DE102022130928B3

DE102022130928B3 - Verfahren zum Drucksintern, Unterwerkzeug für eine Sinterpresse und Sinterpresse mit einem solchen Unterwerkzeug

Info

Publication number: DE102022130928B3
Application number: DE102022130928.2A
Authority: DE
Inventors: Martin Becker; Stephan Hilgenfeldt; Dirk Dittmann
Original assignee: Semikron Danfoss GmbH
Current assignee: Semikron Danfoss De GmbH
Priority date: 2022-11-22
Filing date: 2022-11-22
Publication date: 2024-04-18
Anticipated expiration: 2042-11-23

Abstract

Verfahren zum Drucksintern eines oder mehrerer erster Objekte (12, 12') zu einem oder mehreren zweiten Objekten (10) unter Verwendung eines Sinterwerkzeugs (2), wobei das Sinterwerkzeug (2) folgendes umfasst:a) ein Oberwerkzeug (4), das einen Dichtungsring (8) umfasst;b) ein Unterwerkzeug (18), das mit einer Trägerplatte (14) ausgestattet ist, die zum Aufnehmen und Stützen des einen oder der mehreren ersten Objekte (12, 12') und/oder des einen oder der mehreren zweiten Objekte (10) angeordnet und konfiguriert ist. Die Trägerplatte (14) umfasst einen ersten Bereich (26) mit einer ersten Steifigkeit und einen oder mehrere zweite Bereiche (20) mit höherer Steifigkeit.

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Drucksintern eines oder mehrerer erster Objekte zu einem oder mehreren zweiten Objekten unter Verwendung eines Sinterwerkzeugs. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Unterwerkzeug für eine Sinterpresse, das zum Drucksintern eines oder mehrerer erster Objekte zu einem oder mehreren zweiten Objekten konfiguriert ist. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sinterpresse umfassend ein erfindungsgemäßes Unterwerkzeug.
Stand der Technik
Einige Leistungselektronikmodule werden durch Löten zusammengebaut, da eine einfache Handhabung, geringe Materialkosten und eine flexible Integration in verschiedene Prozesse möglich sind. Allerdings führen höhere Leistungsdichten und Zuverlässigkeitsanforderungen in aktuellen Anwendungen von Leistungsmodulen dazu, dass alternative Verbindungsmethoden Vorteile gegenüber dem Löten haben könnten.
Der Einsatz von Sinterverbindungen, beispielsweise unter Verwendung von Silbersinterpasten, stellt eine alternative Lösung dar, die den Vorteil bietet, dass sie zur Überwindung höherer Betriebstemperaturbeschränkungen geeignet ist. Gesinterte Verbindungen unterstützen Betriebstemperaturen von mehr als 250 °C. Dadurch ist es möglich, Verbindungen zwischen Komponenten von Leistungselektronikmodulen bereitzustellen, die thermomechanisch stabil bleiben und nahezu keine nennenswerten Alterungserscheinungen aufweisen. Dadurch ist es möglich, in der modernen Leistungselektronik hohe Betriebstemperaturen zu erreichen.
Durch Diffusionsprozesse verdichten sich die Silberpartikel der Sinterpaste. Wenn die Sinterpaste auf über 230 °C erhitzt wird und ein Druck zwischen 5 MPa und 30 MPa ausgeübt wird, erhöht sich die Dichte der Sinterpaste. Der Druck sorgt dafür, dass poröse Stellen in der Verbundschicht reduziert werden. Dies ist besonders wichtig für großflächige Halbleiter. Von Vorteil ist auch, dass nach dem Sintern keine Reinigung erforderlich ist, anders als bei Lötprozessen.
Das Sintern einer elektronischen Baugruppe erfolgt typischerweise durch Temperaturkontrolle der zu sinternden Baugruppe und durch die Anwendung von Druck, der durch ein Presswerkzeug ausgeübt wird. Bei einem solchen Verfahren würde die für die Verbindung und Diffusion erforderliche Temperatur beim Niedertemperatur-Drucksintern unter Verwendung von Silber typischerweise im Bereich zwischen 130°C und 300°C liegen. Der erforderliche Druck würde typischerweise bis zu 30 MPa betragen und über einen Zeitraum angewendet, der typischerweise im Bereich zwischen 5 und 10 Minuten liegt.
Die Presswerkzeuge nach dem Stand der Technik umfassen typischerweise ein Unterwerkzeug, das mit einer flachen Stahlplatte versehen ist. Mit der Verwendung einer flachen Stahlplatte sind jedoch mehrere Probleme verbunden.
Erstens ist Stahl kein besonders guter Wärmeleiter. Dementsprechend ist es ein Hindernis für die ordnungsgemäße Erwärmung der zu sinternden Gegenstände. Zweitens wird die Stahlplatte allmählich verschleißen. Nach etwa 1000 Zyklen treten beispielsweise Risse im Stahl auf, und das Blech weist eine gebogene Form auf.
