Heraeus Electronics Partner des öffentlich geförderten Gemeinschaftsprojekts „KuSIn“

Aug 13, 2023

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Heraeus Electronics, Experte für Materialien und darauf abgestimmte Materiallösungen für die Elektronikverpackung, ist einer von fünf Partnern im vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten dreijährigen Verbundprojekt „KuSIn – Kupfersinterprozesse mittels Induktionserwärmung für Anwendungen in der Elektromobilität“. Angelegenheiten und Klimaschutz (BMWK).

Das gemeinsame Projekt startete im Juli 2023. Zum Projektstart traf sich Heraeus Electronics am 12. und 13. Juli 2023 mit allen Partnern am Hauptsitz des Sinteranlagenherstellers Budatec in Berlin. Weitere Partner und Teilnehmer an diesem Projekt sind: Vitesco Technologies ebenfalls wie der Technischen Universität Chemnitz und den Fraunhofer-Instituten ENAS und IMWS.

Im KuSIn-Projekt werden Pasten, Werkzeuge, Maschinen und Verfahren zum induktiven Sintern von Kupferpartikeln für die (Multi-)Die- und Substratbefestigung in der Elektromobilität und damit verbundene Anwendungen der Leistungselektronik entwickelt. Silber wird ressourcenschonend durch Kupfer als Verbindungsmaterial ersetzt. Den erforderlichen höheren Sintertemperaturen und der höheren Oxidationsneigung von Kupfer im Vergleich zu Silber wird durch schnelles, selektives und energieeffizientes induktives Erhitzen begegnet. Der Einsatz von Kupfer als Verbindungsmaterial in Kombination mit Induktionserwärmung soll im Vergleich zu herkömmlichen Silbersinterverfahren deutliche Verbesserungen der Prozesskosten und der Energieeffizienz bei gleichzeitiger Wahrung der Zuverlässigkeit ermöglichen. Insbesondere der verstärkte Einsatz von Sintermetall-Keramik-Substraten auf Kühlkörpern oder anderen großflächigen Strukturen könnte die Verbreitung der Niedertemperatur-Sintertechnologie in der Leistungselektronik weiter unterstützen.

Heraeus Electronics wird Kupferpasten und Verfahren zum induktiven Sintern von Kupferpartikeln für die Chip- und Substratbefestigung für leistungselektronische Baugruppen entwickeln. Sowohl die Reduzierung der Materialkosten als auch kostenintensive Prozessparameter wie Sintertemperatur, -zeit und -druck werden angesprochen.

Neben der Koordination des Gemeinschaftsprojekts wird Vitesco Technologies das neue Sinterverfahren beim Bau eines Leistungsmoduls anwenden, das durch umfangreiche Tests und Analysen getestet und mit dem Stand der Technik verglichen wird.

Budatec konzipiert und realisiert in seinem Teilprojekt eine Sinteranlage mit induktiver Erwärmung und definierten Atmosphären. Dadurch kann der induktive Kupfersinterprozess erforscht und später industrialisiert werden.

Die Technische Universität Chemnitz wird die Kernkomponenten und den induktiven Sinterprozess entwerfen und simulieren. Darüber hinaus umfasst das Teilprojekt die Realisierung eines induktiven Sintermoduls zur Integration in die Sinteranlage.

Die Fraunhofer-Institute ENAS und IMWS werden in ihrem Teilprojekt die Induktionsspule und den Kupfersinterprozess entwickeln sowie Materialdiagnostik und Zuverlässigkeitsbewertungen durchführen. Zu diesem Zweck wird das Fraunhofer ENAS miniaturisierte Induktionsspulen für das induktive Sintermodul konzipieren, mittels mikrotechnologischer Verfahren realisieren und den Einsatz von Kupfersinterpaste im induktiven Kupfersinterprozess erforschen. Das Fraunhofer IMWS widmet sich der mikrostrukturbasierten Erforschung von Kupfersinterpasten während der Entwicklung und Verarbeitung sowie den Materialwechselwirkungen (Verbindungsbildung, Alterung, Degradation) in der induktiv gesinterten Kontaktschnittstelle auf Basis zerstörungsfreier Untersuchungsmethoden und hochpräziser Targetpräparationen , höchstauflösende Analysetechniken sowie mikromechanische, thermografische, elektrische und chemische Charakterisierungsmethoden.