WO2016124376A1 - Sinterbare mischung zum verbinden von bauelementen sowie verbund und produkt daraus - Google Patents

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WO2016124376A1
WO2016124376A1 PCT/EP2016/050811 EP2016050811W WO2016124376A1 WO 2016124376 A1 WO2016124376 A1 WO 2016124376A1 EP 2016050811 W EP2016050811 W EP 2016050811W WO 2016124376 A1 WO2016124376 A1 WO 2016124376A1
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sintering paste
sintering
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Klaus Höhn
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    • H05K2203/122—Organic non-polymeric compounds, e.g. oil, wax, thiol

Definitions

  • the invention relates to a sinterable mixture for Leis ⁇ consumer electronics, in particular to the formation of sinter layers as bonding materials in the automotive, lighting tungs-, energy, transportation, and medical technology, as well as in the power transmission, and a produced therefrom composite and / or a Product comprising a sintering paste.
  • connecting materials in power electronics should form stable connections under conditions in which the components remain undisturbed; on the other hand, they are then in service at high operating temperatures, over 200 ° C., high switching frequencies, high voltages and / or high electrical currents with high Current densities or exposed in LED lighting solutions high brightness. For this reason sintered technology is preferred in these cases because adhesives do not withstand these conditions and solders often do not show the mechanical property profile required for power electronics.
  • Sinterable mixtures often referred to as "sintering pastes" have verar ⁇ beitet metal particles in an organic paste that at low temperatures, -, are thus very viscous be applied PAS toes and entspre - low compared to the melting point of the metal or alloy - Sending sintering conditions give metallic compounds.
  • silver sintering pastes are also used, which are known as "die attaches", as “surface attaches” for bonding heat sinks, for backside metallization of electronic and microelectronic components and / or for the production of printed conductor structures and / or electrodes be used.
  • the application is carried out by dispensing, jetting, printing (screen and / or pad printing) pin transfer or spraying.
  • the sintered layers with layer thicknesses of 5 .mu.m to 200 .mu.m, in particular smaller lOOym, are characterized by high electrical and thermal conductivities of> 100 W / mK.
  • Tm homologous temperature
  • the sintered layers have sufficient fatigue strengths and, unlike the solders, do not tend to whisker.
  • a critical point in the sintering technique is the thermal expansion coefficient, which is approximately equal to that of metallic silver in commercially available silver interpast pastes and is about 19 ppm / K.
  • the expansion coefficient (s) of the adjacent material (s) it may be necessary to match the expansion coefficient of the sintering paste to these. This is only a very limited until ⁇ forth possible because the coefficient of expan ⁇ coefficient of sintering paste only insignificantly used by the metal content of the sintering paste, the particle size / distribution by varying the sintering conditions of pressure / temperature tur / time and / or the Solvent can be influenced.
  • Object of the present invention is to provide a in the power electronics, especially as a material in the automotive, lighting, energy, transport, drive and / or Medi ⁇ zintechnik, as described above, usable sintered paste whose thermal expansion coefficient Adaptable to the adjacent materials, so it is adjustable to some extent.
  • the invention relates to a composite of a plastic component in ⁇ game as an injection-molded plastic component, and ei ⁇ ner metallic wire and / or any other metallic module, which is provided with an inventive sintered paste manufacturer.
  • a plastic component in ⁇ game as an injection-molded plastic component
  • ei ⁇ ner metallic wire and / or any other metallic module which is provided with an inventive sintered paste manufacturer.
  • Such networks exist for example in MID (Molded Interconnect Devices) - circuit carriers.
  • the subject matter of the invention is a product from electronics and / or power electronics in which a sintering paste according to the invention is processed.
  • the plastic component is a product for power electronics, such as a component with a metallized ceramic or metal substrate.
  • the sintering paste as the unsaturated fatty acid is oleic acid (9-octadecenoic acid, C 18 H 34 O 2) is added with a Molekularge ⁇ weight of 282.52 g / mol. This is mixed in liquid to ⁇ stood with the sintering paste, for example, a speed mixer.
