DE102024201314A1 - Device and method for activating a reactive multilayer system, manufacturing arrangement and method for producing a component - Google Patents
Device and method for activating a reactive multilayer system, manufacturing arrangement and method for producing a componentInfo
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Abstract
Eine Vorrichtung (110) zum Aktivieren eines reaktive Multischicht-Systems (108) umfasst einen Kondensator (120), eine Ladeeinrichtung (122) zum Bereitstellen einer Ladespannung, ein Kontaktelement (124) zum Anlegen eines Spannungspotentials einer Aktivierungsspannung zum Aktiveren des reaktive Multischicht-Systems (108) an einen das reaktive Multischicht-System (108) umfassenden Stapel (102), und eine Schalteinrichtung (128) mit einer ersten Schaltstellung zum Verbinden eines Anschlusses (132) des Kondensators (120) mit der Ladeeinrichtung (122) oder mit dem Kontaktelement (124), um das Spannungspotential der Aktivierungsspannung an das Kontaktelement (124) bereitzustellen.A device (110) for activating a reactive multilayer system (108) comprises a capacitor (120), a charging device (122) for providing a charging voltage, a contact element (124) for applying a voltage potential of an activation voltage for activating the reactive multilayer system (108) to a stack (102) comprising the reactive multilayer system (108), and a switching device (128) with a first switching position for connecting a terminal (132) of the capacitor (120) to the charging device (122) or to the contact element (124) in order to provide the voltage potential of the activation voltage to the contact element (124).
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aktivieren eines reaktive Multischicht-Systems, eine Fertigungsanordnung und ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils.The present invention relates to a device and a method for activating a reactive multilayer system, a manufacturing arrangement and a method for producing a component.
Ein reaktives Multischicht-System, beispielsweise eine reaktive Mehrschichtfolie (RMS) kann zum Verbinden von Elementen verwendet werden.A reactive multilayer system, such as a reactive multilayer film (RMS), can be used to bond elements.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Aktivieren eines reaktive Multischicht-Systems, eine verbesserte Fertigungsanordnung und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Bauteils gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, the present invention provides an improved device and an improved method for activating a reactive multilayer system, an improved manufacturing arrangement, and an improved method for producing a component according to the main claims. Advantageous embodiments emerge from the subclaims and the following description.
Für eine Aktivierung eines reaktiven Multischicht-Systems erforderliche Energie kann in Form von elektrischer Energie bereitgestellt werden. Vorteilhafterweise kann die elektrische Energie unter Verwendung eines Kondensators bereitgestellt werden.The energy required to activate a reactive multilayer system can be provided in the form of electrical energy. Advantageously, the electrical energy can be provided using a capacitor.
Eine Vorrichtung zum Aktivieren eines reaktive Multischicht-Systems in einem Stapel aus einem ersten Bauelement, einem zweiten Bauelement und dem reaktiven Multischicht-System, wobei das reaktive Multischicht-System zwischen dem ersten Bauelement und dem zweiten Bauelement angeordnet ist und ausgeformt ist, um ansprechend auf das Aktivieren eine mechanische und elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem ersten Bauelement und dem zweiten Bauelement zu bewirken, weist die folgenden Merkmale auf:
- einen Kondensator;
- eine Ladeeinrichtung mit einem Ladekontakt zum Bereitstellen einer Ladespannung;
- ein Kontaktelement zum Anlegen eines Spannungspotentials einer Aktivierungsspannung zum Aktiveren des reaktive Multischicht-Systems an den Stapel;
- eine Schalteinrichtung mit einer ersten Schaltstellung zum schaltbaren Verbinden eines Anschlusses des Kondensators mit dem Ladekontakt, um den Kondensator unter Verwendung der Ladespannung auf die Aktivierungsspannung aufzuladen, und mit einer zweiten Schaltstellung zum schaltbaren Verbinden des Anschlusses des Kondensators mit dem Kontaktelement, um das Spannungspotential der Aktivierungsspannung an das Kontaktelement bereitzustellen.
- a capacitor;
- a charging device with a charging contact for providing a charging voltage;
- a contact element for applying a voltage potential of an activation voltage to activate the reactive multilayer system to the stack;
- a switching device having a first switching position for switchably connecting a terminal of the capacitor to the charging contact in order to charge the capacitor to the activation voltage using the charging voltage, and having a second switching position for switchably connecting the terminal of the capacitor to the contact element in order to provide the voltage potential of the activation voltage to the contact element.
Das Bauteil kann ein Zusammenschluss von Komponenten sein. Dabei kann das erste Bauelement ein elektronisches Bauelement oder ein Sensor sein. Beispielsweise kann das erste Bauelement ein Halbleiterbauelement oder Leistungshalbleiterbauelement, ein Chip oder ein Wafer sein. Beispielsweise kann das Bauelement als Transistor oder Diode oder als ein Kraftsensor ausgeführt sein. Das zweite Bauelement kann ein Träger für das erste Bauelement sein. Beispielsweise kann das zweite Bauelement ein Träger für elektronische Bauelemente, beispielsweise eine Leiterplatte oder ein Substrat sein, beispielsweise ein Kupfersubstrat oder Keramiksubstrat. Auch kann das zweite Bauelement ein Maschinenelement sein, beispielsweise ein Verbindungselement oder ein Element zur Übertragung von Kräften oder Bewegungen, beispielsweise eine Welle. Das reaktive Multischicht-System kann eine reaktive Mehrschichtfolie, kurz RMS, sein, die sofortige Wärme für eine Vielzahl von Anwendungen in vielen Branchen liefern kann. Das reaktive Multischicht-System kann durch Aufdampfen von Tausenden von sich abwechselnden nanoskaligen Schichten, beispielsweise aus Aluminium und Nickel, hergestellt sein. Das reaktive Multischicht-System kann als Folie zwischen den Bauelementen angeordnet werden, oder reaktive-Schichten umfassen, die zum Ausformen des reaktiven Multischicht-Systems nacheinander direkt auf eines der Bauelemente oder auf beide Bauelemente aufgebracht worden sind. Somit können die Bauelemente und das reaktive Multischicht-System als vorab zusammengefügter Stapel oder als zu stapelnde Einzelteile bereitgestellt werden. Die zur Aktivierung verwendete elektrische Energie kann unter Verwendung des Kondensators zwischengespeichert und unter Verwendung des Kontaktelements auf den Stapel übertragen werden. Die Aktivierung kann auch als Zündung des reaktiven Multischicht-Systems bezeichnet werden. Dabei kann die Aktivierungsspannung so an den Stapel angelegt werden, dass der durch die Aktivierungsspannung bewirkte Stromfluss über zumindest eines der Bauelemente in das reaktive Multischicht-System eingeleitet oder ausgeleitet wird oder ausschließlich durch das reaktive Multischicht-System fließt. Dabei kann eine Größe der Aktivierungsspannung so gewählt werden, dass mittels des Stromflusses im Bereich des reaktiven Multischicht-Systems ausreichend thermische Energie generiert wird, um eine zur Aktivierung des reaktiven Multischicht-Systems erforderliche Temperatur zu erreichen. Das Spannungspotential der Aktivierungsspannung kann unter Verwendung des Kontaktelements beispielsweise an eines der Bauteile oder an das reaktive Multischicht-System angelegt werden. Dazu kann das Kontaktelement den Stapel berühren oder beabstandet zu dem Stapel sein, wodurch Zündfunke überschlagen kann. Die durch die Aktivierung des reaktiven Multischicht-Systems realisierbare mechanische und elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem ersten Bauelement und dem zweiten Bauelement kann eine stoffschlüssige Verbindung darstellen, die beispielsweise auch als Mehrschichtbondverbindung bezeichnet werden kann oder durch Mehrschichtbonden realisiert sein kann.The component can be an assembly of components. The first component can be an electronic component or a sensor. For example, the first component can be a semiconductor component or power semiconductor component, a chip, or a wafer. For example, the component can be embodied as a transistor, diode, or force sensor. The second component can be a carrier for the first component. For example, the second component can be a carrier for electronic components, such as a circuit board, or a substrate, such as a copper or ceramic substrate. The second component can also be a machine element, such as a connecting element or an element for transmitting forces or movements, such as a shaft. The reactive multilayer system can be a reactive multilayer film, or RMS for short, which can provide instantaneous heat for a variety of applications in many industries. The reactive multilayer system can be produced by vapor deposition of thousands of alternating nanoscale layers, for example, made of aluminum and nickel. The reactive multilayer system can be arranged as a film between the components, or it can comprise reactive layers that have been applied successively directly to one of the components or to both components to form the reactive multilayer system. Thus, the components and the reactive multilayer system can be provided as a pre-assembled stack or as individual parts to be stacked. The electrical energy used for activation can be temporarily stored using the capacitor and transferred to the stack using the contact element. Activation can also be referred to as ignition of the reactive multilayer system. The activation voltage can be applied to the stack in such a way that the current flow caused by the activation voltage is introduced into or discharged from the reactive multilayer system via at least one of the components, or flows exclusively through the reactive multilayer system. The magnitude of the activation voltage can be selected such that the current flow in the region of the reactive multilayer system generates sufficient thermal energy to reach a temperature required to activate the reactive multilayer system. The voltage potential of the activation voltage can be applied, for example, to one of the components or to the reactive multilayer system using the contact element. For this purpose, the contact element can touch the stack or be spaced from the stack, allowing ignition sparks to arc over. The mechanical and electrically conductive connection achieved by activating the reactive multilayer system between the first component and the second component can represent a material connection, which can also be referred to as a multilayer bond connection or can be realized by multilayer bonding.
