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WO2014082769A1 - Verbindungsmittel zum verbinden von wenigstens zwei komponenten unter verwendung eines sinterprozesses - Google Patents

Verbindungsmittel zum verbinden von wenigstens zwei komponenten unter verwendung eines sinterprozesses Download PDF

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Publication number
WO2014082769A1
WO2014082769A1 PCT/EP2013/069897 EP2013069897W WO2014082769A1 WO 2014082769 A1 WO2014082769 A1 WO 2014082769A1 EP 2013069897 W EP2013069897 W EP 2013069897W WO 2014082769 A1 WO2014082769 A1 WO 2014082769A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
components
background material
sintering process
connecting means
fiber mat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2013/069897
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Wolde-Giorgis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of WO2014082769A1 publication Critical patent/WO2014082769A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/02—Pretreatment of the fibres or filaments
    • C22C47/06—Pretreatment of the fibres or filaments by forming the fibres or filaments into a preformed structure, e.g. using a temporary binder to form a mat-like element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B22F7/08—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools with one or more parts not made from powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C49/02—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the matrix material
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    • C22C49/11—Titanium
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/303—Surface mounted components, e.g. affixing before soldering, aligning means, spacing means
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/11—Treatments characterised by their effect, e.g. heating, cooling, roughening
    • H05K2203/1131—Sintering, i.e. fusing of metal particles to achieve or improve electrical conductivity
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a connection means for connecting at least two components using a sintering process.
  • the present invention further relates to a method for producing such a connection means and to a method for connecting at least two components.
  • Power electronics are used in many areas of technology. Especially in electrical or electronic devices in which large currents flow, the use of power electronics is unavoidable. The currents required in the power electronics lead to a self-heating of the electrical or electronic components contained. In addition, the
  • Components of the power electronics be used in places that are constantly exposed to an elevated temperature. Examples include control units in the automotive sector, which are directly in the engine compartment or in
  • Gear compartment are arranged.
  • the control unit is also exposed to a constant temperature change, whereby the electrical and / or electronic components contained are subjected to high thermal loads.
  • temperature changes in a range up to a temperature of 200 degrees Celsius are common.
  • more and more operating temperatures are increasingly required.
  • overall increased demands are placed on the reliability and reliability of electrical or electronic devices with power electronics.
  • solder joints are known, for example, lead-free solder joints of tin-silver or tin-silver-copper. At higher operating temperatures, lead-containing soldered joints can be used. However, lead-containing solder joints are by law
  • lead-free brazing alloys are available for use at elevated or high temperatures, in particular above 200 degrees Celsius.
  • Lead-free brazing alloys generally have a higher melting point than 200 ° C. The problem with this is that with the use of brazing material to form a bonding layer only a few electrical or electronic components come as joining partners in question, which can withstand the high temperatures during melting of the brazing alloys.
  • Fabric cutting is intended to prevent the adhesive from flowing out.
  • Temperatures can be processed and yet are suitable for operation at elevated temperatures. Disclosure of the invention
  • the subject of the present invention is a connecting means for joining at least two components using a sintering process, comprising an inert support structure and a background material, wherein the
  • Carrier structure forms a carrier layer, and wherein two
  • a connection means may in particular be an element which can be arranged between two components to be connected and thereby serves to connect the components to one another using a sintering process.
  • a sintering process in the sense of the present invention can be in a manner known per se, in particular a process in which, for example, ceramic or metallic substances are heated to a temperature which is below their melting point. In this case, a joining process of two components is realized at such an elevated temperature and in particular under elevated pressure.
  • the sintering process in particular solid substances are connected by heating and by the action of pressure.
  • the sintering process can be referred to in particular as a prototype process, wherein the substances are thermally baked together.
  • Under an inert support structure may further according to the present
  • Invention may be understood in particular a structure that can be basically formed in any suitable manner and in particular can serve as a basic structure or as a basis for applying a background material.
  • a background material is in particular such a material, which may be formed, for example, from a ceramic or metallic material and, in particular at high temperatures and under application of pressure, joining of two components by one
  • the support structure is inert, which means in particular that the support structure among those in a
  • the carrier structure is formed as a carrier layer, wherein on two opposite sides of the carrier layer, a layer of
  • the support structure forms a
  • Base layer or base which is provided on two opposite sides or on more sides or surfaces with one or more layers or layers with the background material.
  • the connecting means thus has a background material and a carrier structure embedded in the base material.
  • the latter may in particular mean that the background material does not need to be present exclusively in the corresponding layers of the background material depending on the design of the support structure, but optionally also a layer may be provided within the plane of the support structure in order to envelop or embed the support structure so completely
  • the sintering process can continue to be particularly cost-effective and lead to particularly stable connections.
  • the support structure is formed of an inert material, the material or the support structure after a sintering process between the joined components and thus in the
  • Sintered layer remain.
  • a suitable selection of the material of the carrier structure a particularly stable adhesion of the components to one another can be realized.
  • the support structure can in particular advantageously influence the mechanical properties and preferably the stability of the sintered layer.
  • the support structure can improve, for example, an improved stability of a not yet sintered green body.
  • connection means can be manufactured and stored independently of a sintering process.
  • the generation of the connecting means is thus possible independently of the manufacture or processing of the elements to be connected.
  • connecting means can be stored in a suitable number and fed to a use, ie a sintering process, immediately when a sintering process is carried out.
  • a sintering process using the above-described connecting means is particularly free and dynamically applicable.
  • damage to the components to be joined can be prevented, for example, by applying background material to the latter.
  • the connecting means can be arranged in a sintering process between the zu Stahlden components in a simple manner and a joining by setting suitable sintering parameters, in particular an elevated temperature and an increased pressure can be realized.
  • the carrier structure can be used in particular as a carrier material for the
  • the connecting means may be completely solid, or in particular the backing material may have a pasty consistency on the carrier material, so that processing of the Lanyard and thus the background material particularly simple, inexpensive and defined may be possible.
  • Expansion coefficient of the sintered layer can be significantly reduced. As a result, a particularly stable sintered layer can be produced and, furthermore, particularly reproducible products can be obtained. Furthermore, damage to the components to be joined or the layers to be joined can be significantly reduced or even completely prevented.
  • the carrier structure can further increase the thermal conduction
  • the carrier structure can serve as a binder for the background material, as a result of which a particularly homogeneous configuration, in particular of a sintered layer, that is to say of a layer after a sintering process, can be produced.
  • the carrier material serving as a binder can form a chemical compound to the background material
  • the material to be sintered can be optimally brought into contact with one another.
  • the support structure may be configured as a fiber mat, and may on at least two opposite sides of the Fiber mat may be provided a layer comprising the background material.
  • a defined support structure can be realized, which can advantageously serve as a basic structure of a connecting means.
  • a fiber mat with a defined mesh width, with a defined thickness and with homogeneous properties throughout the mat are produced, so that both the properties of the bonding agent and the properties of the sintered layer after the sintering process are particularly defined adjustable. It is on the fiber mat in particular
  • Background material can adhere particularly stable to the fiber mat, so as to achieve, for example, a particularly preferred storage stability and sintered connection can.
  • a fiber mat can form a base layer, wherein on two opposite sides of the base layer, the background material can be applied in a simple manner.
  • the fiber mat can be surrounded on both sides by the background material, whereby, during a joining process, the components to be joined essentially come into contact only with the background material but not with the support structure only to a limited extent.
  • a particularly stable and defined sintering result can be generated.
  • the fiber mat alone or already provided with background material, in a simple and defined
  • Manner be divided into a plurality of storable connecting means of a suitable size.
  • a fiber mat may in particular be a structure which has a width in comparison with its width
  • Length has low height and thus substantially leaf-like
  • a fiber material which can be woven for producing the mat, for example.
  • an open-pore foamed material can be used or a material designed as a lattice.
  • the carrier structure can be embedded in the background material, wherein the
  • a fiber mat in the sense of the present invention can be understood to mean any open-pored structure.
  • the fiber mat may comprise aramid fibers, glass fibers or carbon fibers or consist of one or more of the aforementioned fibers.
  • the aforementioned fiber materials have particularly preferred properties in order not to be destroyed during a sintering process or in the conditions prevailing in a sintering process or not to be damaged. In this case, the aforementioned materials are inert, so that a sintering process is not adversely affected by these materials. Furthermore, by the aforementioned materials, a particularly good distribution of heat within the
  • the fiber mat a a
  • Mesh width in a range of greater than or equal to 0.15mm to less than or equal to 1, 5mm. Such a mesh size may be suitable in a particularly advantageous manner, as a basic structure for the
  • a mesh size can be within the meaning of the present
  • Invention in particular the size or the diameter of pores present in a fiber mat.
  • the fiber mat may have a thickness in a range of greater than or equal to 5 ⁇ to less than or equal to 500 ⁇ .
  • the fiber mat can have a sufficient thickness to the advantages described above in a particularly advantageous
  • connection means is easily applicable even in particularly small or compact components, which is a particularly wide variety of applications
  • the background material may be selected from the group consisting of silver (Ag), silver oxide (Ag 2 0), silver carbonate (Ag 2 C0 3 ), copper (Cu), copper oxide (CuO, Cu 2 0) or
  • Combinations comprising one or more of the aforementioned substances, optionally in combination with organic or inorganic
  • Solvents and / or with fatty acids can be advantageously applied to the basic structure or to the carrier structure in processes that can be applied easily and inexpensively, and form a stable structure with them.
  • the connecting means is particularly stable even before a sintering process and can still have defined properties after storage or after a transport process and produce particularly stable and reproducible sintered connections.
  • very stable sintered layers can be produced even at high temperatures or large temperature fluctuations.
  • the solvents can also serve to improve the consistency of the
  • the fatty acids may in particular be used as inhibitors on the surface of the silver base particles such as
  • the subject matter of the present invention is furthermore a method for producing a connecting means designed as described above, the method comprising the method steps:
  • connection means can be provided, using which a sintering process can lead to particularly defined properties and to a particularly stable connection, and wherein the sintering process can be carried out in a particularly cost-effective, simple and reproducible manner.
  • the method described above comprises at least the following method steps.
  • a carrier structure In a first method step a), provision is made of a carrier structure.
  • the carrier structure can basically be any carrier structure which is suitable for carrying a background material.
  • the carrier structure can basically be any carrier structure which is suitable for carrying a background material.
  • the carrier structure can basically be any carrier structure which is suitable for carrying a background material.
  • Carrier structure a carrier layer or carrier layer, such as a fiber mat, be, which may not be designed to be limiting
  • Aramid fibers, glass fibers and / or carbon fibers Aramid fibers, glass fibers and / or carbon fibers.
  • Background material on at least two opposite sides of the support structure takes place on two opposite sides of the carrier layer.
  • this can thus form a central layer or a base, wherein each two
  • the background material is in particular on the flat sides, ie on the top and the bottom with the largest Extension applied.
  • the background material should be applied in such a way that at least the joints, ie the locations which serve for a connection and come into contact with the material to be joined, are substantially completely covered with the background material.
  • Components are arranged and the two components are connected together in the following by a sintering process.
  • the background material on the image As part of an embodiment, the background material on the image
  • Carrier structure can be applied by printing, for example by stencil printing or screen printing, dispensing, troweling, dipping the support structure in the background material, stamping spraying or rolling.
  • printing for example by stencil printing or screen printing, dispensing, troweling, dipping the support structure in the background material, stamping spraying or rolling.
  • Such processes are mature in terms of their litigation, so that the process is easily, inexpensively and particularly defined feasible.
  • the aforementioned methods can apply the background material in a particularly stable manner to the support structure, so that a stable connection means can arise.
  • Connection means the method according to the invention for connecting at least two components, the use according to the invention, the figure and the description of the figures referenced.
  • the subject matter of the present invention is furthermore a method for joining at least two components, comprising the method steps:
  • Components are in contact with the background material; and e) connecting the components while performing a sintering process.
  • two components can be connected or joined together by a sintering process and thus attached to each other, wherein the sintering process can lead to particularly stable connections and also can lead to defined properties and can be particularly cost-effective, simple and reproducible feasible.
  • the method is applicable in the field of electronic devices. Specific exemplary and non-limiting examples include passive or active electrical or electronic
  • circuit substrates such as circuit boards, other substrates, ceramic substrates, IMS substrates, stamped gratings, Flexfolien.
  • circuit substrates such as circuit boards, other substrates, ceramic substrates, IMS substrates, stamped gratings, Flexfolien.
  • Circuit carriers can be realized with each other.
  • a connecting means is thus initially provided in a method step c).
  • the connecting means may in particular be such as described above.
  • the connecting means may comprise, for example as a base layer, a fiber mat which is provided on both sides with a layer of background material.
  • the connecting means is arranged between at least two, for example exactly two, components to be connected in such a way that the components to be connected are in contact with the background material.
  • the connection means is arranged such that the background material can form a stable connection with the components to be joined in a sintering process. This is done according to the method essentially by a sintering process according to method step e).
