DE102020102306A1 - Device and method for printing through a waxy, pasty, thermally conductive material onto a cooling device or a power semiconductor module - Google Patents

Device and method for printing through a waxy, pasty, thermally conductive material onto a cooling device or a power semiconductor module Download PDF

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Martina Lucka
Clemens VENNEBUSCH
Stefan Hopfe
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Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Durchdruck, eines bei Zimmertemperatur wachsartig, pastösen und bei Erwärmung über die Schmelztemperatur zähflüssigen Materials auf eine Oberfläche eines, vorzugsweise in einer Aufnahmeeinrichtung angeordneten Körpers, wobei das Material in einem Vorlagebehälter angeordnet ist und mittels einer Verbindungseinrichtung zu einer Auftragseinrichtung transportiert und mittels dieser Auftragseinrichtung auf einen Auftragsabschnitt einer Schablone aufgetragen wird, wobei die Schablone als ein flächiger Körper mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen ausgebildet ist, und wobei ein Rakel dazu ausgebildet ist das Material durch Verschieben vom Auftragsabschnitt ausgehend in den Ausnehmungen anzuordnen und wobei die Vorrichtung mindestens eine Heizeinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist mindestens eine der Komponenten: Aufnahmeeinrichtung, soweit vorhanden, Vorlagebehälter, Verbindungseinrichtung, Auftragseinrichtung, Schablone, Rakel und Oberfläche zeitweise oder dauerhaft auf eine Verfahrenstemperatur oberhalb der Schmelztemperatur zu erwärmen.A device and a method for printing through, a material that is waxy at room temperature, pasty and, when heated above the melting temperature, viscous material on a surface of a body, preferably arranged in a receiving device, is provided, the material being arranged in a storage container and by means of a connecting device to a Application device transported and applied by means of this application device to an application section of a template, wherein the template is designed as a flat body with a plurality of recesses, and wherein a squeegee is designed to arrange the material by moving from the application section starting in the recesses and wherein the The device has at least one heating device which is designed for at least one of the components: receiving device, if present, storage container, connecting device, application device, template, doctor blade and surface e to temporarily or permanently heat to a process temperature above the melting temperature.

Description

Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zum Durchdruck, insbesondere zum Sieb- oder Schablonendruck, eines bei Zimmertemperatur wachsartig, pastösen und bei Erwärmung über die Schmelztemperatur zähflüssigen Materials auf eine Oberfläche eines, vorzugsweise in einer Aufnahmeeinrichtung angeordneten Körpers. Vorzugsweise ist der Körper als eine Kühleinrichtung, insbesondere als ein Kühlkörper, oder als eine Grund- oder Bodenplatte oder als Substrataußenfläche eines Leistungshalbleitermoduls ausgebildet, während das Material vorzugsweise ein Wärmeleitmittel, oder synonym Wärmeleitpaste genannt, ist. Rein beispielhaft bestehen derartige Wärmeleitmittel aus einem Silikonmaterial mit einem sehr hohen Anteil an wärmeleitenden Partikeln.The invention describes a device for through-printing, in particular for screen or stencil printing, of a material that is waxy, pasty and viscous when heated above the melting temperature on a surface of a body, preferably arranged in a receiving device. The body is preferably designed as a cooling device, in particular as a heat sink, or as a base or base plate or as the outer substrate surface of a power semiconductor module, while the material is preferably a thermal conductor or, synonymously, thermal paste. Purely by way of example, such heat-conducting means consist of a silicone material with a very high proportion of heat-conducting particles.

Die US 3,656,428 offenbart als Stand der Technik ein durch ein Siebdruckverfahren aufzubringendes Material, gemischt mit einem thermoplastischen Körper, der bei Raumtemperatur fest ist und bei einer vorbestimmten erhöhten Temperatur schmilzt. Das Material wird zu einer Platte geformt, die dann gegen eine Sieboberfläche gedrückt wird. Das Sieb wird genug erhitzt, um einen Teil der Platte zu schmelzen, anschließend wird das geschmolzene Material mittels eines Rakels durch das Sieb gedrückt.the U.S. 3,656,428 discloses as prior art a material to be applied by a screen printing process, mixed with a thermoplastic body which is solid at room temperature and melts at a predetermined elevated temperature. The material is formed into a plate which is then pressed against a screen surface. The screen is heated enough to melt part of the plate, then the molten material is pushed through the screen using a doctor blade.

