Productronica LIMBO erweitert die Grenzen des Laserschweißens und Lötens

Wissenschaftler des Aachener Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT stellen auf der Productronica eine laserbasierte Fügetechnik vor. Die LIMBO genannte Technik soll neue Anwendungsfelder beim Fügen temperaturempfindlicher Bauteile erschließen.

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Fraunhofer-Institut für Lasertechnik

Fünf Buchstaben stehen für eine Aachener Entwicklung, die Spezialisten aus der Elektronikfertigung inspirieren soll: Die Rede ist von LIMBO, dem Kürzel für „Laser Impulse Metal Bonding“.

„Das neue Verfahren erweitert die Prozessgrenzen des sonst üblichen Laserschweißens und Lötens erheblich“, erklärt Simon Britten, Leiter des Projekts: „Es erschließt völlig neue Anwendungsfelder beim Fügen von temperaturempfindlichen Bauteilen.“ Innerhalb von drei Jahren Forschungsarbeit entstand ein thermischer Fügeprozess, der die Prozessgrenzen üblicher Verfahren überwindet und nur ein Minimum an Energie in das Bauteil einbringt.

Erstmals wird es 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 geringste Einflüsse auf das Bauteil.

„Mit LIMBO können wir nun auch Verbinderleiter mit einer Dicke von 200 µm und mehr auf dünne Metallisierungen thermisch fügen“, sagt der Experte für Mikrofügen. 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. Britten: „Wir steuern den insgesamt nur weniger als 20 Millisekunden dauernden Prozess so, dass die Anbindung im Wesentlichen durch einen Schmelzetransfer erfolgt.“

Das LIMBO-Verfahren lässt sich insbesondere dort anwenden, wo die Metallisierungsschicht 10 – 20 Mikrometer Dicke aufweist und Verbinderdicken von einigen 100 Mikrometern verwendet werden. Auf der Productronica demonstriert das Fraunhofer ILT das Verfahren mit einem Faserlaser (Wellenlänge: 1070 Nanometer).

„Für das Verfahren eignen sich alle Laserstrahlquellen, die sich im Bereich von Milli- bis Mikrosekunden modulieren lassen“, erläutert Projektleiter Britten. Aufgrund der kurzen Einwirkzeit wird für den Prozess eine Laserleistung von etwa zwei Kilowatt benötigt, beim Faserlaser reichen bereits rund 500 Watt.

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