  • an action of elevated temperature for example and without limitation in a range of greater than or equal to 150 ° C to less than or equal to 250 ° C, optionally under the action of an increased pressure, for example in a range of greater than or equal to 0.1 MPa less than or equal to 20 MPa, on the background material and optionally on the components to be joined or their joining surfaces.
  • the subject matter of the present invention is furthermore a use of a connecting means designed as described above or of a method configured as described above for connecting at least two components by means of a sintering process.
  • Lead sintering process to specially defined properties and thereby be particularly cost-effective, simple and reproducible feasible.
  • particularly stable compounds can be produced.
  • connection means according to the invention, the method according to the invention for producing a connection means, the method for connecting at least two components, the figure and the description of the figures.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of a
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a connection means 10 for connecting at least two components.
  • Connecting means 10 may serve, for example, to connect electronic elements, for example with carriers, using a sintering process.
  • the connecting means 10 has an inert support structure 12 and a
  • Background material 14 wherein the support structure 12 is surrounded by at least two opposite sides of the background material 14.
  • the carrier structure 12 can form a carrier layer or carrier layer, which is provided, for example coated, with a background material 14 on two opposite sides.
  • the support structure 12 is designed as a fiber mat.
  • the fiber mat for example, have a mesh size in a range of greater than or equal to 0.15 mm to less than or equal to 1, 5mm and / or have a thickness in a range of greater than or equal to 5 ⁇ to less than or equal to 500 ⁇ .
  • the fiber mat may include, for example, aramid fibers, glass fibers such as E-glass fibers, or carbon fibers. Such fibers have particularly advantageous properties, as shown in Table 1.
  • Temperature coefficient of the carrier layer or the sintered layer can be well adapted to the joining partners. For example, so at a exemplary assembly of silicon chips to circuit board
  • Carrier material of carbon fiber may be preferred. Furthermore, by the choice of the carrier material, the thermal conductivity can be adapted to the desired field of application. In addition, sufficient stability up to high temperatures is recognizable.
  • the fiber mat further comprises on at least two opposite sides a layer 16, 18 comprising the backing material 12.
  • Background material 12 or the layer 16, 18 can be applied to the support structure 12, for example, by printing, spraying or rolling.
  • the background material may be selected from the group consisting of silver (Ag), silver oxide (Ag 2 0), silver carbonate (Ag 2 C0 3 ), copper (Cu), copper oxide (CuO, Cu 2 0) or combinations comprising one or more of aforementioned substances, optionally in combination with organic or inorganic solvents and / or with fatty acids.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungsmittel (10) zum Verbinden von wenigstens zwei Komponenten unter Verwendung eines Sinterprozesses, aufweisend eine inerte Trägerstruktur (12) und ein Sintergrundmaterial (14), wobei die Trägerstruktur (12) eine Trägerschicht (13) ausbildet, und wobei auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Trägerschicht (13) eine Schicht (16, 18) des Sintergrundmaterials (14) angeordnet ist. Das vorbeschriebene Verbindungsmittel (10) erlaubt es, einen besonders reproduzierbaren Sinterprozess zu ermöglichen, bei dem ferner eine Schädigung der zu fügenden Komponenten reduziert beziehungsweise vollständig verhindert wird. Dabei kann der Sinterprozess weiterhin besonders kostengünstig durchführbar sein und zu besonders stabilen Verbindungen führen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Verbindungsmittels (10), ein Verfahren zum Verbinden von wenigstens zwei Komponenten, sowie die Verwendung eines Verbindungsmittels (10).

Description

Beschreibung Titel
Verbindungsmittel zum Verbinden von wenigstens zwei Komponenten unter Verwendung eines Sinterprozesses
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungsmittel zum Verbinden von wenigstens zwei Komponenten unter Verwendung eines Sinterprozesses. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Verbindungsmittels sowie ein Verfahren zum Verbinden von wenigstens zwei Komponenten.
Stand der Technik
Leistungselektronik wird in vielen Bereichen der Technik eingesetzt. Gerade in elektrischen oder elektronischen Geräten, in welchen große Ströme fließen, ist der Einsatz von Leistungselektronik unumgänglich. Die in der Leistungselektronik notwendigen Stromstärken führen zu einer Eigenerwärmung der enthaltenen elektrischen oder elektronischen Komponenten. Zusätzlich können die
Komponenten der Leistungselektronik an Orten eingesetzt sein, die ständig einer erhöhten Temperatur ausgesetzt sind. Als Beispiele sind Steuergeräte im Automobilbereich zu nennen, die unmittelbar im Motorraum oder im
Getrieberaum angeordnet sind. Dabei ist das Steuergerät außerdem einem ständigen Temperaturwechsel ausgesetzt, wodurch die enthaltenen elektrischen und/oder elektronischen Komponenten thermisch stark belastet werden. Im Allgemeinen sind Temperaturwechsel in einem Bereich bis zu einer Temperatur von 200 Grad Celsius üblich. Es werden jedoch zunehmend auch darüber hinaus gehende Einsatztemperaturen gefordert. Dadurch werden insgesamt erhöhte Anforderungen an die Zuverlässigkeit und die Funktionssicherheit von elektrischen oder elektronischen Geräten mit Leistungselektronik gestellt. Üblicherweise erfolgt eine Anbindung von elektrischen oder elektronischen Komponenten - beispielsweise auf ein Trägersubstrat - durch eine
Verbindungsschicht. Als eine derartige Verbindungsschicht sind Lotverbindungen bekannt, beispielsweise bleifreie Lotverbindungen aus Zinn-Silber oder Zinn- Silber-Kupfer. Bei höheren Einsatztemperaturen sind bleihaltige Lotverbindungen einsetzbar. Bleihaltige Lotverbindungen sind jedoch durch gesetzliche
Bestimmungen aus Gründen des Umweltschutzes hinsichtlich ihrer zulässigen technischen Anwendungen stark beschränkt. Alternativ bieten sich für den Einsatz bei erhöhten beziehungsweise hohen Temperaturen, insbesondere über 200 Grad Celsius, bleifreie Hartlote an. Bleifreie Hartlote weisen in der Regel einen höheren Schmelzpunkt als 200°C auf. Problematisch daran ist, dass bei der Verwendung von Hartlot zur Ausbildung einer Verbindungsschicht nur wenige elektrische oder elektronische Komponenten als Fügepartner in Frage kommen, die den hohen Temperaturen beim Schmelzen der Hartlote standhalten können.