Die DE 10 2005 052 798 A1 beschreibt eine Vorrichtung, und ein zugehöriges Verfahren, zur Aufnahme und Positionierung einer Mehrzahl voneinander beabstandeter Leistungshalbleitermodule mit einem Positionierformkörper, der eine plane erste Hauptfläche und eine Mehrzahl von Ausnehmungen zur Aufnahme der Leistungshalbleitermodule aufweist. Hierbei weist jede Ausnehmung ein Anschlagmittel auf, wodurch jeweils eine Hauptfläche eines Leistungshalbleitermoduls planparallel und fluchtend zur ersten Hauptfläche des Positionierformkörpers positioniert wird. Die Ausnehmung ist ausgehend von der zweiten Hauptfläche in Richtung der ersten Hauptfläche zumindest in einem Teilabschnitt konisch zulaufend ausgebildet. Die Vorrichtung dient dem Aufbringen von Wärmeleitpaste auf das Leistungshalbleitermodul.the DE 10 2005 052 798 A1 describes a device and an associated method for receiving and positioning a plurality of power semiconductor modules spaced apart from one another with a molded positioning body which has a planar first main surface and a plurality of recesses for receiving the power semiconductor modules. In this case, each recess has a stop means, as a result of which in each case a main surface of a power semiconductor module is positioned plane-parallel and in alignment with the first main surface of the molded positioning body. Starting from the second main surface, the recess is designed to taper conically at least in a partial section in the direction of the first main surface. The device is used to apply thermal paste to the power semiconductor module.

In Kenntnis des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung und ein dazugehöriges Verfahren vorzustellen, das es erlaubt ein bei Zimmertemperatur wachsartig, pastöses und bei Erwärmung über die Schmelztemperatur zähflüssiges Materials auf eine Oberfläche einer Kühleinrichtung oder eines Leistungshalbleitermoduls strukturiert aufzubringen.Knowing the state of the art, the object of the invention is to present a device and an associated method that allows a material that is waxy, pasty and viscous when heated above the melting temperature to be applied in a structured manner to a surface of a cooling device or a power semiconductor module.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Durchdruck, eines bei Zimmertemperatur wachsartig, pastösen und bei Erwärmung über die Schmelztemperatur zähflüssigen Materials auf eine Oberfläche eines, vorzugsweise in einer Aufnahmeeinrichtung angeordneten Körpers, wobei das Material in einem Vorlagebehälter angeordnet ist und mittels einer Verbindungseinrichtung zu einer Auftragseinrichtung transportiert und mittels dieser Auftragseinrichtung auf einen Auftragsabschnitt einer Schablone aufgetragen wird, wobei die Schablone als ein flächiger Körper mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen ausgebildet ist, und wobei ein Rakel dazu ausgebildet ist das Material durch Verschieben vom Auftragsabschnitt ausgehend in den Ausnehmungen anzuordnen und wobei die Vorrichtung mindestens eine Heizeinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist mindestens eine der Komponenten: Aufnahmeeinrichtung, soweit vorhanden, Vorlagebehälter, Verbindungseinrichtung, Auftragseinrichtung, Schablone, Rakel und Oberfläche zeitweise oder dauerhaft auf eine Verfahrenstemperatur oberhalb der Schmelztemperatur zu erwärmen.This object is achieved according to the invention by a device for printing through, a material that is waxy at room temperature, pasty and viscous when heated above the melting temperature, onto a surface of a body, preferably arranged in a receiving device, the material being arranged in a storage container and being connected to it by means of a connecting device transported by an application device and applied by means of this application device to an application section of a template, the template being designed as a flat body with a plurality of recesses, and wherein a squeegee is designed to displace the material in the recesses by moving it from the application section, and wherein the device has at least one heating device which is designed for at least one of the components: receiving device, if present, storage container, connecting device, application device, template e, to heat the squeegee and surface temporarily or permanently to a process temperature above the melting temperature.

Hierbei soll insbesondere unter dem Begriff wachsartig, pastös eine Viskosität von größer 1.000 Pa·s, vorzugsweise größer 5.000 Pa·s, und unter dem Begriff zähflüssig eine Viskosität zwischen 10 Pa·s und 500 Pa·s, bevorzugt zwischen 20 Pa·s und 200 Pa·s, verstanden werden, wobei die Viskosität gemäß EN ISO 3219 und bevorzugt bei einer Scherrate von 10,0 1/s, bestimmt wird. Es sei angemerkt, dass das Material ohne Zusatz von weiteren Stoffen wie beispielhaft Lösungsmitteln bei Normalbedingungen, also bei 293,15K und 1013hPa, den wachsartig, pastösen Zustand einnimmt. Weiterhin sei angemerkt, dass die Schmelztemperatur und die Verfahrenstemperatur ebenfalls bei 1013hPa bestimmt werden. Eine bevorzugte Schmelztemperatur des Materials liegt zwischen 20K und 70K über der Normaltemperatur.In particular, the term waxy, pasty should have a viscosity of greater than 1,000 Pa · s, preferably greater than 5,000 Pa · s, and the term viscous a viscosity between 10 Pa · s and 500 Pa · s, preferably between 20 Pa · s and 200 Pa · s, the viscosity being determined in accordance with EN ISO 3219 and preferably at a shear rate of 10.0 1 / s. It should be noted that the material takes on the waxy, pasty state without the addition of other substances such as solvents under normal conditions, i.e. at 293.15K and 1013hPa. It should also be noted that the melting temperature and the process temperature are also determined at 1013hPa. A preferred melting temperature of the material is between 20K and 70K above normal temperature.

