DE10016129A1 - Verfahren zum Herstellen einer wärmeleitenden Verbindung zwischen zwei Werkstücken - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer wärmeleitenden Verbindung zwischen zwei Werkstücken

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DE10016129A1
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Abstract

Verfahren zum Herstellen einer wärmeleitenden Verbindung zwischen zwei Werkstücken (1, 2), bei dem zuerst eine poröse Sinterschicht (3) aus wärmeleitendem Material, die zwischen den beiden Werkstücken (1, 2) angeordnet und an jedem Werkstück (1, 2) flächig angesintert ist, hergestellt und nachträglich die an den beiden Werkstücken (1, 2) angesinterte poröse Sinterschicht (3) durch relatives Gegeneinanderdrücken der beiden Werkstücke (1, 2) verdichtet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer wärmeleitenden Verbindung zwischen zwei Werkstücken.
Für Aufbauten mit stark wärmeproduzierenden Werkstücken, bei­ spielsweise Werkstücken in Form elektrischer oder elektroni­ scher Bauteile, ist eine gut wärmeleitende Verbindungstechnik zur Entwärmung erforderlich.
Üblicherweise werden die Bauteile aufgelötet. Die Temperatur- und Temperaturwechselfestigkeit von Lötungen ist jedoch sehr begrenzt.
In EP-0 242 626 A2 (GR 86 P 1242) ist ein Verfahren zum Her­ stellen einer wärmeleitenden Verbindung zwischen einem Werk­ stück in Form eines elektronischen Bauelements und einem Werkstück in Form eines Substrats beschrieben, bei dem auf das Bauelement und/oder das Substrat eine Paste aufgebracht wird, die aus einer Mischung aus einem Metallpulver, das bei einer Sintertemperatur sintert und sowohl an das Bauelement als auch an das Substrat ansintert, und aus einer Flüssigkeit besteht.
Die Paste wird getrocknet und nach dem Trocknen der Paste werden das Bauteil und das Substrat zusammen oder getrennt auf eine Temperatur erwärmt, die mindestens 100°C beträgt, aber noch unterhalb der Sintertemperatur liegt. Dieses Erwär­ men ist gemäß diesem Dokument ausdrücklich ein druckloses Er­ wärmen.
Spätestens nach diesem Erwärmen wird das Bauelement auf die vollständig getrocknete Paste des Substrats aufgesetzt. Die gesamte Anordnung wird dann unter gleichzeitiger Ausübung eines mechanischen Druckes von mindestens 900 N/cm2 auf die Sintertemperatur erwärmt.
Dieses bekannte Verfahren ist insbesondere für großflächige und in MOS-Technik hergestellte Leistungshalbleiter geeignet, wobei jedoch auch bei der Herstellung anderer elektronischer Bauelemente erhebliche Vorteile erzielt werden.
In der nicht vorveröffentlichten älteren deutschen Patentan­ meldung 100 09 678 .6 (GR 98 E 1895) ist ein Verfahren zum Herstellen einer wärmeleitenden Klebstoffverbindung zwischen zwei Werkstücken vorgeschlagen, bei dem zunächst eine poröse, d. h. schwammartig mit Hohlräumen durchsetzte Sinterschicht aus wärmeleitendem Material, insbesondere aus Silber, herge­ stellt wird, die zwischen den beiden Werkstücken angeordnet und an jedem Werkstück flächig angesintert ist.
Diese Sinterschicht wird mit flüssigem härtbaren Klebstoff gefüllt, der danach jedes Werkstück benetzt. Das Füllen er­ folgt beispielsweise durch Einsaugen des flüssigen Klebstoffs in die als Kapillaren wirkenden Hohlräume der Sinterschicht. Danach wird der Klebstoff gehärtet und die Klebstoffverbin­ dung ist fertiggestellt.
Die Herstellung der Sinterschicht wird so durchgeführt, dass auf ein Werkstück und/oder das andere Werkstück eine Paste aufgebracht wird, die aus einer Mischung aus einem bei einer Sintertemperatur sinternden und bei dieser Temperatur an je­ des der beiden Werkstücke ansinternden Pulver und aus einer Flüssigkeit besteht, die beiden Werkstücke derart zusammenge­ bracht werden, dass die Paste zwischen den beiden Werkstücken angeordnet ist und beide Werkstücke jeweils flächig kontak­ tiert, danach die Paste getrocknet und das getrocknete Pulver durch Erwärmen auf die Sintertemperatur gesintert wird.
Eine hohe Dichte und damit gute Wärmeleitfähigkeit der gesin­ terten Schicht aus wärmeleitendem Material kann auch mit dem Schritt des Ausübens eines bestimmten mechanischen Drucks auf das Pulver während des Sintervorgangs oder nach Abschluss dieses Vorgangs erreicht werden.
Vorzugsweise wird ein Pulver verwendet, das aus der Gruppe der Metalle, insbesondere der Edel- und Halbedelmetalle ge­ wählt ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Silberpulver verwendet und das Sintern dieses Pulvers in oxidierender Atmosphäre durchgeführt wird, da zum Sintern dieses Pulvers vorteilhaft­ erweise eine Sintertemperatur zwischen 100°C und 250°C aus­ reicht. Das Sintern in oxidierender Atmosphäre kann aber auch bei sinterbaren Pulvern von Vorteil sein, die von Silber ver­ schiedene Stoffe enthalten.
Es ist auch erwähnt, dass eine hohe Dichte und damit gute Wärmeleitfähigkeit der Sinterschicht aus wärmeleitendem Mate­ rial durch Ausüben eines bestimmten mechanischen Drucks auf das Pulver während des Sintervorgangs oder nach Abschluss dieses Vorgangs erreicht werden kann.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren können vorteilhafterweise größere Werkstücke mit zu verbindenden Flächen größer als 1 cm2, z. B. 2 × 2 cm2 oder noch mehr, ganzflächig fest mitein­ ander verbunden werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer klebstofffreien wärmeleitenden Verbindung zwischen zwei Werkstücken bereitzustellen, mit dem größere Werkstücke, die zu verbindende Flächen größer als 1 cm2, z. B. 2 × 2 cm2 oder noch mehr, aufweisen, auf diesen Flächen ganzflächig, hoch­ fest und sehr gut wärmeleitend miteinander verbunden werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Gemäß dieser Lösung weist das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte auf:
  • - Herstellen einer porösen Sinterschicht aus wärmeleitendem Material, die zwischen den beiden Werkstücken angeordnet und an jedem Werkstück flächig angesintert ist, und
  • - nachträgliches Verdichten der an den beiden Werkstücken an­ gesinterten porösen Sinterschicht durch relatives Gegeneinan­ derdrücken der beiden Werkstücke.
Die poröse, d. h. schwammartig mit Hohlräumen durchsetzte Sin­ terschicht des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorzugs- und vorteilhafterweise durch die Schritte hergestellt:
  • - Aufbringen einer Paste auf ein Werkstück und/oder das ande­ re Werkstück, die aus einer Mischung aus einem bei einer Sin­ tertemperatur sinternden und bei dieser Temperatur an jedes der beiden Werkstücke ansinternden Pulver aus wärmeleitendem Material und aus einer Flüssigkeit besteht,
  • - Zusammenbringen der beiden Werkstücke derart, dass die Pas­ te zwischen den beiden Werkstücken angeordnet ist und beide Werkstücke jeweils flächig kontaktiert,
  • - Trocknen der Paste, und
  • - Sintern des getrockneten Pulvers durch Erwärmen auf die Sintertemperatur.
