Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schonendes Packaging temperaturempfindlicher, großflächiger Baugruppen mit Laser-Glaslöten

19.03.2013
Für das Packaging von temperaturempfindlichen Glas/Glas und Glas/Keramik-Baugruppen mit großen zu verschließenden Substratflächen gewinnt das laserbasierte Fügen mittels Glaslot immer mehr an Bedeutung.

Denn der Laserstrahl ist in der Lage, den Energieeintrag zum Aufschmelzen des Glaslotes örtlich begrenzt in die Fügezone einzubringen, um eine Fügeverbindung mit langzeitstabiler Hermetizität herzustellen. Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT entwickelt geeignete Bestrahlungsstrategien und Bearbeitungsköpfe.


Gelötete Glas/Glas, Glas/MAM, Glas/Silizium, Glas/LTCC, Glas/ITO Bauteile.
Bildquelle: Fraunhofer ILT, Aachen


Gelötetes Glas/Silizium Sensorbauteil.
Bildquelle: Fraunhofer ILT, Aachen

Sensitive Baugruppen wie optische Sensoren in der Medizintechnik, OLED Komponenten oder Farbstoffsolarzellen erfordern eine zuverlässige Verkapselung, damit weder Wasser noch Sauerstoff ins Innere des Bauteils gelangen und dort möglicherweise seine Funktion beeinträchtigen können. Konventionell werden derartige Bauteile mit anodischem oder Glasfrit-Bonden gefügt oder aber geklebt. Allerdings sind diese Verbindungen meist nicht langzeitstabil genug. Zudem wird beim Bonden die gesamte Baugruppe erhitzt, weshalb das Verfahren zum Fügen temperaturempfindlicher Bauteile nicht geeignet ist.

Wissenschaftler des Fraunhofer ILT haben ein Verfahren entwickelt, mit dessen Hilfe die Gesamterwärmung der zu verkapselnden Baugruppe auf ein Minimum reduziert und somit thermisch induzierten Spannungen in der Prozesszone vorgebeugt werden kann. Mit dem laserbasierten Fügen mittels Glaslot lassen sich temperaturempfindliche Glas/Glas bzw. Glas/Keramik-Baugruppen langzeitstabil hermetisch verschließen. Das Verfahren wurde von den Aachener Experten so weiter entwickelt, dass nun auch großflächige Bauteile verkapselt werden können.

Laserbasiertes Fügen mittels Glaslot

Beim laserbasierten Glaslöten wird der Laserstrahl präzise über das Werkstück geführt und bringt die Energie zum Aufschmelzen des Glaslotes lediglich ins Glaslotvolumen selbst ein. Die zu fügenden Substrate werden zum Benetzen ausschließlich über Wärmeleitung erwärmt, so lässt sich die Gesamterwärmung der Baugruppe auf ein Minimum reduzieren. Als ein geeigneter Bestrahlungsansatz bietet sich das quasisimultane Laserlöten an: Ein hoch dynamisches 2D Scannersystem lenkt den Laserstrahl vielfach wiederholt mit großer Geschwindigkeit über die Lotkontur ab und erwärmt die gesamte Glaslotkontur mittels eines Laserleistungs-Zeit-Profils gleichmäßig auf Verarbeitungstemperatur. Nach dem Verbinden beider Fügepartner wird die Temperatur in der Prozesszone gemäß dem Profil stressfrei auf Raumtemperatur heruntergefahren. Das quasisimultane Laserlöten ist technisch begrenzt durch die maximale Bearbeitungsfeldgröße der Fokussieroptik sowie in wirtschaftlicher Hinsicht eingeschränkt durch die erforderliche Laserleistung PL>1kW bei zu fügenden Substratgrößen von 100 x 100 mm². Aktuelle Verfahrensansätze vereinen den schonenden Energieeintrag dieser quasisimultanen Prozessführung mit der Größen- und Geometriefreiheit bei kontinuierlich verfahrender Bearbeitungsoptik.

Neue Geometriefreiheit für temperaturempfindliche Baugruppen

Das so genannte Konturlöten mit lateral zur Vorschubbewegung angepasstem Energieeintrag ermöglicht nun erstmals das Fügen von großflächigen Subtraten bei deutlich geringerer Laserleistung. Für das Konturlöten sind kontinuierliche Strahlquellen, unabhängig von der zu fügenden Substratgröße, mit PL

Die gesamte Fertigungskette im Blick

Für seine Partner entwickelt das Team des Fraunhofer ILT die gesamte Fertigungskette: Von prozessvorbereitenden Schritten wie der Auswahl eines geeigneten Glaslots über das Auftragen des Glaslots mittels Siebdruck bis hin zum Vorverglasen eines Fügepartners im Umluftofen. Eigens für das laserbasierte Glaslöten haben die Forscher Bearbeitungsköpfe sowie die damit verbundene Positionier- und Spanntechnik entwickelt, um ein homogenes und reproduzierbares Packaging in Luftatmosphäre oder unter inerter Schutzatmosphäre zu gewährleisten.

Fraunhofer ILT auf der Hannover Messe

In Halle 17 auf dem IVAM-Gemeinschaftsstand C50.13 der Hannover Messe vom 8. bis zum 12. April 2013 stellen unsere Experten Baugruppen vor, die laserbasiert mittels Glaslot gefügt wurden. Zum Beispiel Sensorgehäuse aus Glas/Silizium- und Glas/Keramik-Verbindungen sowie Glas/Glas-Verbindungen mit ITO-Schichten.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Elmar Gehlen
Gruppe Mikrofügen
Telefon +49 241 8906-640
elmar.gehlen@ilt.fraunhofer.de
Dipl.-Ing. Heidrun Kind
Gruppe Mikrofügen
Telefon +49 241 8906-490
heidrun.kind@ilt.fraunhofer.de
Dr. Alexander Olowinsky
Leiter Gruppe Mikrofügen
Telefon +49 241 8906-490
alexander.olowinsky@ilt.fraunhofer.de
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Steinbachstraße 15
52074 Aachen

Axel Bauer | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.ilt.fraunhofer.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Granulare Materie blitzschnell im Bild
21.09.2017 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

nachricht Sprühtrocknung: Wirkstoffe passgenau verkapseln
01.09.2017 | Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Junge Physiologen Tagen in Jena

25.09.2017 | Veranstaltungen

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie