Metallisches Kupfer- und Silbersintern

Das metallische Sintern mit Kupfer- oder Silberpasten hat sich in den letzten Jahren als hochzuverlässige Alternative zum Löten etabliert. Speziell der druckbehaftete Sinterprozess ist dem Löten im Punkto Taktzeit, Anwendungstemperatur und Lebensdauer um Größenordnungen überlegen. Jedoch sind Drücke von 10 MPa bis 30 MPa notwendig, um diese Verbindungen zu erzeugen. Zudem sind eine präzise Temperaturführung und reine Oberflächen notwendig, um eine qualitativ hochwerte Sinteranbindung zu prozessieren. Wir bieten Ihnen deshalb ein umfangreiches Schulungsangebot zum Thema Sinterprozess mit einem Blick auf die gesamte Fertigungslinie, sowie Workshops zu den notwendigen Randbedingungen wie Materialqualität.

Mögliche Schulungsinhalte:

  • Fertigungsgerechtes Produktdesign für den Sinterprozess
  • Entwicklung eines Temperatur- und Druckprofils
  • Typische Fehler beim Trocknen, Drucken und Sintern
  • Temperatur- und Druckmesstechniken, sowie Fehlerquellen
  • Einfluss vorhergehender Prozesse auf das Sintern
  • Prüfen der Materialqualität, Werkzeuge und Anlagen mit Schnelltests
  • Identifizieren von sicheren Prozessfenstern für die gesamte Prozesskette
  • Überführung von Laborprozessen in die Serienfertigung
  • Einführung von Inline-Prüfung und statistischen Prozesskontrollen
seminars for data science

Historie des Silbersinterns (Niedertemperatur-Verbindungstechnik NTV)

Ursprünglich von Schwarzbauer 1989 veröffentlicht, hat sich das metallische Silbersintern in den letzten Jahren als eine deutlich langlebigere Alternative zum Weichlöten in der Leistungselektronik herausgestellt. Neben zahlreichen Dissertationen haben sich auch einige Industrieunternehmen mit der Thematik beschäftigt und sind dabei, den Prozess in eine Serienfertigung zu überführen.

Sintern ist allgemein eine Prozesstechnik, um Materialien mit bestimmter Dichte aus metallischen oder keramischen Pulvern durch thermische Energie zu erzeugen. Die Triebkraft des Sinterns besteht darin, dass ein Pulver von einem hochenergetischen in einen niedrigenergetischeren Zustand gelangt. Dies geschieht über die Minimierung der Oberflächenenergie der Partikel durch den Sinterprozess. Mittels Druck und Temperatur wird dieser Vorgang beschleunigt.

Beim metallischen Silbersintern handelt es sich um das Festphasensintern. Dabei liegen Partikel in Pastenform zusammen mit Enkapsulierungs- und Dispersionsmitteln, sowie organischen Bindern vor. Die Paste wird im Schablonen- oder Siebdruck bzw. im Dispensverfahren auf das Substrat aufgetragen und anschließend getrocknet. Danach wird der Chip bestückt und mit bis zu 50 MPa Pressdruck und Temperaturen von 200 °C bis 300 °C in ein bis zwei Minuten durch die Silberpartikel mit dem Substrat stoffschlüssig verbunden.

Da die Sinterreaktion deutlich unter der Schmelztemperatur stattfindet, wird das Verfahren auch als Niedertemperatur¬verbindungstechnik (NTV) bezeichnet. Die NTV benötigt in den meisten Fällen eine Edelmetalloberfläche der Fügepartner, wobei Sinterpasten für Kupferoberflächen sich in der Entwicklung befinden. Die NTV zeigt eine um Größenordnungen bessere Lastwechselfestigkeit. Die Ursache dafür ist die um Faktor vier höhere elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie die fünfmal höherer Fließgrenze und die 15% geringere Wärmedehnung von Reinsilber im Vergleich zu SAC-Loten. Der Schmelzpunkt von Silber liegt mit 962 °C deutlich höher als bei Weichlotlegierungen. Damit ist das Material ideal für Hochtemperaturanwendungen geeignet.

Beiträge zum Kupfer- und Silbersintern:

Haben wir Ihr Interesse geweckt? Dann lassen Sie uns über Sintern sprechen!