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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von lòtfähigen Aluminium Fliesspressteilen.
Solche Teile werden insbesonders für Elektronik-Bauteile, zum Beispiel für Becher von Kondensatoren oder für Kühlkörper von Halbleiterbauteilen, vor allem für solche der Leistungselektronik und
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! ötfähigen Fiiesspressteiienvielen anderen Bereichen, um dieses besonders rationelle Fügeverfahren auch für solche Teile einsetzen zu können.
In der US-Patentschrift 3, 648, 351 ist ein Verfahren zur Herstellung von Bi-Metall Fliessteilen, insbes. von Dosen beschrieben Ausgegangen wird hierbei von Blitzen, die im wesentlichen aus gleichen Masseanteilen der beiden Metalle bestehen. Das Ergens sind Dosen mit in etwa gleichen Wanddicken der beiden Metalle.
In der US-Patentschrift 4, 738, 011 ist ein Verfahren zur Herstellung von Halbzeug für die Erzeugung von Gleitlagern angegeben. Dieses Material weist einen Stützkörper, beispielsweise aus Stahl auf, der eine Gleitschicht aus einem Lagermetall trägt. Hergestellt wird dieses Halbzeug durch Strangpressen aus einem Bolzen, der aus einem Stahlgrundkörper mit einem Mantel aus Lagermetall besteht. Das extrudierte Band wird anschliessend durch Walzen weiter umgeformt.
Weder die US-Patenschrift 3, 648, 351 noch die US-Patentschrift 4, 738, 011 konnten eine Anregung zur Lösung der eingangs skizzierten Aufgabe geben.
Zur Herstellung von lötfähigen Aluminium-Fliesspressteilen hat man schon vorgeschlagen, solche Fliesspressteile aus Butzen herzustellen, die auf einem Aluminiumgrundkörper eine Kupferschicht aufgewiesen haben. Diese Butzen wurden aus Aluminiumblechen hergestellt, auf welche durch Walzplattieren ein Kupferblech aufgebracht worden ist. Aus diesem Bi-Metall-Halbzeug wurden anschliessend Butzen ausgestanzt, die schliesslich in das Werkzeug einer Presse eingelegt und durch Fliesspressen umgeformt worden sind. Man konnte mit dieser Technologie wohl Fliesspressteile herstellen, die we ! chiötfähig waren, das Verfahren hat aber eine Reihe von gravierenden Nachteilen, die einem Einsatz in grösseren Umfang entgegenstehen.
Ein erstes Problem besteht darin, dass das Kupfer entsprechend dem Fliessvorgang beim Pressen über viele Bereiche verteilt wird, auf welchen nicht gelötet wird In solchen Bereichen können aber die Nahtstellen der beiden Metalle bei hohen Beanspruchen zu Defekten führen. Ein Problem stellt ferner die Gefahr von Kontaktkorrosionen in diesen Bereichen dar, vor allem dann, wenn die Teile einer aggressiven Atmosphäre ausgesetzt sind, wie dies im allgemeinen im automotiven Bereich der Fall ist Ein weiterer Nachteil ergibt sich bei dem bekannten Verfahren dadurch, dass man hinsichtlich der Stärken der Kupferschichten an die Mindeststärken gebunden ist, die durch Walzplattieren auf das Halbzeug aufgebracht werden können. Eine Einschränkung besteht ferner darin, dass ein walzplattiertes Halbzeug nur bis zu Gesamtstärken von ca 12 mm hergestellt werden kann.
Für Fliesspressteile, für welche dickere Butzen eingesetzt werden müssen, kann dieses Verfahren somit nicht eingesetzt werden
Alle diese Nachteile werden erfindungsgemäss dadurch behoben, dass zunächst in an sich bekannter Weise aus einem Aluminium-Halbzeug Butzen-Rohlinge hergestellt werden und dass diese Butzen-Rohlinge anschliessend, vorzugsweise nach einer Oberflächenvorbehandlung, insbesonders an einer Stirnfläche, in einem thermischen Beschichtungsverfahren, beispielsweise durch Flamm- oder Plasmaspritzen mit einem gut lötfähigem Metall, vozugsweise mit Kupfer, beschichtet werden, wobei diese Schicht in dem anschliessenden Fliesspressvorgang zusätzlich verdichtet wird.