Als Kondensator kann ein handelsüblicher Kondensator eingesetzt werden, der geeignet ist, um die Aktivierungsspannung schnell bereitzustellen. Die Ladeeinrichtung kann eine geeignete Spannungsquelle zum Generieren der Ladespannung aufweisen. Beispielsweise kann die Ladeeinrichtung eine Reihenschaltung aus einer Spannungsquelle und einem Widerstand umfassen. Das Kontaktelement kann als eine elektrische Kontaktspitze ausgeformt sein. Eine solche Kontaktspitze ermöglicht die Kontaktierung von sehr klein ausgeführten Kontaktflächen. Zudem kann auf spezielle Verbindungselemente, beispielsweise Stecker, aufseiten des Stapels verzichtet werden. Die Schalteinrichtung kann ein geeignetes Schaltelement, beispielsweise einen Transistor aufweisen. Durch eine geeignete Ansteuerung der Schalteinrichtung kann der Kondensator zunächst geladen werden und anschließend elektrisch leitfähig mit dem Stapel verbunden werden, um das reaktiven Multischicht-System zu aktivieren.A commercially available capacitor suitable for quickly providing the activation voltage can be used as the capacitor. The charging device can have a suitable voltage source for generating the charging voltage. For example, the charging device can comprise a series circuit consisting of a voltage source and a resistor. The contact element can be shaped as an electrical contact tip. Such a contact tip enables contacting of very small contact surfaces. Furthermore, special connecting elements, such as plugs, on the stack side can be dispensed with. The switching device can have a suitable switching element, such as a transistor. By appropriately controlling the switching device, the capacitor can first be charged and then electrically connected to the stack in order to activate the reactive multilayer system.
Die Ladeeinrichtung kann ausgebildet sein, um die Ladespannung als eine Hochspannung bereitzustellen. Beispielsweise kann die Ladespannung mehr als 1kV betragen. Dadurch kann eine sichere und schnelle Aktivierung des reaktiven Multischicht-Systems erreicht werden.The charging device can be configured to provide the charging voltage as a high voltage. For example, the charging voltage can be more than 1 kV. This allows for safe and rapid activation of the reactive multilayer system.
Die Vorrichtung kann eine Steuereinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, um in einem Vorbereitungsmodus ein erstes Schaltsignal an die Schalteinrichtung bereitzustellen, um die Schalteinrichtung in die erste Schaltstellung zu überführen und in einem Aktivierungsmodus ein zweites Schaltsignal an die Schalteinrichtung bereitzustellen, um die Schalteinrichtung in die zweite Schaltstellung zu überführen. Auf diese Weise kann eine Aufladung des Kondensators und eine anschließende Aktivierung des reaktiven Multischicht-Systems automatisiert durchgeführt werden.The device may comprise a control device configured to provide a first switching signal to the switching device in a preparation mode to transfer the switching device to the first switching position, and to provide a second switching signal to the switching device in an activation mode to transfer the switching device to the second switching position. In this way, charging of the capacitor and subsequent activation of the reactive multilayer system can be carried out automatically.
Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein, um das zweite Schaltsignal nur kurzzeitig oder gepulst an die Schalteinrichtung bereitzustellen, um die Schalteinrichtung nur kurzzeitig oder gepulst in die zweite Schaltstellung zu überführen. Dadurch kann das Spannungspotential der Aktivierungsspannung nur kurzzeitig oder gepulst an das Kontaktelement bereitgestellt werden. Dies ermöglicht eine Aktivierung des reaktiven Multischicht-Systems durch einen definierten Hochspannungsimpuls. Kurzzeitig kann beispielsweise eine Zeitdauer von weniger als 10 µs, weniger als 10 ms oder weniger als 1 s bedeuten.The control device can be configured to provide the second switching signal to the switching device only briefly or in a pulsed manner, in order to transfer the switching device to the second switching position only briefly or in a pulsed manner. As a result, the voltage potential of the activation voltage can be provided to the contact element only briefly or in a pulsed manner. This enables activation of the reactive multilayer system by a defined high-voltage pulse. "Shortly" can, for example, mean a period of less than 10 µs, less than 10 ms, or less than 1 s.
Die Vorrichtung kann eine Verfahreinrichtung zum Verfahren des Kontaktelements aufweisen. Die Verfahreinrichtung kann ein Annähern und Entfernen des Kontaktelements von dem Stapel ermöglichen. Wenn das Kontaktelement vorab bereits mit einem der Bauteile verbunden ist, kann die Verfahreinrichtung verwendet werden, um das Kontaktelement zusammen mit dem verbundenen Bauteil zu verfahren, beispielsweise an das reaktiven Multischicht-System annähern. Dadurch können Elemente des Stapels zunächst bereitgestellt werden und anschließend kann das Kontaktelement zum Aktiveren des reaktiven Multischicht-Systems geeignet positioniert werden.The device can comprise a displacement device for displacing the contact element. The displacement device can enable the contact element to be moved toward and away from the stack. If the contact element is already connected to one of the components, the displacement device can be used to move the contact element together with the connected component, for example, to approach the reactive multilayer system. This allows elements of the stack to be provided first, and then the contact element can be suitably positioned to activate the reactive multilayer system.
In diesem Fall kann die Steuereinrichtung ausgebildet sein, um in dem Aktivierungsmodus ein Annäherungssignal an die Verfahreinrichtung bereitzustellen, um das Kontaktelement zu bewegen, beispielsweise an das reaktive Multischicht-System oder zumindest einen Bestandteil des zu verbindenden Stapels anzunähern. Auf diese Weise kann eine Annäherung des Kontaktelements mit der Aktivierung synchronisiert werden.In this case, the control device can be configured to provide an approach signal to the displacement device in the activation mode to move the contact element, for example, to the reactive multilayer system or at least a component of the stack to be connected. In this way, the approach of the contact element can be synchronized with the activation.
