用于压力烧结连接的方法和装置与流程

本发明在该方面描述了一种方法和装置，均用于第一接合组的压力烧结连接，所述第一接合组具有第一接合配对件和第二接合配对件以及布置在它们之间的烧结剂。烧结剂通过优选地布置在装置的下部工具中的加热设备加热。烧结剂通过附加压力转化为烧结金属并且在接合配对件之间形成材料结合的烧结连接。通过合适的工艺控制，还可以使用不仅具有金属组分还具有由贵金属(特别是银)组成的金属颗粒的烧结剂。

背景技术：

1、de 10 2015 120 156 a1公开了一种具有压力柱塞的通用装置，该压力柱塞具有弹性垫元件，该弹性垫元件用于功率电子部件的第一接合配对件和第二接合配对件的材料结合的压力烧结连接，其中压力柱塞的弹性垫元件被尺寸稳定的框架包围，在该框架内，垫元件和压力柱塞的引导部以可线性移动的方式被引导，使得尺寸稳定的框架降低到第一接合配对件或其中布置有第一接合配对件的工件载体，并且对其进行压靠之后，包括弹性垫元件的压力柱塞下降到第二接合配对件上，并且将必要的压力施加到弹性垫上，以便将第一接合配对件连接到第二接合配对件。通常在烧结过程期间，在垫元件(更一般地，上部工具)和至少第二接合配对件之间布置覆盖膜。

2、de 10 2011 080 929 b4公开了一种制备复合物的方法，其中至少两个接合配对件固定连接到彼此，所述方法具有以下步骤：提供第一接合配对件和第二接合配对件；提供连接器件；提供密封器件；提供具有压力室的反应器；提供加热元件；将第一接合配对件、第二接合配对件和连接器件布置在压力室中，使得连接器件位于第一接合配对件和第二接合配对件之间；形成不透气区域，连接器件布置在不透气区域中；在不透气区域外部的压力室中产生气体压力，使得气体压力作用在不透气区域上并以至少2mpa使得第一接合配对件、第二接合配对件以及位于第一接合配对件和第二接合配对件之间的连接器件彼此压靠；通过加热元件将第一接合配对件、第二接合配对件和连接器件加热到至少210℃的预定最高温度；随后冷却第一接合配对件、第二接合配对件和连接器件；其中封闭的压力室的体积小于或等于200ml。

技术实现思路

1、鉴于现有技术，本发明所基于的目的是提供这样的方法和装置：其可以以简单的方式特别地使用不仅具有由贵金属组成的金属组分的烧结剂。

2、根据本发明，该目的通过一种用于压力烧结连接的方法来实现，其通过具有下部工具和上部工具的装置对由第一接合配对件和第二接合配对件组成的接合组进行压力烧结连接，所述下部工具和上部工具形成为在接合组上施加大于5mpa的压力，所述接合组布置在下部工具的支撑表面与上部工具的压力表面之间，该方法包括以下方法步骤：

3、a)在作为初始温度的室温下提供接合组；

4、b)将接合组布置在支撑表面与压力表面之间，其中接合组不与支撑表面直接热接触并且不与压力表面直接热接触；

5、c)借助于下部工具和上部工具朝向彼此移动，将压力引入到接合组上，其中在开始引入压力时，接合组的起始温度，以及特别是布置在接合组的第一接合配对件和第二接合配对件之间的烧结剂的起始温度，比初始温度高不超过100k；

6、d)特别是通过下部工具的加热设备将烧结剂的温度升高为高于起始温度至少50k；

7、e)结束压力的引入。

8、烧结剂通常被理解为特别是由被液体包封/包埋的金属颗粒组成的糊剂。通过烧结过程，即利用压力(所述压力通常在5mpa和40mpa之间的范围内)和温度(所述温度通常在100℃和300℃之间的范围内)的致动，液体被驱出烧结剂并且金属颗粒连接到彼此，从而产生烧结金属。

9、直接热接触特别理解为两个体部之间的体部接触。这明确地不包括特别形成为热辐射的间接热接触。

10、有利的是，在方法步骤a)中，接合组布置在工件载体的工件载体表面上。

11、原则上有利的是，在方法步骤d)开始时，最大压力的至少10％、优选已经至少20％、以及特别优选至少40％施加在接合组上。

12、原则上有利的是，在方法步骤d)和e)之间，烧结剂完全或至少部分地转化成烧结金属，并且在第一接合配对件和第二接合配对件之间形成或至少引发材料结合的烧结连接。

13、有利的是，在方法步骤c)中增加不超过70k，特别是不超过50k。

14、此外，原则上有利的是，在该方法中，烧结剂的金属颗粒的总质量中非贵金属颗粒的比例大于50％，优选大于80％，以及特别优选大于90％。在这种情况下，特别有利的是，非贵金属颗粒的金属选自任何所需质量比的铜、锡、锌、铝、镍、钛、镁或铬，或者仅选自相应的金属。