Aus dem Dokument DE 36 25 596 A1 ist ferner ein Verfahren zum Verbinden flacher Oberflächen durch einen Klebevorgang bekannt. Bei einem derartigen Verfahren wird auf einer Fläche ein Gewebezuschnitt angebracht und die Flächen unter Zuhilfenahme eines Klebstoffs zusammengebracht. Der
Gewebezuschnitt soll dabei ein Ausfließen des Klebstoffs verhindern.
Die Dokumente US 4,437,235 und US 4,381 ,602 beschreiben eine
Glasfasermatte, die mit einem aushärtbaren Kunststoff beschichtet ist. Um die thermische Leitfähigkeit des Kunststoffs zu erhöhen, können in dem Kunststoff Aluminiumpartikel vorgesehen sein. Der Fügeprozess findet dabei bei
Temperaturen von 180 °C oder weniger statt. Auch in diesen Dokumenten findet ein Klebeverfahren statt.
Eingesetzt werden auch Sinterverbindungen, die bereits bei niedrigen
Temperaturen verarbeitet werden können und die dennoch für einen Betrieb bei erhöhten Temperaturen geeignet sind. Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verbindungsmittel zum Verbinden von wenigstens zwei Komponenten unter Verwendung eines Sinterprozesses, aufweisend eine inerte Trägerstruktur und ein Sintergrundmaterial, wobei die
Trägerstruktur eine Trägerschicht ausbildet, und wobei auf zwei
gegenüberliegenden Seiten der Trägerschicht eine Schicht des
Sintergrundmaterials angeordnet ist. Ein Verbindungsmittel kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Element sein, welches zwischen zwei zu verbindenden Komponenten anordbar ist und dabei dazu dient, die Komponenten unter Verwendung eines Sinterprozesses miteinander zu verbinden. Ein Sinterprozess im Sinne der vorliegenden Erfindung kann dabei in an sich bekannter Weise insbesondere ein Verfahren sein, bei welchem beispielsweise keramische oder metallische Substanzen auf eine Temperatur erhitzt werden, die unter deren Schmelzpunkt liegt. Dabei wird bei einer derartigen erhöhten Temperatur und insbesondere unter erhöhtem Druck ein Fügeprozess zweier Komponenten realisiert. Somit werden bei einem Sinterprozess insbesondere feste Stoffe durch Erwärmung und durch Einwirkung von Druck miteinander verbunden. Dabei kann der Sintervorgang insbesondere als ein Urform verfahren bezeichnet werden, wobei die Stoffe thermisch zusammengebacken werden. Unter einer inerten Trägerstruktur kann ferner im Sinne der vorliegenden
Erfindung insbesondere eine Struktur verstanden werden, die grundsätzlich auf jede geeignete Weise geformt sein kann und insbesondere als Grundstruktur beziehungsweise als Basis zum Aufbringen eines Sintergrundmaterials dienen kann. Dabei ist ein Sintergrundmaterial insbesondere ein solches Material, welches beispielsweise aus einem keramischen oder metallischen Werkstoff ausgebildet sein kann und insbesondere bei hohen Temperaturen und unter Anwendung von Druck ein Fügen zweier Komponenten durch einen
Sinterprozess ermöglichen kann. Dabei ist die Trägerstruktur inert, was insbesondere bedeutet, dass die Trägerstruktur unter den bei einem
Sinterprozess herrschenden Bedingungen nicht mit dem Sintergrundmaterial oder anderen in direkter Umgebung der Trägerstruktur vorliegenden Substanzen reagiert. Vielmehr bleibt die Trägerstruktur beziehungsweise das Material der Trägerstruktur während eines Sinterprozesses unverändert.
Dabei ist die Trägerstruktur als eine Trägerschicht ausgebildet, wobei auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Trägerschicht eine Schicht des
Sintergrundmaterials angeordnet ist. Somit bildet die Trägerstruktur eine
Grundschicht beziehungsweise Grundlage aus, die an zwei gegenüberliegenden Seiten oder auch an mehr Seiten beziehungsweise Oberflächen mit einer oder mehr Schichten beziehungsweise Lagen mit dem Sintergrundmaterial versehen ist. Das Verbindungsmittel weist somit ein Sintergrundmaterial und eine in dem Grundmaterial eingebettet Trägerstruktur auf. Letzteres kann insbesondere bedeuten, dass das Sintergrundmaterial in Abhängigkeit der Ausgestaltung der Trägerstruktur nicht ausschließlich in den entsprechenden Schichten des Sintergrundmaterials vorliegen braucht, sondern gegebenenfalls auch eine Schicht innerhalb der Ebene der Trägerstruktur vorgesehen sein kann, um die Trägerstruktur so vollständig zu umhüllen beziehungsweise einzubetten
Das vorbeschriebene Verbindungsmittel erlaubt es, einen besonders
reproduzierbaren Sinterprozess zu ermöglichen, bei dem ferner eine Schädigung der zu fügenden Komponenten reduziert beziehungsweise vollständig verhindert wird. Dabei kann der Sinterprozess weiterhin besonders kostengünstig durchführbar sein und zu besonders stabilen Verbindungen führen.
Zunächst kann dadurch, dass die Trägerstruktur aus einem inerten Material ausgebildet ist, das Material beziehungsweise die Trägerstruktur nach einem Sinterprozess zwischen den gefügten Komponenten und damit in der
Sinterschicht verbleiben. Dadurch kann durch eine geeignete Auswahl des Materials der Trägerstruktur eine besonders stabile Haftung der Komponenten aneinander realisiert werden. Dies kann dadurch realisiert werden, dass die Trägerstruktur insbesondere die mechanischen Eigenschaften und dabei vorzugsweise die Stabilität der Sinterschicht vorteilhaft beeinflussen kann. Dabei kann die Trägerstruktur beispielsweise eine verbesserte Stabilität eines noch nicht gesinterten Grünkörpers verbessern. Dabei beeinflusst die Trägerstruktur beziehungsweise das Material der
Trägerstruktur den Sinterprozess als solches jedoch nicht negativ, da aufgrund der Inertheit eine Wechselwirkung mit dem Sintergrundmaterial nicht stattfindet. Somit kann auf bekannte Verfahrensparameter bezüglich eines Sinterprozesses zurückgegriffen werden, wodurch der Sinterprozess an sich leicht steuerbar ist und auf einfache Weise zu besonders reproduzierbaren Ergebnissen führen kann. Ferner ist eine besonders freie Wahl des Sintergrundmaterials möglich, da eine Wechselwirkung mit dem Trägermaterial aufgrund dessen Inertheit nicht zu befürchten ist.
