Bondkopf mit Laserstrahlführung
Fraunhofer ILT, Aachen
Den Partnern des Verbundprojekts RoBE (Robustheit für Bonds in E-Fahrzeugen) ist es gelungen, die Lebensdauer von Bondverbindungen zuverlässig zu prognostizieren. Zudem haben sie ein alternatives Bondverfahren entwickelt, das nun einsatzbereit ist. Als eigentlicher Fügeprozess wird hierbei das Laserstrahlmikroschweißen verwendet. Das berichtet das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, als einer der Projektpartner.
Insbesondere für Kupferwerkstoffe würden somit mehr Möglichkeiten für den Einsatz der Bondtechnik geschaffen. Basierend auf dem Einsatz moderner Laserstrahlquellen mit einer sehr guten Strahlqualität können Kupfer- und Aluminiumwerkstoffe sehr präzise und reproduzierbar gefügt werden. Zusätzlich wird zum Design der Anbindungszone von Drähten und Bändchen der Laserprozess mit einem Oszillationsschweißprozess erweitert, welcher erhöhte Anbindungskräfte im Vergleich zum Fügen ohne Oszillation erreicht. Im Gegensatz zum herkömmlichen Bonden sind Oberflächengüte und Reinigungsprozesse weniger anspruchsvoll. Zudem wird durch diesen Prozess eine größere Unabhängigkeit vom Unterbau und Schwingungsverhalten des Werkstücks erreicht.
Zur Kombination des Laserstrahlbondprozesses mit der bekannten Bondtechnik wurde ein herkömmlicher Bonder umgerüstet. Dieser erlaubt nun das Fügen mittels Laserstrahlung. Der primäre Einsatzbereich dieser Anlage liegt im Bereich des Bändchenbondens unter anderem auf DCB-Substraten und Kupferterminals in Gehäusen von Leistungselektronikmodulen.
Auf der productronica 2013, der Internationalen Leitmesse für innovative Elektronikfertigung, präsentieren die Projektpartner die Anlage "Laserbonder" erstmals der Öffentlichkeit.
Die Partner des Verbundprojekts RoBE haben sich das Forschungsziel gesteckt, eine zuverlässige Lebensdauerprognose jeder Bondverbindung schon bei der Herstellung zu ermöglichen und die Bondlebensdauer mindestens zu verdoppeln. Das Verbundprojekt zielt auf ein tieferes Verständnis der Einflussfaktoren und der mechatronischen Zusammenhänge der Bond-Technik. Durch die Erforschung, Modellierung und Simulation der Prozesse und Materialien der Bondtechnologie und der Entwicklung alternativer Techniken wie dem Laserstrahlschweißen sollen heutige Verfahrensgrenzen überwunden werden.
Unter der Führung von Fahrzeughersteller Audi wird RoBE mit den Partnern Conti Temic microelectronic (Zulieferer der Automobilindustrie), Infineon Technologies (Hersteller leistungselektronischer Module), F&K Delvotec (Hersteller Bondautomaten), W.C. Heraeus (Hersteller Bondmaterialien), LTI Drives (Hersteller Industrie- und Solarumrichter), S&F Systemtechnik (Automatisierung) und den Forschungsinstituten Fraunhofer IZM und Fraunhofer ILT mit einer Laufzeit von drei Jahren einen neuen Benchmark für die Zuverlässigkeit von Bondverbindungen setzen. Gefördert wird das Projekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Programms IKT 2020 im Themenfeld "Schlüsseltechnologien für die Elektromobilität (STROM)".