Es ist hierbei bevorzugt, wenn das Material im Vorlagebehälter einen Anteil an einem Lösungsmittel von mindestens 1 Masse-% und von maximal 30 Masse-%, bevorzugt maximal 15 Masse-% und insbesondere bevorzugt von maximal 8 Masse-% aufweist. Es kann sogar ein Anteil von maximal 5 Masse-% vorteilhaft sein. Alternativ kann es bevorzugt sein, wenn das Material lösemittelfrei ist, also einen Lösemittelanteil von weniger als 0,5 Masse-% aufweist.It is preferred here if the material in the storage container has a proportion of a solvent of at least 1% by mass and at most 30% by mass, preferably at most 15% by mass and particularly preferably at most 8% by mass. A proportion of a maximum of 5% by mass can even be advantageous. Alternatively, it can be preferred if the material is solvent-free, that is to say has a solvent content of less than 0.5% by mass.

Es ist vorteilhaft, wenn die Schablone ausgebildet ist als ein flächiger Metallkörper, insbesondere als ein Metallblech, mit Ausnehmungen insbesondere der Dimension von 0,5mm bis 20mm oder als ein feinmaschiges Gewebe mit Ausnehmungen insbesondere der Dimension von 0,01mm bis 0,2mm. Hierbei weist der Metallkörper eine bevorzugte Dicke zwischen 60µm und 0,8mm auf.It is advantageous if the template is designed as a flat metal body, in particular as a metal sheet, with recesses, in particular with dimensions of 0.5 mm to 20 mm, or as a fine-meshed fabric with recesses, in particular with dimensions of 0.01 mm to 0.2 mm. Here, the metal body has a preferred thickness between 60 μm and 0.8 mm.

Es ist vorteilhaft, wenn die, ggf. jeweilig, Verfahrenstemperatur mindestens 10K, bevorzugt mindestens 15K und insbesondere bevorzugt mindestens 20K über der Schmelztemperatur liegt.It is advantageous if the process temperature, possibly in each case, is at least 10K, preferably at least 15K and particularly preferably at least 20K above the melting temperature.

Die o.g. Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Durchdruck eines bei Zimmertemperatur wachsartig, pastösen und bei Erwärmung über seine Schmelztemperatur zähflüssigen Materials auf eine Oberfläche eines Körpers, wobei das Material mit einer Materialtemperatur, die oberhalb der Schmelztemperatur liegt auf die Oberfläche aufgetragen wird, mit den Verfahrensschritten:

  1. a) Anordnen eines Körpers und einer Schablone zueinander;
  2. b) Erhitzen des Materials in mindestens einer der Komponenten:
    • Vorlagebehälter, Verbindungseinrichtung und Auftragseinrichtung;
  3. c) Aufbringen des erhitzten Materials auf einen Auftragsabschnitt der Schablone;
  4. d) Einbringen des Materials in die Ausnehmungen der Schablone mittels eines Rakels.
The above-mentioned object is also achieved by a method for printing through a material, waxy at room temperature, pasty and viscous when heated above its melting temperature, onto a surface of a body, the material being applied to the surface at a material temperature that is above the melting temperature the procedural steps:
  1. a) arranging a body and a template with respect to one another;
  2. b) heating the material in at least one of the components:
    • Storage container, connection device and application device;
  3. c) applying the heated material to an application portion of the stencil;
  4. d) Introducing the material into the recesses of the stencil by means of a doctor blade.

Vorzugsweise wird zu Ausführung eine oben genannte Vorrichtung verwendet.An above-mentioned device is preferably used for the execution.

Hierbei ist es bevorzugt, wenn das Material lösemittelfrei vorliegt und die Materialtemperatur mindestens 3K, bevorzugt mindestens 5K und insbesondere bevorzugt mindestens 10K über der Schmelztemperatur liegt.It is preferred here if the material is solvent-free and the material temperature is at least 3K, preferably at least 5K and particularly preferably at least 10K above the melting temperature.

Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Materialtemperatur höchsten 30K, bevorzugt höchstens 20K und insbesondere bevorzugt höchstens 15K über der Schmelztemperatur liegt.It is particularly advantageous if the material temperature is at most 30K, preferably at most 20K and particularly preferably at most 15K above the melting temperature.

Es kann alternativ bevorzugt sein, wenn das Material einen Anteil an einem Lösungsmittel von maximal 30 Masse-%, bevorzugt maximal 15 Masse-% und insbesondere bevorzugt von maximal 8 Masse-% aufweist und die Materialtemperatur mindestens 3K, bevorzugt mindestens 5K und insbesondere bevorzugt mindestens 10K unter der Schmelztemperatur liegt.Alternatively, it can be preferred if the material has a proportion of a solvent of at most 30% by mass, preferably at most 15% by mass and particularly preferably at most 8% by mass and the material temperature at least 3K, preferably at least 5K and particularly preferably at least 10K below the melting temperature.