Die Vorrichtung kann ein weiteres Kontaktelement zum Anlegen eines weiteren Spannungspotentials der Aktivierungsspannung an den Stapel umfassen. Über den Kondensator, die beiden Kontaktelemente und das reaktive Multischicht-System kann während der Aktivierung des reaktiven Multischicht-Systems ein Stromkreis geschlossen werden. Das weitere Kontaktelement kann entsprechend dem Kontaktelement ausgeführt sein. Das weitere Kontaktelement kann beispielsweise verwendet werden, um das reaktive Multischicht-System oder eines der Bauelemente zu kontaktieren. Beispielsweise kann über das weitere Kontaktelement ein Massepotential an den Stapel angelegt werden.The device can comprise a further contact element for applying a further voltage potential of the activation voltage to the stack. A circuit can be closed via the capacitor, the two contact elements, and the reactive multilayer system during activation of the reactive multilayer system. The further contact element can be designed in accordance with the contact element. The further contact element can be used, for example, to contact the reactive multilayer system or one of the components. For example, a ground potential can be applied to the stack via the further contact element.
Die Ladeeinrichtung und ein weiterer Anschluss des Kondensators können beide mit dem weiteren Kontaktelement verbunden sein. Dies ermöglicht einen einfachen Aufbau der Ladeeinrichtung.The charging device and another terminal of the capacitor can both be connected to the additional contact element. This allows for a simple design of the charging device.
Alternativ kann die Vorrichtung eine weitere Schalteinrichtung aufweisen. In einer weiteren ersten Schaltstellung kann die weitere Schalteinrichtung zum Verbinden eines weiteren Anschlusses des Kondensators mit einem weiteren Ladekontakt der Ladeeinrichtung verwendet werden. Dadurch kann der Kondensator unter Verwendung der Ladespannung auf die Aktivierungsspannung aufgeladen werden. In einer weiteren zweiten Schaltstellung kann die weitere Schalteinrichtung zum Verbinden des weiteren Anschlusses des Kondensators mit dem weiteren Kontaktelement verwendet werden. Dadurch kann das weitere Spannungspotential der Aktivierungsspannung an das weitere Kontaktelement bereitgestellt werden. Die weitere Schalteinrichtung ermöglicht eine galvanische Trennung zwischen der Ladeeinrichtung und dem Stapel.Alternatively, the device may comprise a further switching device. In a further first switching position, the further switching device may be used to connect a further terminal of the capacitor to a further charging contact of the charging device. As a result, the capacitor may be charged to the activation voltage using the charging voltage. In a further second switching position, the further switching device may be used to connect the A further connection of the capacitor to the additional contact element can be used. This allows the additional voltage potential of the activation voltage to be provided to the additional contact element. The additional switching device enables galvanic isolation between the charging device and the stack.
Eine Fertigungsanordnung zum Fertigen eines Bauteils weist die folgenden Merkmale auf:
- einen Stapel aus einem ersten Bauelement, einem zweiten Bauelement und einem reaktiven Multischicht-System, wobei das reaktive Multischicht-System zwischen dem ersten Bauelement und dem zweiten Bauelement angeordnet ist und ausgeformt ist, um ansprechend auf eine Aktivierung eine mechanische und elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem ersten Bauelement und dem zweiten Bauelement zu bewirken; und
- einer genannten Vorrichtung zum Aktivieren des reaktive Multischicht-Systems.
- a stack of a first component, a second component, and a reactive multilayer system, wherein the reactive multilayer system is arranged between the first component and the second component and is shaped to effect a mechanical and electrically conductive connection between the first component and the second component in response to activation; and
- a device for activating the reactive multilayer system.
Vorteilhafterweise kann die Vorrichtung verwendet werden, um einen bereitgestellten Stapel aus Bauelementen unter Verwendung eines zwischengelagerten reaktiven Multischicht-System zu verbinden. Je nach Ausführungsform kann das Kontaktelement der Vorrichtung vor der Aktivierung des reaktiven Multischicht-Systems bereits eines der Bauelemente oder das reaktive Multischicht-System kontaktieren oder aber beabstandet zu den Elementen des Stapels angeordnet sein.Advantageously, the device can be used to connect a provided stack of components using an intermediately disposed reactive multilayer system. Depending on the embodiment, the contact element of the device can already contact one of the components or the reactive multilayer system before the reactive multilayer system is activated, or it can be arranged at a distance from the elements of the stack.
Je nach Ausführungsform kann das Kontaktelement somit ausgeformt sein, um das Spannungspotential der Aktivierungsspannung an das erste Bauelement oder das zweite Bauelement oder das reaktive Multischicht-System anzulegen. Wenn eines der Bauelemente elektrisch leitfähig ausgeformt ist, kann ein Stromkreis zum Aktivieren des reaktiven Multischicht-Systems über dieses Bauelement geschlossen werden.Depending on the embodiment, the contact element can thus be shaped to apply the voltage potential of the activation voltage to the first component or the second component or the reactive multilayer system. If one of the components is electrically conductive, an electrical circuit for activating the reactive multilayer system can be closed via this component.
Ein Verfahren zum Aktivieren eines reaktive Multischicht-Systems in einem Stapel aus einem ersten Bauelement, einem zweiten Bauelement und dem reaktiven Multischicht-System, wobei das reaktive Multischicht-System zwischen dem ersten Bauelement und dem zweiten Bauelement angeordnet ist und ausgeformt ist, um ansprechend auf das Aktivieren eine mechanische und elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem ersten Bauelement und dem zweiten Bauelement zu bewirken, umfasst die folgenden Schritte:
- Verbinden eines Anschlusses eines Kondensators mit einem Ladekontakt einer Ladeeinrichtung zum Bereitstellen einer Ladespannung, um den Kondensator unter Verwendung der Ladespannung auf eine Aktivierungsspannung aufzuladen; und
- Verbinden des Anschlusses des Kondensators mit einem Kontaktelement zum Anlegen eines Spannungspotentials der Aktivierungsspannung an den Stapel, um das reaktive Multischicht-Systems zu aktivieren.
- Auf diese Weise kann der Kondensator zunächst aufgeladen werden. Anschließend kann die gespeicherte Energie zum Aktivieren des reaktiven Multischicht-Systems verwendet werden.
- Connecting a terminal of a capacitor to a charging contact of a charging device for providing a charging voltage to charge the capacitor to an activation voltage using the charging voltage; and
- Connecting the terminal of the capacitor to a contact element for applying a voltage potential of the activation voltage to the stack to activate the reactive multilayer system.
- In this way, the capacitor can first be charged. The stored energy can then be used to activate the reactive multilayer system.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils umfasst die folgenden Schritte:
- Bereitstellen eines Stapels aus einem ersten Bauelement, einem zweiten Bauelement und einem reaktiven Multischicht-System, wobei das reaktive Multischicht-System zwischen dem ersten Bauelement und dem zweiten Bauelement angeordnet ist und ausgeformt ist, um ansprechend auf eine Aktivierung eine mechanische und elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem ersten Bauelement und dem zweiten Bauelement zu bewirken; und
- Verbinden eines Anschlusses eines Kondensators mit einem Ladekontakt einer Ladeeinrichtung zum Bereitstellen einer Ladespannung, um den Kondensator unter Verwendung der Ladespannung auf eine Aktivierungsspannung aufzuladen; und
- Verbinden des Anschlusses des Kondensators mit einem Kontaktelement zum Anlegen eines Spannungspotentials der Aktivierungsspannung an den Stapel, um das reaktive Multischicht-Systems zu aktivieren.
- Providing a stack of a first component, a second component, and a reactive multilayer system, wherein the reactive multilayer system is arranged between the first component and the second component and is shaped to effect a mechanical and electrically conductive connection between the first component and the second component in response to activation; and
- Connecting a terminal of a capacitor to a charging contact of a charging device for providing a charging voltage to charge the capacitor to an activation voltage using the charging voltage; and
- Connecting the terminal of the capacitor to a contact element for applying a voltage potential of the activation voltage to the stack to activate the reactive multilayer system.
Je nach Ausführungsform kann das Kontaktelement zeitlich vor, gleichzeitig oder zeitlich nach dem Verbinden des Anschlusses des Kondensators mit einem Kontaktelement mit einem Element des Stapels verbunden werden.Depending on the embodiment, the contact element can be connected to an element of the stack before, at the same time or after the connection of the capacitor terminal to a contact element.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fertigungsanordnung; -
2 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fertigungsanordnung; -
3 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fertigungsanordnung; -
4 eine Darstellung einer Aktivierung eines Ausführungsbeispiels eines reaktiven Multischicht-Systems; -
5 eine schematische Darstellung eines Bauteils; und -
6 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen eines Bauteils.
-
1 a representation of an embodiment of a manufacturing arrangement; -
2 a representation of an embodiment of a manufacturing arrangement; -
3 a representation of an embodiment of a manufacturing arrangement; -
4 a representation of an activation of an embodiment of a reactive multilayer system; -
5 a schematic representation of a component; and -
6 a flow diagram of an embodiment of a method for producing a component.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of preferred embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and having a similar effect, whereby a repeated description of these elements is omitted.
Die Ausformung und Anordnung der Bauelemente 104, 106 ist nur beispielhaft gewählt und kann hier und in den anhand der folgenden Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen auch vertauscht sein, sodass beispielsweise das untere der in
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das erste Bauelement 104 ein elektronisches Bauelement, beispielsweise ein Halbleiterbauelement, und das zweite Bauelement 106 ist ein Träger für das erste Bauelement 104. Beispielsweise ist das zweite Bauelement 106 eine Leiterplatte oder ein Substrat, beispielsweise ein Kupfersubstrat. Beispielsweise ist das erste Bauelement 104 ein Chip, lediglich beispielhaft ein Transistor oder eine Diode. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist zumindest ein elektrischer Anschluss des ersten Bauelements 104 nach einer Zündung des reaktiven Multischicht-Systems 108 dauerhaft elektrisch und mechanisch mit einem elektrischen Kontakt des zweiten Bauelements 106 verbunden.According to one embodiment, the first component 104 is an electronic component, for example a semiconductor component, and the second component 106 is a carrier for the first component 104. For example, the second component 106 is a circuit board or a substrate, for example a copper substrate. For example, the first component 104 is a chip, merely by way of example a transistor or a diode. According to one embodiment, at least one electrical connection of the first component 104 is permanently electrically and mechanically connected to an electrical contact of the second component 106 after ignition of the reactive multilayer system 108.
Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das erste Bauelement 104 ein Sensor und das zweite Bauelement 106 ein Maschinenelement, beispielsweise eine Welle für einen elektrischen Antrieb oder ein Getriebe. Beispielsweise ist das erste Bauelement 104 ein Kraftsensor, der nach einer Zündung des reaktiven Multischicht-Systems 108 fest mit dem zweiten Bauelement 106 verbunden ist, um eine Verformung des zweiten Bauelements 106 zu erfassen.According to an alternative embodiment, the first component 104 is a sensor, and the second component 106 is a machine element, for example, a shaft for an electric drive or a transmission. For example, the first component 104 is a force sensor that is firmly connected to the second component 106 after the reactive multilayer system 108 is triggered in order to detect a deformation of the second component 106.
Das reaktive Multischicht-System 108 weist gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von sich abwechselnden nanoskaligen Schichten auf, und ist ausgebildet, um ansprechend auf die Zündung exotherm zu reagieren und dadurch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Bauelementen 104, 106 herzustellen. Beispielsweise ist das reaktive Multischicht-System 108 als eine reaktive Mehrschichtfolie ausgeführt, die zwischen die Bauelemente 104, 106 gelegt ist. Alternativ sind die Schichten des reaktiven Multischicht-Systems 108 beispielsweise auf eine Oberfläche eines der Bauelemente 104, 106 aufgewachsen.According to one embodiment, the reactive multilayer system 108 comprises a plurality of alternating nanoscale layers and is configured to react exothermically in response to ignition, thereby establishing a material connection between the components 104, 106. For example, the reactive multilayer system 108 is embodied as a reactive multilayer film placed between the components 104, 106. Alternatively, the layers of the reactive multilayer system 108 are grown, for example, on a surface of one of the components 104, 106.
Die für die Aktivierung des reaktiven Multischicht-Systems 108 erforderliche Zündtemperatur wird gemäß dem hier beschriebenen Ansatz über ein Anlegen einer elektrischen Aktivierungsspannung an den Stapel 102 erreicht. Beispielhaft wird die Aktivierungsspannung zwischen zwei voneinander beabstandeten Kontaktbereichen des reaktiven Multischicht-Systems 108 angelegt. Alternativ kann die Aktivierungsspannung beispielsweise zwischen Kontaktbereiche der Bauelemente 104, 106 oder zwischen einem Kontaktbereich des reaktiven Multischicht-Systems 108 und einem Kontaktbereich eines der Bauelemente 104, 106 angelegt werden.According to the approach described here, the ignition temperature required for activating the reactive multilayer system 108 is achieved by applying an electrical activation voltage to the stack 102. For example, the activation voltage is applied between two spaced-apart contact regions of the reactive multilayer system 108. Alternatively, the activation voltage can be applied, for example, between contact regions of the components 104, 106 or between a contact region of the reactive multilayer system 108 and a contact region of one of the components 104, 106.
Die Aktivierungsspannung wird unter Verwendung der Vorrichtung 110 zum Aktivieren des reaktiven Multischicht-Systems 108 bereitgestellt. Die Vorrichtung 110 weist dazu einen Kondensator 120, eine Ladeeinrichtung 122, ein Kontaktelement 124 und optional ein weiteres Kontaktelement 126 sowie eine Schalteinrichtung 128 auf.The activation voltage is provided using the device 110 for activating the reactive multilayer system 108. The device 110 includes a capacitor 120, a charging device 122, a contact element 124, and optionally a further contact element 126, as well as a switching device 128.
Unter Verwendung der Schalteinrichtung 128 kann der Kondensator 120 schaltbar entweder mit der Ladeeinrichtung 122 oder mit dem Kontaktelement 124 verbunden werden. Wenn der Kondensator 120 mit der Ladeeinrichtung 122 verbunden ist, wird er von der Ladeeinrichtung 122 aufgeladen. Wenn der Kondensator 120 mit dem Kontaktelement 124 verbunden ist, kann die in dem Kondensator 120 gespeicherte Aktivierungsspannung über das Kontaktelement 124 zum Aktivieren des reaktiven Multischicht-Systems 108 verwendet werden.Using the switching device 128, the capacitor 120 can be switchably connected either to the charging device 122 or to the contact element 124. When the capacitor 120 is connected to the charging device 122, it is charged by the charging device 122. When the capacitor 120 is connected to the contact element 124, the activation voltage stored in the capacitor 120 can be transferred via the contact element 124. tact element 124 can be used to activate the reactive multilayer system 108.
Die Ladeeinrichtung 122 weist einen Ladekontakt 130 zum Bereitstellen einer Ladespannung auf. Die Schalteinrichtung 120 weist eine erste Schaltstellung auf, in der ein Anschluss 132 des Kondensators 120 mit dem Ladekontakt 130 verbunden ist. Dadurch kann der Kondensator 120 unter Verwendung einer von der Ladeeinrichtung 122 bereitgestellten Ladespannung auf die Aktivierungsspannung aufgeladen werden. Die Schalteinrichtung 120 weist eine zweite Schaltstellung auf, in der der Anschluss 132 des Kondensators 120 mit dem Kontaktelement 124 verbunden ist. Dadurch wird ein erstes Spannungspotential, hier beispielhaft ein Plus-Potential, der Aktivierungsspannung an einen Kontakt 134 des Kontaktelements 124 bereitgestellt. Optional ist zwischen dem Kontakt 134 und dem Kontaktelement 124 ein Entladewiderstand 136 angeordnet.The charging device 122 has a charging contact 130 for providing a charging voltage. The switching device 120 has a first switching position in which a terminal 132 of the capacitor 120 is connected to the charging contact 130. As a result, the capacitor 120 can be charged to the activation voltage using a charging voltage provided by the charging device 122. The switching device 120 has a second switching position in which the terminal 132 of the capacitor 120 is connected to the contact element 124. As a result, a first voltage potential, here for example a positive potential, of the activation voltage is provided to a contact 134 of the contact element 124. Optionally, a discharge resistor 136 is arranged between the contact 134 and the contact element 124.