Die Butzen-Rohlinge können durch Stanzen aus einem Aluminiumblech hergestellt werden. Es ist aber auch möglich, die Butzen-Rohlinge von einem stranggepresstem Profil abzutrennen.
Besondere Vorteile ergeben sich dann, wenn gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung die Schicht aus lötfähigem Metall durch Maskieren oder beim Flamm- oder Plasmaspritzen durch einen stark gebündelten Strahl nur partiell auf die entsprechende Fläche des Butzen-Rohlinges, vorzugsweise auf die Stirnfläche desselben, aufgebracht wird.
Vorzugsweise wird das lötfähige Metall in einer Schichtstärke von 0, 1 bis 0, 8 mm auf den Butzen-Rohling aufgebracht.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die iötfähge Metallschicht in einem Bereich auf den Butzen-Rohling aufgebracht, der beim Fliesspressvorgang relativ wenig verformt wird.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnung Die Figur 1 zeigt die Beschich-
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tung eines Butzens Die Fig. 2 zeigt den aus dem Butzen nach Fig. 1 gefertigten fliessgepressten Kühlkörper, die Fig. 3 veranschaulicht den kompletten Halbleiter. In Fig. 4 ist ein beschichteter Butzen dargestellt. Die Figuren 5 und 6 zeigen den aus dem Butzen nach Fig. 4 fliessgepressten Becher in verschiedenen Ansichten.
Bei der Herstellung des Butzens in Fig. 1 wird von einem stranggepressten Halbzeugprofil ausgegangen. Durch Sägen wird ein Butzenrohling 1 mit einer Stärke von ca. 25 mm abgetrennt.
Dieser kann in einem weiteren Schritt durch Scheuern entgratet werden Gegebenenfalls wird eine der Stirnflächen des Butzenrohlinges durch Strahlen oder auf chemischem Weg aktiviert, um bei dem anschliessenden Flammspritzen die Haftung der Kupferpartikel am Aluminiumkörper des Butzens 1 zu verbessern. In der Zeichnung ist das Flammspritzrohr mit 2 bezeichnet, 3 stellt eine Maske dar, die unmittelbar über dem Butzen 1 angeordnet ist und einen im wesentlichen rechteckigen Durchbruch 4 aufweist. Durch diese Maske 3 wird erreicht, dass die aufzubringende Kupferbeschichtung 5 ebenfalls eine im wesentlichen rechteckige Form hat. Die Kupferpartikel werden in dem Flammenstrahl 6 mit hoher Geschwindigkeit und hoher Temperatur auf das AluminiumSubstrat geschleudert.
Die Kupferteilchen gehen dabei eine innige Verbindung mit dem Aluminium ein, teilweise findet eine Diffusion in das Aluminium-Substrat statt. Es kommt damit zu einer metallurgischen Verbindung zwischen den beiden Metallen. Durch diese Bindung ist gewährleistet, dass die Schichten auch unter den extremen Belastungen der Temperaturwechselzyklen eine hohe Dauerhaltbarkeit aufweisen. Durch Flammspritzen können Schichten vom fol-Bereich bis in den mm-Bereich aufgebracht werden. Für die vorliegende Anwendung haben sich Schichten mit einer Stärke von 0, 1 bis 0, 8 mm bewährt.
Flammgespritzte Schichten weisen eine gewisse Porosität auf, die sich sowohl beim Weichlöt- prozess als auch in der Verwendung störend bemerkbar machen kann, insbesonders dann, wenn es sich bei den Teilen um Kühlkörper handelt. Die in den Poren eingeschlossene Luft kann dann die Wärmeleitung deutlich reduzieren.
Die Butzen werden vor dem Fliesspressen noch mit einem Gleitmittel versehen und dann gerichtet in das Werkzeug der Fliesspressmaschine eingelegt. Durch die beim Fliesspressen auftretenden hohen Drücke wird gleichzeitig die Kupferschicht kompaktiert, wobei Kupferpartikel teilweise in das Basismaterial gepresst werden. Die an sich geringe Porosität der Flammspritzschicht wird dabei praktisch vollständig eliminiert und gleichzeitig der Kontakt zwischen den beiden Metallen weiter verbessert.
