Dispositivo y procedimiento temporizado de unión por sinterización a presión.

Dispositivo para un procedimiento temporizado de unión por sinterización a presión de componentes (56) de forma de pastillas electrónicas con trazas conductoras (54) de un respectivo sustrato (50),

que consta al menos de un dispositivo de prensado (10), una cinta transportadora (20) y un dispositivo (30) para cubrir el sustrato (50) con una película protectora (32), en el que el dispositivo de prensado (10) es adecuado para el funcionamiento temporizado y presenta un macho de prensado (12) y una mesa de prensado calentable (14), y en el que los componentes (56) de forma de pastillas electrónicas presentan unos componentes semiconductores de potencia, tales como diodos de potencia, tiristores de potencia y/o transistores de potencia, y el sustrato (50) es un sustrato cerámico (52) con forros metálicos (54) sobre ambas superficies principales, caracterizado por que la cinta transportadora (20) es una cinta de acero fino con un espesor comprendido entre 0,2 mm y 1 mm, suficientemente estable a la presión, para una presión de 30 a 60 N/mm2, y está dispuesta de manera que discurre por encima de la mesa de prensado (14), y la película protectora (32) es una película de politetrafluoretileno con un espesor comprendido entre 50 μm y 300 μm, que está dispuesta entre el sustrato (50) con los componentes (56) dispuestos sobre el mismo y el macho de prensado (12).

Dispositivo y procedimiento temporizado de unión por sinterización a presión.

La invención describe un dispositivo y un procedimiento para la unión simultánea por sinterización a presión de una pluralidad de componentes de forma de pastillas electrónicas sobre un sustrato. Por procedimiento temporizado de sinterización a presión deberá entenderse, además, que se unen sucesivamente en este caso una pluralidad de sustratos con los respectivos componentes según un procedimiento cíclico en una secuencia de tiempo definida por medio de un dispositivo adecuado.

Los documentos DE 34 14 065 C2 y EP 0 242 626 B1 forman el estado de la técnica fundamental para esto. Asimismo, el estado de la técnica de los procedimientos de sinterización a presión se describe extensamente en Mertens "Die Niedertemperatur-Verbindungstechnik der Leistungselektronik", ISBN 978-3-18-336521-0. El documento DE 34 14 065 2 revela un procedimiento que se caracteriza por los pasos de procesamiento esenciales siguientes:

aplicación de una capa pastosa consistente en una mezcla de un polvo metálico y un disolvente, en lo que sigue denominada metal sinterizado, sobre la superficie de contacto a unir del componente o del sustrato;

aplicación del componente sobre el sustrato, estando dispuesta la capa pastosa entre el componente y el sustrato;

expulsión del disolvente del conjunto constituido por el componente, la capa pastosa y el sustrato;

solicitación del conjunto con presión, preferiblemente bajo calentamiento adicional a la temperatura de sinterización, formándose la unión por sinterización a presión.

Este procedimiento se ha revelada en este caso para la unión de exactamente un componente y un sustrato asociado. El documento EP 0 242 626 B1 revela otro procedimiento optimizado para esto. Este procedimiento evita inconveniente del estado de la técnica primeramente citado. No obstante, este procedimiento, al igual que ocurre también con el primeramente citado, adolece del inconveniente de que se trata de un procedimiento puramente en serie se opone a una producción moderna y racional de tales uniones.

El documento DE 10 2004 019 567, que pertenece también al estado de la técnica, revela criterios para hacer que el procedimiento de sinterización a presión limitado hasta la fecha a componentes individuales y uniones individuales sea más fácilmente accesible a una producción automatizable. En este caso, este documento se refiere especialmente al revestimiento de los componentes o del sustrato con el metal sinterizado.

Asimismo, se conoce como ejemplo por el documento US 6,544,377 B1 un procedimiento temporizado con una pluralidad de estaciones de trabajo para disponer componentes del campo de la electrotécnica sobre sustratos. En este caso, es especialmente ventajoso el hecho de que las diferentes estaciones de trabajo pueden presentar ciclos de temporización diferentes. Por el documento JP 2004 296 746 A es conocido como ejemplo el recurso de imaginar para tales estaciones de trabajo un equipo de presión que presente una entrada de presión uniforme.

