Im Vorhaben »KuSIn – Kupfer-Sinterprozesse mittels Induktionserwärmung zur Anwendung im Bereich Elektromobilität« sollen Pasten, Werkzeuge, Maschinen und Prozesse zum induktiven Sintern von Kupferpartikeln für den (Multi-)Die- und Substrate-Attach in der Elektromobilität und verwandten leistungselektronischen Anwendungen entwickelt werden. Sintern kommt in der Leistungselektronik bei hohen Arbeitstemperaturen zur Anwendung oder wenn hohe Wärmestromdichten erforderlich sind, um kritische Komponenten zu kühlen. Im Projekt soll der aktuell in der Aufbau- und Verbindungstechnik dominierende Sinterwerkstoff Silber durch Kupfer ersetzt und somit wertvolle Ressourcen eingespart werden. Die für dieses Verfahren erforderlichen höheren Sintertemperaturen und die höhere Oxidationsneigung von Kupfer im Vergleich zu Silber werden durch die schnelle, selektive und energieeffiziente induktive Erwärmung adressiert. So sollen wesentliche Verbesserungen bei den Prozesskosten und der Energieeffizienz des Verfahrens bei gleichbleibender Zuverlässigkeit im Vergleich zu konventionellen Silber-Sinterprozessen erreicht werden.

Das Vorhaben, das im Juli 2023 gestartet ist, ist mit einem Volumen von 3,33 Millionen Euro ausgestattet und wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) im Rahmen des Förderprogramms „Elektro-Mobil“ (Förderkennzeichen: 01MV23006E) gefördert. Die Projektdauer beträgt drei Jahre.

Federführend ist Vitesco Technologies. Weitere Projektpartner sind neben Fraunhofer ENAS noch das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS, die Professur Umformendes Formgeben und Fügen (UFF) der Technischen Universität Chemnitz, Heraeus Electronics und Budatec.

Beiträge der Projektbeteiligten

Die Fraunhofer-Institute ENAS und IMWS werden in ihrem Teilvorhaben die Induktionsspule und Kupfer-Sinterprozess entwickeln sowie Materialdiagnostik und Zuverlässigkeitsbewertung durchführen.
Dazu wird Fraunhofer ENAS miniaturisierte Induktionsspulen für das induktive Sintermodul konzeptionieren, mittels mikrotechnologischer Verfahren realisieren sowie die Applikation der Kupfersinterpaste im induktiven Kupfersinterprozesses erforschen.
Das Fraunhofer IMWS widmet sich der Mikrostruktur-basierten Erforschung von Kupfer-Sinter-Pasten während der Entwicklung und im Verarbeitungsprozess sowie der Materialwechselwirkungen (Verbindungsbildung, Alterung, Degradation) im induktiv gesinterten Kontaktinterface auf Basis zerstörungsfreier Untersuchungsmethoden, hochpräziser Zielpräparationen, höchstauflösender Analysetechniken sowie mikromechanischer, thermographischer, elektrischer und chemischer Charakterisierungsverfahren.

Die TUC wird die Kernkomponenten der Anlage wie die Induktionsspule und die Pressvorrichtung sowie den induktiven Sinterprozess auslegen und simulieren. Zudem umfasst das Teilvorhaben der TUC die Realisierung eines induktiven Sintermoduls zur Integration in die Sinteranlage.
Budatec konzeptioniert und realisiert in ihrem Teilprojekt eine Sinteranlage mit induktiver Erwärmung und definierten Atmosphären, wodurch der Prozess des induktiven Kupfersinterprozesses erforscht und später industrialisiert werden kann.
Heraeus Electronics wird Kupferpasten und Prozesse für das induktive Sintern von Kupferpartikeln zum Die- und Substrate-Attach für Baugruppen der Leistungselektronik entwickeln und sowohl die Reduzierung der Werkstoffkosten als auch kostenintensive Prozessparameter wie Sintertemperatur, -zeit und -druck adressieren.
Vitesco Technologies wird neben der Koordinierung des Verbundprojekts den neuen Sinterprozess beim Aufbau eines Leistungsmoduls anwenden, welches durch umfangreiche Tests und Analysen erprobt und mit dem Stand der Technik verglichen wird.

Die Pressemeldung der TU Chemnitz finden Sie hier.