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TU Berlin

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Wärme- und eigenspannungsarmes Fügen für die Mikrotechnik

IGF-Nr. 15.912 N       

Kurzzusammenfassung

In vielen Bereichen der Mikrotechnik sind temperaturempfindliche Bauteile oder Baugruppen oft auch mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten flächig stoffschlüssig zu fü­gen, ohne dass im Fügeprozess kritische Temperaturen überschritten werden. Dies ist bei­spielsweise beim Fügen von elektronischen Bauteilen, Mikrosensoren und –aktoren der Fall.

Die derzeit angewandten Fügetechnologien sind nicht in der Lage, die Prozessanforderungen bezüglich der Temperatur einerseits und die geforderten Verbindungseigenschaften andererseits in ihrer Gesamtheit zu erfüllen. Einen Lösungsansatz bietet hierzu das Fügen mit „reaktiver Na­notechnologie“. In einer selbst fortschreitenden Hochtemperatursynthese einer nanostrukturier­ten Folie wird die zum Fügen erforderliche Wärme direkt in der Fügezone freigesetzt. Die frei­werdende Wärme schmilzt das Lot auf. Auf Grund der insgesamt geringen freigesetzten Energie und der hohen Reaktionsgeschwindigkeit liegen die Temperaturen an den Fügeflächen ca. 20 ms nach Reaktionsstart wieder bei Raumtemperatur. Hieraus resultierten eine minimale Tempe­raturbelastung der zu fügenden Bauteile und ein minimiertes Eigenspannungsniveau. Die gefor­derten Verbindungseigenschaften können durch die entsprechende Wahl des Lotes bzw. der reaktiven Komponenten eingestellt werden.

Die im Vorhaben verwendeten reaktiven Nanofolien werden charakterisiert. Parallel dazu wurden mittels Simulation die erforderlichen Temperaturen und Wärmemengen zum Aufschmelzen des Lotes innerhalb der Fügestelle zeitabhängig berechnet. Anschließend werden Fügeversuche mit unterschiedlichen Werkstoffen durchgeführt.

Auf Grund der durchgeführten Arbeiten konnten grundlegende und neue Erkenntnisse sowohl zu den chemisch-physikalischen Reaktionscharakteristika der Folien, der Auslegung des Fügepro­zesses und den daraus resultierenden technologisch-mechanischen Eigenschaften der Füge­zone, als auch zur Entwicklung und Anpassung des theoretischen Modells gewonnen werden.

Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

Das IGF-Vorhaben 15.912 der Forschungsvereinigung Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e.V. (DVS wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und ‑entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Für diese Förderung und Unterstützung sei herzlich gedankt.

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