Neuer Werkstoff für Verbindungen von High-Power-LEDs und anderen Leistungshalbleitern

Widerstandsfähiges, selbstheilendes Lot soll Elektronikkomponenten zuverlässiger machen. Bild: ZKW

| von Götz Fuchslocher

Gemeinsam mit der Technischen Universität Wien und dem Materials Center Leoben forscht das Team des österreichischen Lichtsystem- und Elektronikexperten ZKW an selbstheilenden, besonders belastbaren Loten. Eingesetzt werden soll der Werkstoff für Verbindungen von High-Power-LEDs und anderen Leistungshalbleitern für die Automobilindustrie. ZKW entwickelt und fertigt solche elektronische Baugruppen wie Steuergeräte und Lichtmodule am Standort Wiener Neustadt.

Wie ZKW mitteilt, bilden bei Elektronikbauteilen häufig die Lotlegierungen, die die Bauteile auf der Leiterplatte fixieren, eine Schwachstelle. Risse im Lot können Störungen in der Elektronik verursachen. Ziel des Projekts Solaris sei es, einen Lotwerkstoff mit selbstheilenden Eigenschaften zu entwickeln. Dies könne durch teilweises Aufschmelzen des Lots bei Betriebstemperatur erreicht werden, wodurch sich beginnende Risse schließen und mechanische Spannungen abbauen lassen.

Gemäß der neuen Norm GMW3172 sind Zyklen im Temperaturbereich von -40°C bis +140°C zu bestehen. Wie ZKW mitteilt, halten herkömmliche Lote nur bis maximal 120 Grad Celsius Betriebstemperatur stand, während aktuelle High-Power-LEDs oder Leistungstransistoren bis zu 140 Grad Celsius und mehr vertragen. Thermo-mechanisch hoch belastete Weichlötwerkstoffe kommen hier an ihre Grenzen. Kriechvorgänge, Porenbildung und Rissbildung führen schlussendlich zum Versagen der Baugruppe. Als Lösung werden derzeit teure oder schwierig zu verarbeitende Leiterplattensubstrate und exotische Package-Materialien eingesetzt.

Zusätzlich forscht der Lichtsysteme-Spezialist gemeinsam mit den Partnern auch an computerunterstützten Simulationen, die eine Vorhersage der Lebensdauer des neuen Lotwerkstoffs ermöglichen sollen. Dabei werden Testbaugruppen simuliert und für Versuche hergestellt, um sie unter Extrembedingungen bis zum Ausfall zu belasten. Die TU Wien unterstütze nicht nur mit Grundlagenforschung, sondern auch mit thermodynamischen Berechnungen zu Lotlegierungen, teilt ZKW mit. Das Materials Center Leoben wiederum bringe seine Expertise bei Modellierung, Simulation, Lebensdauerprognose und Schadensanalyse ein. Ein Schwerpunkt sei die Analyse von defekten Bauteilen mittels bildgebender Verfahren wie Röntgentomografie. Dieses Know-how nutze man, um beispielsweise zerstörte Elektronikkomponenten zu untersuchen und eine Prognose der Lebensdauer zu erstellen.

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