  • technical oleic acid is added, the 70% to 97%, in particular in the range of 85 6 to 95% is present in a purity in the Be ⁇ rich.
  • an "unsaturated fatty acid” in the sense of the invention is a mono- or poly-unsaturated fatty acid or a Mi ⁇ research of several mono- and / or polyunsaturated fatty acids.
  • the unsaturated fatty acid has a number of carbon atoms ranging from 12 to 24.
  • the unsaturated fatty acid has at least one double bond, on which two hydrogen Radicals or two organic alkyl radicals "cis" are arranged angeord ⁇ net.
  • At least one unsaturated fatty acid having a linear structure oh ⁇ ne alkyl branch is present in the sintered paste.
  • the unsaturated fatty acid is present with a linear structure with alkyl branching.
  • the sintering paste contains a fatty acid which, as the alkyl side chain, has at least one side chain selected from the group of the methyl, ethyl, propyl and / or butyl side chains.
  • the sintering paste has, for example, a viscosity in the range from 10,000 to 100,000 mPa * s, in particular from 20,000 mPa * s to 40,000 mPa * s, comprising metal particles and solvents.
  • sintering paste is preferably a silver sintering paste with
  • the d 50 values of the silver particles are preferably less than 20 ⁇ m, preferably less than 10 ⁇ m, in particular also less than 7 ⁇ m, wherein metal particles smaller than 1 ⁇ m, in particular also non-particles in the range from 1 to 500 nm, preferably from 10 to 300 nm are used.
  • Sintered pastes are processed, for example, under uniaxial pressure, for example at a pressure of> 10 MPa, as "low pressure" sintering paste at a low pressure of about 5 MPa or pressureless at temperatures above 200 ° C.
  • Stable composites can thus be used for the assembly and connection technology high electrical and thermal conductivity (> 100 W / mK) and high bonding strength can be realized at 200 ° C for high temperature applications in the electronics.
  • the thermal expansion coefficient (CTE coefficient ther ⁇ times expansion) commercial Ag sintered pastes in the bulk usually has approximately the value of the metallic silver of 19 ppm / K.
  • the coefficient of expansion can only insignificantly be influenced by the Ag content of the sintering pastes, the Ag particle size / distribution, by varying the p, t sintering conditions and / or by the choice of solvents used become.
  • the processability of the sintering paste is not or only slightly changed by the addition of oleic acid.
  • Table 1 shows the thermal expansion behavior of various ⁇ Dener samples, silver pastes sintering the manufacturer
  • the oleic acid used here is a monounsaturated fatty acid having a molecular weight of 282.52 g / mol.
  • technical grade oleic acid was used by ABCR chemistry (CAS # 112-80-1) with the following physical properties: Density 0.891 g / mol; Melting point 13 ° C; Boiling point 286 ° C and
  • Table 2 shows reactivity studies of the known from Table 1 samples of commercial sintering pastes with and without addition of oleic acid.
  • the TGA Thermogravimetric Analysis
  • DTA Different Thermal Analysis
  • the respective exothermic DTA heat content was given as the area under the curve together with the respective mass losses Am in the reaction. Start and end mark the exothermic reaction and peaks are the respective maxima in the DTA graph.
  • the coupled TGA / DTA studies were performed on a Seiko EXSTAR6000 instrument. RT to 120 ° C at 10K / min + 60 min 120 ° C, then 3K / min to 440 ° C (air).
  • FIGS. 2 to 16 show the reactivity studies TGA / DTA for the samples indicated in FIG. In this case, the number of the figure is always higher than the sample number by one, for example, the graphic of paste # 9 is shown in FIG.
  • the red line is the reactivity and the green line the Ge ⁇ weight loss during sintering again.
  • FIG. 17 shows a comparative adhesion strength analysis .
  • averages are compared of 10 IFX resistors each with silver metallization by means of sintering layer production by sintering pastes.
  • the respective left columns of a pair of columns represent the values of prior art sinter pastes (Paste # 1 of Table 1) and the right columns represent an embodiment of the invention (Paste # 4 of Table 1). It can be seen that no impair ⁇ account the liability at 1% Olcicrezugabe occurs.
  • the composites are produced.
  • the Ver ⁇ frets have measured even at 260 ° C bond strength as a shear force in megapascals area.
  • sintering pastes in particular silver pastes, whose CTE can be adapted, are presented for the first time. This is achieved by adding different amounts of unsaturated fatty acid, especially oleic acid.
  • the influence of oleic acid on the CTE of the sintering pastes was investigated on 5 different, commercially available silver pastes. The oleic acid addition was detected by FTIR / ATR in the paste and could be further investigated by GC / MS studies. Shear strength tests show that the bond strength is not impaired.
  • TGA Thermogravimetric Analysis
  • DTA Different Thermal Analysis
  • the invention relates to a sinterable mixture for power electronics ⁇ , in particular one for the formation of sintered layers as connecting materials in the automotive, lighting, energy, transport and medical technology sector, and in drive technology.
  • the invention shows sinter pastes with adaptable thermal expansion coefficient. The adaptation is carried out by adding different amounts and / or different types of unsaturated fatty acids.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine sinterbare Mischung für Leis- tungselektronik, insbesondere eine zur Ausbildung von Sinter- schichten als Verbindungsmaterialien im Automobil-, Beleuch- tungs-, Energie-, Transport- und Medizintechnikbereich, sowie in der Antriebstechnik, sowie ein daraus hergestellter Ver- bund und/oder ein Produkt, das eine Sinterpaste umfasst. Die Erfindung zeigt Sinterpasten mit anpassbaren thermischen Aus- dehnungskoeffizienten. Die Anpassung erfolgt durch Zugabe verschiedener Mengen und/oder verschiedener Arten von unge- sättigten Fettsäuren. Die hier erstmals gelungene Anpassung des thermischen Ausdehnungsverhaltens gesinterter Silber- schichten ist einfach und kostengünstig für wirtschaftliche Prozesse mit Großserienfertigungspotenzial umsetzbar.

Description

Beschreibung
Sinterbare Mischung zum Verbinden von Bauelementen sowie Verbund und Produkt daraus
Die Erfindung betrifft eine sinterbare Mischung für Leis¬ tungselektronik, insbesondere eine zur Ausbildung von Sinterschichten als Verbindungsmaterialien im Automobil-, Beleuch- tungs-, Energie-, Transport- und Medizintechnikbereich, sowie in der Antriebstechnik, sowie ein daraus hergestellter Verbund und/oder ein Produkt, das eine Sinterpaste umfasst.
Verbindungsmaterialien in der Leistungselektronik sollen einerseits bei Bedingungen, unter denen die Bauelemente unver- sehrt bleiben, stabile Verbindungen bilden, sie sind aber andererseits im Betrieb dann hohen Einsatztemperaturen, über 200 °C, hohen Schaltfrequenzen, hohen Spannungen und/oder hohen elektrischen Ströme mit hohen Stromdichten oder bei LED- Beleuchtungslösungen hohen Helligkeiten ausgesetzt. Deshalb wird in diesen Fällen bevorzugt Sintertechnik eingesetzt, weil Kleber diesen Bedingungen nicht standhalten und Lote oftmals nicht das für die Leistungselektronik erforderliche mechanische Eigenschaftsprofil zeigen. Sinterbare Mischungen, oft auch als „Sinterpasten" bezeichnet, haben Metallpartikel in einer organisches Paste verar¬ beitet, die bei niedrigen Temperaturen, - niedrig im Vergleich zum Schmelzpunkt des Metalls oder der Legierung - pas- tös, also sehr dickflüssig applizierbar sind und bei entspre- chenden Sinterbedingungen metallische Verbindungen ergeben.
In der Leistungselektronik kommen insbesondere auch Silbersinterpasten zum Einsatz, die als so genannte „Die Attach", als „Surface Attach" zur Anbindung von Kühlkörpern, zur Rück- Seitenmetallisierung von elektronischen und mikroelektronischen Komponenten und/oder für die Herstellung von Leiterbahnstrukturen und/oder Elektroden eingesetzt werden. Die Applikation erfolgt durch Dispensen, Jetten, Drucken (Sieb- und/oder Tampondruck) Pin-Transfer oder Sprühen. Die gesinterten Schichten mit Schichtdicken von 5 ym bis 200 ym, insbesondere kleiner lOOym, zeichnen sich durch hohe elektrische sowie thermische Leitfähigkeiten von >100 W/mK aus. Darüber hinaus zeigen sie aufgrund einer hohen homologen Temperatur Tm von über 200°C (ein Begriff aus der Lottechnik, um abzuschätzen, bis zu welche Betriebstemperaturen der Verbund theoretisch einsetzbar ist) gute mechanische Eigenschaften, verglichen beispielsweise mit Loten. Insbesondere haben die ge- sinterten Schichten ausreichende Ermüdungsfestigkeiten und neigen, im Gegensatz zu den Loten, nicht zur Whiskerbildung .
Ein kritischer Punkt bei der Sintertechnik ist der thermische Ausdehnungskoeffizient, der bei kommerziell erhältlichen Sil- bersinterpasten ungefähr gleich dem des metallischen Silbers ist und bei ca. 19 ppm/K liegt.
Je nach Ausdehnungskoeffizient (en) des/der angrenzenden Materials (ien) kann es erforderlich sein, den Ausdehnungskoeffi- zienten der Sinterpaste an diese anzugleichen. Dies ist bis¬ her nur sehr eingeschränkt möglich, da der Ausdehnungskoeffi¬ zient der Sinterpaste nur unwesentlich durch den Metall- Gehalt der Sinterpaste, die Partikelgröße/-verteilung, durch Variation der Sinterbedingungen hinsichtlich Druck/ Tempera- tur/ Zeit und/oder den verwendeten Lösungsmittel beeinflusst werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine in der Leistungselektronik, insbesondere als Material in der Automobil-, Beleuchtungs- , Energie-, Transport-, Antriebs- und/oder Medi¬ zintechnik, wie oben beschrieben, einsetzbare Sinterpaste zu schaffen, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient an die angrenzenden Materialien anpassbar, also in gewissem Umfang einstellbar ist.
Lösung der Aufgabe und Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine Sinterpaste enthaltend Metallteilchen in einer Menge von (70-x) Gew% bis (95-x) Gew% und einem Sinterhilfs- mittel im einer Menge von (5-y) Gew% bis (30-y) mit einer Viskosität im Bereich zwischen 10 000 mPa*s bis 100 000 mPa*s, wobei der Sinterpaste zumindest eine ungesättigte Fettsäure in einer Menge z = x+y, die Werte von 0,1 Gew % bis 7 Gew% annehmen kann, zugesetzt ist. Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein Verbund aus einem Kunststoffbauteil , bei¬ spielsweise einem spritzgegossenem Kunststoffbauteil , und ei¬ ner metallischen Leiterbahn und/oder einem sonstigen metallischen Modul, der mit einer erfindungsgemäßen Sinterpaste her- gestellt ist. Derartige Verbünde liegen beispielsweise in MID (Molded Interconnect Devices) - Schaltungsträgern vor. Ebenso ist Gegenstand der Erfindung ein Produkt aus der Elektronik und/oder Leistungselektronik, in dem eine Sinterpaste gemäß der Erfindung verarbeitet ist.
Beispielsweise ist das Kunststoffbauteil ein Produkt für die Leistungselektronik, wie beispielsweise ein Bauteil mit einem metallisierten Keramik- oder Metallsubstrat. Beispielsweise ist der Sinterpaste als ungesättigte Fettsäure Ölsäure ( 9-Octadecensäure, C18H34O2) mit einem Molekularge¬ wicht von 282,52 g/mol zugesetzt. Diese wird in flüssigem Zu¬ stand mit der Sinterpaste vermischt, beispielsweise mit einem Speedmixer. Nach einer vorteilhaften Ausführungsform wird technische Ölsäure zugesetzt, die in einer Reinheit im Be¬ reich von 70% bis 97%, insbesondere im Bereich von 85"6 bis 95% vorliegt.
