DE2318727A1

DE2318727A1 - Verfahren zum herstellen einer druckverbindung

Info

Publication number: DE2318727A1
Application number: DE2318727A
Authority: DE
Inventors: John Robert Dale
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-05-03
Filing date: 1973-04-13
Publication date: 1973-11-15
Also published as: NL7305890A; IT984490B; DE2318727C3; GB1426873A; JPS4948707A; FR2183213A1; DE2318727B2; FR2183213B1

Description

GÜNTHER M. DAVID phb. 32250 Anmelder: fi.y.Pn.LiPS üLOEILAMPENFABRIEKEM ^/

Akte: PHB-32. 250
Anmeldung vom« 12. April 1973

"Verfahren zum Herstellen einer Druckverbindung".

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden eines keramischen Körpers mit einem anderen aus Metall oder Keramik bestehenden anderen Körper durch eine Druckverbindung.

Es ist bekannt, einen keramischen Körper durch Sintern, Hartlöten oder "reflow"-löten (Ruckflusslöten) mit einem anderen Körper aus Keramik oder Metall zu verbinden. Das Sintern weist den Nachteil auf, dass die Körper sehr hohen Temperaturen ausgesetzt werden, die dem Schmelzpunkt mindestens eines der Materialien der Körper sehr nahe liegen. Der Nachteil von Hartlöten ist oft, dass die keramische Stirnfläche bzw. Stirnflächen eine Metallisierung erfordern, was teuer ist und die bei Hartlöten erforderlichen Temperaturen

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können zu Rissbildung des keramischen Materials führen und zwar infolge Spannungen, die durch den Hartlötprozess herbeigeführt werden. Einige Weichlötverfahren sind bei bestimmten Anwendungen ungeeignet, weil die erforderlichen Löttemperaturen höher sein können als in bezug auf andere im System vorhandene Teile, von denen die zwei zu befestigenden Körper einen Teil bilden, erwünscht ist.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Befestigung eines keramischen Körpers an einem anderen aus Metall oder Keramik bestehenden Körper und zwar mittels einer Druckverbindung und weist dazu das Kennzeichen auf, dass zwischen praktisch ebenen Flächen der zwei Körper eine verformbare metallene Zwischenfolie angebracht wird und dass zwischen den Körpern dadurch eine mechanische Verbindung erhalten wird, dass das Ganze aus den zwei Körpern und der Zwischenfolie in eine Presse gebracht wird mit einem Druck von mindestens 1 Tonne/Zoll² und höchstens 5 Tonnen/Zoll² während das Ganze bei einer Temperatur gehalten wird, die unterhalb des Schmelzpunktes der Zwischenfolie liegt und unterhalb der Temperatur, bei der sich eine flüssige Phase bilden würde und zwar durch Einwirkung der Bestandteile der einander zugewandten Oberflächen, wobei der genannte Druck und die genannte Temperatur zur Erhaltung der Verbindung während einer Periode von weniger als 30 s beibehalten werden.

Bei diesem Druckverbindungsverfahren wird eine starke Verbindung erhalten, ohne dass die bei der Beschreibung der bekannten Verfahren erwähnten Nachteile auftreten

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und Beispiele von keramischen Materialien, die beim Verfahren anwendbar sind, sind feuerfeste öxydmaterialien wie Aluminiumoxyd, Berylloxyd und Zirkonoxyd.

Der genannte Druckbereich mit einer oberen

Grenze von 5 Tonnen/Zoll² ist gewählt worden um Bruchgefahr des keramischen Körpers bzw. der keramischen Körper zu vermeiden. Die untere Grenze von 1 Tonne/Zoll² ist gewählt worden weil es sich herausgestellt hat, dass Drücke unterhalb dieses Wertes entweder keine geeignete Verbindung oder eine Verbindung nicht ausreichender Stärke ergeben. Die Temperatur, bei der das Verbinden durchgeführt wird, kann im Vergleich zu den Temperaturen, die bei dem bekannten "reflow"-Lötverfahren mit ähnlichen Materialien angewandt werden, verhältnismässig niedrig sein. Die Periode von höchstens 30s, in der der genannte Druck und die genannte Temperatur beibehalten werden um die Verbindung zu erhalten ist verhältnismässig kurz und kann manchmal weniger als 5 s betragen. Diese kurze Verbindungszeit zusammen mit den verhältnismässig einfachen Mitteln, die zur Herstellung der Verbindung notwendig sind, ergeben einen verhältnismässig billigen Produktionsprozess. Für besondere Verbindungsverfahren ist die Periode, in der der genannte Druck und die genannte Temperatur angewandt werden derart, dass die Verbindung eine gewünschte Zugstärke erreicht, die im allgemeinen etwa 50$ der schlussendlichen Zugstärke der verwendeten verformbaren Metallfolie ist. Manchmal ist gedoch die Messung davon durch die Zugstärke des mechanischen Körpers beschränkt, die, wenn sie niedrig ist, den keramischen

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Körper brechen lässt bevor die Verbindung unter der Belastung brechen wird. In manchen Formen des Verfahrens, in denen eine Verbindung mit einer hohen Zugstärke nicht erforderlich ist, kann die Periode, während der die genannte Temperatur und der genannte Druck angewandt werden, derart sein, dass die erhaltene Verbindung eine Zugstärke aufweist, die nur 20 bis 25$ der schlussendlichen Zugstärke der verformbaren Metallfolie ist. Wenn eine Stärke der Verbindung von 50$ dea?L> Schluss endlichen Zugstärke der verformbaren metallenen Folie erhalten wird, wird die Stärke der Verbindung durch Beibehaltung des Ganzen unter dem genannten Druck und unter der genannten Temperatur während einer längeren Periode nicht wesentlich zunehmen, d.h. die Stärke der Verbindung wird sich um nicht mehr als 20$ erhöhen. Im genannten Fall, in dem die Stärke der Verbindung nur 20 bis 25$ der schlussendlichen Zugstärke der verformbaren Metallfolie ist, wird durch Beibehaltung des Ganzen unter dem genannten Druck und der genannten Temperatur während einer längeren Periode" die Stärke der Verbindung zunehmen, aber dies ist nicht erwünscht.

Der genaue physikalische Mechanismus, durch

den die Verbindung erhalten wird, ist nicht völlig klar. Die Temperaturverhältnisse sind jedoch derart, dass ein Verschmelzen der Zwischenfolie mit dem einander zugewandten Oberflächen nicht auftritt und dass durch Einwirkung eines der vorhandenen Bestandteile keine flüssige Phase gebildet wird. Weiter findet bei einer derartigen kurzen Periode für die Verbindungszeit keine. Langfristdiffusion der Elemente statt, obschon

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eine gewisse Kurzfristdiffusion, d.h. mit einer Tiefe einiger Atome, wohl stattfinden kann. Messungen der erhaltenen Verbindungsstärke zeigen, dass die Verbindung nicht völlig van der Waalsschen Kräften zu verdanken ist, weil die Stärke der Verbindung zu gross ist um nur durch die genannten Kräfte erklärt zu werden.

Ein weiterer Vorteil des Druckverbindungsverfahrens nach der Erfindung ist, dass, im Vergleich zu den bekannten Sinter—Hartlot- oder Lötverfahren eine im keramischen Körper bzw. in den keramischen Körpern erzeugte Spannung minimal ist und zwar Hauptsächlich durch die niedrigeren Temperaturen, die bei diesem Druckverbindungsverfahren angewandt werden können und die folglich den Effekt eines Unterschiedes in den Ausdehnungskoeffizienten der Bestandsteile verringern und durch die Tatsache, dass ein geringer Kriech— effekt von Folienmaterial in seitlicher Richtung zwischen den einander zugewandten Oberflächen gibt. Weiter erfolgt in manchen Fällen, beispielsweise wenn eine verformbare Metallfolie aus Weichlot verwendet wird, die Verbindung ohne die Bildung von Zwischenmetallen, die beim üblichen Lötverfahren auftreten würde und dies ist ein Faktor, der dazu beiträgt, dass die Spannung niedrig ist.

Beim erfindungsgemässen Verfahren hat es sich herausgestellt, dass die Druck- und Temperaturverhältnisse derart sind, dass die Verformung der verformbaren Metallzwischenfolie normalerweise weniger als 5$> beträgt, in vielen Fällen weniger als 2$, wobei die Verformung der Dickenunter-

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schied geteilt durch die ursprüngliche Dicke und als Prozentsatz ausgedrückt ist.

Bei einem erfindungsgemässen Verfahren kann die zur Verbindung verwendete Oberfläche mindestens eines der zwei Körper mit einer Metallbedeckung versehen werden, die gegebenenfalls vom Material der Zwischenfolie verschieden sein kann, wobei die Anforderung für eine derartige Bedeckung vom Material der Körper und vom Folienmaterial abhängig ist. Im allgemeinen ist, wenn ein Metallkörper mit einem keramischen Körper verbunden werden muss, eine Metallbedeckung, beispielsweise aus Gold, notwendig und zwar auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Metallkörpers für diejenigen Metalle, deren Oberflächen leicht oxydieren. Die Anforderung, dass eine keramische Verbindungsoberfläche oder -oberflächen metallisiert werden müssen, ist vom Material der verwendeten Zwischenfolie abhängig, beispielsweise wenn eine Goldfolie oder eine Weichlotfolie verwendet wird, ist es im allgemeinen notwendig, die keramische Verbindungsoberfläche mit einem Material zu metallisieren, das für keramische Metallisierung allgemein verwendet wird und zwar beispielsweise Gold, Gold/ Palladium oder Silber/Palladium. Wenn jedoch eine Aluminiumfolie verwendet wird, kann es nicht notwendig sein, die keramischein) Verbindungsoberfläche bzw. -oberflächen zu metallisieren; beim Verbinden eines Metallkörpers oder eines keramischen Körpers mit einem Körper aus Aluminiumoxyd mit einer Aluminiumfolie braucht es beispielsweise nicht notwendig zu sein, dass die Verbindungsoberfläche des Aluminiumoxyd-

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körpers metallisiert wird.

Für die Zwischenfolie können unterschiedliche Materialien verwendet werden und die spezifische Wahl des Metalles ist von den Materialien der zwei zu verbindenden Körper und von den erlaubten Temperaturen, die bei.der Verbindung der Körper angewandt werden können, abhängig. Ein derartiges Metall ist Gold und wenn eine Goldfolie verwendet wird, wird als Dicke mindestens 10 /um bevorzugt. Auf der keramischen Verbindungsoberflache oder auf den keramischen Verbindungsoberflächen kann eine Goldschicht angebracht werden. Bevorzugte Verhältnisse beim Verbinden mit Hilfe einer Goldfolie sind Drücke zwischen 2,5 und 3,5 Tonnen/Zoll² und Temperaturen im Bereich von 300⁰C bis 350⁰C.

Ein anderes Metall, das sich als Zwischenfolie eignet, ist Aluminium und es wird eine Foliendicke von mindestens 10 /um bevorzugt. Bevorzugte Verhältnisse beim Verbinden beim Gebrauch von Aluminiumfolien sind Drücke zwischen 2,5 und 3»5 Tonnen/Zoll² und Temperaturen im Bereich von 35O°C bis 400°C.

Die metallene Zwischenfolie kann aus Weichlotmaterial bestehen mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 125°C bis 33O°C und das Verbinden kann bei einer Temperatur -im Bereich von 75°C bis 300°C erfolgen, unter der Bedingung jedoch, dass die gewählte Temperatur niedriger ist als der Schmelzpunkt des Lotmaterials und niedriger ist als die Temperatur, bei der sich durch Einwirkung der Bestandteile, die sich in den Verbindungsoberflachen befinden, eine flüssige

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Phase bilden könnte.

Die Folie aus Weichlot kann eine Folie aus

einer Reihe von Weichlotmaterialien sein, die Blei als primären Bestandteil enthalten und Schmelzpunkte aufweisen im Bereich von 300⁰C bis 327⁰C. Ein derartiges Material besteht aus Blei, Silber und Zinn, wobei die Gewichtsprozentsätze 95t 3>5 bzw. 1 betragen und der Schmelzpunkt 317⁰C ist. Ein anderes derartiges Material hat dieselben Bestandteile, wobei die Gewichtsprozentsätze 95_t5_t 3»0 bzw. 1,5 sind und der Schmelzpunkt 3O6°C beträgt. Bei Verwendung derartiger Weichlotmaterialien, die Blei als primären Bestandteil enthalten, werden Drücke im Bereich von 2,5 bis 3»5 Tonnen/Zoll² und Verbindungstemperaturen im Bereich von 24o°C bis 29O⁰C bevorzugt. Die metallene Zwischenfolie kann eine Folie aus einer Reihe von Weichlotmaterialien mit Blei und Zinn, Kadmium und Zinn, Blei und Indium, Blei-Kadmium und Zinn, oder Blei-Silber und Zinn als Bestandteile sein und einen Schmelzpunkt im Bereich von 150°C bis 300⁰C aufweisen. Bei Verwendung derartiger Materialien sind bevorzugte Verbindungsumstände Drücke zwischen 2,5 und 3_f5 Tonnen/Zoll² und Temperaturen zwischen 100⁰C und 280°C, unter der Bedingung jedoch, dass die gewählte Temperatur niedriger ist als der Schmelzpunkt der Folie und niedriger als die Temperatur einer flüssigen Phase, die sich durch Einwirkung der Bestandteile, die in den Verbindungsoberflächen vorhanden sind, bilden könnte. In dieser Gruppe von Materialien werden Zusammenstellungen aus Lotmaterialien mit Blei und Indium mit Schmelzpunkten in Bereich

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von 235°C bis 260⁰C bevorzugt, wobei die Verbindung mit Vorteil bei einer Temperatur im Bereich von 18O°C bis 200⁰C durchgeführt wird.

Die metallene Zwischenfolie kann eine Folie sein aus einer Reihe von Weichlotmaterialien, die Indium als primären Bestandteil aufweisen und Schmelzpunkte haben in Bereich von 125°C bis 16O°C. Bei Verwendung derartiger Materialien sind die bevorzugten Verbiiidungsumstände Drücke zwischen 2,0 und 3,0 Tonnen/Zoll² und Temperaturen zwischen 75°C und 150⁰C, unter der Bedingung jedoch, dass die gewählte Temperatur niedriger ist als der Schmelzpunkt der Folie und niedriger als die Temperatur einer flüssigen Phase, die sich bilden könnte.

In einer bevorzugten Ausführungsform des

Verfahrens besteht der eine Körper aus Kupfer und der andere Körper aus Keramik, beispielsweise Berylliumoxyd, wobei diese Körper mittels einer Weichlot-Zwischenfolie aus Blei und Indium verbunden werden. An den Verbindungsoberflächen kann der keramische Körper eine aufgebrachte Goldbedeckung aufweisen und der Kupferkörper kann vergoldet sein. Die Verbindungstemperatur kann zwischen 190°C und 200⁰C liegen und der Druck etwa 3 Tonnen/Zoll² betragen.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens besteht der eine Körper aus Nickel und der andere aus Keramik, beispielsweise Berylliumoxyd, wobei auch diese Körper mittels einer Weichlotzwischenfolie aus Blei und Indium unter denselben Umständen, wie diese bei der

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obenstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurden, miteinander verbunden werden»

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens bestehen die beiden Körper aus Aluminiumoxyd und diese Körper werden durch Druckverbinden mittelä einer Weichlotzwischenfolie aus Kadmium und Zinn miteinander verbunden, wobei die Verbindungsoberflächen der Aluminiumoxydkörper mit Bedeckungen aus Siebdruck-Palladium/Silber versehen sind. Die Verbindungstemperatur kann zwischen 150°C und 175⁰C liegen und der Druck etwa 3 Tonnen/Zoll² betragen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in

den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen· senkrechten Schnitt durch einen

Teil einer Presse, die beim erfindungsgemässen Verfahren verwendet werden kann,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Unterstützungs-

gefüge für ein Transistormodul mit einem Berylliumoxydkörper, der an der Unterseite durch Druckverbinden mit einem Kupferteil eines Sockels verbunden ist und an der Oberseite durch Druckverbinden angeordnete aus Nickel bestehende Durchführungsleiter aufweist, wobei diese Figur dazu dient, zwei spezifische Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemässen Verfahrens zu erläutern,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine auseinandergezogene Anordnung der unterschiedlichen Teile, die sich im Gefüge nach Figt 2 befinden, bevor sie durch das erfin-

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dungsgemässe Verfahren befestigt worden sind,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine auseinandergezogene Anordnung von Teilen einer Umhüllung für eine elektronische Anordnung, wobei die genannten Teile zwei Aluminiumoxydkörper enthalten, die beim Abdichten der Umhüllung durch ein Druckverbindungsverfahren nach der Erfindung verbunden werden.

Die In Fig. 1 dargestellte Presse enthält

einen festen Stahlsockel 1 und ein bewegliches Pressenoberteil 2. Ein stählernes Sockelglied 3 mit rundem Querschnitt ist am Sockel 1 befestigt, der zugleich eine AbbestunterStützung h enthält. Auf der Asbestunterstützung k befindet sich ein Siliziumoxydrohr 5» das mit dem oberen Teil des stählernen Sockelgliedes 3 koaxial ist und dieses Blied umgibt. Ein drahtförmig s Erhitzungselement 6 ist um das Siliziumoxydrohr 5 gewickelt. Das Erhitzungselement 6 und das Rohr 5 sind von einem äusseren Kupermantel 7 umgeben, der sich am unteren Ende auf die Asbestunterstützung h abstützt und am oberen Ende einen aus Asbest bestehenden Deckel 8 unterstützt. Auf der Oberseite des stählernen Sockelgliedes ist ein stählernes Stützglied 9 befestigt, das gehärtet und temperiert worden ist. In der Seite des Stützgliedes 9 befindet sich eine öffnung 10, in die ein (nicht dargestelltes) Thermoelement gesteckt werden kann. In der Seitenwand des kupfernen Aussenmantels 7 befindet sich eine Öffnung 11 zum Zuführen eines Mischgases (1O$ Wasserstoff in Stickstoff) um eine regulierte Atmosphäre um die Teile zu schaffen, wenn diese unter Druck

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verbunden werden und um zu vermelden, dass die Werkzeugflächen oxydieren. Im Asbestdeckel 12 befinden sich eine Anzahl Offnungen zum Abführen des Gases.

Das bewegliche stählerne Pressenoberteil 2

hat einen stählernen Einsatz 15, der in der unteren Fläche des Pressenoberteils befestigt ist. Zwei Stahlplatten 16 und 17 sind am Einsatz 15 befestigt und zwar zusammen mit einem aus Gummi bestehenden Stossdämperblock 18, der zwischen den Platten 16 und 17 befestigt ist. Ein Bolzen 19 befestigt das Gefüge aus den Platten 16 und 17 und dem Block 18 am Einsatz 15» wobei der Kopf des Bolzens 19 in einem stählernen schalenförmigen Teil 20 liegt, der locker am Einsatz 15 befestigt ist. Der schalenförmige Teil 20 ist mit Innengewinde versehen und bestimmt die Lage einer mit Aussengewinde versehenen Enddruckplatte 21, die aus demselben Material wie das Stützglied 9 besteht. Auf der unteren Umfangsflache des stählernen schalenförmigen Teils 20 befindet sich ein Asbestisolator 22. Die Enddruckplatte 21 hat einen Umfangsrand 23 und zwischen dem Rand 23 und dem Asbestisolator 22 ist ein flaches Niehrom-Erhitzuhgselement 2k zwischen zwei Mikaplatten 25 eingeklemmt. Die Enddruckplatte hat eine öffnung 26, in die ein Thermoselement gesteckt werden kann. An der Aussenoberfläche der Platte 17 ist ein Wasserkühlrohr 27 befestigt.

Nun wird die Wirkungsweise der Pressvorrichtung in einem erfindungsgemässen Verfahren beschrieben. Mit dem beweglichen Pressenoberteil 2 in der in Fig. 2 dargestellten Lage werden die Gaszuführungs- und Erhitzungselemente

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6 bzw. 2k eingeschaltet und die Temperaturen eingestellt bis das stählerne Stützglied 9 und die Enddruckplatte 21 die gewünschte Verbindungstemperatur haben. Das Gefüge aus den zwei zu verbindenden Körpern und der Zwischenfolie wird auf die Oberfläche des stählernen Stützgliedes 9 gelegt und das bewegliche Pressenoberteil 2 wird nach unten bewegt, so dass die Enddruckplatte 21 auf der oberen Fläche des oberen Körpers ruht. Danach wird der Druck der Enddruckplatte 21 über eine Periode von 5 bis 10 Sekunden, bis der gewünschte Verbindungsdruck, beispielsweise 2,5 Tonnen/Zoll² erhalten worden ist, allmählich erhöht. Dieser Druck wird danach während der gewünschten Zeit beibehalten, beispielsweise während etwa 10 Sekunden und darauf wird der Druck durch eine Aufwärtsbewegung des Pressenoberteils 2 aufgehoben und zum Schluss wird das Gefüge der Körper, die mittels der Zwischenfolie verbunden sind, entfernt. Im allgemeinen werden die Erhitzungselemente 6 und 2k geregelt werden um das Stützglied 9 und die Enddruckplatte auf derselben Temperatur zu halten, aber gewünschtenfalls können diese Temperaturen unabhängig voneinander geändert werden. Die erreichbare Regelung beträgt +_ 2⁰C und wird erzielt mittels Thermoelemente in den öffnungen 10 und 26 und mittels einer Temperaturregelvorrichtungr Der Druck und der Druckaufbau wird über ein genormtes Nadelventil und eine hydraulische Kupplung gesteuert.

Fig. 2 zeigt im Schnitt ein Unterstützungs-

gefüge für ein Sendetransistormodul. Das Gefüge enthält einen rechtwinkligen kupfernen Basisteil 31 mit Abmessungen von

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16 mm χ 32 mm χ 1,6 mm, der vernickelt und vergoldet ist. Ein ebenfalls vernickelter und vergoldeter kupferner Block 32 (Abmessungen 11 mm χ 8 mm χ 1,6 mm) wird unter Druck mit dem Basisteil 31 mittels einer Zwischenfolie 33 aus Weichlot verbunden. Ein Körper 3^ aus Berylliumoxyd von 11 mm χ 8 mm χ 1 mm wird unter Druck mit dem kupfernen Block mittels einer Zwischenfolie 35 aus Weichlot verbunden. Auf der oberen Fläche des Körpers 3^ aus Berylliumoxyd befindet sich ein leitendes im Siebdruckverfahren aufgetragenes Goldmuster mit einer Dicke von etwa 15 /um. Auf der unteren Fläche des Körpers 3^· aus Berylliumoxyd befindet sich eine Gold-Metalllsierungsschicht mit einer Dicke von 15 /um« Drei Ausführungsleiter in Form von Streifen, von denen zwei Streifen 37 und 38 im Schnitt nach Fig. 2 dargestellt sind, sind unter Druck mit Teilen 39 der Verbindungsfläche des Goldmusters mit der oberen Fläche des Körpers 3^ aus Berylliumoxyd mittels ZWischenfolien kO aus Weichlot verbunden. Die Streifen bestehen aus Nickel und haben Abmessungen von etwa 13 nun χ 2 mm χ 100 /um, die vergoldet sind und sich lateral ausserhalb des kupfernen Basisteils 31 erstrecken. Auf jeden der drei weiteren Flächenteile des Goldmusters, von denen im Schnitt nach Fig. 2 nur ein Teil 41 dargestellt ist, können Siliziumtransistorelemente befestigt werden.

Die Herstellung des Gefüges nach Fig. 2 wird nun an Hand der Fig. 3 näher beschrieben. Der aus Kupfer bestehende Basiskörper 31 und der kupferne Block 32 werden vernickelt (2 /um) und danach vergoldet (-0,1 /um) . Das leiten-

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de Goldmuster, das eine Dicke von 15 /um hat, und die Teile 39 und 41 umfasst, wird mittels eines üblichen Siebdruckverfahrens auf dem Berylliumoxydkörper 3^ angebracht und eine Goldschicht 36 gleicher Dicke wird über die ganze Oberfläche der gegenüberliegenden Fläche des Berylliumoxydkörpers 3h angebracht. Die aus Nickel bestehenden Streifen werden mit einer dünnen Vergoldung auf allen Oberflächen versehen. Die drei Streifen, von denen nur die Streifen 37 und 38 in Fig. 2 und 3 dargestellt sind, werden darauf nach einem erfindungsgemässen Verfahren mit Hilfe einer Anordnung, wie diese in Fig. 1 dargestellt ist, mit dem Berylliumoxydkörper 3^ verbunden. Dazu wird der Berylliumoxydkörper 3h auf das Stützglied 9 gestellt, wonach die Folienteile kO aus Weichlot auf die Flächenteile 39 des Goldmusters gestellt werden und die Streifen danach auf die Lötkörper. Die Lotkörper kO bestehen aus Blei und Indium, wobei die Gewichtsprozentsätze 72 bzw. 28% betragen, während das Material einen Schmelzpunkt von 26o°C hat. Die Körper kO haben Abmessungen von 2 mm χ 2 mm χ 6o /um. Das Verbinden erfolgt bei einer Temperatur im Bereich von 190⁰C bis 200°C bei einem Druck von 3 Tonnen/Zoll² und während einer Periode von 10 Sekunden.

Der Berylliumoxydkörper 3h mit den daran befestigten Streifen wird danach nach einem erfindungsgemässen Verfahren unter Druck mit dem Kupferblock 32 verbunden und gleichzeitig wird der Kupferblock 32 mit dem Teil 31 verbunden, Dies erfolgt mit einer Vorrichtung nach Fig. 1 und die Einzelteile werden auf dem Stützglied 9 montiert. Zwischen dem kup-

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fernen Basisteil 31 und dem Kupferblock 32 wird ein Lotkörper 33 aus ¥eichlot mit einer Dicke zwischen 250 und 500 /um, in diesem Fall 4θΟ /um, angebracht. Die Flächenabmessungen des Folienkörpers sind 11 mm χ 8 mm. Die Folie besteht aus Blei und Indium, wobei die Gewichtsprozentsätze 72$ bzw. 28$ betragen. Ein Folienkörper 35 mit derselben Zusammensetzung und denselben Abmessungen wird zwischen den oberen Flächen des Kupferblockes 32 und der unteren Fläche des Berylliumoxydkörpers 3k angebracht. Das Verbinden erfolgt bei einer Temperatur im Bereich von 190⁰C bis 200⁰C und bei einem Druck von 3 Tonnen/Zoll² und während einer Periode von 10 Sekunden.

Nachdem das Gefüge nach Fig. 2 erhalten worden ist, können Transistorelemente auf den Flächenteilen 41 des Goldmusters befestigt werden und zwar ebenfalls im Druckverbindungsverfahren. Danach werden eine Anzahl passiver Schaltungselemente auf der Oberfläche des Berylliumoxydkörpers 3h mit Hilfe eines Klebemittels befestigt, wonach Verbindungen zwischen den Schaltungselementen und dem leitenden Goldmuster hergestellt werden und wobei schliesslich die Vorrichtung in einer Hülle aus Silikon-Kunststoff angeordnet wird, wobei die drei flachen Durchführungselemente aus der Hülle herausragen.

Zum Druckverbinden der Streifen mit dem Berylliumoxydkörper 3k und zum Druckverbinden des Berylliumoxydkörpers 3h mit dem Kupferblock 32 können andere Weichlotmaterialien verwendet werden als die obenstehend beschriebenen Materialien. Das Material des leitenden Musters auf der Oberfläche des Berylliumoxydkörpers 3h und auch das der

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Bedeckung 36 können aus einem anderen Material bestehen als Gold, beispielsweise aus Silber/Palladiumtinte, die nach dem Anbringen auf der Berylliumoxydoberfläche geglüht worden ist.

