MIKROFÜGEN: DEFINITION, VORTEILE UND ANWENDUNGSBEREICHE

Derzeit gibt es keine einheitliche Definition zum Mikrofügen bezüglich der Dimension der Fügekomponenten. Häufig wird jedoch nachstehende Formulierung für das Mikrofügen verwendet:

„Das Mikrofügen ist das dauerhafte Verbinden mehrerer Werkstücke mit geometrisch bestimmter, fester Form. Beim Mikrofügen weist die Fügezone in mindestens einer Raumrichtung eine Ausdehnung auf, die kleiner ist als 500 Mikrometer.“

Somit kann eine Aufteilung vorgenommen werden in:

Nanotechnologie:   1 nm bis 0,1 µm

Mikrotechnik:          0,1 µm bis 500 µm

Feinwerktechnik:     500 µm bis 2 mm

Makrotechnik:           > 2 mm

Das Mikrofügen wird in vielen Bereichen der Elektronik und Mikroelektronik genutzt, um elektrisch leitfähige Verbindungen bzw. Kontaktierungen herzustellen, wie sie typischerweise bei Halbleitern und Leistungshalbleitern vorkommen. Dafür werden Gold-, Aluminium- oder Kupferdrähte zwischen 10 µm bis 500 µm verschweißt. Zur Herstellung von Elektromotoren (Elektrokleinmotoren), Spulen oder Relais kommen vorwiegend Kupferlackdrähte und Kupferlitzen zum Einsatz. In der Medizintechnik sind implantierbare Werkstoffe wie geschweißtes Titan, korrosionsbeständige Stähle, Platin, Tantal oder Gold als Bauteile für Gehäuse, Dosierpumpen oder OP-Bestecke gefragt. Geschweißte Hochtemperaturlegierungen wie Wolfram, Molybdän, Nickel- und Kobaltlegierungen werden in der Lampen- und Röhrenindustrie sowie im Ofenbau benötigt. In der Sensortechnik dienen geschweißte Komponenten unter anderem zur Messung von Temperatur, Druck, Kraft, Drehmoment oder weiteren physikalischen Größen.</span>

Als Schweißverfahren in der Mikrotechnik kommen am häufigsten die nachstehenden Verfahren zum Einsatz:

Bonden

Das Bonden wird fast ausschließlich zum Kontaktieren von Halbleitern mit Draht oder Bändchen benutzt. Das Thermosonic-Bonden beruht auf dem Ultraschallschweißen mit einem geheizten Substrat (T = 150–300 °C) und wird vornehmlich mit Golddrähten (d = 10–75 µm) angewendet. Beim Ultrasonic-Bonden benutzt man Ultraschall zum Schweißen von „dicken“ Drähten (d = 100–500 µm) auf der Basis von Aluminium oder Kupfer. Eine typische Anwendung – das Kontaktieren von Leistungstransistoren mit Aluminiumdrähten (d = 300 µm) – zeigt Bild 1.

Widerstandsschweißen

Zum Widerstandsschweißen gehören in Abhängigkeit der geometrischen Verhältnisse das Punkt-, Buckel-, Spalt-, Stumpf- und Thermokompressionsschweißen. Mit einem oder mehreren Stromimpulsen durch die Fügekomponenten erzielt man eine Schweißverbindung mit schmelzflüssiger Phase und Linsenbildung oder eine Diffusionsschweißung. In Bild 2 ist eine Buckelschweißung eines PT100 mit der Kontaktfahne dargestellt.

Laserstrahlschweißen

Das Laserstrahlschweißen wird zum Punkt- und Nahtschweißen eingesetzt. Bis auf den Werkstoff Silber können alle schmelzschweißbaren Metalle und Legierungen mit Festkörperlasern (Faser-, Scheiben- und Nd-YAG-Lasern) oder Diodenlasern verschweißt werden. Als universelles Schweißverfahren finden heute die Laserstrahlquellen in allen Bereichen der Technik Anwendung.

Wolframinertgasschweißen / Mikro-Plasmaschweißen

Beim Wolframinertgasschweißen und Mikro-Plasmaschweißen dient ein Lichtbogen als Wärmequelle. Bei der Herstellung von flexiblen Metallschläuchen werden dünne Komponenten zu Wellschläuchen, Faltenbälgen oder Kompensatoren verschweißt. Das Messen von Drücken erfolgt durch Druckmembranen, wobei Metallfolien von 50 µm bis 0,5 mm mit Flanschen zu Drucksensoren zusammengeschweißt werden. Das elektrische Kontaktieren von lackisolierten Kupferdrähten mit den Anschweißfahnen zur Produktion von Spulen oder Relais erfolgt durch Wolframinertgasschweißen mit sehr kurzen Lichtbogenbrenndauern, die in der Größenordnung von 50 ms aufwärts liegen, Bild 3.

Das Mikrofügen mit seinen speziellen Schweißverfahren setzt eine hohe Präzision der Fügekomponenten und die häufig zu verwendenden Vorrichtungen voraus. Die Kenntnisse über die Schweißtechnik und das gewisse Know-how zur Herstellung von Prototypen und Machbarkeitsuntersuchungen können Sie durch die SLV Duisburg erlangen.