Eine „ungesättigte Fettsäure" im Sinne der Erfindung ist eine einfach oder mehrfach ungesättigte Fettsäure oder eine Mi¬ schung aus mehreren einfach und/oder mehrfach ungesättigten Fettsäuren .
Beispielsweise hat die ungesättigte Fettsäure eine Anzahl an Kohlenstoffatomen, die im Bereich von 12 bis 24 liegt.
Nach einer anderen Ausführungsform hat die ungesättigte Fettsäure zumindest eine Doppelbindung, an der zwei Wasserstoff- Reste oder zwei organische Alkylreste „cis"-ständig angeord¬ net sind.
Nach einer weiteren Ausführungsform liegt in der Sinterpaste zumindest eine ungesättigte Fettsäure mit linearem Aufbau oh¬ ne Alkylverzweigung vor.
Nach einer weiteren Ausführungsform liegt die ungesättigte Fettsäure mit linearem Aufbau mit Alkylverzweigung vor.
Nach einer weiteren Ausführungsform liegt in der Sinterpaste eine Fettsäure vor, die als Alkyl-Seitenkette zumindest eine Seitenkette ausgewählt aus der Gruppe der Methyl-, Ethyl-, Propyl- und/oder Butyl-Seitenketten, hat.
Die Fettsäure wird in einer Menge z (= x + y) von 0,1 bis 10 Gew%, beispielsweise von 0,5 bis 5 Gew% und insbesondere von 0,7 bis 3,5 Gew%, beispielsweise von 0,8 bis l,2Gew%, insbe¬ sondere 1 Gew%, 0,8 bis 2,2, beispielsweise 2 Gew% oder 2,8 bis 3,2 Gew%, beispielsweise 3 Gew% zur Sinterpaste zugege¬ ben .
Die Sinterpaste hat beispielsweise eine Viskosität im Bereich von 10 000 bis 100 000 mPa*s, insbesondere von 20 000 mPa*s bis 40 000 mPa*s, Metallteilchen und Lösungsmittel umfassend.
Die Viskosität der Sinterpaste wird durch die Zugabe der un¬ gesättigten Fettsäure abgesenkt. Als Sinterpaste wird bevorzugt eine Silbersinterpaste mit
Silber und/oder Silberlegierungs-Metallteilchen eingesetzt.
Die d50-Werte der Silberteilchen sind dabei bevorzugt kleiner 20ym, bevorzugt kleiner 10 ym, insbesondere auch kleiner 7ym, wobei auch Metallteilchen kleiner lym, insbesondere auch Na- noteilchen im Bereich 1 bis 500nm, bevorzugt 10 bis 300nm eingesetzt werden. Sinterpasten werden beispielsweise unter uniaxialem Druck, beispielsweise bei einem Druck von >10Mpa, als „low pressure" Sinterpaste bei geringem Druck von ca. 5MPa oder drucklos bei Temperaturen ab 200 °C verarbeitet. Für die Aufbau- und Ver- bindungstechnik können damit stabile Verbünde mit hoher elektrischer und thermischer Leitfähigkeit (>100W/mK) und hohen Verbundfestigkeiten bei 200 °C für Hochtemperaturanwendungen in der Elektronik realisiert werden. Der thermische Ausdehnungskoeffizient (CTE coefficient ther¬ mal expansion) kommerzieller Ag-Sinterpasten im Bulk hat üblicherweise ungefähr den Wert des metallischen Silbers von 19 ppm/K. Der Ausdehnungskoeffizient kann nur unwesentlich durch den Ag-Gehalt der Sinterpasten, der Ag-Partikelgröße/- Verteilung, durch Variation der p, , t-Sinterbedingungen und/oder durch die Wahl der verwendeten Lösungsmittel beein- flusst werden.