Die Ladeeinrichtung 122 weist eine Spannungsquelle 140 und optional einen Ladewiderstand 142 auf, der in Reihe zu der Spannungsquelle 140 geschaltet ist. Beispielhaft ist ein Anschluss der Spannungsquelle 140 über den Ladewiderstand 142 mit dem Ladekontakt 130 verbunden und ein weiterer Anschluss der Spannungsquelle 140 mit Masse verbunden. Die Spannungsquelle 140 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um eine Hochspannung UHV bereitzustellen. Für die Spannungsquelle 140 kann auf üblicherweise im Zusammenhang mit elektrischen Schaltungen verwendete Spannungsquellen zurückgegriffen werden.The charging device 122 has a voltage source 140 and optionally a charging resistor 142 connected in series with the voltage source 140. For example, one terminal of the voltage source 140 is connected to the charging contact 130 via the charging resistor 142, and another terminal of the voltage source 140 is connected to ground. According to one embodiment, the voltage source 140 is designed to provide a high voltage U HV . Voltage sources commonly used in connection with electrical circuits can be used for the voltage source 140.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein zweiter Anschluss 144 des Kondensators 120 mit Masse und mit einem Kontakt des weiteren Kontaktelements 126 verbunden. Dadurch wird ein zweites Spannungspotential, hier beispielhaft ein Minus-Potential, der Aktivierungsspannung an den Kontakt des weiteren Kontaktelements 126 bereitgestellt.According to one embodiment, a second terminal 144 of the capacitor 120 is connected to ground and to a contact of the further contact element 126. This provides a second voltage potential, here, for example, a negative potential, of the activation voltage to the contact of the further contact element 126.
Wenn der Kondensator 120 auf die Aktivierungsspannung aufgeladen ist, und die Schalteinrichtung 128 den Anschluss 132 des Kondensators 120 mit dem Kontakt 134 des Kontaktelements 124 verbunden ist, kann ein Stromkreis über den Kondensator 120, das Kontaktelement 124, das reaktive Multischicht-System 108 und das weitere Kontaktelement 126 geschlossen werden. Dazu ist es erforderlich, dass die Kontaktelemente 124, 126 den Stapel 102 berühren oder sich so nah an dem Stapel 102 angeordnet sind, dass ein Spannungsübersprung möglich ist.When the capacitor 120 is charged to the activation voltage and the switching device 128 connects terminal 132 of the capacitor 120 to contact 134 of the contact element 124, an electrical circuit can be closed via the capacitor 120, the contact element 124, the reactive multilayer system 108, and the further contact element 126. This requires that the contact elements 124, 126 touch the stack 102 or be arranged so close to the stack 102 that a voltage jump is possible.
Beispielhaft kontaktiert das weitere Kontaktelement 126 das reaktive Multischicht-System 108 und das Kontaktelement 124 ist beabstandet zu dem reaktiven Multischicht-System 108. Zur Aktivierung des reaktiven Multischicht-Systems 108 wird das Kontaktelement 124 an das reaktive Multischicht-System 108 angenähert, bis ein Spannungsüberschlag erfolgt oder das Kontaktelement 124 das reaktive Multischicht-System 108 kontaktiert.For example, the further contact element 126 contacts the reactive multilayer system 108 and the contact element 124 is spaced from the reactive multilayer system 108. To activate the reactive multilayer system 108, the contact element 124 is brought closer to the reactive multilayer system 108 until a voltage flashover occurs or the contact element 124 contacts the reactive multilayer system 108.
Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen wird der Stromkreis über zumindest eines der Bauelemente 104, 106 geschlossen. In diesem Fall sind die Kontaktelemente 124, 126 entsprechend positioniert, um zumindest eines der Bauelemente 104, 106 zu kontaktieren oder einen Spannungsüberschlag zu zumindest einem der Kontaktelemente 124, 126 zu ermöglichen.According to alternative embodiments, the circuit is closed via at least one of the components 104, 106. In this case, the contact elements 124, 126 are positioned accordingly to contact at least one of the components 104, 106 or to enable a voltage flashover to at least one of the contact elements 124, 126.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Kontaktelemente 124, 126 als elektrische Kontaktspitzen ausgeformt.According to one embodiment, the contact elements 124, 126 are formed as electrical contact tips.
Optional umfasst die Vorrichtung 110 eine Verfahreinrichtung 150, die ausgeformt ist, um das Kontaktelement 124 zu verfahren, hier in Richtung des reaktiven Multischicht-Systems 108 zu bewegen, um das reaktive Multischicht-System 108 zu aktiveren.Optionally, the device 110 comprises a displacement device 150 which is designed to move the contact element 124, here in the direction of the reactive multilayer system 108, in order to activate the reactive multilayer system 108.
Optional umfasst die Vorrichtung 110 eine Steuereinrichtung 152, die ausgebildet ist um eine Stellung der Schalteinrichtung 128 und zusätzlich oder alternativ eine Bewegung der Verfahreinrichtung 150 zu steuern. Dazu ist die Steuereinrichtung 152 signalübertragungsfähig mit der Schalteinrichtung 128 und zusätzlich oder alternativ mit der Verfahreinrichtung 150 verbunden. Alternativ weist die Vorrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel eine optionale Schnittstelle zum Verbinden der Vorrichtung 110 mit einer entsprechenden Steuereinrichtung auf.Optionally, the device 110 comprises a control device 152 configured to control a position of the switching device 128 and additionally or alternatively a movement of the displacement device 150. For this purpose, the control device 152 is connected to the switching device 128 and additionally or alternatively to the displacement device 150 in a signal-transmitting manner. Alternatively, according to one embodiment, the device 110 has an optional interface for connecting the device 110 to a corresponding control device.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung 152 ausgebildet, um in einem Vorbereitungsmodus ein erstes Schaltsignal 160 an die Schalteinrichtung 128 bereitzustellen, um die Schalteinrichtung 128 zum Aufladen des Kondensators 120 in die erste Schaltstellung zu überführen und in einem Aktivierungsmodus ein zweites Schaltsignal 162 an die Schalteinrichtung 128 bereitzustellen, um die Schalteinrichtung 128 zum Aktiveren des reaktiven Multischicht-Systems 108 in die zweite Schaltstellung zu überführen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung 152 in dem Aktivierungsmodus ausgebildet, um ein Annäherungssignal 164 an die Verfahreinrichtung 150 bereitzustellen, um das Kontaktelement 124 an das reaktive Multischicht-System 108 anzunähern. Um die Aktivierungsspannung gepulst bereitzustellen, ist die Steuereinrichtung 152 gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgebildet, die Schalteinrichtung 128 nur kurzzeitig in der zweiten Schaltstellung zu halten. According to one embodiment, the control device 152 is configured to provide a first switching signal 160 to the switching device 128 in a preparation mode in order to transfer the switching device 128 to the first switching position for charging the capacitor 120, and to provide a second switching signal 162 to the switching device 128 in an activation mode in order to transfer the switching device 128 to the second switching position for activating the reactive multilayer system 108. According to one embodiment, the control device 152 is configured in the activation mode to provide an approach signal 164 to the displacement device 150 in order to bring the contact element 124 closer to the reactive multilayer system 108. In order to provide the activation voltage in a pulsed manner, the control device 152 is configured, according to one embodiment, to hold the switching device 128 in the second switching position only briefly.