Darüber hinaus lässt sich durch das Erzeugen eines derartigen
Verbindungsmittels ein auch als Preform zu bezeichnendes vorkonfektioniertes Element erzeugen, welches ein Sintergrundmaterial und eine in dem
Grundmaterial eingebettet Trägerstruktur aufweist. Somit kann ein derartiges Verbindungsmittel unabhängig von einem Sinterprozess hergestellt und gelagert werden. Das Erzeugen des Verbindungsmittels ist damit unabhängig von dem Herstellen beziehungsweise Bearbeiten der zu verbindenden Elemente möglich. Dadurch können Verbindungsmittel in geeigneter Anzahl gelagert werden und einer Verwendung, also einem Sinterprozess, unmittelbar dann zugeführt werden, wenn ein Sinterprozess durchgeführt wird. Dadurch ist ein Sinterprozess unter Verwendung der vorbeschriebenen Verbindungsmittel besonders frei und dynamisch anwendbar. Darüber hinaus kann ein Schädigen der zu fügenden Komponenten etwa durch ein Aufbringen von Sintergrundmaterial auf die Letzteren verhindert werden. Vielmehr kann das Verbindungsmittel bei einem Sinterprozess zwischen die zufügenden Komponenten in einfacher Weise angeordnet und ein Fügen durch das Einstellen geeigneter Sinterparameter, insbesondere einer erhöhten Temperatur und einem erhöhten Druck, realisiert werden.
Die Trägerstruktur kann dabei insbesondere als Trägermaterial für das
Sintergrundmaterial dienen, so dass das Verbindungsmittel besonders einfach und definiert herstellbar sein kann. Dadurch ist ferner das Aufbringen des
Sintergrundmaterials, welches in herkömmlicher Weise meist als Pulver beziehungsweise als feinkörnige Masse oder in pastöser Form vorliegt, besonders einfach und definiert auch in kleinsten Dimensionen möglich. Im Sinne der vorliegende Erfindung kann das Verbindungsmittel dabei vollständig fest sein, oder insbesondere das Sintergrundmaterial kann auf dem Trägermaterial eine pastöse Konsistenz aufweisen, so dass ein Prozessieren des Verbindungsmittels und damit des Sintergrundmaterial besonders einfach, kostengünstig und definiert möglich sein kann.
Weiterhin kann durch das Vorsehen des Trägermaterials beziehungsweise des Materials der Trägerstruktur in dem Sintergrundmaterial der thermische
Ausdehnungskoeffizient der Sinterschicht signifikant verringert werden. Dadurch kann eine besonders stabile Sinterschicht erzeugt werden und es können ferner besonders reproduzierbare Erzeugnisse erhalten werden. Ferner kann ein Beschädigen der zu fügenden Komponenten beziehungsweise der zu fügenden Schichten deutlich reduziert oder sogar vollständig verhindert werden.
Neben einer Verringerung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten kann durch die Trägerstruktur ferner eine Erhöhung der Wärmequerleitung
beziehungsweise der Wärmespreizung, insbesondere in lateraler Richtung, also von einer Schicht des Sintergrundmaterials durch die Trägerstruktur zu der gegenüberliegenden Schicht an Sintergrundmaterial ermöglicht werden. Dadurch kann ein besonders gleichmäßiges und schnelles Einwirkung von Temperatur auf das Sintergrundmaterial erfolgen.
Schließlich kann die Trägerstruktur als Bindemittel für das Sintergrundmaterial dienen, wodurch eine besonders homogene Ausgestaltung insbesondere einer Sinterschicht, also einer Schicht nach einem Sintervorgang, erzeugt werden kann. So kann das etwa als Bindemittel dienende Trägermaterial beispielsweise eine chemische Verbindung zu dem Sintergrundmaterial ausbilden,
beziehungsweise kann das Sintergrundmaterial an dem Trägermaterial adhäsiv haften. Dadurch kann zum Einen die Formstabilität des Verbunds besonders effektiv gewährleistet werden und zum Anderen das zu versinternde Material optimal zueinander in Kontakt gebracht werden.
Aus dem Vorstehenden wie auch aus den nachfolgenden Weiterbildungen eines Verbindungsmittels gemäß der vorliegenden Erfindung wird ersichtlich, dass ein Sinterprozess zu besonders definierten Eigenschaften führen kann und dabei besonders kostengünstig, einfach und reproduzierbar durchführbar sein kann. Im Rahmen einer Ausgestaltung kann die Trägerstruktur als Fasermatte ausgestaltet sein, und kann auf wenigstens zwei gegenüberliegenden Seiten der Fasermatte eine Lage umfassend das Sintergrundmaterial vorgesehen sein. Insbesondere als Fasermatte kann eine definierte Trägerstruktur realisierbar sein, welche vorteilhaft als Grundstruktur eines Verbindungsmittels dienen kann. Im Detail kann eine Fasermatte mit einer definierten Maschen weite, mit einer definierten Dicke und mit durch die gesamte Matte homogenen Eigenschaften hergestellt werden, so dass sowohl die Eigenschaften des Verbindungsmittels als auch die Eigenschaften der Sinterschicht nach dem Sintervorgang besonders definiert einstellbar sind. Dabei ist auf die Fasermatte in besonders
vorteilhafterweise ein Sintergrundmaterial aufbringbar, wobei das
Sintergrundmaterial besonders stabil an der Fasermatte haften kann, um so beispielsweise eine besonders bevorzugte Lagerstabilität und Sinterverbindung erreichen zu können. Im Detail kann eine Fasermatte eine Grundschicht ausbilden, wobei auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Grundschicht das Sintergrundmaterial auf einfache Weise aufgebracht werden kann. Dadurch kann die Fasermatte beidseitig von dem Sintergrundmaterial umgeben sein, wodurch bei einem Fügeprozess die zu fügenden Komponenten im Wesentlichen nur mit dem Sintergrundmaterial, jedoch nicht oder nur begrenzt unmittelbar mit der Trägerstruktur in Kontakt kommen. Dadurch kann ein besonders stabiles und definiertes Sinterergebnis erzeugt werden. Darüber hinaus kann die Fasermatte, alleine oder bereits mit Sintergrundmaterial versehen, in einfacher und definierter
Weise in eine Mehrzahl von lagerfähigen Verbindungsmitteln in geeigneter Größe zerteilt werden.