Vorzugs- und vorteilhafterweise wird ein Pulver aus wärmelei­ tendem Material verwendet, das bei einer Sintertemperatur von höchstens 250°C sintert und zugleich an jedes der beiden Werkstücke ansintert. Bevorzugter Weise wird dabei ein aus der Gruppe der Metalle, insbesondere der Edel- und Halbedel­ metalle gewähltes Pulver verwendet, das bei der Sintertempe­ ratur von höchstens 250°C sintert und zugleich an jedes der beiden Werkstücke ansintert. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Silber aufweisenden sinterbaren Metallpul­ vers.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Sintern und Ansintern des Pulvers an jedem Werkstück bei der Sintertemperatur in oxidierender Atmosphäre durchgeführt wird. Dies gilt insbe­ sondere bei Verwendung eines Silber aufweisenden sinterbaren Metallpulvers
Zum nachträglichen Verdichten der an den beiden Werkstücken angesinterten porösen Sinterschicht ist es vorteilhaft, einen mechanischen Druck zu verwenden, der so hoch gewählt ist, dass möglichst viele, am besten alle Hohlräume bzw. Poren der porösen Sinterschicht geschlossen, die beiden Werkstücke aber nicht beschädigt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das nachträgliches Ver­ dichten der an den beiden Werkstücken angesinterten porösen Sinterschicht durch Drucksintern durchgeführt wird. Drucksin­ tern bedeutet hier die Ausübung des zum nachträglichen Ver­ dichten verwendeten mechanischen Druckes auf die poröse Sin­ terschicht unter gleichzeitiger Erwärmung der porösen Sinter­ schicht auf eine Sintertemperatur, die gleich oder verschie­ den von der bei der Herstellung der porösen Sinterschicht verwendeten Sintertemperatur sein kann.
Drucksintern hat den Vorteil, dass sich die Poren der Sinter­ schicht leichter schließen und die Festigkeit der durch das Ansintern hergestellten Verbindung zwischen der Sinterschicht und den Werkstücken noch einmal erhöht werden kann.
Zum nachträglichen Verdichten der an den beiden Werkstücken angesinterten porösen Sinterschicht wird zweckmäßigerweise und insbesondere beim Drucksintern ein Druck von mindestens 900 N/cm2 verwendet. Eine Steigerung dieses Drucks auf 1000 N/cm2 oder auf 1500 cm2 und darüber kann vorteilhaft sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch die Herstel­ lung der an die Werkstücke angesinterten porösen Sinterschicht eine Verbindung zwischen den Werkstücken hergestellt, die durch das nachträgliche Verdichten der Sinterschicht, insbesondere durch das Drucksintern, so verstärkt wird, dass eine hochfeste, sehr gut wärmeleitende Verbindung zwischen den Werkstücken entsteht, die großflächig, insbesondere grö­ ßer als 2 × 2 cm2 sein kann und sehr gut zum Befestigen e­ lektronischer Bauteile, insbesondere Leistungshalbleiter- Bauelemente wie beispielsweise IGBTs, MOS-FETs, Dioden, Thy­ ristoren usw. geeignet ist, die im Betrieb große Verlustleis­ tungen erzeugen, die effizient abgeführt werden müssen, um die maximale Betriebstemperatur nicht zu überschreiten.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat darüber hinaus und insbe­ sondere auch gegenüber dem aus EP-0 242 626 A2 bekannten Ver­ fahren weitere große Vorteile, darunter:
  • a) Einfaches Positionieren und Fixieren einer Vielzahl von Teilen auf einem Substrat, z. B. für Multichipmodule, Leistungsumrichter oder ähnliche;
  • b) Unebenheiten werden verfüllt und stören weniger, z. B. Sä­ gegrate an Chips oder Rauigkeit der Substrate. Auch Di­ ckenschwankungen und Unebenheiten durch Siebdruck, Schab­ lonendruck oder Aufsprühen der Metall- insbesondere Sil­ berschicht werden ausgeschlossen und die Dichte der ge­ pressten Sinterschicht homogener.
  • c) Bei niedriger Sintertemperatur ist die Steifigkeit der zunächst gebildeten Sinterbrücken in der Sinterschicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren noch gering, dadurch wird bei gleichem Sinterdruck eine höhere Verdichtung er­ zielt als beim Verpressen der kratzfest versinterten Sil­ berschicht nach EP-0 242 626 A2 (siehe auch Dissertation von Sven Klaka: "Eine Niedertemperatur-Verbindungstechnik zum Aufbau von Leistungshalbleitermodulen", Cuvillier Verlag, Göttingen 1997). Die "weichere" Sinterschicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch die Werkstücke, zwischen denen sie angeordnet ist, vor einer Beschädigung geschützt.
  • d) Die bei der Herstellung der Sinterschicht des erfindungs­ gemäßen Verfahrens verwendete Sintertemperatur bestimmt im Wesentlichen die Verbindungstemperatur, bei der die Werkstücke ohne mechanische Spannung durch unterschiedli­ che Wärmeausdehnungskoeffizienten miteinander verbunden sind. Sie kann dadurch deutlich unterhalb der Sintertem­ peratur bleiben, die beim Drucksintern verwendet wird.