Eine gemäß einem Ausführungsbeispiel als reaktives Multischicht-System 108 einsetzbare reaktive Mehrschichtfolie (RMS) ist eine Folie, die sofortige Wärme für eine Vielzahl von Anwendungen in vielen Branchen liefert. Diese reaktive Mehrschichtfolie wird durch Aufdampfen von Tausenden von sich abwechselnden nanoskaligen Schichten, beispielsweise aus Aluminium (Al) und Nickel (Ni), hergestellt. Die Aktivierung wird durch einen kleinen lokalen Energieimpuls aus einer elektrischen Quelle ausgelöst, sodass auf zusätzliche optische oder thermische Quellen verzichtet werden kann. Solche Quellen können optional zusätzlich eingesetzt werden. Das reaktive Multischicht-System 106 reagiert exotherm und gibt in Bruchteilen einer Sekunde präzise lokale Wärme bis zu 1500 °C ab.A reactive multilayer film (RMS), which can be used as a reactive multilayer system 108 according to one embodiment, is a film that provides instant heat for a variety of applications in many industries. This reactive multilayer film is produced by vapor deposition of thousands of alternating nanoscale layers, for example, made of aluminum (Al) and nickel (Ni). Activation is triggered by a small local energy pulse from an electrical source, thus eliminating the need for additional optical or thermal sources. Such sources can optionally be used additionally. The reactive multilayer system 106 reacts exothermically and releases precise local heat up to 1500°C in fractions of a second.
Indem die die Aktivierung des reaktiven Multischicht-Systems 108 durch Anlegen der elektrischen Aktivierungsspannung an den Stapel 102 erfolgt und nicht durch einen speziellen Laser oder durch Anlegen einer direkten Wärmequelle an das reaktive Multischicht-System 106 erfolgt, ist es nicht zwingende erforderlich, dass das reaktive Multischicht-System 108 für die Zündung zugänglich ist.Since the activation of the reactive multilayer system 108 is carried out by applying the electrical activation voltage to the stack 102 and not by a special laser or by applying a direct heat source to the reactive multilayer system 106, it is not absolutely necessary for the reactive multilayer system 108 to be accessible for ignition.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel stellt das erste Bauelement 102 beispielhaft einen blanken Chip dar, also einen ungehäusten Chip, der mit dem reaktiven Multischicht-System 108, beispielhaft einer RMS-Folie, mit dem zweiten Bauelement 106, beispielhaft einem Substrat, verbunden ist.According to one embodiment, the first component 102 represents, for example, a bare chip, i.e., an unpackaged chip, which is connected to the reactive multilayer system 108, for example an RMS film, with the second component 106, for example a substrate.
Indem der Kondensator 120 eine Batterie oder gewöhnliche Niederspannungsstromversorgung (z.B. 9V oder 12V) zum Bereitstellen der Aktivierungsspannung verwendet, kann anstelle einer Niederspannung auf eine Hochspannung zum Aktiveren des reaktiven Multischicht-System 108 eingesetzt werden. Um einen Zündfunken zwischen dem reaktiven Multischicht-System 108 und beispielsweise einer Spitze des Kontaktelements 124 zu erzeugen, muss der Abstand zwischen den beiden Teilen daher nicht so klein wie bei der Verwendung einer Niederspannung sein. Dies ist vorteilhaft, da Luft ein Durchbruchsfeld von etwa 3 kV/mm aufweist, wodurch bei einer 12 V-Stromversorgung der Abstand nur etwa 4 µm beträgt. Dies kann bei bestimmten Aufbauten eine erfolgreiche Aktivierung der RMS-Folie verhindern, z.B. wenn das RMS-System durch ein Loch in einer Folie aktiviert wird. Zudem kann dadurch der Aktivierungs- und Verbindungsprozess beim Zünden der Folie beeinflusst werden, z.B. durch Annäherung an den leitenden Teil. Darüber hinaus ist die Dauer des Stromflusses bei einer Batterie oder der (recht hohen) Ausgangskapazität eines Niederspannungsnetzteils sehr hoch; er hält so lange an, wie der Stromkreis zwischen den beiden Polen geschlossen ist. Dies kann möglicherweise empfindliche Geräte schädigen. Eine solche Schädigung kann durch die Verwendung des Kondensators 120 vermieden werden.By using a battery or a conventional low-voltage power supply (e.g., 9V or 12V) to provide the activation voltage for the capacitor 120, a high voltage can be used to activate the reactive multilayer system 108 instead of a low voltage. Therefore, to generate an ignition spark between the reactive multilayer system 108 and, for example, a tip of the contact element 124, the distance between the two parts does not need to be as small as when using a low voltage. This is advantageous because air has a breakdown field of approximately 3 kV/mm, meaning that with a 12V power supply, the distance is only approximately 4 µm. This can prevent successful activation of the RMS foil in certain configurations, e.g., when the RMS system is activated through a hole in a foil. Furthermore, the activation and bonding process during the ignition of the foil can be influenced, e.g., by approaching the conductive part. Furthermore, the duration of the current flow from a battery or the (fairly high) output capacitance of a low-voltage power supply is very high; it lasts as long as the circuit between the two terminals is closed. This can potentially damage sensitive equipment. Such damage can be avoided by using capacitor 120.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung des Kondensators 120 liegt darin, dass die Energie, die tatsächlich auf das reaktive Multischicht-System 108 übertragen wird, weitgehend definiert ist. Daher ist es unwahrscheinlich, dass die Energie entweder zu niedriger oder höher als die optimale notwendige Aktivierungsenergie ist, was auch die Reaktion innerhalb des reaktiven Multischicht-Systems 108 positiv beeinflusst.A further advantage of using capacitor 120 is that the energy actually transferred to the reactive multilayer system 108 is largely defined. Therefore, it is unlikely that the energy is either too low or too high above the optimal required activation energy, which also positively influences the reaction within the reactive multilayer system 108.
Unter Verwendung des Kondensators 120 kann die Aktivierungsenergie genau eingestellt werden. Dabei ist die Aktivierung durch einen definierten Hochspannungsimpuls oder mehrere Hochspannungsimpulse möglich. Zudem ist eine Begrenzung der Dauer des Stromflusses gegeben und es wird eine Zündung ohne Kontakt des Kontaktelements 124 und des reaktiven Multischicht-Systems 108 bei größeren Abständen, als bei der Verwendung einer Niederspannung ermöglicht. Zudem ist eine Beeinflussung des Aktivierungs- und Bindungsprozesses durch die Annäherung zwischen dem Kontaktelement 124 und dem reaktiven Multischicht-System 108 gegeben.Using capacitor 120, the activation energy can be precisely adjusted. Activation is possible using a defined high-voltage pulse or multiple high-voltage pulses. Furthermore, the duration of the current flow is limited, enabling ignition without contact between the contact element 124 and the reactive multilayer system 108 at greater distances than when using a low voltage. Furthermore, the activation and bonding process can be influenced by bringing the contact element 124 and the reactive multilayer system 108 closer together.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein durch die Aktivierungsspannung generierter Zündfunke nicht mit niedriger Spannung und längerer Stromflussdauer erreicht, sondern mit einer kurz gepulsten Hochspannung, die durch den Kondensator 120, beispielsweise in Form eines kleinen HV-Kondensators, bereitgestellt wird.According to one embodiment, an ignition spark generated by the activation voltage is not achieved with a low voltage and a longer current flow duration, but with a short pulsed high voltage provided by the capacitor 120, for example in the form of a small HV capacitor.
Die Kapazität und die Spannungshöhe des Kondensators 120 sind so gewählt, dass sie der Aktivierungsenergie des reaktiven Multischicht-Systems 108, beispielsweise in Form einer RMS-Folie, entsprechen:
- E
- Energie
- C
- Kapazität des Kondensators 120
- UHV
- Spannung der Energiequelle 140
- E
- energy
- C
- Capacitor capacity 120
- UHV
- Voltage of the energy source 140
Daher kann der Zündabstand, also der Abstand zwischen einer Spitze des Kontaktelements 124 und dem reaktiven Multischicht-System 108, durch die Spannung der Energiequelle 140 eingestellt werden (siehe Gleichung 1)
- z
- Abstand zwischen Kontaktelement 124 und reaktiven Multischicht-System 108, bei dem ein Funke entsteht
- UHV
- Spannung der Energiequelle 140
- E
- kritisches elektrisches Feld der Luft [~3kV/mm]
- z
- Distance between contact element 124 and reactive multilayer system 108 at which a spark occurs
- UHV
- Voltage of the energy source 140
- E
- critical electric field of air [~3kV/mm]
Die grundlegenden Verfahrensschritte sind dabei gemäß einem Ausführungsbeispiel wie folgt:
- Die Schaltreinrichtung 128, beispielsweise in Form eines Schalters, befindet sich in der ersten Schaltstellung. Dies führt dazu, dass der Kondensator 120 über den Ladewiderstand 142 und die Spannungsquelle 140, beispielsweise in Form einer Hochspannungsquelle, auf die Spannung UHV aufgeladen wird, bis der Kondensator 120 die in Gleichung 1 definierte Energie speichert.