Eine Fasermatte kann im Sinne der vorliegenden Erfindung dabei insbesondere eine Struktur sein, welche eine im Vergleich zu ihrer Breite beziehungsweise
Länge geringe Höhe aufweist und damit im Wesentlichen blattartig
beziehungsweise mattenartig ausgestaltet sein kann. Dabei umfasst die
Fasermatte oder besteht die Fasermatte aus einem Fasermaterial, welches zur Herstellung der Matte beispielsweise gewoben werden kann. Alternativ kann etwa ein offenporig geschäumtes Material Verwendung finden oder ein als Gitter ausgestaltetes Material. Ferner kann insbesondere bei einer Fasermatte die Trägerstruktur in das Sintergrundmaterial eingebettet sein, wobei das
Sintergrundmaterial in der Schicht der Trägerstruktur vorgesehen vorliegt, um diese vollständig zu umhüllen. Grundsätzlich kann unter einer Fasermatte im Sinne der vorliegenden Erfindung jegliche offenporige Struktur verstanden werden. Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Fasermatte Aramidfasern, Glasfasern oder Kohlefasern aufweisen oder aus einem oder mehreren der vorgenannten Fasern bestehen. Die vorgenannten Fasermaterialien weisen besonders bevorzugte Eigenschaften auf, um bei einem Sintervorgang beziehungsweise bei den bei einem Sintervorgang herrschenden Bedingungen nicht zerstört zu werden beziehungsweise nicht beschädigt zu werden. Dabei sind die vorgenannten Materialien inert, so dass ein Sinterprozess durch diese Materialien nicht negativ beeinflusst wird. Ferner ist durch die vorgenannten Materialien eine besonders gute Verteilung der Wärme innerhalb des
Verbindungsmittels während eines Sinterprozesses möglich, so dass
insbesondere in dieser Ausgestaltung ein besonders schneller und
kostengünstiger Sinterprozess möglich sein kann. Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Fasermatte eine
Maschenweite in einem Bereich von größer oder gleich 0,15mm bis kleiner oder gleich 1 ,5mm aufweisen. Eine derartige Maschenweite kann in besonders vorteilhafter Weise dazu geeignet sein, als Grundstruktur für das
Sintergrundmaterial zu dienen und dabei insbesondere als Füllstoff des
Sinterprozessmaterials dienen zu können. Im Detail kann diese Ausgestaltung durch den Sinterprozess ein besonders stabiles Verbinden der beiden
Komponenten miteinander realisieren, da ausreichend durch die Fasermatte gehendes Volumen einer Wechselwirkung des Sintergrundmaterials mit den zu fügenden Komponenten ermöglicht werden kann. Darüber hinaus ist jedoch ausreichend Material der Trägerstruktur vorhanden, um die vorgenannten
Vorteile, wie beispielsweise eine positive mechanische Beeinflussung der Sinterschicht oder thermische Eigenschaften während des Sintervorgangs zu ermöglichen. Eine Maschenweite kann dabei im Sinne der vorliegenden
Erfindung insbesondere die Größe beziehungsweise den Durchmesser von in einer Fasermatte vorhanden Poren sein.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Fasermatte eine Dicke in einem Bereich von größer oder gleich 5μηι bis kleiner oder gleich 500μηι aufweisen. In diese Ausgestaltung kann die Fasermatte eine ausreichende Dicke aufweisen, um die vorbeschriebenen Vorteile in einer besonders vorteilhaften
Weise und besonders effektiv zur Verfügung zu stellen. Dabei ist die Fasermatte jedoch ausreichend dünn, um eine besonders dünne und stabile Sinterschicht erzeugen zu können. Dadurch ist das vorbeschriebene Verbindungsmittel auch bei besonders kleinen beziehungsweise kompakten Bauteilen problemlos anwendbar, was eine besonders breite Anwendungsvielfalt des
vorbeschriebenen Verbindungsmittels insbesondere in dieser Ausgestaltung ermöglichen kann.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Sintergrundmaterial ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend Silber (Ag), Silberoxid (Ag20), Silbercarbonat (Ag2C03), Kupfer (Cu), Kupferoxid (CuO, Cu20) oder
Kombinationen umfassend eine oder mehrere der vorgenannten Substanzen, gegebenenfalls in Kombination mit organischen oder anorganischen
Lösungsmitteln und/oder mit Fettsäuren. Derartige Sintergrundmaterialien lassen sich in vorteilhafter Weise in leicht und kostengünstig anwendbaren Verfahren auf die Grundstruktur beziehungsweise auf die Trägerstruktur aufbringen und bilden mit dieser ein stabiles Gebilde aus. Somit ist das Verbindungsmittel auch vor einem Sinterprozess besonders stabil und kann auch nach einem Lagern beziehungsweise nach einem Transportprozess noch definierte Eigenschaften aufweisen und besonders stabile und reproduzierbare Sinterverbindungen erzeugen. Darüber hinaus lassen sich mit derartigen Sintermaterialien problemlose und reproduzierbare Sinterprozesse durchführen, wobei die Verfahrensparameter für den Fachmann ausgereift und somit problemlos anwendbar sind. Ferner können auch bei hohen Temperaturen beziehungsweise großen Temperaturschwankungen sehr stabile Sinterschichten erzeugbar sein. Dabei können die Lösungsmittel ferner dazu dienen, die Konsistenz des
Sintergrünkörpers einzustellen. Die Fettsäuren können insbesondere als Inhibitoren auf der Oberfläche der Silbergrundmaterial-Partikel wie etwa
Metallpartikel dienen und dabei ein vorzeitiges vereintem während des
Prozesses oder des Lagerns verhindern. Ferner können auch chemische Reaktionen zwischen den Lösungsmitteln oder Fettsäuren und Silberoxid,
Silbercarbonat und Kupferoxid auftreten.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verbindungsmittels wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines
Verbindungsmittels, dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Verbinden von wenigstens zwei Komponenten, der erfindungsgemäßen Verwendung, der Figur sowie der Figurenbeschreibung verwiesen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Herstellen eines wie vorstehend beschrieben ausgestalteten Verbindungsmittels, wobei das Verfahren die Verfahrensschritte umfasst:
a) Bereitstellen einer Trägerstruktur; und
b) Aufbringen eines Sintergrundmaterials auf wenigstens zwei
gegenüberliegende Seiten der Trägerstruktur.
Durch das vorbeschriebene Verfahren kann ein Verbindungsmittel bereitgestellt werden, unter Verwendung dessen ein Sinterprozess zu besonders definierten Eigenschaften und zu einer besonders stabilen Verbindung führen kann und, wobei der Sinterprozess besonders kostengünstig, einfach und reproduzierbar durchführbar sein kann.
