Options
2007
Report
Titel
Anwendung von Kohlenstoff-Nanofasern zur Herstellung von Verbundwerkstoffen für den Einsatz in der Mikrosystemtechnik (CuCNF)
Titel Supplements
Schlussbericht zum BMBF-Verbundprojekt, Laufzeit: 01.01.2005 - 31.12.2007. Förderkennzeichen: 03X9000 A bis D,E,F, enthält 7 Teilprojekte
Abstract
Es wurden die Entwicklungen von zwei Verbundwerkstoffen (CuCNF und Cu/Graphit) durchgeführt, die durch die Kombination von hoher Wärmeleitfähigkeit, geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten und guten mechanischen Eigenschaften für Anwendungen im Bereich der Leistungs- und Optoelektronik zur Kühlung von elektronischen Bauteilen qualifiziert werden sollen. Folgende Eigenschaften konnten erreicht werden. Werkstoffe mit 60 Volume-% Graphit erreichten in der xy-Ebene sehr hohe Wärmeleitfähigkeiten von WLF 1 = 450 W/(mK) bis 550 W/(mK) (WLF II = 80 W/(mK) bis 120 W/(mK)) bei gleichzeitig geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von CTE 1 = 7 ppm/K bis 8 ppm/K (CTE II = 13 ppm/K bis 15 ppm/K). Über einen Weg auf der Basis von Graphitflocken konnten grundlegende Problemstellungen bei der Anbindung zwischen Kupfer und Graphit geklärt und erfolgreich Materialien mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit hergestellt werden. Das Verfahren zur Herstellung von Cu/Graphit-Werkstoffen besteht aus zwei wesentlichen Schritten. Der erste Schritt beinhaltet die Erzeugung einer benetzenden Schicht auf dem Graphitmaterial mit einem Molybdänsalz, das dann über eine Wärmebehandlung in Molybdäncarbid überführt wird, gefolgt von der Infiltrationsschritt der vorbehandelten graphitischen Preform. Weiterhin konnten wesentliche Erkenntnisse über die Bildungsmechanismen von Carbiden an der Cu/C-Grenzfläche gewonnen werden, die im Fall von Bor in trocken gemischten Ansätzen bzw. im Fall von Mo-beschichteten Graphiten zu einer deutlichen Steigerung der Biegebruchfestigkeiten aber auch zu einer Verringerung der Wärmeleitfähigkeit im Verbund führen. Für die Montage der Submounts wurde eine eigene Löttechnik entwickelt. In der zweiten Projekthälfte wurden die Submounts mit Laserbarren auf Mikrokanalkühler montiert. Diese Diodenlaser wurden anschließend elektrooptisch charakterisiert und Alterungsuntersuchungen unterzogen. Die Diodenlaser sind in den Alterungsschränken 9000 Stunden ohne nennenswerte Leistungsverluste gelaufen. Entgegen der Erwartungen konnten gegenüber den standardmäßig verwendeten Kupfer-Wolfram (CuW) Submounts keine Verbesserungen hinsichtlich Wärmeabfuhr erzielt werden. Ursachen dafür sind Fehlstellen im Materialverbund sowie fehlerhafte Beschichtungen der Submounts. Diese Probleme konnten innerhalb des Projektzeitraums mit den beteiligten Projektpartnern nicht gelöst werden.
Organisation
ECKA Granulate MicroMet GmbH, Hamburg
Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung -IFAM-, Dresden
Bodycote HIP GmbH, Haag-Winden
Curamik Electronics GmbH, Eschenbach
Siemens AG, München
Laserline GmbH, Mülheim-Kärlich
Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg
Verlagsort
Hamburg
Tags