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LED-Modul Günstige LEDs durch Goldpartikel

| Redakteur: M.A. Bernhard Richter

Tanaka hat neuartige LED-Module mit einem höheren Leistungsvolumen im Vergleich zu bestehenden Produkten entwickelt – bei gleichzeitiger Reduzierung der Modulgröße und der Herstellungskosten.

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Auch bei diesem Lichtprojektor kam das Goldschweissverfahren zum Einsatz.
Auch bei diesem Lichtprojektor kam das Goldschweissverfahren zum Einsatz.
(Bild: Tanaka)

Möglich wurde dieses Verfahren durch den Einsatz des Aurofuse-Verfahrens in Verbindung mit mikroskopisch kleinen Goldpartikeln als Niedertemperatur-Bondmaterial.

Von der Einführung des neuen Herstellverfahrens mit Aurofuse sowie der Kombination der Module mit anderen Produkten, wie beispielsweise High-Power-Projektoren, verspricht sich Tanaka Precious Metals mittelfristig die Entstehung einer breiten Anwendungspalette. Das neue LED-Modul ist in der Lage, auf Veränderungen durch übermäßige Hitze in seinen oberen und unteren Abschnitten zu reagieren. Dank dieser Eigenschaften eignet es sich etwa für den Einsatz als Beleuchtung in Kühlhäusern während des Warenumschlags. Die kompakten LED-Module können auch das Design von Automobilen verändern, wenn sie bei der Fahrzeugbeleuchtung eingesetzt werden. Außerdem erhöhen diese Module das Potenzial bei der Herstellung von Produkten, die bisher hohe Entwicklungskosten verursachten oder schwierig zu entwickeln waren.

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Auch bei diesem Lichtprojektor kam das Goldschweissverfahren zum Einsatz.
Auch bei diesem Lichtprojektor kam das Goldschweissverfahren zum Einsatz.
(Bild: Tanaka)

Das Verfahren löst bei der Produktion von LED-Modulen das bislang übliche Drahtbonden ab, mit dem die strukturierte Bauteilseite auf dem Bauteilträger befestigt wird (face-down Bonding). Vorhandene Face-down-Strukturen erfordern bei den üblichen Verfahren in der Regel die Verwendung von teurem Aluminiumnitrid im Substrat. Durch die Verwendung von Aurofuse ist ein direktes Verschmelzen mit einem reinen Metallsubstrat möglich, was die Kosten senkt und die Herstellung möglichst kompakter und leistungsfähigerer Module mit verbesserten elektrischen Eigenschaften erlaubt.

Das neue LED-Modul kann als Face-down-Struktur montiert werden, da das Aurofuse-Verfahren eine direkte Verbindung mit dem Metallsubstrat ermöglicht. Der Unterschied zwischen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des LED-Chips und des Metallsubstrats ist bei herkömmlichen Fertigungsverfahren sehr groß und führt daher bei der Verklebung zu Schäden. Die Goldpartikel beim Prozess minimieren hingegen die thermische Ausdehnung der Verbundstoffe, so dass der LED-Chip ohne Probleme direkt mit dem Substrat verbunden werden kann.

Aurofuse ist ein pastenartiges Verbindungsmaterial, das aus dem Gemisch eines organischen Lösungsmittels und Goldpartikeln mit mikroskopisch kleinem Partikeldurchmesser besteht. Im Allgemeinen weisen mikroskopisch kleine Partikel eine Eigenschaft auf, die als „Sintern“ bekannt ist. Beim Erhitzen auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes verbinden sich die Teilchen miteinander. Wenn Aurofuse auf 200°C erhitzt wird, verdampft das Lösungsmittel und die Goldpartikel sintern. Dabei verbinden sie sich ohne den Einfluss von Druck. Ausreichende Bindungsfestigkeiten von etwa 30 Megapascal (MPa) können bei Temperaturen unter 300°C erzielt werden. Die Haftfestigkeit bei hohen Temperaturen lässt sich erreichen, ohne dass beim Verschmelzen Lasten auf die Komponenten aufgebracht werden. (br)

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