Es ist ebenfalls bevorzugt, wenn das Material unmittelbar nach dem Verfahren in wachsartig, pastöser Form vorliegt ohne dass ein weiterer Temperaturprozess, insbesondere zum Austreiben eines Lösungsmittels, nachgeschaltet ist.It is also preferred if the material is present in waxy, pasty form immediately after the process, without a further temperature process, in particular for expelling a solvent, being connected downstream.

Selbstverständlich können, sofern dies nicht explizit oder per se ausgeschlossen ist oder dem Gedanken der Erfindung widerspricht, die jeweils im Singular genannten Merkmale, insbesondere die Aufnahmeeinrichtung für einen Körper, mehrfach in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorhanden sein oder beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Ebenso können einzelne, insbesondere alle Verfahrensschritte mehrfach in dem erfindungsgemäßen Verfahren oder dessen Ablauf vorhanden sein.Of course, unless this is excluded explicitly or per se or contradicts the concept of the invention, the features mentioned in the singular, in particular the receiving device for a body, can be present several times in the device according to the invention or used in the method according to the invention. Likewise, individual, in particular all, method steps can be present several times in the method according to the invention or its sequence.

Es versteht sich, dass die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung gleichgültig ob sie im Rahmen der Beschreibung der Vorrichtung oder des Verfahrens offenbart sind, einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein können, um Verbesserungen zu erreichen. Insbesondere sind die vorstehend und im Folgenden genannten und erläuterten Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the various embodiments of the invention, regardless of whether they are disclosed in the context of the description of the device or the method, can be implemented individually or in any combination in order to achieve improvements. In particular, the features mentioned and explained above and below can be used not only in the specified combinations, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Weitere Erläuterungen der Erfindung, vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale, ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den 1 bis 7 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung, oder von jeweiligen Teilen hiervon.

  • 1 zeigt einen Teil einer Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme eines Körpers in Draufsicht.
  • 2 zeigt eine Aufnahmeeinrichtung und ausschnittsweise eine Schablone in dreidimensionaler Ansicht.
  • Die 3 bis 6 zeigen verschiedene Schritte einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 7 zeigt ein Leistungshalbleitermodul mit angeordnetem Material auf einer Substrataußenfläche.
  • 8 zeigt eine Kühleinrichtung mit angeordnetem Material.
Further explanations of the invention, advantageous details and features emerge from the following description of the FIGS 1 until 7th schematically illustrated embodiments of the invention, or of respective parts thereof.
  • 1 shows part of a receiving device for receiving a body in plan view.
  • 2 shows a receiving device and a section of a template in a three-dimensional view.
  • the 3 until 6th show different steps of an embodiment of the method according to the invention.
  • 7th shows a power semiconductor module with material arranged on an outer surface of the substrate.
  • 8th shows a cooling device with arranged material.

1 zeigt einen Teil einer Aufnahmeeinrichtung 10 zur Aufnahme eines Körpers 30 in Draufsicht. Die Aufnahmeeinrichtung 10 ist ausgebildet als ein Metallformkörper mit einer Mehrzahl von Nestern 12 zur Aufnahme von Körpern, die hier als Leistungshalbleitermodule 30 vorliegen. Dieser Leistungshalbleitermodule 30 können, vgl. 3 von unten in z-Richtung in der Aufnahmeeinrichtung 10 angeordnet werden, wobei Anschlagmittel 14 der Aufnahmeeinrichtung 10 die Leistungshalbleitermodule 30 derart positionieren, dass die Hauptfläche 100 der Aufnahmeeinrichtung 10 mit der Substrataußenfläche 320 der anzuordnenden Leistungshalbleitermodule 30 fluchtet. 1 shows part of a receiving device 10 to accommodate a body 30th in plan view. The receiving facility 10 is designed as a shaped metal body with a plurality of nests 12th to accommodate bodies, which are used here as power semiconductor modules 30th are present. These power semiconductor modules 30th can, cf. 3 from below in the z-direction in the receiving device 10 be arranged, with slings 14th the receiving facility 10 the power semiconductor modules 30th position so that the main surface 100 the receiving facility 10 with the substrate outer surface 320 of the power semiconductor modules to be arranged 30th flees.

