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 trotz höherer Einsatztemperaturen die Materialhersteller vor große Herausforderungen. Andreas Karch ist zuständig für den Support, Vermittlung von Prozess-Expertise und technischer Anwenderberatung für Fertigungsmaterialien wie Lotpaste, Lot-Preforms, Flussmittel sowie diverse Werkstoffe für die optimale Wärmeleitung der Indium Corporation und unser Gesprächspartner zu diesem Thema.
Herr Karch, Sie haben unter anderem mehr als 20 Jahre Erfahrung in der Automobilelektronik und Entwicklung von fortschrittlichen kundenspezifischen Lösungen. Als Experte auf diesem Gebiet, können Sie uns sagen, was es mit diesen neuen Forderungen speziell aus der Automotive-Branche auf sich hat?
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 ist der Hintergrund und was bedeutet das für uns als Materialhersteller. 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. Dabei muss die LED bei höheren Einsatz-Temperaturen funktionieren, um diese z. B. 1.000 Lumen produzieren zu können. Ein weiterer Grund liegt an der zunehmenden Elektrifizierung bzw. Hybridifizierung. Denn hier wird ebenfalls Leistungselektronik eingesetzt, welche immer höhere Leistung erbringen muss und immer schneller schalten können muss um effizienter zu sein, so dass die Elektronik auch in höheren Temperatur Bereichen funktionieren muss. Unsere Standardlegierung SAC305 für die Elektronik kann dies jedoch nicht mehr leisten.
Wie darf ich das genau verstehen….
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 °C bis 130 °C bei LED-Anwendungen im Automotive realisieren zu können benötigen wir beispielsweise für zuverlässige Lötverbindungen einen Temperaturbereich von –40 °C bis 155 °C. Und nicht nur im Bereich Automotive benötigen unsere Kunden das, sondern genauso bei den Solarmodulen und Windparks muss die Effizienz der Elektroniken erhöht werden. Da war für uns klar, es muss eine andere Legierung entwickelt werden.
Und was wurde dann seitens Indium unternommen?
Dr. Ning-Cheng Lee 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 erreich, sondern im Besonderen bei höheren Temperaturen eine bessere Langzeitzuverlässigkeit aufweist und dabei selbst das Innolot aussticht. Die komplexe Legierung Innolot 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 °C bis 175 °C mit bis zu 3.000 Zyklen Thermowechselbelastung hohe Langzeitzuverlässigkeit, was den höheren Anforderungen an Effektivität und den neuen Halbleiter entgegen kommt.
Wodurch erreicht nun die neue Legierung ihre Beständigkeit bei höheren Temperaturen?
Konnten wir vorher die Steigerung durch eine Dreistofflegierung erhalten, wurde nun daraus eine Vierstofflegierung. Der entscheidende Punkt für unseren Erfolg liegt im Verhältnis der Elemente untereinander ohne dabei näher darauf eingehen zu wollen.
Nachdem eine Legierung für höhere Temperaturen in gleichem Maße einen höheren Schmelzpunkt aufweisen, wie sieht es da mit der Verarbeitbarkeit von Indalloy 276 aus?
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 °C, was bedeutet, dass die Legierung auch in einem Standard-Bleifrei-Reflowprofil verarbeitbar ist, dessen Peaktemperatur bei 245 °C bis 255 °C liegt.
Ist die neue Legierung bereits bei Kunden im Einsatz?
Momentan ist es so, dass unsere Key-Kunden Pilotprojekte haben und die Legierung 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 Indium 8.9 HF Lotpaste kombinieren, welche bereits für Automobil qualifiziert ist.
Herr Karch, Indium wird auch mit Vorträgen während der productronica in München präsent sein. Vielleicht können Sie unsere Leser noch etwas genauer darüber informieren?
Neben unserem Stand in der Halle A4.214 sind wir mit zwei Vorträgen vertreten. Am Dienstag, 14. November von 16.00 bis 16.30 Uhr findet im Innovation Forum, Halle B2, Stand 453 der Vortrag „Minimizing QFN Voiding during SMT Assembly“ von Karthik Vijay statt. Ich werde am Mittwoch, 15. November von 17.00 bis 17.30 Uhr im SMT Speakers Corner, Halle A1, Stand 220 über „Neue Lötlegierung mit erweiterter Einsatz-Temperatur für Automotive-Anwendungen“ referieren und freue mich über zahlreiche Teilnahme.
Das Gespräch führte Doris Jetter.
