Projektbeschreibung Active Power:
Entwicklung eines keramisch spritzgegossenen 3D-Schaltungsträgers für die Kontaktierung und Integration von Leistungselektronik mittels widerstandsarmen Aktivlots

Das kürzlich abgeschlossene AiF-Projekt Active Power beschäftigte sich mit der Herstellung von dreidimensionalen Molded Interconnect Devices (3D-MID) an keramischen Bauteilen. Mit dieser Technologie soll der steigenden Nachfrage nach immer kleineren, hochintegrierten und hochbelastbaren Bauteilen entsprochen werden. Um Hochtemperaturanwendungen zu ermöglichen, wurde ein besonderes Lot verwendet, das sogenannte Aktivlot. Dieses geht eine chemische Verbindung mit dem keramischen Untergrund ein und ermöglicht so eine gute Haftbarkeit auf dem Grundkörper. Aktivlot wurde bisher ausschließlich zum Fügen von keramischen Körpern verwendet. Nach einer materialwissenschaftlichen Untersuchung konnten Aktivlote gefunden werden, die einen ausreichend geringen elektrischen Widerstand zum Einsatz als stromführende Leitstrukturen besitzen. Durch die gezielte Einstellung einer chemischen Reaktionsschicht zwischen dem Aktivlot und dem keramischen Grundkörper ist der Einsatz für Hochtemperaturanwendungen möglich. Die Möglichkeiten dieser Technologie werden anhand eines Demonstratorbauteils (siehe Abbildung) gezeigt, welches additiv aus Aluminiumoxid mit dem Lithography based Ceramic (LCM) Manufacturing Verfahren hergestellt wurde. Dieses Bauteil beruht auf einer ursprünglich durch Kunststoff-Spritzguss hergestellten Form, welche auf das stereolithografische LCM Verfahren angepasst wurde. Mittels eines Dispensers wird Lotmaterial aufgebracht und anschließend eingebrannt. In diesem Einbrennprozess entsteht die chemische Reaktion, die eine physikalische Bindung zwischen Keramik und Aktivlot ermöglicht. Durch dieses Forschungsprojekt wurde erstmals eine dreidimensionale Leitstruktur aus Aktivlot auf einem Körper aus Keramik erfolgreich aufgebracht und so das Einsatzgebiet der 3D-MIDs um die Werkstoffgruppe der Keramiken erweitert. Der Einsatz von Aktivlot ermöglicht durch seine chemische Reaktion mit dem Keramikgrundkörper eine hohe Verformung, wie sie zum Beispiel bei Hochtemperaturanwendungen auftritt. Die unterschiedlichen Ausdehnungen von Aktivlot und Keramik sorgen so nicht für eine Ablösung der Leitstruktur, sondern ermöglichen den Einsatz und die Integration von Leistungselektronik. Durch die Einsparung zweidimensionaler Leiterplatten sind kleinere Bauteilabmessungen möglich.