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Die PFARR Stanztechnik GmbH freut sich, bekannt zu geben, dass unter der DE 10 2020 000 913.1 ein neuartiger bleifreier Lotwerkstoffverbund zur Patentanmeldung gebracht wurde. Die Aufgabe des neuen Materials ist es, einfache, wie auch komplexe Geometrien an Lötspalten nachzubilden bzw. beim Löten zu stabilisieren. Unsere Erfindung ist somit hervorragend zur „Bondline Thickness Control“ geeignet. Weitere Vorteile unserer Erfindung:

• Stufenlötprozesse werden prozesssicherer ausführbar gemacht – ein Verzicht auf bleihaltige Lote beim stufenweisen Aufbau eines Leistungshalbleitermoduls ermöglicht
• die Wärmeleitfähigkeit der Verbindungszone wird verbessert
• die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Verbindungzone werden erhöht

Die aufgeführten Vorteile unseres neuartigen Lotwerkstoffverbundes werden mittels des innovativen Designs für das Layout des Selbigen erreicht. Dieses lässt sich folgendermaßen beschreiben: Verbunddrähte, die im Kern aus einem höherschmelzenden Metall (Kupfer-, Silber-, Nickel-, oder Goldwerkstoffe) und einem Mantel aus Zinn, Indium, oder Legierungen auf deren Basis bestehen, liegen stoffschlüssig eingebettet in einer Matrix aus bleifreiem Weichlot (alle gängigen Sn- und In-Basislegierungen) vor. Dabei nehmen die Durchmesser der Kerne der Drähte, die sowohl als ovaler, oder nahezu runder Querschnitt im Werkstoffverbund ausgeführt sein können, in Höhenrichtung ein hohes Maß an der Gesamtdicke der Preforms ein (verbleibende Weichlotsäulen über und unter den Drähten im Preformzustand liegen im Bereich von 5 µm -15 µm). Dadurch ist eine fast exakte Nachbildung des angestrebten Lötspaltes beim Lötvorgang möglich. Konkave oder konvexe Geometrien an sich ausbildenden Lötspalten können mit unterschiedlich dicken Drähten und genauer Positionierung dieser im Preform stabilisiert werden. Dabei sind den Layouts aufgrund des erprobten Herstellverfahrens Walzplattieren kaum Grenzen gesetzt. Hierdurch ergeben sich hohe Potentiale für den zukünftigen Aufbau von Modulen mit integrierter mechatronischer Funktion. Diese werden, abweichend von der bisherigen flachen Modulaufbauweise einen komplexeren 3D Aufbau besitzen welcher durch den neuartigen Lotwerkstoffverbund unterstützt werden kann. Maßgabe ist jedoch stets eine wirtschaftliche Fertigungskette vom walzplattierten Werkstoffverbundband bis hin zum daraus gestanzten Preform. Das innovative Layout bewirkt, dass die oberhalb und unterhalb der Drähte angeordneten Bereiche aus Weichlot bei den für bleifreie Weichlote typischen Lötprozesszeiten und -temperaturen in höherschmelzende, intermetallische Phasen umgewandelt werden. Diese intermetallischen Phasen fungieren aufgrund ihres mechanisch festen Charakters einerseits als Rissblockelemente. Im Mix mit der restlichen duktilen Weichlotmatrix wird eine Verbindungszone hoher Zähigkeit geschaffen, die der Lotermüdung und damit Degradation entgegenwirkt und somit die Lebensdauer verbessert. Andererseits machen sie, aufgrund der hohen Wiederaufschmelztemperatur auch Stufenlötprozesse sicherer in ihrer Ausführung, da die Komponenten über diese höherschmelzenden Brücken zueinander angepinnt werden. Da für die Drähte typischerweise Kupfer-, Silber-, Nickel- oder Goldmaterialien eingesetzt werden, wird somit auch die thermische Leitfähigkeit der erzeugten Verbindungszone erhöht.