Metallische Sintern

Bezeichnet das stoffschlüssige Fügen mittels Metallpulvern unterhalb ihrer Schmelztemperatur. Der Prozess kann mit Druckunterstützung bis zu 50 MPa oder drucklos erfolgen. Typische Fügetemperaturen für Kupfer oder Silberpulver liegen bei 200…300°C. Die Sinterzeit beträgt meist 2-5 Minuten. Die eigentliche Fügestelle wird durch Diffusionsprozesse ausgebildet. Die Metallpulver haben eine Partikelgrößen-Verteilung entweder im Nanobereich oder sind Mikroskalig. Je kleiner die Partikel sind, desto reaktiver sind sie. Durch die Bestrebung der Metallkörner zur Oberflächenminiierung, verbinden sie sich untereinander und zu den Grenzflächen der Fügepartner hin. Deshalb funktionieren Verbindungen mit gleichen Elementen am besten – speziell Silber zu Silber. Die Oberflächen müssen frei von Oxiden oder Verunreinigungen sein, um den Diffusionsprozess nicht zu stören.

Das metallische Sintern hat sich in den letzten Jahren als Hochleistungs-Alternative zum Weichlöten in der Leistungselektronik etabliert. Nach dem Fügeprozess bei 200..300°C schmilzt die Verbindung erst wieder bei dem Schmelzpunkt von Kupfer (1082°C) bzw. Silber (962°C). Sowohl Kupfer als auch Silber verfügen über eine um Größenordnung höhere Wärmeleitfähigkeit und Festigkeit als Weichlote. Somit ergibt sich durch das metallische Sintern eine thermisch und mechanisch performante Fügestelle.

Für das Anbinden von Halbleitern auf Schaltungsträgern hat sich das metallische Sintern bereits durchgesetzt. Die industriellen Entwicklungen gehen nun stark zum großflächigen Sintern von Substraten oder Leiterplatten auf Kühlkörper oder Bodenplatten. Weitere Anbindungen sind das Aufbringen von Lastanschlüssen auf Substraten oder das Verbinden von Stromschienen. Auch spezielle Hochtemperaturanwendungen entdecken das metallische Sintern aktuell für sich, wie etwa Sensoren oder Laser-Applikationen.

Synonyme:
Festkörpersintern, Diffusionsbonden
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