Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Untersuchungen zum löttechnischen und metallurgischen Potential galvanisch vernickelter AgCu-Basislote für das Hartlöten

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist durch die Erschließung einer prozesssicheren Hartlötbarkeit diverser Grundwerkstoffe unter der Einhaltung werkstoffspezifischer Wärmebehandlungsvorgaben im Prozesstemperaturbereich von 800-900 °C charakterisiert. Dazu bietet das Lotsystem AgCu+Ni ein hohes Potential die Fügeverbundqualität durch eine verbesserte Benetzbarkeit, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu steigern. Durch die diffusionsgesteuerte Wechselwirkung zwischen konventionellen AgCu-Lotlegierungen und zusätzlich eingebrachtem Nickel können die Prozessparameter, in Abhängigkeit des Cu/Ni-Massenverhältnisses im Lotsystem, exakt eingestellt werden. Es können naheutektische AgCu-Basislote wie z. B. (AgCu28,1Ni0,75, TS/L=780-795 °C) verwendet werden, sodass das Lötnahtgefüge mit zunehmendem Ni-Anteil im Lotsystem von eutektisch-lamellar in einen AgCu- und einen CuNi-Mischkristall überführt wird und gleichzeitig das Benetzungs- und Fließverhalten über den gesamten Prozesstemperaturbereich über die Prozessparameter zweckgemäß beeinflusst werden kann. Durch den diffusionsbasierten Prozess bietet das Lotsystem darüber hinaus ein hohes Potential beim Hartlöten diffusionskritischer, artungleicher Verbunde als gezielt auflösbare Diffusionsbarriere eine Vermeidung kritischer Phasen zu unterbinden und gleichzeitig die Fügeverbundeigenschaften über die o.g. Umwandlung des Lötnahtgefüges zu verbessern. Anhand der Verbunde 1.2767/1.2767 und Ti Grade 2/1.4301 wird ein tiefgreifendes Verständnis des Lotsystems erarbeitet. Dazu wird die Lotfolie AgCu28,1Ni0,75 galvanisch in unterschiedlichen Schichtstärken beidseitig vernickelt und für die gelöteten Verbunde in Bezug auf das resultierende Lötnahtgefüge, die Zugfestigkeit, die Mikrohärte und die Korrosionsbeständigkeit analysiert. Eine prozesssichere Einhaltung der Wärmebehandlungsvorgaben, eine Minimierung der Ausfallquote und des finanziellen Risikos sowie eine Erweiterung der Geschäftsfelder gelten als Nutzen für KMU.

Ergebniszusammenfassung:

Die gewonnenen Erkenntnisse über den Einfluss der Nickelapplikation auf die Mikrostruktur (u.A. Morphologie und Phasenbildung) sowie die mechanischen Eigenschaften hartgelöteter Verbindungen können in zukünftigen Entwicklungsprozessen berücksichtigt werden und dienen somit insbesondere im Falle der Übertragung auf reale Werkzeuge als hilfreiche Grundlage. Für den Anwender ergibt sich neben der Substitution des kostenintensiven palladiumhaltigen Lotes ein weiterer ökonomischer Vorteil. Im Rahmen der Zugfestigkeitsanalyse wurden durch die Wahl einer geeigneten Löttemperatur und Lotmodifikationen Spitzenfestigkeiten erzielt, welche in der gleichen Größenordnung lagen, wie die der Verbindung, welche mit dem kostenintensiven palladiumhaltigen Lot Palcusil 10 gelötet wurden. Die Industrie kann die in dem Projekt erarbeiteten Ergebnisse im Entwicklungsprozess von gelöteten Komponenten wie auch im Produktionsprozess nutzen. In Abhängigkeit der vorliegenden Lötgeometrie und der Zugänglichkeit der Lötstelle kann der Anwender durch die Wahl einer geeigneten Lotmodifikation und Löttemperautur ein gezieltes Benetzungsverhalten einstellen. Die Übertragung der in den Laborversuchen ermittelten optimalen Prozessparametern und Lotmodifikationen auf die Lötung mehrerer Demonstratoren kann dabei als Grundlage für die Übertragung auf reale Bauteile für Anwender herangezogen werden. Als Ausgangspunkt kann hier von der Industrie die Lotmodifikation AgCu28,1Ni0,75(100 µm) mit einer Nickelbeschichtung von 5,0 µm genannt werden, mit der nach der Anpassung des Zeit-Temperatur-Profils ein dichter Demonstrator (He-Lecktest) mit einer sehr guten Abindung erzeugt wurde. Anhand der Ergebnisse, ist es dem Anwender zudem möglich, abzuschätzen, ob ein der Lotwerkstoff die Kühlkanäle zusetzt oder die Lötfolie zuvor beispielsweise mit einem Laser profiliert werden muss.

Der Industrie werden alle notwendigen Ergebnisse zur Verfügung gestellt.