La invención se basa en el problema de presentar un dispositivo y un procedimiento correspondiente que permitan un procedimiento temporizado de sinterización a presión de una pluralidad de sustratos con una respectiva pluralidad de componentes de forma de pastillas electrónicas.

El problema se resuelve según la invención con las medidas de las características de las reivindicaciones 1 y 5. En las reivindicaciones subordinadas se describen formas de realización preferidas.

La ¡dea inventiva parte de un sustrato consistente preferiblemente en un cuerpo de base y una capa metálica dispuesta sobre el mismo. Esta capa metálica presenta preferiblemente en su lado superior un fino estrato de un metal noble, según se prefiere especialmente como base de uniones por sinterización a presión. Sobre la capa metálica del sustrato está dispuesta una pluralidad de componentes de forma de pastillas electrónicas. Entre los componentes y la capa metálica está dispuesto según el estado de la técnica el metal sinterizado con un espesor de capa y una estampación conocidos.

El dispositivo, que es adecuado para el procedimiento temporizado de producción de uniones por sinterización a presión, presenta un dispositivo de prensado, una cinta transportadora y un dispositivo para cubrir el sustrato con una película protectora.

El dispositivo de prensado está configurado de tal manera que es adecuado para el funcionamiento temporizado. Presenta para ello un macho de prensado y una mesa de prensado calentable. La cinta transportadora está configurada como suficientemente estable a la presión para permanecer entre la mesa de prensado y el sustrato durante el proceso de sinterización a presión. Para poder transportar los sustratos, dicha cinta está dispuesta de manera que discurre directamente por encima de la mesa de prensado. La película protectora está dispuesta entre

el sustrato con los componentes dispuestos sobre el mismo y el macho de prensado.

El procedimiento temporizado correspondiente para la unión por sinterización a presión de una pluralidad de componentes de forma de pastillas electrónicas con un sustrato por medio del dispositivo citado consta, por cada ciclo de temporización, de los pasos esenciales siguientes:

Se transporta un sustrato con componentes dispuestos sobre el mismo hasta la mesa de prensado por medio de la cinta transportadora.

Por medio del dispositivo para cubrir el lado superior del sustrato con componentes dispuestos sobre el mismo se cubre este sustrato con una película protectora.

El macho de prensado presiona sobre el conjunto constituido por la película, los componentes y el sustrato, produciéndose la unión por sinterización a presión mediante la contrapresión ejercida a través de la mesa de prensado.

A continuación, se suprime la presión y se transporta adicionalmente el sustrato por medio de la cinta transportadora.

Estos pasos del procedimiento se repiten cíclicamente, con lo que se consigue una producción continua de sustratos con componentes dispuestos sobre ellos por medio de un procedimiento de sinterización a presión.

La solución inventiva se explicará adicionalmente con ayuda de los ejemplos de realización de las figuras 1 a 3.

La figura 1 muestra una ejecución de un dispositivo según la invención.

La figura 2 muestra un estadio del procedimiento según la invención.

La figura 3 muestra otro estadio del procedimiento según la invención.

La figura 1 muestra una ejecución de un dispositivo según la invención. Se representa aquí el dispositivo de prensado 10, constituido por el macho de prensado 12 y la mesa de prensado calentable 14, siendo ésta invariable en su posición y formando el cuerpo de contrapresión para el macho de prensado móvil 12. Inmediatamente por encima de la mesa de prensado 14 discurre la cinta transportadora 20, la cual se representa aquí como una cinta continua con dos rodillos de reenvío.

Se representa también el dispositivo 30 para cubrir con una película protectora 32 el sustrato 50 y los componentes 56 de forma de pastillas electrónicas dispuestos sobre el mismo. Esta cubrición sirve para proteger el macho de prensado 12 contra ensuciamiento con material sinterizado (véase la figura 2, 58). En un procedimiento temporización este ensuciamiento se depositaría sobre el sustrato siguiente y, por tanto, conduciría a una impurificación de la instalación y/o de los sustratos procesados y llevaría así, en último término, a una interrupción del procedimiento de producción continuo. Se representa aquí un procedimiento especialmente adecuado para la aplicación de la película protectora 32. En este caso, la película protectora 32 está dispuesta en un dispositivo en el cual es desenrollada desde un lado del dispositivo de prensado 10 y es enrollada nuevamente en el otro lado. Por tanto, cada sustrato 50 es cubierto con un nuevo tramo de la película protectora 32.

