Indium stellt Lot für Hochtemperaturanwendungen bis zu 175 °C vor

Verbindungstechnik

Indium stellt Lot für Hochtemperatureinsätze vor

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Speziell die Automobilbranche benötigt immer effizientere Elektronik, was meist mit höheren Betriebstemperaturen einhergeht. Ein Beispiel für eine derartige Anwendung ist dieses Power-Modul für Hybrid Electric Vehicles Bilder: Indium Corporation
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Neben der fortschreitenden Miniaturisierung und Komplexität in der Elektronik steigen auch die Leistungs-Anforderungen weiter. Gerade in der sich schnell entwickelnden Automotive-Branche stellt das Verlangen nach hochzuverlässiger Elektronik bei höheren Einsatztemperaturen die Materialhersteller vor große Herausforderungen. Lotexperte Andreas Karch berichtet im Interview, welche Lösung Indium umgesetzt hat.

Interview: Doris Jetter, Chefredakteurin der Schwesterzeitschrift EPP (Elektronik Produktion & Prüftechnik)

KEM Konstruktion: Herr Karch, Sie haben unter anderem mehr als 20 Jahre Erfahrung in der Automobilelektronik ࿬und Entwicklung von fortschrittlichen kundenspezifischen Lösungen. Als Experte auf dem Gebiet von Lotmaterialien, können Sie uns sagen, was es mit den Forderungen nach hochzuverlässiger Elektronik trotz höherer Einsatztemperaturen speziell aus der Automotive-Branche auf sich hat?

Andreas Karch: Indium hat seit geraumer Zeit von Kunden die Anforderung erhalten, dass deren Elektronik bei höheren Einsatztemperaturen funktionieren muss, was hauptsächlich aus der Automotive-Branche kam. Uns hat interessiert, was der Hintergrund ist und was das für uns als Materialhersteller bedeutet. So ist im Automobilbereich der Hauptgrund die Steigerung der Effizienz der Elektronik. Also zum Beispiel bei den Frontscheinwerfern. Da gibt es jetzt Hochleistungs-LEDs, wo eine LED soviel Licht erzeugt wie vorher zwei oder drei LEDs. Insofern wird dann nur noch eine LED benötigt, um solche Aufgaben in Scheinwerfern zu realisieren. Um aber etwa 1.000 Lumen produzieren zu können, muss die LED bei höheren Einsatz-Temperaturen funktionieren. Ein weiterer Grund liegt in der zunehmenden Elektrifizierung beziehungsweise Hybridifizierung. Denn hier wird ebenfalls Leistungselektronik eingesetzt, welche immer höhere Leistung erbringen muss und immer schneller schalten können muss, um effizienter zu sein. Also muss auch die Elektronik in höheren Temperatur-Bereichen funktionieren. Unsere Standardlegierung SAC305 für die Elektronik kann dies jedoch nicht mehr leisten.

KEM Konstruktion: Wie darf ich das genau verstehen….

Name: Wir haben festgestellt, dass um die 125 Grad Celsius das Limit der Langzeitzuverlässigkeit bei der SAC305 erreicht ist. Jetzt wird aber nach Temperaturen von um die 150 Grad bis teilweise sogar 175 Grad verlangt. Um Einsatz-Temperaturen von –40 bis 130 Grad Celsius bei LED-Anwendungen im Automotive-Bereich realisieren zu können, benötigen wir beispielsweise für zuverlässige Lötverbindungen einen Temperaturbereich von –40 bis 155 Grad Celsius. Und nicht nur im Bereich Automotive benötigen unsere Kunden das. Die Effizienz der Elektroniken muss genauso bei den Solarmodulen und Windparks erhöht werden. Da war für uns klar, es muss eine andere Legierung entwickelt werden.

KEM Konstruktion: Und was wurde dann seitens Indium unternommen?

Karch: Dr. Ning-Cheng Lee, seines Zeichens Vice President of Technology bei Indium, hat mit seinem Team mehrere Legierungen entwickelt und getestet. Dabei hat sich herauskristallisiert, dass die Indalloy-276-Legierung nicht nur bei den Standardtemperaturen eine bessere Zuverlässigkeit erreicht, sondern im Besonderen bei höheren Temperaturen eine bessere Langzeitzuverlässigkeit aufweist und dabei selbst das Innolot aussticht. Diese komplexe und aufwändige Sechsstoff-Legierung war zwar bisher die bevorzugte Wahl beim Einsatz höherer Temperaturen, jedoch beweist das Indalloy 276 bei höheren Temperaturen im Thermoschock verbesserte Zuverlässigkeit. Die neue Legierung bietet bei –40 bis 175 Grad Celsius mit bis zu 3.000 Zyklen Thermowechselbelastung hohe Langzeitzuverlässigkeit, was den höheren Anforderungen an Effektivität und den neuen Halbleiter entgegen kommt.

KEM Konstruktion: Wodurch erreicht die neue Legierung ihre Beständigkeit bei höheren Temperaturen?

Karch: Konnten wir vorher die Steigerung durch eine Dreistofflegierung erhalten, wurde nun daraus eine Vierstoff-Legierung. Der entscheidende Punkt für unseren Erfolg liegt im Verhältnis der Elemente untereinander, ohne dabei näher darauf eingehen zu wollen.

KEM Konstruktion: Nachdem eine Legierung für höhere Temperaturen in gleichem Maße einen höheren Schmelzpunkt aufweist, wie sieht es da mit der Verarbeitbarkeit von Indalloy 276 aus?

Karch: Eine gute Frage, denn das war eine der großen Herausforderungen. Wir konnten das Indalloy 276 so entwickeln, dass trotz der Verwendung bei höheren Temperaturen der Schmelzpunkt kaum merklich erhöht ist. Dieser liegt bei 228 bis 232 Grad Celsius, was bedeutet, dass die Legierung auch in einem Standard-Bleifrei-Reflowprofil verarbeitbar ist, dessen Peaktemperatur bei 245 bis 255 Grad liegt.

KEM Konstruktion: Ist die neue Legierung bereits bei Kunden im Einsatz?

Karch: Momentan ist es so, dass unsere Key-Kunden – alle Tier One in diesem Gebiet – Testprogramme mit der Legierung 276 laufen haben und sie im Bereich Automotive bei Hybrid- sowie LED-Anwendungen testen. Das bisherige Feedback der Tests ist durchweg sehr positiv. Die Legierung ist derzeit als Paste oder auch Preforms für unterschiedlichste Anwendungen verfügbar und lässt sich sehr gut mit der im Automotive-Bereich gebräuchlichen Lotpaste Indium 8.9 HF kombinieren, welche bereits für Automobil-Anwendungen qualifiziert ist.

www.indium.com

Direkt zum Solder Alloy Guide des Anbieters
http://hier.pro/eoMhS


„Wir konnten das Indalloy 276 so entwickeln, dass sein Schmelzpunkt trotz der Verwendung bei höheren Temperaturen kaum merklich erhöht ist“

Andreas Karch, Regionaler Technischer Manager DACH der Indium Corporation
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