2 zeigt eine Aufnahmeeinrichtung 10 und ausschnittsweise eine Schablone 20 in dreidimensionaler Ansicht. Diese Aufnahmeeinrichtung 10 weist wiederum Nester 12 mit Anschlagmitteln 14 und zusätzlich ein Heizeinrichtung 812 auf, die dazu ausgebildet ist die Aufnahmeeinrichtung 10 auf eine zugeordnete Verfahrenstemperatur zu erwärmen. Diese Verfahrenstemperatur sollte, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, hier ca. 15K oberhalb der Schmelztemperatur des Materials liegen. 2 shows a receiving device 10 and part of a template 20th in three-dimensional view. This receiving facility 10 again has nests 12th with lifting tackle 14th and additionally a heating device 812 on, which is designed to be the receiving device 10 to be heated to an assigned process temperature. Without loss of generality, this process temperature should be approx. 15K above the melting temperature of the material.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit beabstandet dargestellt ist weiterhin ein Abschnitt einer Schablone 20. Diese Schablone 20 besteht aus einer Metallblech mit einer Dicke von 200µm und weist eine Vielzahl von Ausnehmungen 22 auf, die dazu ausgebildet sind, dass hierin im Rahmen des Verfahrens Material, hier ein Wärmeleitmittel, angeordnet wird. Die Ausnehmungen 22 der Schablone 20 sind vorzugsweise quadratisch oder hexagonal ausgebildet und weise eine lichte Weite im Bereich von wenigen Millimetern auf. Die Schablone 20 weist ebenfalls eine Heizeinrichtung 806 auf, die dazu ausgebildet ist die Schablone 20 auf eine zugeordnete Verfahrenstemperatur zu erwärmen. Diese Verfahrenstemperatur sollte, ebenfalls ohne Beschränkung der Allgemeinheit, ca. 10K oberhalb der Schmelztemperatur des Materials, also bei einer gegenüber der Verfahrenstemperatur der Aufnahmeeinrichtung 10 niedrigeren Temperatur, liegen.A section of a template is also shown spaced apart for the sake of clarity 20th . This stencil 20th consists of a metal sheet with a thickness of 200 µm and has a large number of recesses 22nd which are designed so that material, here a heat conduction agent, is arranged here within the scope of the method. The recesses 22nd the stencil 20th are preferably square or hexagonal and have a clear width in the range of a few millimeters. The stencil 20th also has a heating device 806 on, which is designed to be the template 20th to be heated to an assigned process temperature. This process temperature should, likewise without loss of generality, be approx. 10K above the melting temperature of the material, i.e. at a temperature compared to the process temperature of the receiving device 10 lower temperature.

Die 3 bis 6 zeigen verschiedene Schritte einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 3 zeigt die Aufnahmeeinrichtung 10 im Querschnitt, sowie eine Mehrzahl von Nestern 12 in dieser Aufnahmeeinrichtung 10. Jedes der Nester 12 weist Anschlagmittel 14 auf, die dazu ausgebildet sind mit Teilen eines in dem jeweiligen Nest anzuordnenden Leistungshalbleitermoduls 30, die hier die Körper ausbilden, zusammenzuwirken.the 3 until 6th show different steps of an embodiment of the method according to the invention. 3 shows the recording device 10 in cross-section, as well as a plurality of nests 12th in this reception facility 10 . Each of the nests 12th has slings 14th which are designed with parts of a power semiconductor module to be arranged in the respective nest 30th that train the bodies here to work together.

Weiterhin dargestellt sind zwei fachübliche Leistungshalbleitermodule 30 der Spannungsklasse 1200V und mit einer Stromtragfähigkeit von 100A. Das jeweilige Leistungshalbleitermodul 30 weist ein Substrat 30 mit einer Substrataußenfläche 320 und eine umlaufende Gehäusekante 34 auf. Die Gehäusekante 34 wirkt mit den Anschlagmitteln 14 des zugeordneten Nests 12 derart zusammen, dass die Substrataußenfläche 320 mit der Hauptfläche 100 der Aufnahmeeinrichtung 10 eine Ebene bildet. Die der Substrataußenfläche 320 gegenüberliegende Seite des Leistungshalbleitermoduls 30 ist in einer Transporteinrichtung 40 angeordnet. Alternativ kann das Leistungshalbleitermodul 30 auch in einem fachüblichen Werkstückträger angeordnet sein. Two customary power semiconductor modules are also shown 30th the voltage class 1200V and with a current carrying capacity of 100A. The respective power semiconductor module 30th has a substrate 30th with an outer substrate surface 320 and a surrounding housing edge 34 on. The edge of the case 34 works with the lifting gear 14th of the assigned nest 12th together in such a way that the substrate outer surface 320 with the main face 100 the receiving facility 10 forms a plane. That of the substrate outer surface 320 opposite side of the power semiconductor module 30th is in a transport facility 40 arranged. Alternatively, the power semiconductor module 30th can also be arranged in a customary workpiece carrier.

4 zeigt die Aufnahmeeinrichtung 10 samt Leistungshalbleitermodulen 30 gemäß 3, sowie eine auf der Hauptfläche 100 der Aufnahmeeinrichtung 10 und auf der Substrataußenfläche 320 angeordnete Schablone 20. Diese ist wie unter 2 beschrieben ausgebildet. 4th shows the recording device 10 including power semiconductor modules 30th according to 3 , as well as one on the main face 100 the receiving facility 10 and on the substrate outer surface 320 arranged template 20th . This is like below 2 described trained.