- The switching device 128, for example in the form of a switch, is in the first switching position. This causes the capacitor 120 to be charged to the voltage U HV via the charging resistor 142 and the voltage source 140, for example in the form of a high-voltage source, until the capacitor 120 stores the energy defined in Equation 1.
Anschließend erfolgt ein Umschalten der Schaltreinrichtung 128 in die zweite Schaltstellung. Dies führt dazu, dass der Kondensator 120 geladen ist, aber kein Strom fließen kann.Subsequently, the switching device 128 switches to the second switching position. This results in the capacitor 120 being charged, but no current can flow.
Es folgt eine Annäherung an das reaktive Multischicht-System 108 mit dem Kontaktelement 124, beispielsweise in Form einer Kontaktspitze „+“. Bei ausreichendem Abstand (siehe Gleichung 2) aktiviert ein Zündfunke zwischen dem reaktiven Multischicht-System 108 und dem Kontaktelement 124 das reaktive Multischicht-System 108, d.h. der Kondensator 120 mit definierter Energie (Gleichung 1) entlädt sich über den Entladewiderstand 136, wobei der Entladewiderstand 136 prinzipiell auch weggelassen oder auf 0 Ohm gesetzt werden kann. Durch die Aktivierung wird die angestrebte Verbindung zwischen den Bauelementen 104, 106 hergestellt, also beispielsweise zwischen einem Bauteil und einem Substrat.This is followed by an approach to the reactive multilayer system 108 with the contact element 124, for example, in the form of a contact tip "+." With sufficient distance (see Equation 2), an ignition spark between the reactive multilayer system 108 and the contact element 124 activates the reactive multilayer system 108, i.e., the capacitor 120 with a defined energy (Equation 1) discharges via the discharge resistor 136. In principle, the discharge resistor 136 can also be omitted or set to 0 ohms. Activation establishes the desired connection between the components 104, 106, for example, between a component and a substrate.
Die von der Ladeeinrichtung 122 bereitgestellt Ladespannung kann als eine Hochspannung im Ladekreis durch verschiedene Methoden wie Transformatoren, Hochspannungsgeneratoren usw. erreicht werden.The charging voltage provided by the charging device 122 can be achieved as a high voltage in the charging circuit by various methods such as transformers, high voltage generators, etc.
Das Kontaktelement „+“ und das weitere Kontaktelement „-“ können auch vertauscht werden.The contact element “+” and the other contact element “-” can also be swapped.
Die weitere Schalteinrichtung 228 wird verwendet, um den weiteren Anschluss 144 des Kondensators 120 schaltbar entweder mit der Ladeeinrichtung 122 oder dem weiteren Kontaktelement 126 zu verbinden.The further switching device 228 is used to switchably connect the further terminal 144 of the capacitor 120 either to the charging device 122 or to the further contact element 126.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die weitere Schalteinrichtung 228 eine weitere erste Schaltstellung auf, in der der weitere Anschluss 144 des Kondensators 120 mit einem weiteren Ladekontakt 222 der Ladeeinrichtung 120 verbunden ist. Wenn sich zugleich die Schalteinrichtung 128 in der ersten Schaltstellung befindet, kann der Kondensator 120 unter Verwendung der Ladespannung der Ladeeinrichtung 122 auf die Aktivierungsspannung aufgeladen werden. Entsprechend weist die weitere Schalteinrichtung 228 eine weitere zweite Schaltstellung auf, in der der weitere Anschluss 144 des Kondensators 120 mit einem Kontakt 226 des weiteren Kontaktelements 126 verbunden wird. Dadurch kann das weitere Spannungspotential der Aktivierungsspannung an das weitere Kontaktelement 126 angelegt werden. Wenn sich zugleich die Schalteinrichtung 128 in der zweiten Schaltstellung befindet, kann ein Stromkreis über den Kondensator 120 und das reaktive Multischicht-System 108 geschlossen werden, um das reaktive Multischicht-System 108 zu aktivieren.According to one exemplary embodiment, the further switching device 228 has a further first switching position in which the further terminal 144 of the capacitor 120 is connected to a further charging contact 222 of the charging device 120. If the switching device 128 is simultaneously in the first switching position, the capacitor 120 can be charged to the activation voltage using the charging voltage of the charging device 122. Accordingly, the further switching device 228 has a further second switching position in which the further terminal 144 of the capacitor 120 is connected to a contact 226 of the further contact element 126. As a result, the further voltage potential of the activation voltage can be applied to the further contact element 126. If the switching device 128 is simultaneously in the second switching position, a circuit can be closed via the capacitor 120 and the reactive multilayer system 108 in order to activate the reactive multilayer system 108.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die in
Die weitere Schalteinrichtung 228 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel in Form eines weiteren Schalters mit der weiteren ersten Schaltstellung als dritte Position und der weiteren zweiten Schaltstellung als vierte Position ausgeführt und der anhand von
Beispielhaft ist das reaktive Multischicht-System 108 bereits auf einer Oberfläche des zweiten Bauelements 106 angeordnet. Das erste Bauelement 104 ist jedoch noch beabstandet zu dem reaktive Multischicht-System 108 angeordnet.By way of example, the reactive multilayer system 108 is already arranged on a surface of the second component 106. However, the first component 104 is still arranged at a distance from the reactive multilayer system 108.
Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Kontaktelement 124 bereits mit dem ersten Bauelement 104 verbunden und der Verbund aus dem Kontaktelement 124 und dem ersten Bauelement 104 wird zum Aktiveren des reaktiven Multischicht-Systems 108 an das reaktive Multischicht-System 108 angenähert, beispielsweise unter Verwendung der in
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kontaktiert das weitere Kontaktelement 126 das zweite Bauelement 104. Alternativ kann das weitere Kontaktelement 126 das reaktiven Multischicht-System 108 kontaktieren, wie es anhand der vorangegangenen Figuren beschrieben ist. Alternativ kann das weitere Kontaktelement 126 zusammen mit dem Kontaktelement 124 verfahren werden.According to this exemplary embodiment, the further contact element 126 contacts the second component 104. Alternatively, the further contact element 126 can contact the reactive multilayer system 108, as described with reference to the preceding figures. Alternatively, the further contact element 126 can be moved together with the contact element 124.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das leitende erste Bauelement 104 bereits mit dem Kontaktelement 124 verbunden und wird als Ganzes angenähert. Dies stellt nur ein Grundprinzip dar, es sind aber auch andere Kombinationen möglich, bei denen beispielsweise das Kontaktelement 124 zusammen mit einem Verbund aus dem ersten Bauelement 124 und dem reaktiven Multischicht-System 108 bewegt wird und dabei das erste Bauelement 124 oder das reaktive Multischicht-System 108 kontaktiert.According to this exemplary embodiment, the conductive first component 104 is already connected to the contact element 124 and is brought together as a whole. This represents only a basic principle, but other combinations are also possible, for example, in which the contact element 124 is moved together with a composite of the first component 124 and the reactive multilayer system 108, thereby contacting the first component 124 or the reactive multilayer system 108.