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert: Es zeigen:
Fig. 1 im Querschnitt zwei getrennte Werkstücke, auf die je­ weils eine Paste, die aus einer Mischung aus einem bei einer Sintertemperatur sinternden und bei dieser Temperatur an jedes der beiden Werkstücke ansintern­ den Pulver und aus einer Flüssigkeit besteht, aufge­ bracht ist,
Fig. 2 die Werkstücke nach Fig. 1 in der gleichen Darstel­ lung aber im derart zusammengebrachten Zustand, dass die Paste eine beide Werkstücke kontaktierende einzi­ ge durchgehende Schicht zwischen den Werkstücken bil­ det,
Fig. 3 die Werkstücke nach Fig. 2 in der gleichen Darstel­ lung, aber nach dem Trocknen der Paste und dem Sin­ tern des Pulvers aus wärmeleitendem Material zu einer porösen Sinterschicht, die zwischen den Werkstücken angeordnet ist und beide Werkstücke flächig kontak­ tiert,
Fig. 4 den kreisförmig umschlossenen Ausschnitt A in der Fig. 3 in vergrößerter Darstellung,
Fig. 5 den Ausschnitt A nach Fig. 4 nach dem Verdichten der porösen Sinterschicht, und Die Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
Die erfindungsgemäße wärmeleitende Verbindung zwischen zwei Werkstücken wird am Beispiel eines bevorzugten speziellen Herstellungsverfahrens näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt als Ausgangsstufe dieses Verfahrens zwei voneinander getrennte Werkstücke 1 und 2 die einander gegenü­ berliegende Oberflächenabschnitte 11 bzw. 21 aufweisen, die Form mäßig einander angepasst, beispielsweise eben sind.
Beispielsweise sei das Werkstück 1 ein elektronisches Bauele­ ment, z. B. ein Leistungsbauelement, insbesondere ein Leis­ tungshalbleiter-Bauelement, und das Werkstück 2 ein Träger­ körper, auf dem das elektronische Bauelement zu befestigen ist.
Auf den Oberflächenabschnitt 21 des Werkstücks 2 und/oder den Oberflächenabschnitt 11 des Werkstücks 1 ist eine Paste 5 aufgebracht, die aus einer Mischung aus einem bei einer Sin­ tertemperatur sinternden und bei dieser Temperatur an jedes der beiden Werkstücke ansinternden Pulver aus wärmeleitendem Material und aus einer Flüssigkeit besteht. In der Fig. 1 ist die Paste 5 auf jedes Werkstück 1 und 2 aufgebracht dar­ gestellt, es reicht aber aus, die Paste 5 nur auf ein Werk­ stück, beispielsweise das Werkstück 2 aufzubringen.
Die beiden Werkstücke 1 und 2 werden nach dem Aufbringen der Paste 5 derart zusammengebracht, dass sich die Paste 5 zwi­ schen den beiden Werkstücken 1 und 2 befindet und die Paste 5 den Oberflächenabschnitt 11 und 21 jedes Werkstücks 1 und 2 möglichst ganzflächig kontaktiert und eine dünne Schicht 3' zwischen diesen Abschnitten 11 und 21 bildet, wonach die in der Fig. 2 dargestellte Zwischenstufe des Verfahrens ent­ standen ist.
Danach wird die Schicht 3' aus der Paste 5 getrocknet und nach Erwärmen auf die Sintertemperatur T gesintert.
Für das Trocknen der Paste 5 ist es von Vorteil, wenn die beiden zusammengebrachten Werkstücke 1 und 2 gegeneinander gedrückt werden, so dass die Paste 5 aus zumindest einem Werkstück, beispielsweise dem Werkstück 1 in einem kleinen Wulst 51 herausquillt, der dieses Werkstück umgibt.
Das Trocknen der Paste 5 erfolgt beispielsweise durch ver­ dunsten Lassen der in der Paste 5 enthaltenen Flüssigkeit, das durch Erwärmen der Paste 5, beispielsweise während des Erwärmens auf Sintertemperatur T und/oder bei Unterdruck, beispielsweise im Vakuum vorgenommen werden kann. Der Wulst 51 trägt vorteilhafterweise dazu bei, dass die Flüssigkeit rückstandsfrei und ohne Blasenbildung verdunsten kann.