Durch die Zugabe von Diamant- (1,0 ppm/K), SiC- (4,4 ppm/K), TiC- (7, 5 bis 8,5 ppm/K), BN- (2-4 ppm/K) oder Si-Partikeln
(3,0 ppm/K) kann der CTE einer Silbersinterpaste in begrenzter Weise herabgesetzt werden. Andererseits führt die Zugabe bereits geringer Quarzpartikelmengen („fused silica", d50 2,1 ym) von 10 % zu inakzeptabel starker Abnahme der Verbundfes- tigkeit.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient gesinterter Silberschichten aus Sinterpasten von unterschiedlichen Firmen durch die Zugabe einer ungesättigten Fettsäure, wie beispielsweise der Ölsäure und/oder einem Ester wie dem bei Raumtemperatur flüssigen Ethylstearat , in weiten Grenzen variiert werden kann.
Durch die Zugabe einer ungesättigten Fettsäure oder einer Mi- schung einer oder mehrerer ungesättigter Fettsäuren wird der CTE von Silbersinterschichten aus Silbersinterpasten in
Elektronik-Verbünden deutlich gesenkt oder erhöht bzw. kann an die CTE der Verbundpartner angepasst werden, um die Bau- teil-Zuverlässigkeit sowie die Lebensdauer damit hergestell¬ ter Produkte zu erhöhen.
Die Verarbeitbarkeit der Sinterpaste wird durch die Zugabe der Ölsäure nicht oder nur unwesentlich verändert.
Die Zugabe einer Fettsäure wie der Ölsäure zur Sinterpaste bewirkt im IR-Spektrum der Sinterpaste ein Peak im Bereich zwischen 1708cm-1 und 1712cm"1 (siehe Figurl) . In Figur 1 er- kennt man zwei IR-Spektren ein oberes Spektrum der Silber- Sinterpaste Nr. 1 von Heraeus® aus Tabelle 1 und darunter liegend das Spektrum der gleichen Silber-Sinterpaste nach Zu¬ gabe von 1 Gew% Ölsäure gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, Paste Nr. 4 aus Tabelle 1.
Tabelle 1 zeigt das thermische Ausdehnungsverhalten verschie¬ dener Proben, wobei Silber-Sinterpasten der Hersteller
Heraeus, Senju, DuPont und Dowa mit verschiedenen Silberge¬ halten getestet wurden. Den kommerziell erhältlichen Silber- Sinterpasten wurden verschiedene Mengen an Gew% Ölsäure zugesetzt. Die Verarbeitungsbedingungen und der resultierende CTE werden angegeben.
Die hier eingesetzte Ölsäure ist eine einfach ungesättigte Fettsäure mit einem Molekulargewicht von 282,52 g/mol. Hier wurde technische Ölsäure 90%ig von ABCR-Chemie (CAS#112-80- l)mit folgenden physikalischen Eigenschaften verwendet: Dichte 0,891 g/mol; Schmelzpunkt 13°C; Siedepunkt 286°C und
Flammpunkt 110 °C.
Im Detail wurden Silbersinterpasten der angegebenen Lieferanten mit technischer Ölsäure versetzt in den angegebenen Gewichtsprozenten, wobei den jeweiligen Silber-Gehalten der Ausgangspaste der Gehalt an zugesetzter Ölsäure abgezogen wurde. Die TMA (Thermomechanische Analyse) zur Ermittlung des CTE (coefficient of thermal expansion) mit TA-Instruments TMA Q400: -60°C bis 265°C, 3K/min, He. Bei allen Proben ist klar zu erkennen, dass die Zugabe der Ölsäure eine deutliche Verschiebung des CTE bewirkt.
Figure imgf000010_0001
α α α ■H α α
■H ■H B ■H ■H
B e e e o o o o o
+
+ + + +
o o o o o o o o o o ο O O O o o o O O O o o
O O O o o
o o o o o o o
: ' :
o
c ί
4-> 4-> 4->
α α α
o o o m
o o
Q Q Q Q Q Es ist aus Tabelle 1 klar ersichtlich, dass der CTE durch die Zugabe der Ölsäure gesenkt werden kann. Dabei ist es möglich, dass bei manchen Sinterpasten ein Schwellenwert überschritten werden muss, vor eine Änderung des CTE eintritt.
