Laser drop on demand joining as bonding method for electronics assembly and packaging with high thermal requirements

In the scope of this work, a novel joining process was developed and investi-gated from both an application-driven and an academic point of view. The process utilises laser radiation to melt a CuSn-braze preform, which is subse-quently detached from a ceramic capillary via inert gas overpressure. After a flight phase, the braze droplet impinges on the joining interface and wets the joining partners where it forms a metallurgical bond after solidification. This process is referred to as laser drop on demand joining (LDJ). It was shown that the shear strength of the joints exceeds the strength of standard tin-based solders by a factor of two and the joints are able to withstand the tempera-tures and forces occurring during an Al-Casting process. In addition, an ana-lytic model was developed, enabling to quantify the absorptance and thermal energy losses by heat convection, conduction, and radiation, by measuring the time required to melt the preform. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neuartiger Fügeprozess entwickelt und sowohl aus anwendungsorientierter als auch aus wissenschaftlicher Sicht un-tersucht. Bei diesem Verfahren wird mittels Laserstrahlung ein CuSn-Löt-formteil aufgeschmolzen, und anschließend mittels Inertgasüberdruck aus ei-ner keramischen Kapillare ausgetrieben. Nach einer Flugphase trifft der Löttropfen auf die Fügefläche und benetzt die Fügepartner, wo er nach der Erstarrung eine metallurgische Verbindung bildet. Dieser Prozess wird als La-ser Drop on Demand Joining (LDJ) bezeichnet. Es konnte gezeigt werden, dass die Scherfestigkeit der Verbindungen die Festigkeit von Standardloten auf Zinnbasis um den Faktor zwei übersteigt und die erzeugte Verbindung zudem den Temperaturen und Scherkräften, die während des Al-Druckguss-prozesses auftreten widersteht. Darüber hinaus kann durch die Messung des zum Aufschmelzen des Lotformteils notwendigen Zeitraums eine Quantifi-zierung des Absorptionsgrades von Metallen sowie von Energieverlusten durch Konvektion, Konduktion und Wärmestrahlung möglich.