Nach dem Sintern des getrockneten Pulvers bei der Sintertem­ peratur T ist die in Fig. 3 dargestellte Zwischenstufe des Verfahrens entstanden.
Diese Zwischenstufe weist die zwischen den Oberflächenab­ schnitten 11 und 21 der Werkstücke 1 und 2 angeordnete poröse Sinterschicht 3 aus dem getrockneten Pulver auf, die zwei voneinander abgekehrten flachseitigen Oberflächen 31, 31 und einen zumindest ein Werkstück umgebenden Wulst 30 aufweist, der aus dem Wulst 51 entstanden ist.
Eine der flachseitigen Oberflächen 31, 31 grenzt ganzflächig an den Oberflächenabschnitt 11 des Werkstücks 1, die andere ganzflächig an den Oberflächenabschnitt 21 des Werkstücks 2.
Zur Erhöhung der Dichte der porösen Sinterschicht 3 kann wäh­ rend des Sinterns ein mechanischer Druck p auf das Pulver ausgeübt werden, der aber so gering bleiben muss, dass die Sinterschicht 3 porös bleibt
Die Sintertemperatur T wird vom Pulvermaterial bestimmt.
Der in der Fig. 4 vergrößert dargestellte Ausschnitt A der Fig. 3 zeigt beispielhaft und schematisch die innere Struk­ tur der Sinterschicht 3.
In der Fig. 4 enthält der schräg schraffierte Teil 34 der Sinterschicht 3 gesintertes Pulver aus wärmeleitendem Materi­ al. das von einer flachseitigen Oberfläche 31 in Richtung 35 zur anderen flachseitigen Oberfläche 31 der Schicht 3 zusam­ menhängend ist.
Alle nicht schraffierten weißen Bereiche 32 der Schicht 3 stellen Hohlräume bzw. Poren der Schicht 3 dar. Obgleich alle diese weißen Bereiche jeweils mit dem Bezugszeichen 32 verse­ hen sein müssten, sind der Übersichtlichkeit halber nur eini­ ge wenige dieser Bereiche mit diesem Bezugszeichen 32 be­ zeichnet.
Die Hohlräume bzw. Poren 32 durchsetzen die Schicht 3 schwammartig und sind zum größten Teil miteinander verbunden, wenngleich nicht in der dargestellten Schnittebene. Hohlräume 32, die an eine flachseitige Oberflächen 31 grenzen, definie­ ren jeweils eine Öffnung 33 in dieser Oberfläche 31.
Bei dem bis hierher beschriebene Verfahren können alle in EP 0 242 626 A2 und älteren deutschen Patentanmeldung 100 09 678 .6 angegebenen Werkstücke und Materialien für diese Werkstücke, die Flüssigkeit der Paste und das Pulver der Pas­ te sowie die dort angegebenen Sintertemperaturen und Drücke verwendet werden. Die gesamte Offenbarung der EP 0 242 626 A2 und der Patentanmeldung 100 09 678 .6 ist Bestandteil der vor­ liegenden Anmeldung.
Besonders geeignet ist eine Sinterschicht 3 aus Silberpulver, da Silber schon bei niedrigen Temperaturen zwischen 100°C und 250°C, vorzugsweise zwischen etwa 150°C und 250°C Sinterbrü­ cken ausbilden kann.
Beispielsweise werden geeignete feinkörnige Silberpulver mit einer beispielsweise organischen Flüssigkeit, z. B. Terpineol oder Ethylenglykolether zu einer Paste 5 angerührt, die wie eine Leitkleberpaste verarbeitet werden kann.
Nach Auftrag der Paste 5, zum Beispiel mit einem Dispenser, auf wenigsten eines der beiden Werkstücke 1 oder 2, das bei­ spielsweise ein Trägerkörper für ein elektronisches Bauele­ ment in Form eines Chips ist, wird das andere Werkstück 2 bzw. 1, im Beispiel der Chip, so auf die Paste 5 gesetzt, dass sie ringsum in einem kleinen Wulst 51 herausquillt. So kann bei langsamem Erwärmen der Paste 5 die Flüssigkeit rück­ standsfrei und ohne Blasenbildung verdunsten und die Paste 5 trocknen.
