Anlagentechnik und Prozessentwicklung zum kombinierten Laserstrahllöten und -schweißen elektrischer Leistungsverbinder

Die Notwendigkeit der Erhöhung der Leistungsdichten in leistungselektronischen Komponenten erfordert immer größere Leitungsquerschnitte. Für die prozesssichere Kontaktierung der verwendeten Materialien werden robuste, präzise und flexible Fügeprozesse benötigt. Werden für die Fertigung von Leistungselektronik-Komponenten mehrere Fügetechniken verwendet, so wird für jeden Prozess eine eigene Anlagentechnik benötigt. Ziel des hier vorgestellten Projekts „KomBond – Substratangepasstes kombiniertes Laserstrahllöten und -schweißen von elektrischen Leistungsverbindern für die Leistungselektronik“ war die Entwicklung eines robusten Prozesses zur Kontaktierung von elektronischen Bauelementen und Leiterplatten in der Leistungselektronik. Mit diesem Kombinationsprozess sollen unterschiedliche Temperaturniveaus und Werkstoff-Belastungsgrenzen von Bauelementen und Verbindern mit einer gemeinsamen Systemtechnik, aber jeweils angepassten Prozessparametern abgedeckt werden können. Hierfür werden die beiden Fügeprozesse Schweißen und Löten in einem gemeinsamen Systemansatz kombiniert, sodass ein sowohl löt- als auch schweißbarer Verbindermaterial verwendet werden kann. Die wesentlichen technologischen Herausforderungen bei diesem kombinierten Ansatz bestehen zum einen in der prozessangepassten Steuerung der zeitlichen und örtlichen Energiedeposition für beide Fügeprozesse und die verwendeten Verbindungswerkstoffe, ohne die optische Systemtechnik und die Strahlquelle zu verändern, und zum anderen in der schweißtechnischen Problematik des schmelzflüssigen Fügens von Werkstoffen mit stark unterschiedlichen Schmelzpunkten. Im Rahmen dieses Beitrags werden die wesentlichen Projektergebnisse vorgestellt. Diese umfassen die Auslegung und den Aufbau der Anlagentechnik, Definition und Auswahl der Versuchsmaterialien, Parameterstudie zum Laserstrahlschweißen und Laserstrahllöten mit einem verzinnten Kupferbändchen sowie die Überführung der kombinierten Fügetechnik in die Anwendung.