Beitrag zur Aufklärung von Haftmechanismen kaltgasgespritzter Schichten

• Antragsteller: Professor Dr. David Rafaja; Professor Dr.-Ing. Bernhard Wielage
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 211746431

Speziell in der Leistungselektronik kommen technische Keramiken wie Al2O3, AlN oder Si3N4 als Schaltungsträger in leistungselektronischen Substraten zum Einsatz [Lut06]. Die erforderliche direkte Metallisierung der Keramiken erfolgt dabei mit verschiedenen industriell verfügbaren Fertigungsverfahren. Ein neuartiges Verfahren dafür ist das Kaltgasspritzen, welches in der Lage ist, dichte, gut haftende Aluminiumschichten auf anorganisch nichtmetallischen Werkstoffen zu erzeugen. Die mechanischen, physikalischen und chemischen Vorgänge, die zu diesem Anhaften führen, sind bisher nur ansatzweise beschrieben.Das beantragte Forschungsvorhaben verfolgt das Ziel, einen Beitrag zur Aufklärung der Haftmechanismen kaltgasgespritzter Aluminiumschichten auf keramischen Substraten zu leisten. Polykristalline und ein kristalline Substrate werden dabei durch Kaltgasspritzen mit Aluminium beschichtet. Vergleichend werden mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) Aluminiumschichten abgeschieden. Durch Kombination von Röntgenbeugung, Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie sowie der Elektronenenergieverlustspektroskopie werden die lokalen Haftmechanismen, Orientierungsbeziehungen und Bindungsverhältnisse an den Schicht/ Substrat-Grenzflächen beschrieben. Die gewonnenen Daten werden zu einem Mikrostrukturmodell zusammengefasst, welches eine Voraussage der Haftmechanismen und -festigkeiten spezieller Metall-Keramik-Paarungen für das Kaltgasspritzen ermöglicht. Damit ließe sich die Haftfestigkeit derart gespritzter Schichten genauer einstellen und effektiver nutzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Dr.-Ing. Thomas Grund