Nach dem Trocknen ist zwischen den Werkstücken 1 und 2 eine Schicht 3 und ein Wulst 30 aus trockenem Silberpulver ent­ standen, die gesintert werden.
Für die Sinterung von Silber bei weniger als 250°C ist eine oxidierende, vorzugsweise sauerstoffhaltige Atmosphäre unab­ dingbar. Überraschenderweise kann in der dünnen Schicht 3 aus Silberpulver von weniger als 100 µm zwischen den Werkstücken 1 und 2 der Sauerstoff genügend rasch eindiffundieren, so dass auch in Flächen von bis zu 5 × 5 cm2 oder mehr eine Ver­ sinterung des Silberpulvers stattfindet. Beispielsweise fin­ det in Flächen von 2 × 2 cm2 innerhalb von ca. 15 Minuten eine Versinterung des Silberpulvers statt.
Es wurde die Erkenntnis gewonnen, dass Silberpulver in O2- haltiger Atmosphäre, beispielsweise in Luft, überraschender­ weise schon bei niedrigen Temperaturen ab 150°C beginnt zu versintern. Der Vorgang des Versinterns zeigt sich in diesem fall dadurch, dass das Silberpulver sich zu einem Hohlräume bzw. Poren aufweisenden Schwamm verfestigt und ein auffallen­ des Anhaftungsvermögen erlangt. Beispielsweise haftet eine heiße Pinzettenspitze bei leichtem Druck am verfestigten Schwamm aus dem Silberpulver an. Auch auf vielen glatten O­ berflächen wie zum Beispiel Silizium, Glas, Korund, Polyimid tritt diese Anhaftung auf, die fest genug ist, um zum Bei­ spiel einen Chip auf Glas anzusintern und auf Raumtemperatur abzukühlen. Auch für Silber gilt, dass polierte Oberflächen hierfür besonders geeignet sind, da die Silberpartikel in en­ gen Kontakt zur Oberfläche kommen. Bei hoher Temperatur geht das Anhaftvermögen wieder zurück.
Die so erzeugte Sinterschicht 3 aus Silberpulver ist schwamm­ artig von Hohlräumen bzw. Poren 32 durchsetzt und weist an ihren flachseitigen Oberflächen 31 Öffnungen auf. Die Dichte dieser Schicht 3 liegt je nach Ausgangspulver zwischen 40 bis 50 Vol.% Silber und kann durch Beimischung sehr feiner und auch sehr viel gröberer Pulver weiter erhöht werden. Als grobkörnige Pulver können statt Silber auch andere Stoffe mit guter Wärmeleitfähigkeit, aber geringem thermischen Ausdeh­ nungskoeffizienten wie zum Beispiel SiC oder Diamant einge­ setzt werden, beispielsweise um den Wärmeausdehnungskoeffi­ zienten der gesinterten Schicht 3 aus Silberpulver besser an einen Chip anzupassen.
Eine hohe Silberdichte und damit gute Wärmeleitfähigkeit kann auch durch Druckanwendung bei 150°C bis 250°C erreicht wer­ den, wobei Druck und Zeit bei weitem niedriger bleiben sollen als bei beim bekannten Verfahren nach EP 0 242 626 A2, damit die Sinterschicht 3 porös bleibt.
Die Sinterschicht 3 verleiht der Verbindung der beiden Werkstücke 1 und 2 bereits eine gewisse Festigkeit.
Jetzt erst wird die an den beiden Werkstücken 1 und 2 ange­ sinterte poröse Sinterschicht 3 durch relatives Gegeneinan­ derdrücken der beiden Werkstücke 1 und 2 verdichtet.
Dies kann beispielsweise durch Anordnen der durch die poröse Sinterschicht 3 verbundenen Werkstücke 1 und 2 zwischen den Stempeln 61 und 62 einer in der Fig. 4 angedeuteten und ge­ nerell mit 6 bezeichneten Presse durchgeführt werden, wie sie z. B. aus EP 0 242 626 A2 hervorgeht und beim dortigen Verfah­ ren zum Drucksintern verwendet wird, und die über die Werkstücke 1 und 2 einen mechanischen Druck P auf die Sinter­ schicht 3 ausübt.
