Hartlot-Kupfer-Verbundmaterial von Tanaka

Tanaka entwickelt ein neues Verbundmaterial, das Wärme in Halbleitersystemen besser ableiten soll. (Bild: Tanaka)

Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K., die Edelmetallsparte der Tanaka Holding betreibt, hat ein aktives Hartlot/Kupfer-Verbundmaterial für Leistungshalbleiter entwickelt. Der Verbundwerkstoff aus Kupfer (Cu) ist auf einer Seite mit aktivem Hartlot verkleidet, wodurch direktes Löten auf jeder Art von Material möglich wird – einschließlich Keramik (Oxide, Nitride und Karbide) und Kohlenstoffmaterialien.

Das Material eignet sich laut Tanaka für moderne Keramiksubstrate und Kühlkörper in Halbleiterapplikationen. Auch speziell auf Kundenbedürfnisse zugeschnittene Lösungen von Prototypen bis hin zu Lötverfahren, Tests und Auswertungen seien möglich.

Die besonderen Eigenschaften des Materials ermöglichen eine effektive Wärmeabfuhr und senken zugleich die Arbeitsaufwände bei der Verarbeitung. So können Kupfer-Elektroden, wie sie etwa in Kühlkörpern benötigt werden, direkt auf die Keramikoberfläche gelötet werden. Gegenüber dem bisher üblichen Ätz-Verfahren spart dies Zeit und ermöglicht noch engere Verdrahtungsabstände.

Weniger Kosten, weniger Wärmewiderstand

Mit einer Lotdicke von 10 μm oder weniger halbieren sich zudem sowohl der Wärmewiderstand des Lotes als auch die Materialkosten für Silberbarren. Die Verarbeitungskosten werden weiter reduziert, da Lötmuster durch einfaches Aushärten des Materials geformt werden können.

Ein weiterer Vorteil des Materials: es enthält keinerlei Lösungsmittel. Dadurch werden Rückstände vermieden, die Bindungsstärke erhöht und keine flüchtigen organischen Verbindungen (auch VOC oder volatile organic compounds) freigesetzt. Damit leistet der Verbundwerkstoff zugleich einen positiven Beitrag zur Umweltbilanz des Lötprozesses.

Für Halbleiterapplikationen werden diese Eigenschaften immer bedeutender, denn mit der Leistung und dem Wirkungsgrad steigt auch die Wärmeentwicklung innerhalb der Anwendung. Gefragt sind daher Komponenten, die dank einer dickeren Kupferplatte auch auf kleinstem Raum eine hohe Wärmebeständigkeit und Bindungsstärke aufweisen.

Dies gilt für Elektro- oder Hybridfahrzeuge ebenso wie für Hochleistungs-Laserdioden oder Kühlkörper der nächsten Generation, die zunehmend in PCs, Smartphones und andere Geräte zum Einsatz kommen werden.

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Tanaka will mit umfangreichen Musterlieferungen im Jahr 2021 beginnen und bis 2023 eine Massenproduktion aufbauen. Auch in Zukunft wird das Unternehmen maßgeschneiderte Produkte und Technologien entwickeln, um die Palette der Aktivlötmittel zu erweitern.

Aktive Metallhartlote

Die verwendeten aktiven Hartlote sind weiterentwickelte Versionen früherer Produkte und bestehen aus

die zum Hartlöten von Keramiken geeignet sind. AgCuSnTi-Legierungen können feiner dispergiert werden als SnTi-Legierungen und erleichtern die Herstellung und Lieferung von Produkten mit dünnen Hartlötmitteln.

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