Weiterhin dargestellt ist ein Vorlagebehälter 50 und eine Auftragseinrichtung 54, die mittels einer Verbindungseinrichtung 52 verbunden sind. In dem Vorlagebehälter 50 ist ein Material 60, hier ein Wärmeleitmittel angeordnet, das ohne Zusatz von weiteren Stoffen bei Normalbedingungen eine wachsartig, pastöse Konsistenz aufweist und das oberhalb seiner Schmelztemperatur eine zähflüssige Konsistenz aufweist. In dieser Ausgestaltung ist dem Wärmeleitmittel 60 kein weiterer Stoff, insbesondere kein Lösungsmittel, zugesetzt. Um das Wärmeleitmittel 60 dennoch ohne hohen Druck durch die Verbindungseinrichtung 52 zur Auftragseinrichtung 54 transportieren zu können und dort auf einem Auftragsabschnitt 24 der Schablone 20 aufbringen zu können, wird der Vorlagebehälter 50 mittels einer Heizeinrichtung 800 derart beheizt, dass die Materialtemperatur im Inneren mindestens 15K über der Schmelztemperatur, hier ca. 313K, des Materials 60 liegt. Vorzugsweise und hier auch dargestellt ist sowohl die Verbindungseinrichtung 52 als auch die Auftragseinrichtung 54 ebenfalls mittels jeweils einer Heizeinrichtung 802,804 beheizt, sodass das Material mit der o.g. Materialtemperatur und mittels der Auftragseinrichtung 54 auf die Schablone 20 aufgebracht wird.A storage container is also shown 50 and an application device 54 , which by means of a connecting device 52 are connected. In the storage container 50 is a material 60 , here a heat conducting agent is arranged, which has a waxy, pasty consistency under normal conditions without the addition of further substances and which has a viscous consistency above its melting temperature. In this embodiment, the heat conduction agent 60 no other substance, especially no solvent, added. To the thermal interface 60 nevertheless without high pressure from the connecting device 52 for order setup 54 to be able to transport and there on an order section 24 the stencil 20th to be able to apply, is the storage container 50 by means of a heating device 800 heated in such a way that the material temperature inside is at least 15K above the melting temperature, here approx. 313K, of the material 60 lies. Both the connecting device is preferred and also shown here 52 as well as the job setup 54 also heated by means of a respective heating device 802, 804, so that the material at the above-mentioned material temperature and by means of the application device 54 on the stencil 20th is applied.

Die Schablone 20 ist in dieser Ausgestaltung ebenfalls beheizt. Hierzu sind hier zwei Heizeinrichtungen 806,808 angeordnet: Eine direkte Heizeinrichtung 806, die hier mittels eines Heizstroms durch die Schablone 20 diese erwärmt und eine indirekte Heizeinrichtung 808, die als Infrarotheizstrahler mit Fokussierung und vorzugsweise einer Blendeneinrichtung ausgebildet ist. Der Infrarotheizstrahler erwärmt hier nicht nur die Schablone 20, sondern durch die Ausnehmungen 22 der Schablone 20 hindurch auch die Substrataußenfläche 320 des Leistungshalbleitermoduls 30.The stencil 20th is also heated in this embodiment. Two heating devices 806, 808 are arranged here for this purpose: A direct heating device 806 here by means of a heating current through the stencil 20th this heats and an indirect heater 808 , which is designed as an infrared heater with focusing and preferably a diaphragm device. The infrared heater not only heats the stencil here 20th , but through the recesses 22nd the stencil 20th through the substrate outer surface 320 of the power semiconductor module 30th .

5 zeigt einen weiteren Schritt des Verfahrensablaufs, bei dem das Wärmeleitmittel 64 mittels eines Rakels 24, das vorzugsweise ebenfalls über eine Heizeinrichtung 810 verfügt, in die Ausnehmungen 22 der Schablone 20, siehe 6, eingebracht. Während beider Verfahrensschritte weist das Wärmeleitmittel 64 eine Temperatur auf, die oberhalb seine Schmelztemperatur liegt. 5 shows a further step in the process sequence in which the heat transfer agent 64 by means of a doctor blade 24 , which preferably also has a heating device 810 in the recesses 22nd the stencil 20th , please refer 6th , brought in. During both process steps, the heat transfer agent 64 a temperature which is above its melting temperature.

Bei der bisher beschriebenen Ausgestaltung des Verfahrens lag das Material lösemittelfrei vor und hatte während der gesamten Verarbeitung eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur. Nach dem Prozess und nach Abkühlen des Materials, also des Wärmeleitmittels 66, liegt diese bei Normalbedingungen in der wachsartig, pastösen Form vor.In the embodiment of the method described so far, the material was free of solvents and was at a temperature above the melting temperature during the entire processing. After the process and after the material, i.e. the heat transfer agent, has cooled down 66 , this is in the waxy, pasty form under normal conditions.

7 zeigt ein Leistungshalbleitermodul 30 mit angeordnetem Material, hier Wärmeleitmittel 66, auf einer Substrataußenfläche 320 in homogener Verteilung. 7th shows a power semiconductor module 30th with arranged material, here heat transfer agent 66 , on an outer surface of the substrate 320 in homogeneous distribution.

