Cool gefügt

Fünf Buchstaben stehen für eine Neuentwicklung, die Spezialisten aus der Elektronik­fertigung inspirieren soll: LIMBO, Laser Impulse Metal Bonding. „Das neue Verfahren erweitert die Prozess­grenzen des sonst üblichen Laser­schweißens und Lötens erheblich“, erklärt Simon Britten, Leiter des Projekts LIMBO am Fraunhofer-Institut für Laser­technik. „Es erschließt völlig neue Anwendungs­felder beim Fügen von temperatur­empfindlichen Bauteilen.“ Innerhalb von drei Jahren entstand ein thermischer Füge­prozess, der die Prozess­grenzen üblicher Verfahren überwindet und nur ein Minimum an Energie in das Bauteil einbringt.

Damit wird es erstmals möglich, dicke Verbinder­leiter direkt mit Kontakt­stellen von Leistungs­elektronik-Komponenten zu verbinden. Diese sind wiederum häufig mit sensiblen, schnell schaltenden Chips, etwa für Windkraft­anlagen oder Elektro­fahrzeuge, ausgerüstet und bedürfen einer schonenden Bearbeitung. Im Gegensatz zum Löten sind die LIMBO-Verbindungen hoch­temperatur­fest und zeigen im Vergleich zum konventionellen Schweißen und Bonden nur geringste Einflüsse auf das Bauteil.

„Mit LIMBO können wir nun auch Verbinder­leiter mit einer Dicke von zweihundert Mikrometern und mehr auf dünne Metalli­sierungen thermisch fügen“, so Britten weiter. Das Geheimnis besteht in dem Aufbrechen des klassischen Schweiß­prozesses mit den Phasen Erhitzen und Fügen. Im Gegensatz zu sonst üblichen elektrischen Verbindungen werden durch die Verfahrens­technik Bauteil und Verbinder thermisch isoliert betrachtet. „Wir steuern den insgesamt nur weniger als zwanzig Milli­sekunden dauernden Prozess so, dass die Anbindung im Wesentlichen durch einen Schmelze­transfer erfolgt.“

Das LIMBO-Verfahren lässt sich insbesondere dort anwenden, wo die Metallisierungs­schicht zehn bis zwanzig Mikrometer Dicke aufweist und Verbinder­dicken von einigen hundert Mikrometern verwendet werden. „Für das Verfahren eignen sich alle Laserstrahl­quellen, die sich im Bereich von Milli- bis Mikrosekunden modulieren lassen“, erläutert Britten. Aufgrund der kurzen Einwirk­zeit wird für den Prozess eine Laser­leistung von etwa zwei Kilowatt benötigt, beim Faser­laser reichen bereits rund fünfhundert Watt.

Nach der Grundlagenarbeit des Fraunhofer ILT steht für den Projekt­leiter und sein Team fest, dass und wie LIMBO prozess­sicher arbeitet. Dank einer niedrigen Einschweiß­tiefe von weniger als zwanzig Mikrometer kann LIMBO insbesondere für die Bearbeitung wärme­empfindlicher sensibler Bauteile eingesetzt werden, wobei die Palette für mögliche Anwendungen sehr breit ist: Sie reicht von Hochleistungs­kontaktierungen in der Umrichter­technik für alternative Energien, beispielsweise für die Wechsel­richter von Windkraft­anlagen, bis hin zur Leistungs­kontaktierung in Batterie­technik und Elektro­mobilität.

Fh.-ILT / RK