Eine andere Ausführungsform des Druckverbindungs Verfahrens nach der Erfindung wird nun an Hand der Fig. 4 näher beschrieben, wobei die miteinander zu verbindenden Körper in diesem Fall beide aus einem keramischen Material bestehen. Die Figur zeigt die Einzelteile einer Umhüllung für eine elektronische Anordnung. Die Teile umfassen eine aus Aluminiumoxyd bestehende Basisplatte 51 mit Abmessungen von 3·0 cm χ 3>0 cm χ 2 mm, mit einem in Siebdruckverfahren angebrachten leitenden Muster aus Palladium und Silber mit einer Dicke von 8 /um, wobei die Streifenteile 53 des genannten Musters im Schnitt der Figur dargestellt sind und Zuführungsleiterteile bilden. Ein Wandteil 54 mit rechtwinkligem Umfang besteht aus Aluminiumoxyd und ist abdichtend mit der Basisplatte 51 mittels einer Abdichtung 55 aus Glas abdichtend verbunden, wobei die genannte Glasabdichtung sich auch zwischen den Streifenteilen 53 des leitenden Musters und des Aluminiumoxydwandteils erstreckt. Der Aluminiumoxyd— wandteil 54 hat eine Breite von 4,0 mm und eine Dicke von 3,0 mm. Auf der oberen Fläche des Wandteils 54 befindet sich eine Metallisierung aus Palladium und Silber mit einer Dicke von 8 /um. Ein Deckel 57 aus Aluminiumoxyd mit Abmessungen von 2,5 cm χ 2,5 cm x 2,0 mm dient als Abschluss für die Umhüllung und wird unter Druck mit dem Aluminiumoxydwandteil

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54 verbunden und zwar unter Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens und unter Verwendung einer Zwischeafolie 58 aus Lotmaterial, das aus Kadmium und Silber besteht, wobei die Gewichtsprozentsätze 34$ bzw. 66ήο betragen und welches Material einen Schmelzpunkt von 177⁰C hat. Die Folie hat einen rechtwinkligem Umfang und eine Breite von 3 »5 nun und eine Dicke von 50 /um. Die untere Seite des aus Aluminiumoxyd bestehenden Deckels 57 ist mit einer Metallisierungsschicht 59 aus im Siebdruckverfahren angebrachtem Palladium und . Silber versehen. Die Schicht hat ebenfalls einen rechtwinkligen Umfang von 4,0 mm Breite und 8,0 /um Dicke. Das Druckverbinden erfolgt in einer Vorrichtung nach Fig. 1 bei einer Temperatur von 125°C, einem Druck von 2,5 Tonnen/Zoll² und während einer Periode von 5 Sekunden.

Im Rahmen der Erfindung sind für den Fachmann

viele Abwandlungen möglich. So kann beispielsweise in Fig. der aus Aluminiumoxyd bestehende Deckel 57 mit dem aus Aluminiumoxyd bestehenden Wandteil 54 unter Verwendung eines anderen Folienmaterials., beispielsweise eines Lotmaterials aus Blei, Silber und Zinn verbunden werden. Die richtige Wahl des Folienmaterials hängt zum Teil von der Art des elektronischen Teils bzw. der elektronischen Teile, die in der Umhüllung angebracht wird bzw. werden und von der Beständigkeit derartiger Teile gegen die Verbindungstemperatur, die für jedes spezifische Folienmaterial erforderlich ist, ab. Im allgemeinen werden also die Lotmaterialien auf Bleibasis eine höhere Verbindungstemperatur erfordern als das beschrie-

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bene Beispiel mit einem Lot aus Kadmium und Zinn. Statt einer Folie mit einem rechtwinkligen Querschnitt ist es in manchen Anwendungsbereichen möglich, eine Folie mit einem runden Querschnitt zu verwenden und dies ist insbesondere in denjenigen Fällen geeignet, in denen die Verbindungsverhältnisse derart sind, dass die Verbindungsoberfläche eines der Körper leicht gekrümt wird.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE .

1. Verfahren zum Verbinden eines keramischen

Körpers mit einem anderen Körper, der aus Metall oder Keramik besteht und zwar durch Druckverbinden, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen praktisch ebenen Flächen der zwei Körper eine verformbare metallene Zwischenfolie angebracht wird und dass zwischen den Teilen eine mechanische Verbindung dadurch erhalten wird, dass das Ganze aus den zwei Körpern und der Zwischenfolie in einer Presse einem Druck von mindestens 1 Tonne/Zoll² und höchstens 5 Tonnen/Zoll² ausgesetzt wird, während das Ganze bei einer Temperatur gehalten wird, die niedriger ist als der Schmelzpunkt der Zwischenfolie und niedriger als die Temperatur, bei der sich durch Einwirkung der Bestandteile der einander zugewandten Oberflächen eine flüssige Phase bilden würde, wobei der genannte Druck und die genannte Temperatur zur Erhaltung der Verbindung während einer Periode kürzer als 30 Sekunden beibehalten werden. 2. . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umstände von Druck und Temperatur derart sind, dass die Verformung der verformbaren metallenen Zwischenfolie weniger ist als 5^·