Es besteht daher Bedarf an einem Verfahren und einer Vorrichtung, die die oben genannten Nachteile des Standes der Technik verringert oder sogar beseitigt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die die oben genannten Nachteile des Standes der Technik verringern oder sogar beseitigen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, durch ein Unterwerkzeug für eine Sinterpresse gemäß Anspruch 8 und durch eine Sinterpresse gemäß Anspruch 15 gelöst werden. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Unteransprüchen definiert, in der folgenden Beschreibung erläutert und in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Verfahren zum Drucksintern eines oder mehrerer erster Objekte zu einem oder mehreren zweiten Objekten unter Verwendung eines Sinterwerkzeugs, wobei das Sinterwerkzeug folgendes umfasst:

a) ein Oberwerkzeug mit Dichtungsring;
b) ein Unterwerkzeug, das mit einer Trägerplatte ausgestattet ist, die zum Aufnehmen und Tragen des einen oder der mehreren ersten Objekten und/oder des einen oder der mehreren zweiten Objekten angeordnet und konfiguriert ist,

Hierdurch ist es möglich, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem der erste Bereich eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als die im Stand der Technik verwendete Stahlplatte. Dadurch kann eine verbesserte Wärmeleitung erreicht werden. Folglich kann die Dauer der Zykluszeiten verkürzt werden.
Der erste Bereich sollte aus einem Material bestehen, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise über 90 W/mK, aufweist. In einer Ausführungsform beträgt die Wärmeleitfähigkeit des ersten Bereichs über 100 W/mK. Eine hohe Wärmeleitfähigkeit erleichtert das schnelle Aufheizen eines auf der ersten Fläche platzierten Gegenstandes.
Es kann von Vorteil sein, dass der erste Bereich aus Metall besteht, da es kostengünstig und einfach zu bearbeiten ist. In einer Ausführungsform besteht der erste Bereich aus Aluminium.
Darüber hinaus ermöglicht die Anwendung eines oder mehrerer zweiter Bereiche mit höherer Steifigkeit, den einen oder die mehreren zweiten Bereiche als tragende Strukturen zu verwenden, die dazu ausgelegt sind, die auf das Unterwerkzeug ausgeübten Kräfte zu absorbieren.
Der zweite Bereich sollte ein Material umfasse, das eine größere Steifigkeit (Youngscher Modul, E) aufweist als das Material des ersten Bereichs, da dieses dem zweiten Bereich ermöglicht, die vom Oberwerkzeug auf das Unterwerkzeug ausgeübte Kraft zu tragen.
In einer Ausführungsform ist das Verhältnis der Steifigkeiten der Materialien des ersten Bereichs und des zweiten Bereichs (E_second/E_first) größer als 1,7.
In einer Ausführungsform sind die Steifigkeiten (Youngscher Modul, E) des Materials des zweiten Bereichs größer als 150 GPa.
In einer Ausführungsform liegen die Steifigkeiten (Youngscher Modul, E) des Materials des zweiten Bereichs im Bereich von 180-220 GPa.
Dadurch kann vermieden werden, dass das Material des zweiten Bereichs bei normaler Betriebsbelastung an seine Elastizitätsgrenze gelangt. Dadurch ist das Unterwerkzeug vor dem Austausch mehrfach wiederverwendbar.
Es kann von Vorteil sein, dass das Material des zweiten Bereichs ein Metall ist, da Metall kostengünstig und leicht zu verarbeiten ist.
In einer Ausführungsform ist das Material des zweiten Bereichs Stahl.
In einer Ausführungsform umfasst das Oberwerkzeug ein hydrostatisches Kissen, das so angeordnet ist, dass es mit dem einen oder den mehreren ersten Objekten und/oder dem einen oder den mehreren zweiten Objekten in Kontakt gebracht wird und hierdurch einen Druck auf diese ausübt, wobei das hydrostatische Kissen zumindest teilweise von dem Dichtring umgeben ist.
Das hydrostatische Kissen ermöglicht Anwendung eines quasi-hydrostatischen Drucks auf die ersten und zweiten Objekte, die auf der Trägerplatte platziert werden. Als hydrostatisches Kissen werden meist flexible und zugleich temperaturbeständige Materialien wie Silikone verwendet. Ein hydrostatisches Kissen verteilt den Fügedruck während des Sintervorgangs möglichst gleichmäßig auf die zu sinternden Objekte.
In einer Ausführungsform ist das Unterwerkzeug mit einem Heizelement ausgestattet. Hierdurch ist es möglich, die Temperatur auf ein ausreichend großes Niveau zu erhöhen, um bestimmte Arten von Drucksinterprozessen durchführen zu können.
Das Heizelement wird typischerweise an einer Position angeordnet, an der die Wärme schnell und effizient an die vorgesehenen Bereiche verteilt werden kann.
In einer Ausführungsform besteht der erste Bereich aus einem ersten Material und der eine oder die mehreren zweiten Bereiche bestehen aus einem anderen Material.
In einer Ausführungsform umfasst der erste Bereich Aluminium.