Hierzu umfasst das vorbeschriebene Verfahren wenigstens die folgenden Verfahrensschritte.
In einem ersten Verfahrensschritt a) erfolgt ein Bereitstellen einer Trägerstruktur. Die Trägerstruktur kann dabei grundsätzlich jede Trägerstruktur sein, welche geeignet ist, ein Sintergrundmaterial zu tragen. Beispielsweise kann die
Trägerstruktur eine Trägerlage beziehungsweise Trägerschicht, wie etwa eine Fasermatte, sein, die nicht beschränkend ausgestaltet sein kann aus
Aramidfasern, Glasfasern und/oder Kohlefasern.
Gemäß einem weiteren Verfahrensschritt b) erfolgt ein Aufbringen eines
Sintergrundmaterials auf wenigstens zwei gegenüberliegende Seiten der Trägerstruktur. Beispielsweise erfolgt das Aufbringen des Sintergrundmaterials auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Trägerschicht. Für den beispielhaften Fall einer Fasermatte als Trägerschicht kann diese somit eine zentrale Schicht beziehungsweise eine Grundlage ausbilden, wobei auf jeweils zwei
gegenüberliegenden Seiten das Sintergrundmaterial aufgebracht werden kann. Da die Fasermatte eine folienartige beziehungsweise flächige Ausgestaltung aufweisen kann, wird das Sintergrundmaterial insbesondere auf die flächigen Seiten, also auf die Oberseite und die Unterseite mit der jeweils größten Ausdehnung aufgebracht. Dabei sollte das Sintergrundmaterial derart aufgebracht werden, dass zumindest die Fügestellen, also die Stellen, die einer Verbindung dienen und mit dem zu fügenden Material in Kontakt gelangen, im Wesentlichen vollständig mit dem Sintergrundmaterial bedeckt sind.
Nach Beendigung des Verfahrensschritts b) ist das Verbindungsmittel im Wesentlichen fertiggestellt. Es kann nun zwischen zwei zu fügenden
Komponenten angeordnet werden und die beiden Komponenten im Folgendem durch einen Sinterprozess miteinander verbunden werden.
Im Rahmen einer Ausgestaltung kann das Sintergrundmaterial auf die
Trägerstruktur aufgebracht werden durch Bedrucken, beispielsweise durch Schablonendruck oder Siebdruck, Dispensen, Aufspachteln, Eintauchen der Trägerstruktur in das Sintergrundmaterial, Aufstempeln Besprühen oder Einwalzen. Derartige Prozesse sind bezüglich ihrer Prozessführung ausgereift, so dass das Verfahren problemlos, kostengünstig und besonders definiert durchführbar ist. Darüber hinaus können die vorgenannten Verfahren das Sintergrundmaterial in besonders stabiler Weise auf die Trägerstruktur aufbringen, so dass ein stabiles Verbindungsmittel entstehen kann.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Verbindungsmittels wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen
Verbindungsmittel, dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Verbinden von wenigstens zwei Komponenten, der erfindungsgemäßen Verwendung, der Figur sowie der Figurenbeschreibung verwiesen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Verbinden von wenigstens zwei Komponenten, umfassend die Verfahrensschritte:
c) Bereitstellen eines wie vorstehend beschrieben ausgestalteten
Verbindungsmittels;
d) Anordnen des Verbindungsmittels zwischen wenigstens zwei zu
verbindenden Komponenten derart, dass die zu verbindenden
Komponenten mit dem Sintergrundmaterial in Kontakt sind; und e) Verbinden der Komponenten unter Ausführung eines Sinterprozesses. Durch das vorbeschriebene Verfahren können zwei Komponenten durch einen Sinterprozess miteinander verbunden beziehungsweise gefügt und somit an einander befestigt werden, wobei der Sinterprozess zu besonders stabilen Verbindungen führen kann und ferner zu definierten Eigenschaften führen kann und dabei besonders kostengünstig, einfach und reproduzierbar durchführbar sein kann. Beispielsweise ist das Verfahren Anwendbar im Bereich von elektronischen Geräten. Konkrete exemplarische und nicht beschränkende Beispiele umfassen passive oder aktive elektrische oder elektronische
Bauelemente, welche etwa verbunden werden können mit Schaltungsträgern, wie etwa Leiterplatten, anderen Trägern, keramischen Substraten, IMS- Substraten, Stanzgittern, Flexfolien. Ferner können Verbindungen von
Schaltungsträgern untereinander realisierbar sein.
Gemäß dem vorbeschriebenen Verfahren wird somit in einem Verfahrensschritt c) zunächst ein Verbindungsmittel bereitgestellt. Das Verbindungsmittel kann dabei insbesondere ein solches sein, wie es vorstehend beschrieben ist. Somit kann das Verbindungsmittel beispielsweise als Grundschicht eine Fasermatte aufweisen, die beidseitig mit einer Schicht aus Sintergrundmaterial versehen ist.
In einem weiteren Verfahrensschritt d) erfolgt gemäß dem vorbeschriebenen Verfahren ein Anordnen des Verbindungsmittels zwischen wenigstens zwei, beispielsweise genau zwei, zu verbindenden Komponenten derart, dass die zu verbindenden Komponenten mit dem Sintergrundmaterial in Kontakt sind. Somit wird das Verbindungsmittel derart angeordnet, dass das Sintergrundmaterial in einem Sinterprozess mit den zu fügenden Komponenten eine stabile Verbindung ausbilden kann. Dies erfolgt gemäß dem Verfahren im Wesentlichen durch einen Sinterprozess gemäß Verfahrensschritt e). Hierzu erfolgt ein Einwirken von erhöhter Temperatur, beispielsweise und nicht beschränkend in einem Bereich von größer oder gleich 150°C bis kleiner oder gleich 250°C, gegebenenfalls unter Einwirkung eines erhöhten Drucks, beispielsweise in einem Bereich von größer oder gleich 0,1 MPa bis kleiner oder gleich 20MPa, auf das Sintergrundmaterial und gegebenenfalls auf die zu fügenden Komponenten beziehungsweise deren Fügeflächen. Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Verbinden von wenigstens zwei Komponenten wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verbindungsmittel, dem Verfahren zum Herstellen eines Verbindungsmittels, der erfindungsgemäßen Verwendung, der Figur sowie der Figurenbeschreibung verwiesen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Verwendung eines wie vorstehend beschrieben ausgestalteten Verbindungsmittels oder eines wie vorstehend beschrieben ausgestalteten Verfahrens zum Verbinden wenigstens zweier Komponenten durch einen Sinterprozess.
