Modellbasiertes Reaktives Fügen

Abstract:
Ziel dieser Untersuchungen ist die Ermittlung der räumlichen und zeitlichen Wärmeverteilung beim reaktiven Fügen innerhalb der Fügezone und in den angrenzenden Bauteilen durch mathematische Modellierung und numerische Simulation, um das für die jeweilige Fügeaufgabe optimale reaktive Multischichtsystem (RMS) und Lotsystem zu bestimmen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden sowohl thermische 2D-Simulationen für reine RMS-Folien aus Ni/Al und Zr/Al als auch thermische 3D- und Stress-Simulationen für RMS-Folien mit angrenzenden Bauteilen durchgeführt. Hierfür wurden die erforderlichen Materialdaten temperatur- und konzentrationsabhängig bereitgestellt und die Zeitschrittweiten und Gittergrößen optimiert. Parallel dazu wurden entsprechende RMS-Folien hergestellt und die Energien, Reaktionsausbreitungsgeschwindigkeiten und -temperaturen experimentell ermittelt. Mithilfe thermischer 3D-Simulationen wurden für industrierelevante Bauteile aus Silizium unter Variation der Bauteilgröße und der Dicke der RMS-Folien die jeweiligen Lotschmelzdauern berechnet. Fügeversuche mit Testchips aus Silizium mit denselben Geometrien und RMS-Folien wurden durchgeführt, und die Qualität der Fügeverbindungen wurde analysiert. Die durch Simulation vorhergesagten Lotschmelzdauern konnten experimentell bestätigt werden.