In einer Ausführungsform besteht der erste Bereich aus Aluminium. Da Aluminium eine große Wärmeleitfähigkeit hat, ist die Erwärmung gering.
In einer Ausführungsform bestehen der eine oder die mehreren zweiten Bereiche aus Stahl.
In einer Ausführungsform umfassen der eine oder die mehreren zweiten Bereiche Stahl.
In einer Ausführungsform bestehen der eine oder die mehreren zweiten Bereiche aus Titan.
In einer Ausführungsform umfassen der eine oder die mehreren zweiten Bereiche Titan.
Obwohl Aluminium aus Gründen der Wärmeleitfähigkeit ein viel besseres Material ist, kann es den lokalen Belastungen dort, wo der Dichtring auf die Werkzeugoberfläche trifft, nicht standhalten. In einer Ausführungsform löst die Erfindung dieses Problem, indem sie eine Reihe zweiter Bereiche (z. B. kleine Stahl- oder Titanzylinder vertikal durch das Aluminium) einfügt. Bei dieser Ausführungsform leitet der Stahl bzw. Titan die Kraft vom Dichtring auf die untere Heizplatte, ohne dass das Aluminium beansprucht wird.
In einer Ausführungsform umfassen der eine oder die mehreren zweiten Bereiche mehrere zylindrische, stiftartige eingesetzte Abschnitte.
In einer Ausführungsform umfassen der eine oder die mehreren zweiten Bereiche mehrere zylindrische, stiftartige eingesetzte Abschnitte aus Metall.
In einer Ausführungsform umfassen der eine oder die mehreren zweiten Bereiche mehrere zylindrische, stahlstiftartige eingesetzte Abschnitte.
In einer Ausführungsform sind die eingesetzten Abschnitte gleichmäßig entlang eines Randes der Trägerplatte verteilt.
In einer Ausführungsform haben die eingesetzten Abschnitte einen kreisförmigen Querschnitt.
In einer Ausführungsform weisen die eingesetzten Abschnitte einen rechteckigen Querschnitt auf.
In einer Ausführungsform umfassen der eine oder die mehreren zweiten Bereiche einen Ring.
In einer Ausführungsform umfassen der eine oder die mehreren zweiten Bereiche einen oder mehrere Abschnitte eines Rings.
In einer Ausführungsform ist die Trägerplatte kreisförmig.
In einer Ausführungsform ist die Trägerplatte rechteckig.
In einer Ausführungsform ist das erste Objekt ein Substrat, wobei das zweite Objekt eine Grundplatte ist.
In einer Ausführungsform ist das erste Objekt ein Leistungsmodul, wobei das zweite Objekt ein Kühler ist.
In einer Ausführungsform sind das eine oder die mehreren ersten Objekte elektronische Komponenten, wobei das zweite Objekt ein Substrat ist.
In einer Ausführungsform ist mindestens eines des einen oder der mehreren ersten Objekte ein Halbleiter.
Das Unterwerkzeug gemäß der Erfindung ist ein Unterwerkzeug für ein Sinterwerkzeug, das zum Drucksintern eines oder mehrerer erster Objekte zu einem oder mehreren zweiten Objekten konfiguriert ist, wobei das Sinterwerkzeug ein Oberwerkzeug umfasst, das mit einem hydrostatischen Kissen versehen ist, das so angeordnet ist, dass es mit dem einen oder den mehreren ersten Objekten und/oder dem einen oder den mehreren zweiten Objekten in Kontakt gebracht werden kann und hierdurch einen Druck darauf ausübt, wobei das hydrostatische Kissen zumindest teilweise von einem Dichtungsring umgeben ist, wobei das Unterwerkzeug mit einer Trägerplatte versehen ist, die zum Aufnehmen und Tragen des einen oder der mehreren ersten Objekte und/oder des einen oder der mehreren zweiten Objekte angeordnet und konfiguriert ist, wobei die Trägerplatte einen ersten Bereich mit einer ersten Steifigkeit und einen oder mehrere zweite Bereiche mit höherer Steifigkeit umfasst.
Hierdurch ist es möglich, ein Unterwerkzeug für ein Sinterwerkzeug bereitzustellen, bei dem der erste Bereich eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als im Stand der Technik verwendete Stahlplatten. Dadurch kann eine verbesserte Wärmeleitung erreicht werden. Dadurch kann die Dauer der Zykluszeiten verkürzt werden.
Durch die Verwendung eines oder mehrerer zweiter Bereiche mit höherer Steifigkeit ist es möglich, den einen oder die mehreren zweiten Bereiche als tragende Strukturen zu verwenden, die dazu ausgerichtet sind, die auf das Unterwerkzeug wirkenden Kräfte zu absorbieren.
In einer Ausführungsform ist das Unterwerkzeug mit einem Heizelement ausgestattet.
In einer Ausführungsform besteht der erste Bereich aus einem ersten Material und der eine oder die mehreren zweiten Bereiche bestehen aus einem anderen Material.
In einer Ausführungsform umfasst der erste Bereich Aluminium.
In einer Ausführungsform besteht der erste Bereich des Unterwerkzeugs aus Aluminium.
In einer Ausführungsform umfassen der eine oder die mehreren zweiten Bereiche Stahl.
In einer Ausführungsform bestehen der eine oder die mehreren zweiten Bereiche des Unterwerkzeugs aus Stahl.
In einer Ausführungsform umfassen der eine oder die mehreren zweiten Bereiche mehrere zylindrische, stiftartige eingesetzte Abschnitte.
In einer Ausführungsform sind die eingesetzten Abschnitte gleichmäßig entlang eines Randes der Trägerplatte verteilt.
In einer Ausführungsform haben die eingesetzten Abschnitte einen kreisförmigen Querschnitt.
In einer Ausführungsform haben die eingesetzten Abschnitte einen rechteckigen Querschnitt.
In einer Ausführungsform umfassen der eine oder die mehreren zweiten Bereiche einen Ring.
In einer Ausführungsform umfassen der eine oder die mehreren zweiten Bereiche einen oder mehrere Abschnitte eines Rings.
In einer Ausführungsform ist die Trägerplatte kreisförmig.
In einer Ausführungsform ist die Trägerplatte rechteckig.
In einer Ausführungsform ist das erste Objekt ein Substrat, wobei das zweite Objekt eine Grundplatte ist.
In einer Ausführungsform ist das erste Objekt ein Leistungsmodul, wobei das zweite Objekt ein Kühler ist.
In einer Ausführungsform sind das eine oder die mehreren ersten Objekte elektronische Komponenten, wobei das zweite Objekt ein Substrat ist.
In einer Ausführungsform ist mindestens eines des einen oder der mehreren ersten Objekte ein Halbleiter.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei mehreren der ersten Objekte um einen Halbleiter.
Bei dem erfindungsgemäßen Sinterwerkzeug handelt es sich um ein Sinterwerkzeug (Sinterpresse) umfassend ein erfindungsgemäßes Unterwerkzeug.
Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand der nachstehenden detaillierten Beschreibung besser verständlich. Die beigefügten Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung und schränken daher die vorliegende Erfindung nicht ein. In den beigefügten Zeichnungen:

1A zeigt eine schematische Ansicht eines offenen Sinterwerkzeugs nach dem Stand der Technik;
1B zeigt das in 1A gezeigte Sinterwerkzeug in einer geschlossenen Konfiguration;
2A zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Sinterwerkzeugs in einer offenen Konfiguration;
2B zeigt eine Draufsicht eines lasttragenden Elements gemäß der Erfindung;
2C zeigt eine Draufsicht eines lasttragenden Elements gemäß der Erfindung;
2D zeigt eine Draufsicht eines lasttragenden Elements gemäß der Erfindung;
2E zeigt eine Draufsicht eines lasttragenden Elements gemäß der Erfindung;
2F zeigt eine Draufsicht eines lasttragenden Elements gemäß der Erfindung;
2G zeigt eine Draufsicht eines lasttragenden Elements gemäß der Erfindung;
3A zeigt eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Trägerplatte;
3B zeigt eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Trägerplatte;
4A zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Trägerplatte;
4B zeigt eine Nahansicht eines Teils der in 4A gezeigten Trägerplatte;
5A zeigt eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Trägerplatte;
5B zeigt eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Trägerplatte;
6A zeigt eine Draufsicht auf eine andere erfindungsgemäße Trägerplatte und
6B zeigt eine Draufsicht auf eine weitere erfindungsgemäße Trägerplatte.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Nun wird im Detail auf die Zeichnungen Bezug genommen, um bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen, wobei in 2A eine schematische Ansicht eines Sinterwerkzeugs 2 der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
1A zeigt eine schematische Ansicht eines Sinterwerkzeugs 2' nach dem Stand der Technik in einer offenen Konfiguration. Das Sinterwerkzeug 2' umfasst ein Unterwerkzeug 18 und ein Oberwerkzeug 4. Das Unterwerkzeug 18 umfasst eine Unterstruktur, in der ein Heizelement 16 vorgesehen ist. Das Unterwerkzeug 18 umfasst eine Trägerplatte 14' aus Stahl nach dem Stand der Technik, die auf der unteren Struktur platziert ist.
Das Oberwerkzeug 4 umfasst ein hydrostatisches Kissen 6, das in einer oberen Struktur angeordnet ist. Das Oberwerkzeug 4 umfasst einen Dichtungsring 8, der den untersten Abschnitt des hydrostatischen Kissens 6 umgibt. Der Dichtungsring 8 ist so angeordnet und konfiguriert, dass er an der Trägerplatte 14' anliegt.
Ein elektronisches Gerät wird auf der Trägerplatte 14' des Standes der Technik platziert. Das elektronische Gerät umfasst ein Substrat 10 und zwei elektronische Komponenten 12, 12', die auf dem Substrat 10 platziert sind. Die elektronischen Komponenten 12, 12' sind bereit, durch Anwendung von Wärme und Druck am Substrat 10 befestigt zu werden (wenn das Sinterwerkzeug 2' geschlossen wird laut 1B).
1B zeigt das in 1A gezeigte Sinterwerkzeug in einer geschlossenen Konfiguration. Es ist zu erkennen, dass der Dichtring 8 in Kontakt mit der Trägerplatte 14' gebracht wurde. Ebenso wurde das hydrostatische Kissen 6 mit den elektronischen Komponenten 12, 12' und dem Substrat 10 in Kontakt gebracht. Dementsprechend wird der auf die elektronischen Komponenten 12, 12' und das Substrat 10 ausgeübte Druck zusammen mit der vom Heizelement 16 erzeugten Wärme ausreichend sein, um die elektronischen Komponenten 12, 12' durch einen Sinterprozess dauerhaft auf dem Substrat 10 zu befestigen.
2A zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Sinterwerkzeugs 2 in einer offenen Konfiguration. Das Sinterwerkzeug 2 umfasst ein Unterwerkzeug 18 und ein Oberwerkzeug 4. Das Oberwerkzeug 4 entspricht dem Oberwerkzeug des Sinterwerkzeugs nach dem Stand der Technik, das in 1A und 1B gezeigt und anhand dieser erläutert wurde.
Das Oberwerkzeug 4 umfasst ein hydrostatisches Kissen 6, das in einer oberen Struktur angeordnet ist. Das Oberwerkzeug 4 umfasst einen Dichtungsring 8, der den untersten Abschnitt des hydrostatischen Kissens 6 umgibt. Das Unterwerkzeug 18 umfasst eine mit einem Heizelement 16 ausgestattete untere Struktur. Das Unterwerkzeug 18 umfasst eine auf der unteren Struktur platzierte Trägerplatte 14. Die Trägerplatte 14 unterscheidet sich von der in 1A und 1B gezeigten und erläuterten Trägerplatte des Standes der Technik dadurch, dass die Trägerplatte 14 einen ersten Bereich 26 mit einer ersten Steifigkeit und einen zweiten Bereich 20 mit einer höheren Steifigkeit aufweist. Auch wenn dies nicht dargestellt ist, kann die Trägerplatte 14 mehrere zweite Bereiche 20 mit höherer Steifigkeit als der erste Bereich 26 umfassen.
In einer Ausführungsform besteht der erste Bereich 26 aus Aluminium, während der zweite Bereich 20 aus Stahl besteht. Hierdurch weist die Trägerplatte 14 eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit auf. Gleichzeitig fungiert der zweite Bereich 20 als lasttragende Struktur, die dazu bestimmt ist, die Kräfte aufzunehmen, die durch den Dichtungsring 8 auf die Trägerplatte 14 ausgeübt werden.
Aufgrund der hohen Steifigkeit des zweiten Bereichs 20 und der Platzierung des zweiten Bereichs 20 (knapp unterhalb des Dichtrings 8) kann der zweite Bereich 20 die in Richtung der Trägerplatte 14 wirkenden Kräfte aufnehmen. Wesentlich ist, dass der zweite Bereich 20 in einer Position angeordnet ist, die es dem zweiten Bereich 20 ermöglicht, die vom Dichtungsring 8 in Richtung Trägerplatte 14 ausgeübten Kräfte aufzunehmen. In 2A ist zu erkennen, dass die Breite des Kontaktabschnitts des zweiten Bereichs 20 der Breite des Kontaktabschnitts des Dichtrings 8 entspricht.
Wie in 2B-2G dargestellt, kann der Querschnitt des zweiten Bereichs 20 unterschiedliche Formen aufweisen.
Ein elektronisches Gerät wird auf der Trägerplatte 14 platziert. Das elektronische Gerät umfasst ein Substrat 10 und zwei elektronische Komponenten 12, 12', die auf dem Substrat 10 platziert sind. Die elektronischen Komponenten 12, 12' sind bereit, durch Anwendung von Hitze und Druck auf dem Substrat 10 befestigt zu werden (wenn das Sinterwerkzeug 2 geschlossen wird).
2B veranschaulicht eine Draufsicht auf einen zweiten Bereich 20, der als lasttragendes Element 20 gemäß der Erfindung geformt ist. Der zweite Bereich 20 hat einen kreisförmigen Querschnitt.
2C veranschaulicht eine Draufsicht auf einen zweiten Bereich 20, der als lasttragendes Element 20 gemäß der Erfindung geformt ist. Der zweite Bereich 20 hat einen quadratischen Querschnitt.
2D veranschaulicht eine Draufsicht auf einen zweiten Bereich 20, der als lasttragendes Element 20 gemäß der Erfindung geformt ist. Der zweite Bereich 20 weist einen Querschnitt auf, der einem Quadrat mit abgerundeten Ecken entspricht.
2E veranschaulicht eine Draufsicht auf einen zweiten Bereich 20, der als lasttragendes Element 20 gemäß der Erfindung geformt ist. Der zweite Bereich 20 hat einen ovalen Querschnitt.
2F veranschaulicht eine Draufsicht auf einen zweiten Bereich 20, der als lasttragendes Element 20 gemäß der Erfindung geformt ist. Der zweite Bereich 20 hat einen rechteckigen Querschnitt.
2G veranschaulicht eine Draufsicht auf einen zweiten Bereich 20, der als lasttragendes Element 20 gemäß der Erfindung geformt ist. Der zweite Bereich 20 weist einen Querschnitt auf, der einem Rechteck mit abgerundeten Ecken entspricht.
3A zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Trägerplatte 14. Die Trägerplatte 14 ist kreisförmig und umfasst einen ersten Bereich 26 mit einer ersten Steifigkeit. In einer Ausführungsform besteht der erste Bereich 26 aus Aluminium.
Die Trägerplatte 14 umfasst mehrere zweite Bereiche 20 mit einer höheren Steifigkeit als der erste Bereich 26.
Die zweiten Bereiche 20 sind gleichmäßig entlang eines Randes der Trägerplatte 14 verteilt. Die zweiten Bereiche 20 sind gleichmäßig innerhalb eines Bereichs 24 verteilt, der mit gestrichelten Kreisen angedeutet ist und einen kleineren Radius als die Trägerplatte 14 aufweist. Dieser Bereich stellt den Kontaktabschnitt des Dichtrings 8 an der Stirnseite der Trägerplatte 14 dar, wenn die Sinterpresse 2 geschlossen ist. Dementsprechend umgibt ein Umgebungsbereich 22 die zweiten Bereiche 20. In einer Ausführungsform besteht der Umgebungsbereich 22 aus dem gleichen Material wie der erste Bereich 26.
In einer Ausführungsform sind die zweiten Bereiche 20 jeweils als eingesetzte Abschnitte mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet.
In einer Ausführungsform sind die zweiten Bereiche 20 jeweils als eingesetzte Abschnitte mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet.
In einer Ausführungsform ist jeder der zweiten Bereiche 20 als eingesetzter Abschnitt mit einem Querschnitt gestaltet, wie er unter Bezugnahme auf eine der 2B-Fig. G gezeigt und erläutert wurde.
3B zeigt eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Trägerplatte 14. Die Trägerplatte 14 ist kreisförmig und umfasst einen ersten Bereich 26 mit einer ersten Steifigkeit. Die Trägerplatte 14 umfasst einen einzelnen zweiten Bereich 20 mit einer höheren Steifigkeit als der erste Bereich 26.
Der zweite Bereich 20 ist ringförmig und innerhalb eines ringförmigen Bereichs 24 platziert, der durch gestrichelte Kreise angedeutet ist und einen kleineren Radius als die Trägerplatte 14 aufweist. Dementsprechend umgibt ein Umgebungsbereich den zweiten Bereich 20. In einer Ausführungsform ist der Umgebungsbereich aus dem gleichen Material wie der erste Bereich 26 hergestellt.
4A zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Trägerplatte 14. Die Trägerplatte 14 umfasst einen ersten Bereich 26 mit einer ersten Steifigkeit. Die Trägerplatte 14 umfasst einen zweiten Bereich 20 mit einer höheren Steifigkeit als der erste Bereich 26. Ein Randabschnitt 28 umgibt den zweiten Bereich 20.
Der erste Bereich 26 sollte ein Material umfassen, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise über 90 W/mK, aufweist. In einer Ausführungsform beträgt die Wärmeleitfähigkeit des ersten Bereichs über 100 W/mK. Eine hohe Wärmeleitfähigkeit erleichtert das schnelle Erhitzen eines auf dem ersten Bereich 26 platzierten Gegenstands.
Es kann von Vorteil sein, dass der erste Bereich 26 aus Metall besteht, da es kostengünstig und einfach zu bearbeiten ist. In einer Ausführungsform besteht der erste Bereich 26 aus Aluminium.
4B zeigt eine Nahansicht eines Abschnitts der in 4A gezeigten Trägerplatte 14.
5A zeigt eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Trägerplatte 14. Die Trägerplatte 14 ist rechteckig und umfasst einen ersten Bereich 26 mit einer ersten Steifigkeit. In einer Ausführungsform besteht der erste Bereich 26 aus Aluminium.
Die Trägerplatte 14 umfasst mehrere zweite Bereiche 20 mit einer höheren Steifigkeit als der erste Bereich 26.
Die zweiten Bereiche 20 sind gleichmäßig entlang eines Randes der Trägerplatte 14 verteilt. Die zweiten Bereiche 20 sind gleichmäßig innerhalb eines rechteckigen ringförmigen Bereichs 24 verteilt, der durch gestrichelte Rechtecke angedeutet ist und eine kleinere Größe als die Trägerplatte 14 aufweist. Dieser Bereich stellt den Kontaktabschnitt des Dichtrings 8 auf der Stirnseite der Trägerplatte 14 dar, wenn die Sinterpresse 2 geschlossen ist. Dementsprechend umgibt ein Randabschnitt 28 den ringförmigen Bereich 24, der die zweiten Bereiche 20 umfasst. In einer Ausführungsform besteht der umgebende Randabschnitt 28 aus dem gleichen Material wie der erste Bereich 26. In einer Ausführungsform besteht der ringförmige Bereich 24 bis auf die zweiten Bereiche 20 aus dem gleichen Material wie der erste Bereich 26.
In einer Ausführungsform sind die zweiten Bereiche 20 jeweils als eingesetzte Abschnitte mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet.
In einer Ausführungsform sind die zweiten Bereiche 20 jeweils als eingesetzte Abschnitte mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet.
In einer Ausführungsform ist jeder der zweiten Bereiche 20 als eingesetzter Abschnitt mit einem Querschnitt gestaltet, wie er unter Bezugnahme auf eine der 2B-2G gezeigt und erläutert wurde.
5B zeigt eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Trägerplatte 14. Die Trägerplatte 14 ist rechteckig und umfasst einen ersten Bereich 26 mit einer ersten Steifigkeit. Die Trägerplatte 14 umfasst einen einzelnen zweiten Bereich 20 mit einer höheren Steifigkeit als der erste Bereich 26.
Der zweite Bereich 20 ist rechteckig ringförmig und innerhalb eines ringförmigen Bereichs 24 angeordnet, der durch gestrichelte Rechtecke angedeutet ist, die kleiner als die Trägerplatte 14 sind. Dementsprechend umgibt ein Randabschnitt 28 den zweiten Bereich 20. In einer Ausführungsform besteht der Randabschnitt 28 aus dem gleichen Material wie der erste Bereich 26. In einer Ausführungsform besteht der zweite Bereich 20 aus Aluminium, während der erste Bereich aus Stahl besteht.
6A zeigt eine Draufsicht einer weiteren Trägerplatte 14 gemäß der Erfindung. Die Trägerplatte 14 ist rechteckig und umfasst einen ersten Bereich 26 mit einer ersten Steifigkeit. In einer Ausführungsform besteht der erste Bereich 26 aus Aluminium. In einer Ausführungsform ist die Trägerplatte 14 quadratisch.
Die Trägerplatte 14 umfasst mehrere rechteckige zweite Bereiche 20 mit einer höheren Steifigkeit als der erste Bereich 26. In einer Ausführungsform bestehen die rechteckigen zweiten Bereiche 20 aus Stahl.
Die zweiten Bereiche 20 sind im Wesentlichen gleichmäßig entlang eines Randes der Trägerplatte 14 verteilt. Die zweiten Bereiche 20 und gleichmäßig innerhalb eines rechteckigen ringförmigen Bereichs 24 verteilt, der sind mit gestrichelten Rechtecken angedeutet ist, die eine kleinere Größe als die Trägerplatte 14 aufweisen. Dementsprechend umgibt ein Randabschnitt 28 den rechteckigen ringförmigen Bereich 24, der die zweiten Bereiche 20 umfasst. In einer Ausführungsform besteht der umgebende Randabschnitt 28 aus dem gleichen Material wie der erste Bereich 26. In einer Ausführungsform besteht der ringförmige Bereich 24 mit Ausnahme des zweiten Bereiches 20 aus dem gleichen Material wie der erste Bereich 26 und der Randabschnitt 28.
6B zeigt eine Draufsicht auf eine weitere erfindungsgemäße Trägerplatte 14. Die Trägerplatte 14 ist kreisförmig und umfasst einen ersten Bereich 26 mit einer ersten Steifigkeit. In einer Ausführungsform besteht der erste Bereich 26 aus Aluminium. In einer Ausführungsform weist die Trägerplatte 14 eine andere Geometrie auf (z. B. oval oder diskorechteckig).
Die Trägerplatte 14 umfasst mehrere zweite Bereiche 20 mit einer höheren Steifigkeit als der erste Bereich 26. In einer Ausführungsform bestehen die zweiten Bereiche 20 aus Stahl. Jeder der zweiten Bereiche 20 ist als Teil eines kreisförmigen Rings ausgebildet.
Die zweiten Bereiche 20 sind im Wesentlichen gleichmäßig entlang eines Randes der Trägerplatte 14 verteilt. Die zweiten Bereiche 20 sind gleichmäßig innerhalb eines rechteckigen ringförmigen Bereichs 24 verteilt, der mit gestrichelten Kreisen angedeutet ist und eine kleinere Größe als die Trägerplatte 14 aufweist. Dementsprechend umgibt ein Randabschnitt 28 den ringförmigen Bereich 24, der die zweiten Bereiche 20 umfasst. In einer Ausführungsform besteht der umgebende Randabschnitt 28 aus dem gleichen Material wie der erste Bereich 26. In einer Ausführungsform besteht der ringförmige Bereich 24 mit Ausnahme des zweiten Bereichs 20 aus dem gleichen Material wie der erste Bereich 26 und der Randabschnitt 28.