Se representan también estaciones ventajosas del dispositivo. Una estación de carga 60 sirve para cargar la cinta transportadora. A continuación de esta estación está dispuesta una estación de precalentacimiento 62 para la aportación de temperatura al sustrato 50 antes del dispositivo de prensado 10 propiamente dicho. Después del dispositivo de prensado 10 están dispuestas una estación de enfriamiento 6 y una estación de descarga subsiguiente 66. Todas estas estaciones están unidas por medio de la cinta transportadora 20.

La figura 2 muestra un estadio del procedimiento según la invención. Se representa el momento en el que ya se ha transportado un sustrato... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para un procedimiento temporizado de unión por sinterización a presión de componentes (56) de forma de pastillas electrónicas con trazas conductoras (54) de un respectivo sustrato (50), que consta al menos de un dispositivo de prensado (10), una cinta transportadora (20) y un dispositivo (30) para cubrir el sustrato (50) con una película protectora (32), en el que el dispositivo de prensado (10) es adecuado para el funcionamiento temporizado y presenta un macho de prensado (12) y una mesa de prensado calentable (14), y en el que los componentes (56) de forma de pastillas electrónicas presentan unos componentes semiconductores de potencia, tales como diodos de potencia, tiristores de potencia y/o transistores de potencia, y el sustrato (50) es un sustrato cerámico (52) con forros metálicos (54) sobre ambas superficies principales, caracterizado por que la cinta transportadora (20) es una cinta de acero fino con un espesor comprendido entre 0,2 mm y 1 mm, suficientemente estable a la presión, para una presión de 30 a 60 N/mm2, y está dispuesta de manera que discurre por encima de la mesa de prensado (14), y la película protectora (32) es una película de politetrafluoretileno con un espesor comprendido entre 50 pm y 300 pm, que está dispuesta entre el sustrato (50) con los componentes (56) dispuestos sobre el mismo y el macho de prensado (12).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el macho de prensado (12) presenta un bastidor móvil (120) y un cojín de presión (124) que es móvil independientemente de dicho bastidor y que está hecho de un compuesto de silicona que presenta una distribución de presión cuasihidrostática sobre todas las superficies.

3. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que están dispuestas delante del dispositivo de prensado (10) una estación de carga (60), una estación de precalentamiento (62) para aportar temperatura al sustrato (50) y, después del dispositivo de prensado (10), una estación de enfriamiento (64) y una estación de descarga (66), y todas estas estaciones están unidas por medio de la cinta transportadora (20).

4. Procedimiento temporizado para unir por sinterización a presión una pluralidad de componentes (56) de forma de patillas con una traza conductora (54) del sustrato (50) por medio de un dispositivo según las reivindicaciones 1 a 3, en el que, por cada ciclo de temporización,

se transporta un sustrato (50) con componentes (56) dispuestos sobre sus trazas conductoras (54) hasta la mesa de prensado (14) por medio de la cinta transportadora (20);

por medio del dispositivo (30) para cubrir el lado superior del sustrato (50) con componentes (56) dispuestos sobre el mismo, se cubren éstos con una película protectora (32);

el macho de prensado (12) presiona sobre el conjunto constituido por la película (32), los componentes (56) y el sustrato (50) y se produce la unión por sinterización a presión mediante la contrapresión ejercida por la mesa de prensado (14);

se suprime la presión y se transporta adicionalmente el sustrato (50) por medio de la cinta transportadora

(20);

y en el que se repiten cíclicamente estos pasos del procedimiento.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que, antes del dispositivo de prensado (10) o en el interior del dispositivo de prensado (10), se cubre con la película protectora (32) el sustrato (50) con los componentes (56) dispuestos sobre el mismo por medio del dispositivo asociado (30).

6. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que se hace que descienda un bastidor móvil (120) del macho de prensado (12) hasta la cinta transportadora (20) y a continuación se hace que descienda un cojín de presión (124) sobre la película protectora (32), y por medio de este cojín de presión (124) se induce una aplicación de presión cuasihidrostática sobre los componentes (56) y el sustrato (50) a través de la película protectora (32).