DE102014114096A1 - Sinterwerkzeug für den Unterstempel einer Sintervorrichtung - Google Patents
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Abstract
Werkzeug (10) für den Unterstempel einer Sintervorrichtung, wobei das Werkzeug (10) eine Auflage (20) für eine zu sinternde, einen Schaltungsträger aufweisende elektronische Baugruppe (30) aufweist, wobei die Auflage (20) aus einem Material mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten gebildet ist, der nahe dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Schaltungsträgers der elektronischen Baugruppe (30) entspricht.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Werkzeug für den Unterstempel einer Sintervorrichtung, wobei das Werkzeug eine Auflage für eine zu sinternde elektronische Baugruppe aufweist.
- Sintervorrichtungen zur Durchführung des Niedertemperatur-Drucksinterns von elektronischen Baugruppen sind bereits bekannt. Diese weisen beispielsweise eine Sinterkammer, die mit einem für den Sintervorgang besonders förderlichen Gas oder einem entsprechenden Gasgemisch gefüllt werden kann, sowie einen in der Sinterkammer angeordneten Oberstempel und eine Unterstempel auf, wobei Ober- und Unterstempel gegeneinander verfahren werden können und bevorzugt jeweils eine eigene Heizeinrichtung aufweisen können.
- Regelmäßig müssen der Unterstempel und/oder der Oberstempel zur Durchführung spezieller Verfahren oder zur Anpassung an die zu sinternden Produkte besonders ausgeformt sein, sodass üblicherweise mit dem Unterstempel bzw. Oberstempel zu befestigende Werkzeuge vorgesehen sind, die eine einfache Modifikation der gesamten Vorrichtung erlauben.
- Beispielsweise ist eine Sintervorrichtung zum Sintern elektronischer Baugruppen derart ausgebildet, dass ein Unterstempel mit einem massiven Werkzeug vorgesehen ist, das den ebenen Schaltungsträger trägt und heizt. Ein temperaturbeständiges elastisches Medium des Oberstempelwerkzeugs in Form eines Druckkissens erzeugt einen ansteigenden Druck auf der Oberfläche des Schaltungsträgers, wodurch dieser auf die plane Ablage des Unterstempelwerkzeugs gepresst wird. Das flexible Medium des Druckkissens sorgt für einen quasihydrostatischen Druck nicht nur auf die zu fügenden Bauteile der elektronischen Baugruppe, sondern auf alle Oberflächen des Unterstempelwerkzeugs. Ein massives Unterwerkzeug im quasihydrostatischen Sinterprozess bildet also ein Gegenlager, auf das der Schaltungsträger durch das elastische Medium kraftschlüssig angepresst wird. Über diesen metallischen Kraftschluss wird dem Schaltungsträger auch die Wärmeenergie zugeführt.
- Nachteilig an dieser Ausgestaltung ist jedoch, dass bei der während des Sintervorgangs herrschenden Temperatur bis 350 °C Spannungsrisse im keramischen Material, das einen Teil der elektronischen Baugruppe bildet, aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des keramischen Materials der elektronischen Baugruppe und des Unterstempels, der beispielsweise aus Edelstahl gefertigt sein kann, auftreten.
- Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Werkzeug für eine Sintervorrichtung zu schaffen, mit dem während des Sintervorgangs erfolgende Risse und Brüche des keramischen Materials vermieden werden.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Werkzeug für eine Sintervorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
- Grundgedanke der Erfindung ist es, eine Auflage für eine elektronische Baugruppe zu schaffen, wobei die Auflage einen geringen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der demjenigen der elektronischen Baugruppe als ganzes oder dessen Schaltungsträger ähnlich ist. Solch ein linearer Ausdehnungskoeffizient kann ungefähr 11·10–6 K–1 betragen. Dieses bewirkt, dass es bei Temperaturschwankungen zu keinen oder nur sehr geringen Verschiebungen zwischen der elektronischen Baugruppe und der Auflage kommt.
- Da derartige ausdehnungsarme, also einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizient aufweisende Materialien, wie Molybdän oder Kovar, in der Anschaffung sehr kostenintensiv und auf Grund der Werkstoffeigenschaften sehr schwierig zu bearbeiten sind, wird auf die beanspruchten Ausgestaltungen zurückgegriffen, die eine einfache und arbeitsfreundliche Fertigung des Werkzeugs ermöglichen.
- Erfindungsgemäß ist also ein Werkzeug für den Unterstempel einer Sintervorrichtung vorgesehen, wobei das Werkzeug eine Auflage für eine zu sinternde elektronische Baugruppe aufweist oder ausbildet und die Auflage aus einem Material mit einem (bei 20 °C gemessenen) linearen Ausdehnungskoeffizienten von weniger oder gleich 11·10–6 K–1 gebildet ist.
- Bevorzugt kann die Auflage aus einem Material mit einem (bei 20 °C gemessenen) linearen Ausdehnungskoeffizienten von weniger oder gleich 6·10–6 K–1 gebildet sein.
- Insbesondere ist die Auflage durch Beschichten wenigstens eines Teilbereichs des Werkzeugs mittels eines thermischen Spritzverfahrens, insbesondere durch Kaltgasspritzen gebildet.
- Alternativ kann die Auflage als Platte ausgebildet sein, wobei das Werkzeug eine die als Platte ausgebildete Auflage aufnehmende Vertiefung aufweist. In diesem Fall weist die Vertiefung einen in der Wandung oder am Boden der Vertiefung nach Außerhalb des Werkzeug führenden Kanal auf, damit bei Durchführung des Sintervorgangs keine Luft bzw. kein Gas in der Vertiefung eingeschlossen wird und ein Druckausgleich zwischen der Vertiefung und der die Stempelwerkzeuge umgebenden Atmosphäre erfolgen kann.
