Vielversprechende Alternative zum Löten
Gegenwärtig werden die meisten elektronischen Verbindungen mittels eines metallischen Füllstoffs (Lot) ausgeführt. Es wird geschmolzen und fließt zwischen die betreffenden beiden Schaltungskomponenten, verfestigt sich dort und bildet eine Brücke für den Stromfluss. Diese winzigen Verbindungen unterliegen im Laufe der Zeit einem gewissen Verschleiß, wobei dieser Prozess durch raue Umgebungen mit extremen Temperaturen und Schwingungen beschleunigt wird. Ausfälle können für Unternehmen und Endanwender bedeutende Folgen haben. Ein neuartiges Verbindungsverfahren, das erstmals an großen Bauteilen im Verkehrssektor angewendet wurde, wurde jetzt in einen kleineren Maßstab überführt. Mit Hilfe der EU-Finanzierung des Projekts MICROSTIR entwickelten die Wissenschaftler das Mikro-Reibrührschweißen für ultradünne Bleche und Spezialschaltungen. Das Reibrührschweißen ist ein Festkörperfügeverfahren, bei dem die beiden zu fügenden Komponenten im Wesentlichen mittels der Reibungswärme verbunden werden, die ein rotierendes Schweißwerkzeug erzeugt. Die Komponenten werden dann zusammengepresst, wodurch glatte Verbindungen mit ultrafeinen Kornstruktur entstehen. Überdies können mit dem Reibrührschweißen hochwertige Verbindungen zwischen verschiedenen Materialien bei minimaler Bildung von unerwünschten Verbindungen an der Fügestelle erzeugt werden. Zur Krönung des Ganzen verbraucht der Prozess im Vergleich zu konventionellen Verfahren sehr viel weniger Energie und erzeugt praktisch keine Schadstoffe, womit er auch noch sicherer für die Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmer ist. Das Team erstellte Werkzeuge, Prozesse und Prototypenherstellungsausrüstung zur Elektronikmontage und für Verkapselungen, die für raue Umgebungen vorgesehen sind. Dementsprechend wurden zwei Prototypensysteme entwickelt: Punktschweißen für Elektronik und Nahtschweißen zur hermetischen Abdichtung. Beide wurden in Testserienläufen umgesetzt, die Qualitätsschweißnähte ergaben und gleichzeitig die Ermittlung der physikalischen Grenzen ermöglichen, welche sich aus der Miniaturisierung ergeben. Die gesammelten Daten führten zu einer strengen Festlegung von Anwendungsmöglichkeiten, Schweißparametern und Aufbauvarianten. MICROSTIR hat die Grenzen des Reibrührschweißens mit Prototypenwerkzeugen und -prozessen für die Elektronikmontage und Verkapselung von Komponenten für raue Betriebsumgebungen weiter gesteckt. Eine weitere Optimierung verspricht nun die Kommerzialisierung sowie maßgebliche Vorteile für die kleinen und mittleren Unternehmen der Elektronikfertigung.
Schlüsselbegriffe
Lot, Löten, Schaltungsanschlüsse, Elektronik, Schweißen, elektronisches Fügen, raue Umgebungen, Reibrührschweißen, Mikroschaltkreis, Elektronikmontage, Verkapselungen, Punktschweißen, Nahtschweißen, hermetische Abdichtung