Schematisch ist eine Position einer Aktivierung, beispielhaft in Form eines Zündfunken 476 gezeigt. Ausgehend von der Position der Aktivierung reagiert das Material des reaktiven Multi-Schichtsystems 108 zu reagiertem Material eines reagierten reaktiven Mehrschichtsystems 478. Eine entsprechende Ausbreitungsrichtung ist durch einen Pfeil gekennzeichnet.A position of activation is shown schematically, exemplified in the form of an ignition spark 476. Starting from the position of activation, the material of the reactive multilayer system 108 reacts to form reacted material of a reacted reactive multilayer system 478. A corresponding propagation direction is indicated by an arrow.
Das reaktive Mehrschichtsystem 108 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel eine reaktive Mehrschichtfolie. Dabei handelt es sich um eine Folie, die sofortige Wärme für eine Vielzahl von Anwendungen in vielen Branchen liefert. Diese reaktive Mehrschichtfolie wird durch Aufdampfen von Tausenden von sich abwechselnden nanoskaligen Schichten hergestellt, die in
Auf diese Weise kann eine sowohl elektrisch als auch thermisch leitfähige Verbindung hergestellt werden, z. B. zwischen einem nackten Chip in der Elektronik und einem Leadframe, einem verpackten Chip und einer Leiterplatte usw. - d.h. allgemein eine Verbindung zwischen zwei Teilen, die hier beispielhaft als Bauelemente bezeichnet sind.In this way, a connection that is both electrically and thermally conductive can be established, e.g. between a bare chip in electronics and a leadframe, a packaged chip and a printed circuit board, etc. - i.e., generally a connection between two parts, which are referred to here as components by way of example.
Das Bauteil 500 umfasst ein erstes Bauteil 104, beispielsweise einen ungehäusten Chip, das unter Verwendung eines aktivierten reaktiven Multischicht-System 478 stoffschlüssig mit einem zweiten Bauteil 106 verbunden ist.The component 500 comprises a first component 104, for example an unpackaged chip, which is integrally connected to a second component 106 using an activated reactive multilayer system 478.
In einem Schritt 601 wird ein Stapel aus einem ersten Bauelement, einem zweiten Bauelement und einem reaktiven Multischicht-System bereitgestellt. Dabei können die einzelnen Elemente des Stapels bereits aufeinanderliegend bereitgestellt werden oder zumindest teilweise voneinander beabstandet vorliegen, wie es beispielsweise anhand der
In einem Schritt 603 wird ein Anschluss eines Kondensators mit einem Ladekontakt einer Ladeeinrichtung zum Bereitstellen einer Ladespannung verbunden, um den Kondensator unter Verwendung der Ladespannung auf eine Aktivierungsspannung aufzuladen.In a step 603, a terminal of a capacitor is connected to a charging contact of a charging unit device for providing a charging voltage to charge the capacitor to an activation voltage using the charging voltage.
In einem Schritt 605 wird der Anschluss des Kondensators mit einem Kontaktelement zum Anlegen eines Spannungspotentials der Aktivierungsspannung an den Stapel verbunden. Dadurch wird das reaktive Multischicht-System aktiviert. Optional wird der Anschluss des Kondensators nach einer kurzen Zeitdauer, die zum Auslösen eines Zündfunkens ausreichend ist, wieder von dem Kontaktelement getrennt. Optional wird der Anschluss des Kondensators alternierend mit dem Kontaktelement verbunden und getrennt, sodass die Aktivierungsspannung gepulst an das Kontaktelement angelegt wird.In a step 605, the capacitor terminal is connected to a contact element for applying a voltage potential of the activation voltage to the stack. This activates the reactive multilayer system. Optionally, the capacitor terminal is disconnected from the contact element again after a short period of time sufficient to trigger an ignition spark. Optionally, the capacitor terminal is alternately connected and disconnected to the contact element, so that the activation voltage is applied to the contact element in a pulsed manner.
Optional wird in einem Schritt 607 das Kontaktelement während des einmaligen oder gepulsten Anlegens der Aktivierungsspannung an das Kontaktelement bewegt, also an den Stapel angenähert oder zusammen mit zumindest einem Element des Stapels an das oder die übrigen Elemente des Stapels angenähert.Optionally, in a step 607, the contact element is moved during the single or pulsed application of the activation voltage to the contact element, i.e., brought closer to the stack or, together with at least one element of the stack, brought closer to the remaining element(s) of the stack.
Die Schritte 603, 605 und optional der Schritt 607 werden gemäß einem Ausführungsbeispiel separat als Teilschritte eines Verfahrens zum Aktivieren eines reaktive Multischicht-Systems durchgeführt.According to one embodiment, steps 603, 605 and optionally step 607 are performed separately as substeps of a method for activating a reactive multi-layer system.
BezugszeichenReference symbol
- 100100
- FertigungsanordnungProduction arrangement
- 102102
- Stapelstack
- 104104
- erstes Bauelementfirst component
- 106106
- zweites Bauelementsecond component
- 108108
- reaktives Multischicht-Systemreactive multilayer system
- 110110
- Vorrichtungdevice
- 120120
- Kondensatorcapacitor
- 122122
- LadeeinrichtungCharging device
- 124124
- KontaktelementContact element
- 126126
- weiteres Kontaktelementadditional contact element
- 128128
- SchalteinrichtungSwitching device
- 130130
- LadekontaktCharging contact
- 132132
- Anschluss des KondensatorsConnecting the capacitor
- 134134
- Kontakt des KontaktelementsContact of the contact element
- 136136
- EntladewiderstandDischarge resistance
- 140140
- SpannungsquelleVoltage source
- 142142
- LadewiderstandCharging resistance
- 144144
- zweiter Anschlusssecond connection
- 150150
- VerfahreinrichtungTraversing device
- 152152
- SteuereinrichtungControl device
- 160160
- erstes Schaltsignalfirst switching signal
- 162162
- zweites Schaltsignalsecond switching signal
- 164164
- AnnäherungssignalApproach signal
- 200200
- FertigungsanordnungProduction arrangement
- 210210
- Vorrichtungdevice
- 222222
- LadekontaktCharging contact
- 226226
- Kontakt des weiteren KontaktelementsContact of the further contact element
- 228228
- weitere Schalteinrichtungadditional switching device
- 470470
- erste Lagefirst layer
- 472472
- zweite Lagesecond layer
- 474474
- vermischte Regionenmixed regions
- 476476
- Zündfunkeignition spark
- 478478
- aktiviertes reaktives Multischicht-Systemactivated reactive multilayer system
- 500500
- Bauteilcomponent
- 601601
- Schritt des BereitstellensDeployment step
- 603603
- Schritt des VerbindensConnecting step
- 605605
- Schritt des VerbindensConnecting step
- 607607
- Schritt des BewegensStep of moving
Claims (10)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE102024201314.5A DE102024201314A1 (en) | 2024-02-14 | 2024-02-14 | Device and method for activating a reactive multilayer system, manufacturing arrangement and method for producing a component |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102024201314.5A DE102024201314A1 (en) | 2024-02-14 | 2024-02-14 | Device and method for activating a reactive multilayer system, manufacturing arrangement and method for producing a component |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102024201314A1 true DE102024201314A1 (en) | 2025-08-14 |
Family
ID=96499462
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE102024201314.5A Pending DE102024201314A1 (en) | 2024-02-14 | 2024-02-14 | Device and method for activating a reactive multilayer system, manufacturing arrangement and method for producing a component |
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| US20070169657A1 (en) * | 2006-01-23 | 2007-07-26 | Schlumberger Technology Corporation | Protective Electrically Conductive Layer Covering a Reactive Layer to Protect the Reactive Layer from Electrical Discharge |
| US20110284975A1 (en) * | 2009-01-29 | 2011-11-24 | Fraunhofer Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewan | Microstructure, method for producing the same, device for bonding a microstructure and microsystem |
-
2024
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| DIETRICH, Georg; BRAUN, Stefan; GAWLITZA, Peter: LESON, Andreas: Reaktive Nanometer-Multischichten als maßgeschneiderte Wärmequellen beim Fügen. In: Vakuum in Forschung und Praxis, Vol. 21, 2009, 15 bis 21. - ISSN https://doi.org/10.1002/vipr.200900375 * |
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