Alternativ zum oben beschriebenen Verfahrensablauf kann das Material einen Lösemittelanteil von bevorzugt 10% bis 15% aufweise. In diesem Fall sinkt die Temperatur des Materials, genauer der Mischung mit dem Lösemittel, bei dem es eine zähflüssige Konsistenz annimmt unter die Schmelztemperatur des lösemittelfreien Materials. Somit kann auch die Erwärmung zwischen dem Vorlagebehälter und der Schablone entsprechend geringer sein. Entscheidend ist allerdings, dass das Lösungsmittel bis zum Abschluss des Verfahrens in der zugeordneten Vorrichtung soweit aus dem Material entwichen ist, dass es in der wachsartig, pastösen Konsistenz vorliegt.As an alternative to the process sequence described above, the material can have a solvent content of preferably 10% to 15%. In this case, the temperature of the material, more precisely the mixture with the solvent, at which it takes on a viscous consistency, falls below the melting temperature of the solvent-free material. Thus, the heating between the storage container and the template can be correspondingly lower. What is decisive, however, is that the solvent has escaped from the material to such an extent that it is in the waxy, pasty consistency in the associated device by the end of the process.

8 zeigt eine Kühleinrichtung 70 mit angeordnetem Material, hier ebenfalls einem Wärmeleitmittel 66, nach der alternativen Ausgestaltung des Verfahrens in inhomogener Verteilung. 8th shows a cooling device 70 with arranged material, here also a heat conducting agent 66 , according to the alternative embodiment of the method in inhomogeneous distribution.

Es sei angemerkt, dass beide Verfahren grundsätzlich gleichartig ablaufen, unabhängig davon, ob die die Schablone ausgebildet ist als ein flächiger Metallkörper, insbesondere als ein Metallblech, mit Ausnehmungen der Dimension von 1mm bis 20mm oder als ein feinmaschiges Gewebe mit Ausnehmungen der Dimension von 0,01mm bis 0,5mm.It should be noted that both methods are basically the same, regardless of whether the template is designed as a flat metal body, in particular as a metal sheet, with recesses of dimensions from 1mm to 20mm or as a fine-meshed fabric with recesses of dimensions of 0, 01mm to 0.5mm.

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Claims (13)

