Düsenbasiertes Laserstrahl-Löten mit Formteilen zur hochtemperaturfesten Kontaktierung piezokeramischer Substrate - Stein, Stefan; Heberle, Johannes; Hugger, Florian; Roth, Stephan; Schmidt, Michael (Tagungsband des 17. Seminars Laser in der Elektronikproduktion und Feinwerktechnik, 2014)
Piezokeramiken bieten aufgrund ihrer Eigenschaften vielseitige Anwendungsmöglichkeiten. Werden sie beispielsweise in Sturkturbauteile integriert, so kann über eine frequenzmodulierte Ansteuerung eine aktive Schwingungsdämpfung realisiert werden. Die Integration von Piezoaktoren in Strukturbauteile stellt jedoch in der Großserienfertigung aufgrund der Komplexität der Verarbeitung und Kontaktierung bisher ein ungelöstes Problem dar. Aufgrund der hohen Anforderungen an die Kontaktierung wird am Bayerischen Laserzentrum das Laser Droplet Brazing entwickelt, welches sich durch eine sehr definierte Energieeinbringung in die Fügestelle auszeichnet. Es wird hierbei eine Hartlotkugel in eine Kapillare eingebracht, dort mittels eines Laserpulses aufgeschmolzen und durch einen, in der Kapillare herrschenden, Überdruck ausgestoßen. Die schmelzflüssige Lotkugel fällt auf ein sich unter der Düse befindliches Kontaktpad und benetzt dort sowohl die Metallisierung des Substrates als auch den Kupferdraht. Im Anschluss erstarrt die Lotkugel, wodurch es zu einer stoffschlüssigen Kontaktierung von Substrat und Kupferdraht kommt. Mit dem Laser-Droplet-Brazing-Verfahren lassen sich thermisch stabile Hartlötverbindungen auf wenigen µm starken Metallisierungen realisieren, wobei eine thermische Schädigung des Substrates aufgrund der definierten Energiedeposition vermieden werden kann. Es eignet sich somit sowohl für die Kontaktierung von Piezokeramiken als auch für andere Aufgabenstellungen, bei denen hochtemperaturstabile Kontaktierungen auf dünnen Metallisierungen erzeugt werden müssen, ohne das Substrat thermisch zu schädigen. Das Verfahren sowie die System- und Prozesstechnik werden im vorliegenden Artikel vorgestellt. Daneben werden die Einflüsse von Prozessparametern wie Pulsdauer und Pulsleistung auf das Kontaktierungsergebnis aufgezeigt und Kontaktierungsergebnisse diskutiert, sowie deren Anbindung metallografisch und durch Schertests untersucht.
Keywords: Laserstrahllöten; Hartlöten; Piezokeramik; Kontaktierung; Laser Droplet Brazing