Es wird ein so hoher mechanischer Druck P verwendet, dass möglichst viele, am besten alle Hohlräume bzw. Poren 32 der Sinterschicht 3 geschlossen, die beiden Werkstücke 1 und 2 aber nicht beschädigt werden.
In der Fig. 5 ist die zwischen den Werkstücken 1 und 2 ange­ ordnete und an diese Werkstücke 1 und 2 jeweils angesinterte, vormals poröse und jetzt beispielsweise keine sichtbaren Po­ ren mehr aufweisende Sinterschicht 3 nach diesem Verdichten dargestellt.
Die Festigkeit der Verbindung kann gesteigert werden, wenn das nachträgliche Verdichten der an den beiden Werkstücken 1 und 2 angesinterten porösen Sinterschicht 3 durch Drucksin­ tern durchgeführt wird.
Der zum nachträglichen Verdichten der an den beiden Werkstü­ cken 1 und 2 angesinterten porösen Sinterschicht 3 verwendete Druck P sollte mindestens 900 N/cm2 betragen und kann bei­ spielsweise 1000 N/cm2 oder 1500 N/cm2 und mehr betragen.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen einer wärmeleitenden Verbindung zwischen zwei Werkstücken (1, 2), mit den Schritten:
  • - Herstellen einer porösen Sinterschicht (3) aus wärmeleiten­ dem Material, die zwischen den beiden Werkstücken (1, 2) an­ geordnet und an jedem Werkstück (1, 2) flächig angesintert ist, und
  • - nachträgliches Verdichten der an den beiden Werkstücken (1, 2) angesinterten porösen Sinterschicht (3) durch relatives Gegeneinanderdrücken der beiden Werkstücke (1, 2).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zur Herstel­ lung der porösen Sinterschicht (3) die Schritte aufweist:
  • - Aufbringen einer Paste (5) auf ein Werkstück (1; 2) und/oder das andere Werkstück (2; 1), die aus einer Mischung aus einem bei einer Sintertemperatur (T) sinternden und bei dieser Temperatur (T) an jedes der beiden Werkstücke (1, 2) ansinternden Pulver aus wärmeleitendem Material und aus einer Flüssigkeit besteht,
  • - Zusammenbringen der beiden Werkstücke (1, 2) derart, dass die Paste (5) zwischen den beiden Werkstücken (1, 2) angeord­ net ist und beide Werkstücke (1, 2) jeweils flächig kontak­ tiert,
  • - Trocknen der Paste (5), und
  • - Sintern des getrockneten Pulvers durch Erwärmen auf die Sintertemperatur (T).
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Pulver aus wärmelei­ tendem Material verwendet wird, das bei einer Sintertempera­ tur (T) von höchstens 250°C sintert und zugleich an jedes der beiden Werkstücke (1, 2) ansintert.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei ein aus der Gruppe der Metalle gewähltes Pulver verwendet wird, das bei der Sinter­ temperatur (T) von höchstens 250°C sintert und zugleich an jedes der beiden Werkstücke (1, 2) ansintert.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein aus der Gruppe der Edel- und Halbedelmetalle gewähltes Pulver verwendet wird, das bei der Sintertemperatur (T) von höchstens 250°C sintert und zugleich an jedes der beiden Werkstücke (1, 2) ansintert.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein Silber aufweisendes sinterbares Metallpulver verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, insbesondere Anspruch 6, wobei das Sintern und Ansintern des Pulvers an jedem Werkstück (1, 2) bei der Sintertemperatur (T) in oxi­ dierender Atmosphäre durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum nachträglichen Verdichten der an den beiden Werkstücken (1, 2) angesinterten porösen Sinterschicht (3) ein so hoher mechanischer Druck (P) verwendet wird, dass Poren (32) der Sinterschicht (3) geschlossen, die beiden Werkstücke (1, 2) aber nicht beschädigt werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das nachträgliches Verdichten der an den beiden Werkstücken (1, 2) angesinterten porösen Sinterschicht (3) durch Druck­ sintern durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum nachträglichen Verdichten der an den beiden Werkstücken (1, 2) angesinterten porösen Sinterschicht (3) ein Druck von mindestens 900 N/cm2 verwendet wird.
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