DE102014114097A1 - Sinterwerkzeug und Verfahren zum Sintern einer elektronischen Baugruppe - Google Patents

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Abstract

Sinterwerkzeug (10) mit einer Auflage zur Aufnahme einer zu sinternden elektronischen Baugruppe (BG), gekennzeichnet durch wenigstens eine an zwei der Auflage gegenüberliegenden Orten angeordnete Halterung (20) zur Fixierung einer die elektronische Baugruppe (BG) überdeckenden Schutzfolie (30).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Sinterwerkzeug mit einer Auflage zur Aufnahme einer zu sinternden elektronischen Baugruppe. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Sintern einer elektronischen Baugruppe mit den Schritten: Anordnen der elektronischen Baugruppe auf der Auflage eines Sinterwerkzeugs, Abdecken der elektronischen Baugruppe mit einer Schutzfolie, und Sintern der elektronischen Baugruppe.
  • Sintervorrichtungen zur Durchführung des Niedertemperatur-Drucksinterns von elektronischen Baugruppen sind bereits bekannt. Diese weisen einen Oberstempel und einen (bevorzugt heizbaren) Unterstempel auf, die gegeneinander verfahrbar sind. Insbesondere sind derartige Sintervorrichtungen zum Sintern elektronischer Baugruppen derart ausgebildet, dass ein Unterstempel mit einem massiven Werkzeug vorgesehen ist, das den ebenen Schaltungsträger trägt und heizt. Ein temperaturbeständiges elastisches Medium des Oberstempelwerkzeugs in Form eines Druckkissens, beispielsweise ein Silikonkissen, erzeugt einen ansteigenden Druck auf der Oberfläche des Schaltungsträgers, wodurch dieser auf die plane Ablage des Unterstempelwerkzeugs gepresst wird.
  • Wird als Druckkissen ein Silikonkissen verwendet, ist es üblich, die zu sinternde Baugruppe mit einer Schutzfolie, beispielsweise einer Teflonfolie zu bedecken, um eine Kontamination der elektronischen Baugruppe mit Silikonanteilen zu vermeiden. Die Schutzfolie wird die zu sinternde elektronische Baugruppe abdeckend zwischen Ober- und Unterstempel eingelegt und ist derart elastisch verformbar, dass das Druckkissen die Teflonfolie an die Oberflächenkontur der elektronischen Baugruppe andrückt, sodass sich diese unter erhöhtem Druck (bis etwa 30 MPa) und erhöhter Temperatur (bis etwa 350°C) an das Oberflächenrelief der elektronischen Baugruppe anpasst.
  • Bei der Verwendung dieser Schutzfolien hat sich jedoch als nachteilig erwiesen, dass die Schutzfolie nach Öffnen von Oberstempel und Unterstempel und Abkühlen der gesinterten elektronischen Baugruppe der Kontur der elektronischen Baugruppe angepasst verbleibt und zur Vermeidung von Beschädigungen der gesinterten elektronischen Baugruppe vorsichtig vom Baugruppenrelief abgehoben werden muss.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Sinterwerkzeug und ein Verfahren zum Sintern bereitzustellen, die den Sintervorgang, insbesondere die Handhabung der Schutzfolie, erleichtern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Werkzeug für eine Sintervorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und das Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 5 gelöst. Die jeweils von den nebengeordneten Ansprüchen abhängigen Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
  • Grundgedanke der Erfindung ist es, die Schutzfolie vor dem Erwärmen und dem Anwenden von Druck an ihren Rändern bzw. den Rändern der Auflage oder der elektronischen Baugruppe zu fixieren. Aufgrund der elastischen Eigenschaften der Schutzfolie wird sich die Schutzfolie zwar unter thermischer Einwirkung und der Einwirkung von Druck dem Baugruppenrelief anpassend verformen, während des Abkühlens nach erfolgter Sinterung jedoch zusammenziehen und selbständig aus dem Relief zurückziehen, sodass dieser Vorgang automatisch und nicht mehr manuell durchgeführt werden muss.
  • Vorteil der Erfindung ist also, dass sich die Schutzfolie nach dem Abheben des Oberstempels und dem Abkühlen aus der Verkrallung mit der Baugruppe selbständig löst und ohne weiteres von der Baugruppe abgehoben werden kann.
  • Das erfindungsgemäß ausgestaltete Sinterwerkzeug weist eine Auflage zur Aufnahme einer zu sinternden elektronischen Baugruppe auf und wenigstens eine an zwei der Auflage gegenüberliegenden Orten angeordnete Halterung zur Fixierung einer die elektronische Baugruppe überdeckenden Schutzfolie.
  • Bevorzugt sind zwei Sätze von je zwei in einer Ebene auf beiden Seiten der Auflage und senkrecht dazu angeordnete Halterungen vorgesehen. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung erreicht wird, wenn die Halterung ringförmig ausgebildet ist.
  • Die Halterung kann ggf. auch rechteckförmig, elliptisch oder als Vieleck ausgebildet sein, um eine optimierte Flächenausnutzung eines Werkstückträgers zu ermöglichen. Vorteilhafterweise ist die Halterung formkomplementär zu einem Rand des Werkstückträgers ausgeformt.
  • Zur einfachen Befestigung der Schutzfolie am Sinterwerkzeug, weist das Sinterwerkzeug bevorzugt eine Buchse zum Aufnehmen eines an der Halterung ausgebildeten Steckers auf. Speziell können die Buchse und der Stecker nach Art eines Bajonett-Verschlusses ausgebildet sein.
  • Vorteilhafterweise kann eine Ablösevorrichtung vorgesehen sein, mittels derer nach einer Druckbeaufschlagung und einem Sintervorgang ein Ablösen des Sinterwerkzeugs, insbesondere der Halterung mit Schutzfolie, von einem Oberstempel bewirkt werden kann. Die elektronische Baugruppe liegt in der Regel auf einem verfahrbaren Unterstempel lose auf, und wird gegen einen Oberstempel, der ein Druckkissen umfasst, gepresst. Das Druckkissen besteht in der Regel aus Silikon, wobei die Schutzfolie die Baugruppe vor einem Verkleben und Verunreinigen durch Silikon schützt. Nach erfolgtem Sintern verfährt der Unterstempel nach unten und entfernt sich vom feststehenden Oberstempel, wobei die Gefahr besteht, dass die Schutzfolie und evtl. die Baugruppe am Druckkissen des Oberstempels anhaftet. Um ein sicheres Ablösen von Schutzfolie und ggf. Baugruppe vom Druckkissen zu gewährleisten, kann eine Ablösevorrichtung, beispielsweise zwei oder mehrere elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch verfahrbare Aktorbolzen aus Richtung des Oberstempels auf das Sinterwerkzeug, bevorzugt in Aufnahmebuchsen der Halterung eingreifen, um das Sinterwerkzeug vom Oberstempel zu lösen. Hierdurch wird ein sicheres Ablösen der Baugruppe nach dem Sintern vom Druckkissen ermöglicht und ein störungsfreies und effizientes Sinterverfahren erreicht.
  • Das die Erfindung betreffende Verfahren zum Sintern einer elektronischen Baugruppe sieht nun vor, dass die elektronische Baugruppe auf der Auflage eines Sinterwerkzeugs angeordnet, mit einer Schutzfolie abgedeckt, und gesintert wird, wobei die Schutzfolie an wenigstens einer Halterung fixiert wird, wobei die Halterung selbst an zwei zur Auflage gegenüberliegenden Seiten befestigt ist.
  • Optional kann die Schutzfolie nach dem Sintern mechanisch abgelöst werden.
  • Nach einer bevorzugten Ausführung wird die Schutzfolie nach dem Abdecken der elektronischen Baugruppe durch einen Klemmring fixiert.
  • Insbesondere handelt es sich bei der Schutzfolie um eine Teflonfolie.
  • Die Schutzfolie kann mehrschichtig oder mehrlagig aufgebaut sein, wobei die eine Schicht oder Lage der Schutzfolie aus Teflon und eine andere Schicht oder Lage aus Kapton besteht. Beispielsweise kann die Teflonschicht oder -lage eine Dicke von 400 μm und die der elektronischen Baugruppe zugewendete Schicht oder Lage aus Kapton 50 μm dick sein, sodass die Gefahr einer Kontamination der elektronischen Baugruppe mit Teflon herabgesetzt ist.
  • Höchst bevorzugt ist die Schutzfolie so ausgebildet, dass ein Gasaustausch durch die Schutzfolie gewährleistet ist – dieses wird mittels die Schutzfolie durchdringenden Poren oder Löcher ermöglicht. Die in der Schutzfolie vorgesehenen Ausnehmungen erlauben ein Evakuieren der Prozessumgebung, ohne das Lufteinschlüsse zwischen Teflon-Folie und Bauelementen verbleiben, oder ein Beaufschlagen mit Prozessgasen, die durch diese Ausnehmungen, Löcher bzw. Poren bis an die zu sinternden Bauelemente herangeführt werden können.
  • Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den folgenden Figuren dargestellt ist.
  • 1 zeigt eine Schnittansicht durch ein besonders bevorzugt ausgestaltetes Ausführungsbeispiels nach der Erfindung.
  • 2 zeigt eine Darstellung einer Sinterpressenvorrichtung mit einer Ablöseeinrichtung zur Ablösung eines Sinterwerkzeugs nach der Erfindung.
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm, das eine beispielhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt.
  • 1 zeigt ein Sinterwerkzeug 10, dass eine als Vertiefung im Sinterwerkzeug 10 ausgebildete Auflage zur Aufnahme einer zu sinternden elektronischen Baugruppe BG aufweist. Die elektronische Baugruppe BG ist von einer Schutzfolie 30 beispielsweise einer Teflonfolie überdeckt, die mittels der zu beiden Seiten der Auflage angeordneten Halterung 20 am Sinterwerkzeug 10 befestigt ist.
  • In der 2 ist eine Sinterpressvorrichtung 100 dargestellt, die einen Oberstempel 42 und einen Unterstempel 44 umfasst. Auf dem Unterstempel 44 ist ein Sinterwerkzeug 10 gelagert. Der Unterstempel 44 kann zum Drucksintern vertikal in Richtung des Oberstempels 42 verfahren, um einen Sinterpressdruck im Bereich von 10 bis 40 MPa herzustellen. Das Sinterwerkzeug 10 umfasst eine Schutzfolie 30 und eine Halterung 20, die als Halterungsring ringförmig um dem Werkzeugträger 52 geführt ist, und die Schutzfolie 30 auf einem Werkstückträger 52 des Sinterwerkzeugs 10 fixiert. Im Werkzeugträger 52 ist eine Vertiefung eingelassen, in dem der Schaltungsträger und darauf platzierte elektronische Bauelemente angeordnet sind, die durch ein Drucksintern elektrisch mit dem Schaltungsträger zu einer elektrischen Baugruppe BG verbunden werden sollen. Der Unterstempel 44 und der Oberstempel 42 sind elektrisch beheizbar. Der Oberstempel 42 trägt ein Druckkissen 56, dass während eines relativen Pressverfahrens von Unter- zu Oberstempel 42, 44 eine homogene Pressdruckverteilung auf der Schutzfolie 30 und somit auf die Baugruppe BG erzeugt. Nach erfolgtem Drucksintervorgang verfährt der Unterstempel 44 nach unten und entfernt sich vom Oberstempel 42. Um ein Anhaften der Schutzfolie 30 und somit des Sinterwerkzeugs 10 am Druckkissen 56 zu verhindern, sind in der Halterung 20 des Sinterwerkzeugs 10 Aufnahmebuchsen 46 vorgesehen. Eine Ablöseeinrichtung 40 umfasst ein Hubgestänge 50, das durch einen hydraulisch oder pneumatisch verfahrbaren Aktuatorzylinder 54 vertikal verfahrbar ist. Das Hubgestänge 50 umfasst zwei oder mehrere Aktuatorbolzen 48, die in die Aufnahmebuchsen 46 der Halterung 20 eingreifen können. Senkt sich das Hubgestänge 50 in Richtung des nach unten gefahrenen Unterstempels 44, bevorzugt synchron mit der Absenkfahrt des Unterstempels 44, wird ein zuverlässiges Ablösen der Schutzfolie 30 und somit des Sinterwerkzeugs 10 vom Druckkissen 56 bewirkt, so dass das Sinterwerkzeug 10 aus der Sinterpressvorrichtung 100 für weiterfolgende Verarbeitungsschritte entnommen werden kann.
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm, das eine beispielhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt. Das Verfahren 200, das die Erfindung zum Sintern einer elektronischen Baugruppe betrifft, sieht vor, dass die elektronische Baugruppe auf der Auflage eines Sinterwerkzeugs angeordnet wird 201, mit einer Schutzfolie abgedeckt wird 202 und gesintert wird 203, wobei die Schutzfolie optional wenigstens in einer Richtung vor und hinter der elekrtonischen Baugruppe befestigt wird 204, nach dem Abdecken und vor dem Sintern der elektronischen Baugruppe. Optional, kann die Schutzfolie nach dem Sintern 203 mechanisch abgelöst werden 205.

Claims (11)

  1. Sinterwerkzeug (10) mit einer Auflage zur Aufnahme einer zu sinternden elektronischen Baugruppe (BG), mit wenigstens einer an zwei der Auflage gegenüberliegenden Orten angeordneten Halterung (20) zur Fixierung einer die elektronische Baugruppe (BG) überdeckenden Schutzfolie (30).
  2. Sinterwerkzeug (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Sätze von je zwei Befestigungspunkten für die Halterungen (20), die in einer Ebene auf jeder Seite der Auflage rechtwinklig zueinander angeordnet sind.
  3. Sinterwerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halterung (20) ringförmig ausgebildet ist.
  4. Sinterwerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sinterwerkzeug (10) eine Buchse zum Aufnehmen eines an der Halterung (20) ausgebildeten Steckers aufweist.
  5. Sinterwerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sinterwerkzeug (10), insbesondere die Halterung (20) Aufnahmebuchsen (46) für eine Ablösevorrichtung (40) aufweist, mittels derer nach einem Sintervorgang ein Ablösen des Sinterwerkzeugs (10), insbesondere der Halterung (20) mit Schutzfolie (30) von einem Oberstempel (42) bewirkbar ist.
  6. Verfahren zum Sintern einer elektronischen Baugruppe (BG) mit den Schritten: – Anordnen der elektronischen Baugruppe (BG) auf der Auflage eines Sinterwerkzeugs (10), – Abdecken der elektronischen Baugruppe (BG) mit einer Schutzfolie (30), und – Sintern der elektronischen Baugruppe (BG), wobei die Schutzfolie (30) nach dem Abdecken und vor dem Sintern der elektronischen Baugruppe (BG) an wenigstens einer Halterung (20) befestigt wird, die wiederum an zwei in Bezug auf die Auflage sich gegenüberliegenden Orten fixiert ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzfolie (30) eine Teflonfolie ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzfolie (30) mehrschichtig oder mehrlagig aufgebaut ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Schicht oder Lage der Schutzfolie (30) aus Teflon und eine andere Schicht oder Lage aus Kapton besteht.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzfolie (30) einen Gasaustausch durch die Schutzfolie (30) erlaubende, die Schutzfolie (30) durchdringende Poren oder Löcher aufweist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzfolie (30) nach dem Sintern von einem Oberstempel (42) durch eine Ablösevorrichtung (40) mechanisch abgelöst wird.
DE102014114097.4A 2014-09-29 2014-09-29 Sinterwerkzeug und Verfahren zum Sintern einer elektronischen Baugruppe Revoked DE102014114097B4 (de)

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