Neuartige Faserverbunddrähte für die Leistungselektronik

Die Verwendung von leistungselektronischen Komponenten im Rahmen mechatronischer Anwendungen sowie die zunehmende Integration von Bauteilen führen zu gesteigerten Anforderungen an deren mechanische und thermische Beständigkeit. Die Kontaktierung in der Leistungselektronik erfolgt heutzutage großteils mittels Bonden von Aluminium‐Dickdraht. Dieses Verfahren ist hochproduktiv, jedoch ist die Lebensdauer leistungselektronischer Bauelemente mittlerweile überwiegend durch die Haltbarkeit dieser Drahtbondverbindungen begrenzt. Als eine Ursache hierfür ist die thermische Fehlanpassung zwischen dem Drahtwerkstoff und den zu kontaktierenden Bauelementen zu sehen. Ein neuer Ansatzpunkt, um die Zuverlässigkeit zu verbessern, ist der Einsatz neuartiger Faserverbunddrähte mit erhöhter Beständigkeit gegenüber thermo‐mechanischer Beanspruchung. Im Rahmen eines Forschungsvorhabens wurden Faserverbundbonddrähte unterschiedlicher Materialkombinationen und Anordnungen hergestellt. Aluminiumdrähte mit Kupferfaserverstärkung sowie Kupferdrähte mit FeNi36‐Faserverstärkung konnten erfolgreich auf einen Enddurchmesser von 300 μm gezogen werden. Die Faserverstärkungen sollen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten verringern und die mechanische Festigkeit verbessern. Bei Aluminium‐Kupferfaserverbunden wird darüber hinaus die elektrische Leitfähigkeit erhöht. Messungen an den erzeugten Faserverbunddrähten bestätigten diese Erwartungen. Die Herstellung der Faserverbunde erfolgte ausgehend von Drahtmaterial unterschiedlichen Durchmessers. Diese Drähte wurden in Kapseln in verschiedenen Anordnungen und Werkstoffkombinationen gestapelt. Anschließend wurden die Kapseln entweder erst heißisostatisch gepresst oder direkt stranggepresst. Die so erzeugten Verbunde konnten durch Rundkneten und Drahtziehen zu Bonddrähten weiterverarbeitet und erprobt werden.