2-2022

Löt- und Verbindungstechnik
Lot für das „Integrierte Metall/Kunststoff-Spritzgießen“
Mit dem neuen Lot von Felder Sn100Ni+ kann man nicht nur super löten!
Seit der Umstellung auf die bleifreie
Löttechnik 2006 sind nickeldotierte
Lote in sämtlichen Lötprozessen
in der Elektronikfertigung etabliert:
in der Baugruppenfertigung
als Massivlot für Wellen- und Selektivlötanlagen,
als Pulver in SMD-Lötpasten
für Reflow-Lötprozesse und
als flussmittelgefüllte Lötdrähte für
händische und automatisierte Kolbenlötungen.
Neben diesen „konventionellen“
Anwendungsfeldern haben die
Felder-NiGe-Lote Sn100Ni+ und
Sn96Ag+ ein neues Einsatzgebiet
gefunden: das vom Institut für
Kunststoffverarbeitung (IKV) an der
RWTH Aachen konzipierte und mit
Unterstützung von KraussMaffei und
der Heinze Gruppe weiterentwickelte
„Integrierte Metall/Kunststoff-Spritz-
gießen“, kurz IMKS. Durch dieses
innovative Fertigungsverfahren ist
es möglich, elektrisch funktionelle,
komplexe Kunststoffbauteile in
einem einstufigen Spritz-/ Druckgussprozess
herzustellen.
Seit 2014 wurden in diversen
IMKS-Projekten die Grundlagen
für dieses innovative Verfahren
geschaffen. Seit diesem Zeitpunkt
ist die Felder GmbH auch Mitglied
in den projektbegleitenden Ausschüssen.
Das Aufmacherfoto zeigt den
für IMKS prinzipiellen Verfahrensablauf.
Dieser ist denkbar einfach:
zunächst wird hierbei ein Kunststoffkörper
(Gehäuse, Bauteilträger)
im Spritzgussverfahren hergestellt.
Dann wird dieser innerhalb
der Gießform in eine zweite Kavität
umgesetzt, elektronische Bauteile
platziert (für diesen Versuchsaufbau
ein schlichter Kupferdraht)
und im Druckgussverfahren Leiterbahnen
aus bleifreiem Weichlot in
die dafür vorgesehenen Leiterbahnkanäle
eingespritzt. Maßgeblicher
Vorteil dieses Verfahrens ist die Verkürzung
der Prozesskette durch die
Einsparung aufwändiger Metallisierungs-
oder Einlegeprozesse zur
elektronischen Funktionalisierung
von Kunststoff-Spritzteilen.
Aus der Vielzahl von konventionellen,
bleifreien Lotlegierungen,
die sich seit 2006 in der elektronischen
Baugruppenfertigung etabliert
haben, wurden in den IMKS-
Forschungsprojekten zunächst drei
Lote, nämlich Bi58Sn42 (Schmelzpunkt
138 °C), Felder-Sn96Ag+
(Sn96,Ag3Cu0,5Ni0,05Ge0,01,
Schmelzbereich 217...219
°C) und Felder-Sn100Ni+
(Sn99,24Cu0,7Ni0,05Ge0,01,
Schmp. 217 °C), als Leiterbahnmaterialien
ausgewählt.
Zunächst erschien die Legierung
Bi58Sn42 wegen der geringen
Schmelz- und Verarbeitungstemperatur
optimal für den IMKS-Prozess.
Aufgrund der nicht ausreichenden
elektrischen Leitfähigkeit und einer
geringen Verbundfestigkeit zu den
getesteten Thermoplasten wurde die
Legierung Bi58Sn42 im aktuellen
Projekt „IMKS-Kontaktierung“ des
IKV (vollständiger Titel: „Analyse
der Kontaktierung metallischer Einlegeteile
mit niedrig schmelzenden
Metalllegierungen im integrierten
Metall/Kunststoff-Spritzgießen“)
jedoch nicht weiter betrachtet.
Felder-Sn100Ni+ und Felder-
Sn96Ag+ wiesen bei durchgeführten
Zugversuchen an den Probenkörpern
(s. Foto), in der Materialkombination
mit thermisch leitfähigem
Kunststoff, die höchsten Festigkeitswerte
auf. Die höchste elektrische
Leitfähigkeit über die gesamte
Leiterbahnlänge konnte ebenfalls
mit Felder-Sn100Ni+ (ebenfalls in
Kombination mit thermisch leitfähigen
Kunststoffen) gemessen werden.
Die hohe Reinheit der Felder-
NiGe-Lote sowie die geringe Oxidation
im schmelzflüssigen Zustand
reduzieren Gussfehler und sorgen
für zuverlässige Anbindungen an
den Kontaktierungen. Durch den
optimierten Nickelanteil in den
Loten wird die Haltbarkeit der, mit
der Metallschmelze in Kontakt stehenden,
Anlagenteile nachweislich
und deutlich verlängert.
Das IMKS-Verfahren hat mittlerweile
Serienreife erlangt und es
stehen entsprechende kommerzielle
Fertigungsanlagen zur Verfügung.
Dennoch gehen die Forschungen
zu diesem Thema am
IKV weiter: Optimierungen am Leiterbahnlayout
und der Kontaktierung
von Einlegern werden durchgeführt,
um weitere, mögliche Einsatzbereiche
für diese innovativen
Technologie zu schaffen.
Mehr zu den spezifischen Daten
aus diesen Versuchen erfahren Sie
auf der Internetseite www.felder.de
unter „Sn100Ni+ und Sn96Ag+ optimal
für hybride Fertigungsverfahren“
oder direkt durch das IKV.
Bildmaterial: C. Hopmann, I.
Sturm: Langzeitbeständige Leiterbahnen
– Prozesssimulationen zum
Optimieren des Integrierten Metall/
Kunststoff-Spritzgießens, Plastverarbeiter
70 (2019), S. 96-99 ◄
Felder GmbH
www.felder.de
Probenkörper aus dem Projekt „IMKS-Kontaktierung“
116 2/2022