Tabelle 2 zeigt Reaktivitätsuntersuchungen der aus Tabelle 1 bekannten Proben handelsüblicher Sinterpasten mit und ohne Ölsäurezugabe . Die TGA (Thermogravimetrische Analyse) und DTA (Differentialthermoanalyse) sind numerisch wiedergegeben. Der jeweilige exotherme DTA-Wärmeinhalt wurde als Fläche unter der Kurve zusammen mit den jeweiligen Masseverlusten Am bei der Reaktion angegeben. Beginn und Ende markieren die exotherme Reaktion und Peaks sind die jeweiligen Maxima im DTA- Graphen. Die gekoppelten TGA/DTA-Untersuchungen wurden an ei- nem Seiko EXSTAR6000 -Gerät durchgeführt. RT bis 120°C mit 10K/min + 60 min 120°C, dann 3K/min bis 440°C (Luft) .
Tabelle 2:
Figure imgf000013_0001
Die Figuren 2 bis 16 zeigen die Reaktivitätsuntersuchungen TGA/DTA zu den in Figur 1 angegebenen Proben. Dabei ist immer die Nummer der Figur um eins höher als die Probennummer, beispielsweise ist in Figur 10 die Graphik der Paste #9 gezeigt.
Durch die Zugabe der ungesättigten Fettsäure verändert sich das Sinterverhalten. In den gezeigten TGA/DTA-Diagrammen gibt die rote Linie die Reaktivität und die grüne Linie den Ge¬ wichtsverlust während der Sinterung wieder.
Zu erkennen ist, dass jede der Pasten charakteristische Kur¬ ven ergibt. Insbesondere die peaks der roten Kurven verschie¬ ben sich bei der Zugabe ungesättigter Fettsäure. Figur 17 zeigt eine vergleichende Haftfestigkeitsuntersu¬ chung. Verglichen werden hier Mittelwerte aus jeweils 10 IFX- Widerständen mit Silber-Metallisierung mittels Sinterschichtenerzeugung durch Sinterpasten. Die jeweils linken Säulen eines Säulenpaars geben die Werte der Sinterpasten nach dem Stand der Technik wieder (Paste #1 aus Tabelle 1) und die rechten Säulen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung (Paste #4 aus Tabelle 1) . Zu erkennen ist, dass keine Beeinträchti¬ gung der Haftung bei 1% Olsäurezugabe auftritt. Auch durch REM-Morphologiebetrachtungen konnte nachgewiesen werden, dass durch Zugabe von Ölsäure die Morphologie der Sinterpaste verändert wird. Insbesondere konnte eine merkli¬ che Verdichtung der Sinterpaste bis hin zur Umorientierung der Partikel in REM-Aufnahmen nachgewiesen werden. Zum Teil entstehen durch Olsäurezugabe kugelförmige Pulverfraktionen (Paste Nr. 13) aus einer kommerziell erhältlichen Silbersinterpaste wie beispielsweise der Paste Nr. 11. Es konnte da¬ durch nachgewiesen werden, dass durch die Olsäurezugabe die Orientierung der Partikel in der Sinterpaste bei gleichblei- bend guten Haftungseigenschaften verändert wird. Möglicherweise kann das durch geordnetere Strukturen der Partikel durch langkettige Fettsäuren erklärt werden. Durch die Änderung und/oder Beeinflussung der MikroStrukturen in der Sinterpaste können teilweise strukturell beeinflussbare Eigenschaften der Sinterpaste wie E-Modul, CTE, Leitfähigkeit etc. zielgerichtet beeinflusst werden.
