Bondens an einem oder mehreren konkreten Bauelementen demonstriert werden soll

Das Förderprojekt hat eine Laufzeit bis zum 31. Oktober 2023. Dementsprechend sind die Meilensteine geplant:

  • M1 (nach 12 Monaten): TLP-Schichtsysteme bzw. InSn-Legierungen als Folien und Beschichtungen verfügbar
  • M2 (nach 21 Monaten): Testobjekte charakterisiert
  • M3 (nach 28 Monaten): Funktionsmuster hergestellt und charakterisiert

Zudem sind alle 6 Monate Treffen des Projektbegleitenden Ausschusses geplant. Weitere Punkte des ersten Treffens waren der aktuelle Stand der Arbeiten, d. h. der TLP-Bondversuche mit InSn-Folien und das Ergebnis der Firmenumfrage zu Anwendungen sowie die Diskussion und das Festlegen des weiteren Vorgehens. Das IGF Vorhaben 21868 N wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.

Weitere Informationen

  • Ausgabe: 10
  • Jahr: 2021
  • Autoren: Gustl Keller

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