Unter Verwendung eines vorbeschriebenen Verbindungsmittels zum Verbinden wenigstens zweier Komponenten durch einen Sinterprozess kann ein
Sinterprozess zu besonders definierten Eigenschaften führen und dabei besonders kostengünstig, einfach und reproduzierbar durchführbar sein. Darüber hinaus können besonders stabile Verbindungen erzeugbar sein.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Verwendung wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verbindungsmittel, dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Verbindungsmittels, dem Verfahren zum Verbinden von wenigstens zwei Komponenten, der Figur sowie der Figurenbeschreibung verwiesen.
Beispiele und Zeichnungen
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnung veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die
Zeichnung nur beschreibenden Charakter hat und nicht dazu gedacht ist, die
Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines
Verbindungsmittels gemäß der Erfindung. In der Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines Verbindungsmittels 10 zum Verbinden von wenigstens zwei Komponenten gezeigt. Das
Verbindungsmittel 10 kann beispielsweise dazu dienen, unter Verwendung eines Sinterprozesses elektronische Elemente, beispielsweise mit Trägern, miteinander zu verbinden.
Das Verbindungsmittel 10 weist eine inerte Trägerstruktur 12 und ein
Sintergrundmaterial 14 auf, wobei die Trägerstruktur 12 von wenigstens zwei gegenüberliegenden Seiten von dem Sintergrundmaterial 14 umgeben ist.
Beispielsweise kann die Trägerstruktur 12 eine Trägerlage beziehungsweise Trägerschicht ausbilden, welche auf zwei gegenüberliegenden Seiten mit einem Sintergrundmateriel 14 versehen, beispielsweise beschichtet, ist.
In der Ausgestaltung gemäß Figur 1 ist die Trägerstruktur 12 als Fasermatte ausgestaltet. Die Fasermatte kann beispielsweise eine Maschenweite in einem Bereich von größer oder gleich 0,15mm bis kleiner oder gleich 1 ,5mm aufweisen und/oder eine Dicke in einem Bereich von größer oder gleich 5μηι bis kleiner oder gleich 500μηι aufweisen. Ferner kann die Fasermatte beispielsweise Aramidfasern, Glasfasern, wie beispielsweise E-Glasfasern, oder Kohlefasern aufweisen. Derartige Fasern weisen besonders vorteilhafte Eigenschaften auf, wie dies in der Tabelle 1 gezeigt ist.
Figure imgf000016_0001
Tabelle 1
Es ist zu erkennen, dass durch die Wahl des Trägermaterials der
Temperaturkoeffizient der Trägerschicht beziehungsweise der Sinterschicht gut an die Fügepartner anpassbar sein kann. Beispielsweise kann so bei einer exemplarischen Montage von Silizium-Chips an Schaltungsträger ein
Trägermaterial aus Kohlefaser bevorzugt sein. Ferner kann durch die Wahl des Trägermaterials die Wärmeleitfähigkeit an das gewünschte Anwendungsgebiet anpassbar sein. Dabei ist ferner eine ausreichende Stabilität bis zu hohen Temperaturen erkennbar.
Die Fasermatte weist ferner auf wenigstens zwei gegenüberliegenden Seiten eine Lage 16, 18 umfassend das Sintergrundmaterial 12 auf. Das
Sintergrundmaterial 12 beziehungsweise die Lage 16, 18 kann beispielsweise durch Bedrucken, Besprühen oder Einwalzen auf die Trägerstruktur 12 aufgebracht sein. Weiterhin kann das Sintergrundmaterial ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend Silber (Ag), Silberoxid (Ag20), Silbercarbonat (Ag2C03), Kupfer (Cu), Kupferoxid (CuO, Cu20) oder Kombinationen umfassend eine oder mehrere der vorgenannten Substanzen, gegebenenfalls in Kombination mit organischen oder anorganischen Lösungsmitteln und/oder mit Fettsäuren.

Claims

Ansprüche
1 . Verbindungsmittel zum Verbinden von wenigstens zwei Komponenten unter Verwendung eines Sinterprozesses, aufweisend eine inerte Trägerstruktur (12) und ein Sintergrundmaterial (14), wobei die Trägerstruktur (12) eine Trägerschicht (13) ausbildet, und wobei auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Trägerschicht (13) eine Schicht (16, 18) des Sintergrundmaterials (14) angeordnet ist.
2. Verbindungsmittel nach Anspruch 1 , wobei die Trägerstruktur (12) als
Fasermatte ausgestaltet ist, und wobei auf wenigstens zwei
gegenüberliegenden Seiten der Fasermatte eine Schicht (16, 18) umfassend das Sintergrundmaterial (14) vorgesehen ist.
3. Verbindungsmittel nach Anspruch 2, wobei die Fasermatte Aramidfasern, Glasfasern oder Kohlefasern aufweist.
4. Verbindungsmittel nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Fasermatte eine
Maschenweite in einem Bereich von größer oder gleich 0,15mm bis kleiner oder gleich 1 ,5mm aufweist.
5. Verbindungsmittel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Fasermatte eine Dicke in einem Bereich von größer oder gleich 5μηι bis kleiner oder gleich δθθμηη aufweist.
6. Verbindungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das
Sintergrundmaterial (14) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Silber, Silberoxid, Silbercarbonat, Kupfer, Kupferoxid oder Kombinationen umfassend eine oder mehrere der vorgenannten Substanzen.
7. Verfahren zum Herstellen eines Verbindungsmittels (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Verfahren die Verfahrensschritte umfasst: a) Bereitstellen einer Trägerstruktur (12); und b) Aufbringen eines Sintergrundmaterials (14) auf wenigstens zwei gegenüberliegende Seiten der Trägerstruktur (12).
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Sintergrundmaterial (14) aufgebracht wird durch Bedrucken, Dispensen, Aufspachteln, Eintauchen der
Trägerstruktur in das Sintergrundmaterial, Aufstempeln Besprühen oder Einwalzen.
9. Verfahren zum Verbinden von wenigstens zwei Komponenten, umfassend die Verfahrensschritte:
c) Bereitstellen eines Verbindungsmittels (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6;
d) Anordnen des Verbindungsmittels (10) zwischen wenigstens zwei zu verbindenden Komponenten derart, dass die zu verbindenden
Komponenten mit dem Sintergrundmaterial (14) in Kontakt sind; und e) Verbinden der Komponenten unter Ausführung eines Sinterprozesses.
10. Verwendung eines Verbindungsmittels (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder eines Verfahrens nach Anspruch 9 zum Verbinden wenigstens zweier Komponenten durch einen Sinterprozess.
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