Bezugszeichenliste

2: Sinterpresse
2': Sinterpresse nach dem Stand der Technik
4: Oberwerkzeug
6: Hydrostatisches Kissen
8: Dichtring
10: Substrat
12, 12': Elektrische Komponente
14: Trägerplatte
14': Trägerplatte nach dem Stand der Technik
16: Heizelement
18: Unterwerkzeug
20: Lasttragendes Element
22: Umgebung
24: Ringförmiger Bereich
26: Erster Bereich
28: Randabschnitt

Claims

Verfahren zum Drucksintern eines oder mehrerer erster Objekte (12, 12') zu einem oder mehreren zweiten Objekten (10) unter Verwendung eines Sinterwerkzeugs (2), wobei das Sinterwerkzeug (2) folgendes umfasst: a) ein Oberwerkzeug (4), das einen Dichtungsring (8) umfasst; b) ein Unterwerkzeug (18), das mit einer Trägerplatte (14) versehen ist, die zum Aufnehmen und Tragen des einen ersten Objekts oder der mehreren ersten Objekte (12, 12') und/oder des einen zweiten Objekts oder der mehreren zweiten Objekte (10) angeordnet und konfiguriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (14) einen ersten Bereich (26) mit einer ersten Steifigkeit und einen oder mehrere zweite Bereiche (20) mit höherer Steifigkeit umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Oberwerkzeug (4) ein hydrostatisches Kissen (6) umfasst, das so angeordnet ist, dass es mit dem einen oder den mehreren ersten und/oder mit dem einen oder den mehreren zweiten Objekten (12, 12') in Kontakt gebracht wird und hierdurch einen Druck auf diese ausübt, wobei das hydrostatische Kissen (6) zumindest teilweise vom Dichtungsring (8) umgeben ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Bereich (26) aus einem ersten Material besteht und der eine zweite Bereich (20) oder die mehreren zweiten Bereiche (20) aus einem anderen Material hergestellt sind.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der erste Bereich (26) Aluminium umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei der eine oder die mehreren zweiten Bereiche (20, 24) Stahl umfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der eine oder die mehreren zweiten Bereiche (20) mehrere zylinderstiftartige Einsteckabschnitte (20) umfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der eine oder die mehreren zweiten Bereiche (20) einen Ring (20) oder einen oder mehrere Abschnitte (20) eines Rings umfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das eine oder die mehreren ersten Objekte (12, 12') elektronische Komponenten sind, wobei das zweite Objekt ein Substrat (10) ist.
Ein Unterwerkzeug (18) für ein Sinterwerkzeug (2), das zum Drucksintern eines oder mehrerer erster Objekte (12, 12') zu einem oder mehreren zweiten Objekten (10) konfiguriert ist, wobei das Sinterwerkzeug (2) eine Oberwerkzeug (4) umfasst, das so angeordnet ist, dass es mit dem einen oder den mehreren ersten Objekten (12, 12') und/oder dem einen oder den mehreren zweiten Objekten (10) in Kontakt gebracht wird und hierdurch einen Druck auf diese ausübt, wobei das Oberwerkzeug (4) einen Dichtring (8) umfasst, wobei das Unterwerkzeug (18) mit einer Trägerplatte (14) versehen ist, die zum Aufnehmen und Tragen des einen oder der mehreren ersten Objekte (12, 12') und/oder des einen oder der mehreren zweiten Objekte (10) angeordnet und konfiguriert ist, dadurch gekennzeichnet dass die Trägerplatte (14) einen ersten Bereich (26) mit einer ersten Steifigkeit und einen oder mehrere zweite Bereiche (20) mit höherer Steifigkeit umfasst.
Unterwerkzeug (18) nach Anspruch 9, wobei das Oberwerkzeug (4) ein hydrostatisches Kissen (6) umfasst, das so angeordnet ist, dass es mit dem einen oder den mehreren ersten Objekten (12, 12) und/oder dem einen oder den mehreren zweiten Objekten (10) in Kontakt gebracht wird und hierdurch einen Druck auf diese ausübt, wobei das hydrostatische Kissen (6) zumindest teilweise vom Dichtungsring (8) umgeben ist.
Unterwerkzeug (18) nach Anspruch 10, wobei der erste Bereich (26) aus einem ersten Material gefertigt ist und der eine oder die mehreren zweiten Bereiche (20) aus einem anderen Material gefertigt sind.
Unterwerkzeug (18) nach Anspruch 11, wobei der erste Bereich (26) Aluminium umfasst.
Unterwerkzeug (18) nach Anspruch 11 oder 12, wobei der eine oder die mehreren zweiten Bereiche (20) Stahl umfassen.
Unterwerkzeug (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10-13, wobei der eine oder die mehreren zweiten Bereiche (20) mehrere zylinderstiftartige Einsteckabschnitte (20) umfassen.
Unterwerkzeug (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10-14, wobei der eine oder die mehreren zweiten Bereiche (20) einen Ring (20) oder einen oder mehrere Abschnitte (20) eines Rings umfassen.
Unterwerkzeug (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10-15, wobei das eine oder die mehreren ersten Objekte (12, 12') elektronische Komponenten sind, wobei das zweite Objekt ein Substrat (10) ist.
Sinterpresse (2) umfassend ein Unterwerkzeug (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10-16.