Vorrichtung zum Durchdruck eines bei Normalbedingungen wachsartig, pastösen und bei Erwärmung über die Schmelztemperatur zähflüssigen Materials (60,64,66) auf eine Oberfläche (320,720) eines, vorzugsweise in einer Aufnahmeeinrichtung (10) angeordneten Körpers (30,70), wobei das Material (60) in einem Vorlagebehälter (50) angeordnet ist und mittels einer Verbindungseinrichtung (52) zu einer Auftragseinrichtung (54) transportiert und mittels dieser Auftragseinrichtung (54) auf einen Auftragsabschnitt (24) einer Schablone (20) aufgetragen wird, wobei die Schablone (20) als ein flächiger Körper mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen (22) ausgebildet ist, und wobei ein Rakel (26) dazu ausgebildet ist das Material (64) durch Verschieben vom Auftragsabschnitt (24) ausgehend in den Ausnehmungen (22) anzuordnen und wobei die Vorrichtung mindestens eine Heizeinrichtung (800-812) aufweist, die dazu ausgebildet ist mindestens eine der Komponenten: Aufnahmeeinrichtung (10), soweit vorhanden, Vorlagebehälter (50), Verbindungseinrichtung (52), Auftragseinrichtung (54), Schablone (20), Rakel (26) und Oberfläche (320,720) zeitweise oder dauerhaft auf eine Verfahrenstemperatur oberhalb der Schmelztemperatur zu erwärmen.Device for printing through a material (60,64,66) which is waxy, pasty under normal conditions and viscous when heated above the melting temperature, onto a surface (320,720) of a body (30,70), preferably arranged in a receiving device (10), the material (60) is arranged in a storage container (50) and transported by means of a connecting device (52) to an application device (54) and is applied to an application section (24) of a template (20) by means of this application device (54), the template ( 20) is designed as a flat body with a plurality of recesses (22), and wherein a squeegee (26) is designed to displace the material (64) in the recesses (22) by moving it from the application section (24) and wherein the The device has at least one heating device (800-812), which is designed for at least one of the components: receiving device (10), if present, template container (50), connecting device (52), application device (54), template (20), squeegee (26) and surface (320,720) to temporarily or permanently heat to a process temperature above the melting temperature. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Material (60) im Vorlagebehälter (50) einen Anteil an einem Lösungsmittel von maximal 30 Masse-%, bevorzugt maximal 15 Masse-% und insbesondere bevorzugt von maximal 8 Masse-% aufweist.Device according to Claim 1 , wherein the material (60) in the storage container (50) has a proportion of a solvent of a maximum of 30% by mass, preferably a maximum of 15% by mass and particularly preferably a maximum of 8% by mass. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Material (60) im Vorlagebehälter (50) lösemittelfrei ist.Device according to Claim 1 , wherein the material (60) in the storage container (50) is solvent-free. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schablone (20) ausgebildet ist als ein flächiger Metallkörper, insbesondere als ein Metallblech, mit Ausnehmungen (22) der Dimension von 1mm bis 20mm oder als ein feinmaschiges Gewebe mit Ausnehmungen der Dimension von 0,01mm bis 0,5mm.Device according to one of the preceding claims, wherein the template (20) is designed as a flat metal body, in particular as a metal sheet, with recesses (22) of dimensions from 1mm to 20mm or as a fine-meshed fabric with recesses of dimensions from 0.01mm to 0.5mm. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die unter wachsartig, pastös eine Viskosität von größer 1.000 Pa·s, vorzugsweise größer 5.000 Pa·s, und unter zähflüssig eine Viskosität zwischen 10 Pa·s und 500 Pa·s, bevorzugt zwischen 20 Pa·s und 200 Pa·s, verstanden wird.Device according to one of the preceding claims, wherein the under waxy, pasty a viscosity of greater than 1,000 Pa · s, preferably greater than 5,000 Pa · s, and under viscous a viscosity between 10 Pa · s and 500 Pa · s, preferably between 20 Pa · s. s and 200 Pa · s. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verfahrenstemperatur individuell unterschiedlich ist für jeder der Komponenten: Vorlagebehälter (50), Verbindungseinrichtung (52), Auftragseinrichtung (54), Schablone (20), Rakel (26) und Oberfläche (320,720).Device according to one of the preceding claims, wherein the process temperature is individually different for each of the components: storage container (50), connecting device (52), application device (54), stencil (20), squeegee (26) and surface (320, 720). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die, ggf. jeweilig, Verfahrenstemperatur mindestens 10K, bevorzugt mindestens 15K und insbesondere bevorzugt mindestens 20K über der Schmelztemperatur liegt.Device according to one of the preceding claims, wherein the process temperature, optionally in each case, is at least 10K, preferably at least 15K and particularly preferably at least 20K above the melting temperature. Verfahren zum Durchdruck eines bei Zimmertemperatur wachsartig, pastösen und bei Erwärmung über seine Schmelztemperatur zähflüssigen Materials (64) auf eine Oberfläche (320,720) eines Körpers (30,70), wobei das Material (64) mit einer Materialtemperatur, die oberhalb der Schmelztemperatur liegt auf die Oberfläche (320,720) aufgetragen wird, mit den Verfahrensschritten: a) Anordnen eines Körpers (30,70) und einer Schablone (20) zueinander; b) Erhitzen des Materials (60,64) in mindestens einer der Komponenten: Vorlagebehälter (50), Verbindungseinrichtung (52) und Auftragseinrichtung (54); c) Aufbringen des erhitzten Materials (64) auf einen Auftragsabschnitt (24) der Schablone (20); d) Einbringen des Materials (64) in die Ausnehmungen (22) der Schablone (20) mittels eines Rakels (24).Method for printing through a material (64), waxy, pasty and viscous when heated above its melting temperature, onto a surface (320, 720) of a body (30, 70), the material (64) having a material temperature above the melting temperature the surface (320,720) is applied, with the process steps: a) arranging a body (30,70) and a template (20) to one another; b) heating the material (60,64) in at least one of the components: Storage container (50), connecting device (52) and Applicator (54); c) applying the heated material (64) to an application section (24) of the template (20); d) Introducing the material (64) into the recesses (22) of the template (20) by means of a doctor blade (24). Verfahren nach Anspruch 8, wobei zu Ausführung eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 verwendet wird.Procedure according to Claim 8 , wherein for execution a device according to one of the Claims 1 until 7th is used. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Material (60,64) lösemittelfrei vorliegt und die Materialtemperatur mindestens 3K, bevorzugt mindestens 5K und insbesondere bevorzugt mindestens 10K über der Schmelztemperatur liegt.Procedure according to Claim 8 or 9 wherein the material (60,64) is solvent-free and the material temperature is at least 3K, preferably at least 5K and particularly preferably at least 10K above the melting temperature. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Materialtemperatur höchsten 30K, bevorzugt höchstens 20K und insbesondere bevorzugt höchstens 15K über der Schmelztemperatur liegt.Method according to one of the Claims 8 until 10 , the material temperature being at most 30K, preferably at most 20K and particularly preferably at most 15K above the melting temperature. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Material (60,64) einen Anteil an einem Lösungsmittel von maximal 30 Masse-%, bevorzugt maximal 15 Masse-% und insbesondere bevorzugt von maximal 8 Masse-% aufweist und die Materialtemperatur mindestens 3K, bevorzugt mindestens 5K und insbesondere bevorzugt mindestens 10K unter der Schmelztemperatur liegt.Procedure according to Claim 8 or 9 , the material (60,64) having a proportion of a solvent of at most 30% by mass, preferably at most 15% by mass and particularly preferably at most 8% by mass and the material temperature at least 3K, preferably at least 5K and particularly preferably at least 10K below the melting temperature. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei das Material (66) unmittelbar nach dem Verfahren in wachsartig, pastöser Form vorliegt ohne dass ein weiterer Temperaturprozess nachgeschaltet ist.Method according to one of the Claims 8 until 12th , wherein the material (66) is present in waxy, pasty form immediately after the method, without a further temperature process being connected downstream.
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