Innovative Bauweisen von elektronischen Baugruppen mit flüssigen Lötverbindungen für den Temperaturbereich bis 250 Grad Celsius

Ein grundsätzlich neuartiger Lösungsansatz besteht in der Anwendung von Lotwerkstoffen, die sich während des Betriebseinsatzes im schmelzflüssigen Zustand befinden. Solche Lösungen sind in der Anwendung (z. B. Quecksilberrelais) für elektromechanische Kontakte seit vielen Jahren prinzipiell bekannt. Bekanntermaßen wird die Zuverlässigkeit von thermo-mechanisch hoch beanspruchten Weichlötverbindungen insbesondere durch die beim Betriebseinsatz ablaufenden Kriechvorgänge sowie Poren- und Rissbildung begrenzt.

Die Nutzung der niedrigerschmelzenden Weichlote für hochtemperaturbeanspruchte Lötverbindungen wird heute durch ihre niedrigen Schmelztemperaturen eingeschränkt.
Das hier vorgestellte Projekt „Innovative Bauweisen von elektronischen Baugruppen mit flüssigen Lötverbindungen für den Temperaturbereich bis 200 Grad Celsius verfolgt deshalb den völlig neuartigen Ansatz, dass Lötverbindungen auch über ihre Schmelztemperatur hinaus mit hoher Zuverlässigkeit betrieben werden. Dabei können auch in großflächigen Lötverbindungen bei erhöhten Temperaturen mechanische Spannungen in der Verbindung abgebaut bzw. vermieden werden. Das ist physikalisch bzw. strömungsmechanisch auch offensichtlich, da sich eine zwischen zwei Festkörpern befindende Flüssigkeit bzw. Schmelze während ihrer thermo-mechanischen Beanspruchung bei entsprechenden Temperaturen nur durch Fließen ohne Zerstörung verformt. Weiterhin werden beginnende Risse und andere Schädigungen der Lötverbindungen bei jedem Aufschmelzvorgang
wieder ausgeheilt. Das führt zu einer qualitativen Verbesserung der Zuverlässigkeit der Lötverbindungen gegenüber den konventionellen Lösungsansätzen. Im Gegensatz zu bekannten technischen Lösungen mit permanent flüssigen Metallkontakten sollen aber innerhalb des Betriebstemperaturbereiches der Hochtemperatur-Elektronikbaugruppen die Phasenübergänge „fest-flüssig-fest“ erlaubt sein. Dadurch ist es nicht erforderlich,
Metalle oder Legierungen mit einem Schmelzpunkt unterhalb der Raumtemperatur zu verwenden, die grundsätzlich Metalle wie Quecksilber, Indium, Lithium und/oder Gallium enthalten. Statt dessen können Sn-Basislote verwendet werden, die deutlich kostengünstiger und umweltverträglicher sind.

In dieser Buchreihe werden in loser Folge Forschungs- und Entwicklungsergebnisse auf dem Gebiet der Aufbau- und Verbindungstechnik in der Elektronik für Entscheidungsträger in Industrie, Forschungs- und Bildungseinrichtungen vorgestellt.
Im Vordergrund steht dabei die Fügeverbindung, weil sie im Besonderen zur Funktionalität, Qualität und Wirtschaftlichkeit von Elektronik-Produkten beiträgt sowie das Technologieniveau vorgenannter Produkte kennzeichnet.

Dementsprechend werden die komplexen Wechselwirkungen zwischen den eingesetzten Werkstoffen und den applizierten Fertigungsverfahren, die Qualitätsprüfung und Zuverlässigkeitsbetrachtungen der gesamten technologischen Kette in der Fertigung elektronischer Produkte von den Bauelementen über die Baugruppe bis zum Gerät bzw. System den Inhalt der Berichte bilden.

Die Herausgeber wünschen, dass diese Buchreihe einen effektiven Beitrag zur schnelleren Umsetzung von innovativen Ideen auf dem Gebiet der Fügetechnik in zukünftige technische Produkte der Elektronik ermöglicht. Kritische Hinweise aus dem Kreis der Leser werden deshalb dankbar entgegengenommen.