In Fig. 2 ist der Fliesspressteil 7 gezeigt, der aus dem Butzen 1 gepresst worden ist. Es handelt sich dabei um einen Halbleiter-Kühlkörper, der eine rechteckige Platte 8 aufweist, die eine Vielzahl von zylindrischen Zapfen 9 trägt. An die Platte 8 schliesst nach oben ein rechteckiger Rand 11 an. Mit 12 ist die im wesentlichen rechteckige Kupferschicht bezeichnet. Die Schichte 12 wurde praktisch nicht verformt, wohl aber durch die hohen Drücke beim Fliesspressen kompaktiert. In Fig. 3 ist der fertig montierte Halbleiter gezeigt. Strichliert angedeutet ist in dieser Figur der Halbleiterkristall 13, der weich auf die Kupferschicht 5 des Kühlkörpers aufgelötet ist.
Mit 10 sind die Anschlusskontakte bezeichnet, die mit Kupferbändern 10a mit den Anschlüssen des Halbleiterkristalls 13 verbunden sind Der Oberteil des Kühlkörpers 7 ist mit Kunststoff 14 ausgegossen, der den Halbleiterkristall 13 und die Lötstellen hermetisch gegenüber der Atmosphäre abschliesst.
Die Fig. 4 zeigt den Butzen 15 für einen becherförmigen Fliesspressteil. An den beiden Stirnseiten des Butzens 15 sind Kupferschichten durch thermische Beschichtung aufgebracht, an der Oberseite in Form einer Kreisfläche 16, an der Unterseite in Form eines Kreisringes 17. Beim Aufbringen der Schichten werden, wie oben beschrieben, die Bereiche, die nicht beschichtet werden sollen durch Masken abgedeckt oder es wird ein es wird ein Flamm- oder Plasma-Spritzgerät eingesetzt, das einen scharf gebündelten Partikel strahl, abgibt. Durch eine entsprechende Relativbewegung zwischen dem thermischen Spritzgerät und dem Butzen 15 wird dann das gewünschte Muster auf die Butzenfläche aufgetragen.
In den Figuren 5 und 6 ist der Fliesspressteil 18 in zwei verschiedenen Ansichten gezeigt. Im Inneren des Bechers befindet sich im Zentrum des Bodens 19 eine kreisförmige Kupferschicht, an der Aussenseite des Bodens 19 eine kreisringförmige.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt. So kann im Rahmen der Erfindung an Stelle von Kupfer ein anderes Metall eingesetzt werden, das einerseits gut weichlötbar ist und andererseits eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Beispielsweise seien hier Silber
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oder Kupfer- bzw. Silberlegierungen genannt. Wenn es auch zweckmässig ist, die weichlötbaren Schichten in Bereichen aufzubringen, die beim Fliesspressen nicht oder relativ wenig verformt werden, so können diese doch auch in Bereichen mit hoher Verformung eingesetzt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von lötfähigen Aluminium-Fliesspressteilen, wobei zunächst ein sogen. Butzen hergestellt wird, auf dessen Oberfläche e ne Schicht aus einem gut lötfähi- gem Metall aufgebracht ist, welcher Butzen anschliessend in das Werkzeug einer Presse, vorzugsweise gerichtet, eingelegt und in diesem durch Fliesspressen umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst in an sich bekannter Weise aus einem Aluminium-Halbzeug Butzen-Rohlinge (1) hergestellt werden und dass diese Butzen-Rohlinge (1) anschliessend, vorzugsweise nach einer Oberflächenvorbehandlung, insbesonders an einer Stirnfläche, in einem thermischen
Beschichtungsverfahren, beispielsweise durch Flamm- oder Plasmaspritzen mit einem gut lötfähigem Metall, vorzugsweise mit Kupfer, beschichtet werden, wobei diese Schicht (5)
in dem anschliessenden Fliesspressvorgang zusätzlich verdichtet wird.