15、特别优选的是，方法步骤b)至d)，特别是方法步骤b)至e)在常压下进行。

16、特别有利的是，方法步骤b)至d)，特别是方法步骤b)至e)在没有特殊工艺气体(即在空气中)的情况下执行。

17、原则上有利的是，在方法步骤e)之后的方法步骤f)中，特别是用甲酸纯化接合组。

18、根据本发明，上述目的还通过一种装置来实现，该装置特别是用于利用具有加热设备的下部工具和上部工具来执行方法，其中，通过上部工具朝向下部工具移动，可以在下部工具的支撑表面与上部工具的压力表面之间的接合组上施加大于5mpa的压力，其中形成并提供保持设备，使得只要支撑表面与压力表面充分间隔开，接合组就可以布置在该保持设备的保持器件上，并且在压力表面朝向支撑表面移动的情况下，保持设备将接合组布置在支撑表面上。

19、在这种情况下，特别有利的是，保持设备具有多个销，所述销在上部工具的方向上从下部工具(特别是在其支撑表面上)突出，并且形成为在该方向上主动或被动地可移动。在这种情况下，面向上部工具的销的头端可以有利地形成保持器件。主动运动在此特别应理解为使得直接分配给保持设备并且特别是直接作用在其上的致动器引起运动。被动运动在此特别应理解为使得不属于保持设备的设备引起运动。例如对抗作用(特别是间接作用)于其上的弹簧力。

20、备选地，有利的是，保持设备具有多个钩，所述钩在下部工具的方向上从上部工具突出，并且形成为特别是垂直于该方向主动或被动地移动。备选地或另外地，下部工具可以具有用于相应分配的钩的容纳部。

21、有利的是，包括工件载体的接合组可以布置在保持设备上。

22、特别有利的是，加热设备形成为将烧结剂的温度增加至少100k，优选至少150k。

23、当然，除非没有明确地或本身排除或与本发明的概念相反，否则在每种情况下以单数形式命名的特征，特别是第二接合配对件，也可以在根据本发明的方法或根据本发明的设备中出现或布置多次。也可以同时处理几个接合组。

24、将显然的是，本发明的各种配置，无论它们是否在方法或装置的描述的上下文中公开，都可以单独实现或以任何期望的组合实现，以便实现改进。特别地，在不脱离本发明范围的情况下，上文和下文提到和解释的特征不仅可以以所指示的组合使用，而且可以以其他组合使用或单独使用。

技术特征：

1.一种用于压力烧结连接的方法，其通过具有下部工具(4)和上部工具(3)的装置(1)对由第一接合配对件(20)和第二接合配对件(26)组成的接合组(2)进行压力烧结连接，所述下部工具(4)和上部工具(3)形成为在接合组(2)上施加大于5mpa的压力，所述接合组(2)布置在下部工具(4)的支撑表面(40)与上部工具(3)的压力表面(34)之间，所述方法包括以下方法步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

13.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：

15.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：

16.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：

18.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：

19.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：

20.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：

21.一种用于压力烧结连接的装置(1)，所述装置(1)具有下部工具(4)和具有上部工具(3)，所述下部工具(4)具有加热设备(5)，其中，通过将上部工具(3)朝向下部工具(4)移动，能够在下部工具(4)的支撑表面(40)和上部工具(3)的压力表面(34)之间、于接合组(2)上施加大于5mpa的压力，其中形成并设置保持设备(6)，使得只要支撑表面(40)与压力表面(34)充分间隔开，接合组(2)就能够布置在该保持设备(6)的保持器件(62)上，并且在压力表面(34)朝向支撑表面(40)移动的情况下，保持设备(6)将接合组(2)布置在支撑表面(40)上。

22.根据权利要求21所述的用于压力烧结连接的装置，其特征在于：

23.根据权利要求22所述的用于压力烧结连接的装置，其特征在于：

24.根据权利要求21所述的用于压力烧结连接的装置，其特征在于：

25.根据权利要求21至24中任一项所述的用于压力烧结连接的装置，其特征在于：

26.根据权利要求21至24中任一项所述的用于压力烧结连接的装置，其特征在于：

27.根据权利要求21所述的用于压力烧结连接的装置，其特征在于：所述装置(1)用于执行根据权利要求1-20中任一项所述的方法。

28.根据权利要求22所述的用于压力烧结连接的装置，其特征在于：

29.根据权利要求24所述的用于压力烧结连接的装置，其特征在于：

30.根据权利要求26所述的用于压力烧结连接的装置，其特征在于：

技术总结
在此提出一种用于压力烧结连接的方法和装置，其用于通过具有下部工具和上部工具的装置对由第一接合配对件和第二接合配对件组成的接合组进行压力烧结连接，所述方法包括以下方法步骤：在作为初始温度的室温下提供接合组；将接合组布置在支撑表面与压力表面之间，其中接合组不与支撑表面直接热接触并且不与压力表面直接热接触；将压力引入到接合组上，其中在开始引入压力时，接合组的起始温度比初始温度高不超过100K；将烧结剂的温度升高到高于起始温度至少50K；结束压力的引入。

技术研发人员：D·伯基赫特,M·德里希,S·卡夫,E·迈克尔森
受保护的技术使用者：赛米控电子股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15