_k3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, dass der Druck und die Temperatur zur Erhaltung der Verbindung während einer Periode kürzer als 5 Sekunden beibehalten werden.

k. . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die metallene Zwischenfolie

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aus Weichlotmaterial besteht mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 125°C bis 33O°C und die Verbindung bei einer Temperatur im Bereich von 75^QC bis 300°C durchgeführt wird.

5. Verfakren nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, dass die Weichlotfolie eine Folie aus einem Material aus einer Reihe von Weichlotmaterialien ist, die Blei als primären Bestandteil aufweisen und einen Schmelzpunkt haben im Bereich von 300°C bis 327°C.

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung bei einem Druck im Bereich von 2,5 bis 3»5 Tonnen/Zoll² und bei einer Temperatur im Bereich von 240°C bis 290⁰C durchgeführt wird.

7· Verfahren nach Anspruch k_f dadurch gekennzeichnet, dass die metallene Zwischenfoli-e eine Folie aus einem Material einer Reihe von Weichlotmaterialien ist mit den Bestandteilen Blei und Zinn, Kadmium und Zinn, Blei und Indium, Blei-Kadmium und Zinn, oder Blei-Silber und Zinn
und Schmelzpunkte haben im Bereich von 150°C bis 300°C.
8. Verfahren nach Anspruch 7ι dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung bei einem Druck im Bereich
von 2,5 Tonnen bis 3»5 Tonnen/Zoll² und bei einer Temperatur im Bereich von 100⁰C bis 280⁰C durchgeführt wird.
9· Verfahren nach Anspruch 71 dadurch gekennzeichnet, dass die metallene Zwischenfolie eine Folie aus einem Metall aus einer Reihe von Weichlotmaterialien ist
mit Blei und Zinn als Bestandteile und mit Schmelzpunkten im Bareich von 235⁰C bis 26o°C, wobei die Verbindung bei

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einer Temperatur im Bereich, von 18O°C bis 200⁰C durengeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie eine Folie aus einem Metall einer Reihe von Weichlotmaterialien ist mit Indium als primären Bestandteil und mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 125°C bis 16O°C.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinden bei einem Druck im Bereich von 2,0 bis 3,0 Tonnen/Zoll² und bei einer Temperatur im Bereich von 75⁰C bis 150⁰C durchgeführt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis h, dadurch gekennzeichnet, dass dex" eine Körper aus Keramik und der andere Körper aus Kupfer besteht, wobei die genannten Körper durch Druckverbinden mittels einer Zwischenfolie aus einem aus Blei und Indium bestehenden Weichlot verbunden werden.

13· Verfahren nach Anspruch 12 _r dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Körper aus Berylliumoxyd besteht und auf den Verbindungsoberflächen der Körper aus Berylliumoxyd eine aus Gold bestehende Bedeckung vorhanden und der Kupferkörper vergoldet ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis k,

dadurch gekennzeichnet, dass der eine Körper aus Berylliumoxyd besteht und der andere Körper aus Nickel, wobei die genannten Körper durch Druckverbinden mittels einer Zwischenfolie aus einem aus Blei und Indium bestehenden Weichlot verbunden werden«

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PHB. 32250.

15· Verfahren nach Anspruch 1h, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Verbindungsoberflächen der Körper aus Berylliumoxyd eine Goldbedeckung vorhanden und der Nickelkörper vergoldet ist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Körper aus Aluminiumoxyd bestehen und durch Druckverbinden mittels einer aus einem aus Kadmium und Zinn bestehenden Weichlot verbunden werden.

17· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsoberflächen der Körper aus Aluminiumoxyd bestehen und mit je einer Bedeckung aus Palladium und Silber versehen sind.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die metallene Zwischenfolie aus Gold besteht und die Verbindung bei einem Druck zwischen 2,5 und 3i5 Tonnen/Zoll² und bei einer Temperatur im Bereich von 300⁰C bis 350⁰C durchgeführt wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die metallene Zwischenfolie aus Aluminium besteht und die Verbindung bei einem Druck zwischen 2,5 und 3,5 Tonnen/Zoll² und bei einer Temperatur im Bereich von 350⁰C bis 400°C durchgeführt wird.

20. Einzelteil mit einem keramischen Körper und einem Körper aus Metall oder Keramik, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Körper nach einem der Verfahren nach Anspruch 1-19 erfolgt.

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