- Die als Auflage dienenden Platten sind, um einen effektiven Wärmeübergang zur zu sinternden elektronischen Baugruppe zu gewährleisten, möglichst dünn auszugestalten.
- Die Oberfläche der als Auflage dienenden Platte kann bevorzugt mit dem Material beschichtet sein. Alternativ ist die Platte jedoch massiv aus dem Material gebildet.
- Bevorzugt ist das verwendete Material Molybdän oder eine Molybdän aufweisende Legierung ist. Andere Stoffe mit einem gleichfalls niedrigen Ausdehnungskoeffizienten, z.B. das unter dem Handelsnamen Kovar erhältliche Material, sind ebenfalls denkbar.
- Weiter ist zur Durchführung einer Batch-Bearbeitung bevorzugt vorgesehen, dass das Werkzeug eine Mehrzahl von Auflagen zur Aufnahme von je einer zu sinternden elektronischen Baugruppe aufweist.
- Schließlich ist erfindungsgemäß auch eine Sintervorrichtung vorgesehen, bei dem der gesamte Unterstempel wie das zuvor beschriebene Werkzeug ausgebildet ist.
- Die Erfindung wird anhand eines in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In diesen Zeichnungen zeigt:
-
1 eine Schnittansicht durch ein erstes bevorzugt ausgestaltetes Ausführungsbeispiels nach der Erfindung; -
2 eine Schnittansicht durch ein zweites bevorzugt ausgestaltetes Ausführungsbeispiels nach der Erfindung; -
3 eine perspektivische Ansicht eines dritten bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung. -
1 zeigt ein Werkzeug10 , das eine Vertiefung aufweist, in der eine als Platte ausgebildete Auflage20 und eine zu sinternde, darauf angeordnete elektronische Baugruppe30 dargestellt sind. Die Vertiefung im Werkzeug10 ist so ausgelegt, dass die Auflage20 und die Baugruppe30 vollständige von der Vertiefung aufgenommen sind und die Oberfläche der Baugruppe30 mit der Oberfläche des Werkzeugs10 bündig abschließen. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Auflage20 in verschiedenen Dicken vorgehalten wird, um unterschiedliche Höhen der Baugruppe30 auszugleichen. -
2 zeigt ein Werkzeug10 , das eine Vertiefung aufweist, in der eine partielle Beschichtung20a als Schicht am Boden der Vertiefung gebildet ist und eine zu sinternde elektronische Baugruppe, die darauf angeordnet ist. Die Vertiefung im Werkzeug10 ist derart ausgebildet, dass die partielle Beschichtung20a und die Baugruppe30 vollständig in der Vertiefung aufgenommen sind und die Oberfläche der Baugruppe30 fluchtend mit der Oberfläche des Werkzeugs abschließt. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass die partielle Beschichtung20a in ihrer Dicke variiert ist, um verschiedene Höhen der Baugruppe30 zu kompensieren. -
3 zeigt ein Werkzeug, das eine Anzahl von Vertiefungen aufweist, in denen eine Mehrzahl von Auflagen20 entweder als Platten oder als Schicht am Boden der Vertiefungen ausgebildet sind. Die Vertiefungen im Werkzeug10 sind so eingerichtet, dass es zum Rand des Werkzeugs10 führende Kanäle gibt. - Bei all den dargestellten Ausführungsbeispielen weist das Werkzeug
10 , wenn es zugleich der Stempel einer Sintervorrichtung ist, bevorzugt ein (nicht gezeigtes) Heizelement auf.
Claims (11)
- Werkzeug (
10 ) für den Unterstempel einer Sintervorrichtung, wobei das Werkzeug (10 ) eine Auflage (20 ) für eine zu sinternde, einen Schaltungsträger aufweisende elektronische Baugruppe (30 ) aufweist, wobei die Auflage (20 ) aus einem Material mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten gebildet ist, der nahe dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Schaltungsträgers der elektronischen Baugruppe (30 ) entspricht. - Werkzeug (
10 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflage (20 ) aus einem Material mit einem bei 20 °C gemessenen linearen Ausdehnungskoeffizienten von kleiner oder gleich 15·10–6 K–1 gebildet ist. - Werkzeug (
10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflage (20 ) aus einem Material mit einem bei 20 °C gemessenen linearen Ausdehnungskoeffizienten von kleiner oder gleich 11·10–6 K–1 gebildet ist. - Werkzeug (
10 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflage (20 ) durch Beschichten wenigstens eines Teilbereichs des Werkzeugs (10 ) gebildet ist. - Werkzeug (
10 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflage (20 ) als Platte ausgebildet ist und das Werkzeug (10 ) eine die als Platte ausgebildete Auflage (20 ) aufnehmende Vertiefung aufweist. - Werkzeug (
10 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der als Auflage (20 ) dienenden Platte mit dem Material beschichtet ist. - Werkzeug (
10 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte massiv aus dem Material gebildet ist. - Werkzeug (
10 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung einen in der Wandung oder am Boden der Vertiefung nach Außerhalb des Werkzeug (10 ) führenden Kanal aufweist. - Werkzeug (
10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material Molybdän oder eine Molybdän aufweisende Legierung ist. - Werkzeug (
10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (10 ) eine Mehrzahl von Auflagen (20 ) aufweist. - Sintervorrichtung (
10 ) mit einem als Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildeten Unterstempel.
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