Ab 200 °C bis 240°C werden die Verbünde hergestellt. Die Ver¬ bünde haben selbst bei 260°C Verbundfestigkeiten gemessen als Scherkraft im Mega Pascal Bereich. Bei der vorliegenden Erfindung werden erstmals Sinterpasten, insbesondere Silbersinterpasten vorgestellt, deren CTE anpassbar ist. Dies wird durch die Zugabe unterschiedlicher Mengen an ungesättigter Fettsäure, insbesondere an Ölsäure, erreicht. An 5 unterschiedlichen, kommerziell erhältlichen Silbersinterpasten wurde der Einfluss von Ölsäure auf die CTE der Sinterpasten untersucht. Die Ölsäurezugabe wurde mittels FTIR/ATR in der Paste nachgewiesen und könnte weiter durch GC/MS Studien untersucht werden. Scherfestigkeitsuntersuchungen zeigen, dass die Verbundfestigkeit nicht beeinträchtigt wird. TGA (Thermogravimetrische Untersuchung) /DTA (Differenzi- althermoanalyse) -Messungen zeigen einen deutlichen Ölsäure- einfluss auf das reaktive Verhalten im Sinterprozess auf. REM-Aufnahmen (Röntgenelektronenmikroskopie) weisen auf deut¬ lich dichtere Strukturen mit feineren und gleichmäßigeren Strukturen nach dem Sintern an Luft unter vergleichbaren T-t- (Temperatur-Zeit ) Bedingungen nach Ölsäurezugabe hin. Bei den Pasten #12 und #13 werden nahezu kugelförmige Silberpartikel im ym-Bereich und enger Verteilung erhalten. Die hier erstmals gelungene Anpassung des thermischen Ausdehnungsverhaltens gesinterter Silberschichten ist einfach und kostengünstig für wirtschaftliche Prozesse mit Großserienfer¬ tigungspotenzial umsetzbar. Die Erfindung betrifft eine sinterbare Mischung für Leis¬ tungselektronik, insbesondere eine zur Ausbildung von Sinterschichten als Verbindungsmaterialien im Automobil-, Beleuch- tungs-, Energie-, Transport- und Medizintechnikbereich, sowie in der Antriebstechnik. Die Erfindung zeigt Sinterpasten mit anpassbarem thermischem Ausdehnungskoeffizienten. Die Anpassung erfolgt durch Zugabe verschiedener Mengen und/oder verschiedener Arten von ungesättigten Fettsäuren.

Claims

Patentansprüche
1. Sinterpaste, enthaltend Metallteilchen in einer Menge von (70-x) Gew% bis (95-x) Gew% und Sinterhilfsmittel im einer Menge von (5-y) Gew% bis (30-y) , mit einer Viskosität im Be¬ reich zwischen 10 000 mPa*s bis 100 000 mPa*s, wobei der Sin¬ terpaste zumindest eine ungesättigte Fettsäure in einer Menge z = x+y, die Werte von 0,1 Gew % bis 7 Gew% annehmen kann, zugesetzt ist.
2. Sinterpaste nach Anspruch 1, wobei die ungesättigte Fett¬ säure eine einfach oder mehrfach ungesättigte Fettsäure oder eine Mischung aus mehreren einfach und/oder mehrfach ungesättigten Fettsäuren ist.
3. Sinterpaste nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die ungesättigte Fettsäure an der Doppelbindung eine „Cis" Stel¬ lung der organischen Reste aufweist.
4. Sinterpaste nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die ungesättigte Fettsäure angrenzend an zumindest eine Doppel¬ bindung jeweils gleich lange Alkylreste aufweist.
5. Sinterpaste nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die ungesättigte Fettsäure eine Anzahl an Kohlenstoffatomen aufweist, die im Bereich von 12 bis 24 C-Atomen liegt.
6. Sinterpaste nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine ungesättigte Fettsäure mit linearem Aufbau mit oder ohne Alkylverzweigung zugesetzt ist.
7. Sinterpaste nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die ungesättigte Fettsäure bei Raumtemperatur flüssig vor¬ liegt .
8. Sinterpaste nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die ungesättigte Fettsäure als Schmelze vorliegt.
9. Sinterpaste nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Fettsäure in einer Reinheit von 70% bis 97% vorliegt.
10. Sinterpaste nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Fettsäure Ölsäure ist.
11. Sinterpaste nach Anspruch 10, wobei die Ölsäure als tech¬ nische Ölsäure mit einer Reinheit von 90% vorliegt.
12. Verbund aus einem Kunststoffbauteil und einer metalli¬ schen Leiterbahn und/oder einem sonstigen metallischen Modul, der mit einer Sinterpaste nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt ist.
13. Produkt aus der Elektronik und/oder Leistungselektronik, in dem eine Sinterpaste nach einem der Ansprüche 1 bis 11 verarbeitet ist.
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