Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sintervorrichtung und ein Verfahren zum gleichzeitigen Verbinden von Komponenten mehrerer nebeneinander angeordneter elektronischer Baugruppen mittels Drucksintern.

STAND DER TECHNIK

Beim Drucksintern können zwei oder mehr Komponenten, insbesondere elektronische Bauteile und Substrate, mittels eines Fügewerkstoffs miteinander elektrisch und/oder thermisch leitend verbunden werden, wobei hierbei der verbindende Fügewerkstoff gesintert wird. Die zu verbindenden Komponenten werden für die Bereitstellung eines Fügedrucks hierbei uniaxial zwischen einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug verpresst.

Es hat sich herausgestellt, dass eine Verbindungsherstellung unter Prozessatmosphäre, insbesondere Unterdrück oder Vakuum, besonders vorteilhaft ist, insbesondere zur Unterbindung unerwünschter chemischer Reaktionen wie Oxidation, zur Verhinderung von Gaseinschlüssen und zur Unterbindung von Verunreinigungen. Zum Sintern notwendige Wärme wird in der Regel über das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug auf die Komponenten übertragen, kann aber auch von der Unter- und/oder Oberseite als Strahlungswärme aufgebracht werden. Oftmals sollen auf einem gemeinsamen Substrat mehrere Bauteile angeordnet werden, die sich sowohl hinsichtlich ihrer lateralen Ausdehnung als auch ihrer Höhe voneinander unterscheiden können. Um eine gleichmäßige Druckübertragung zu gewährleisten, können am Oberwerkzeug und/oder am Unterwerkzeug mehrere Pressstempel vorgesehen werden, die in ihren Dimensionen auf die zu verbindenden Komponenten abgestimmt sind.

Sollen auf einer Anlage verschiedene Baugruppen unterschiedlicher Art verarbeitet werden, ist regelmäßig eine Anpassung der Pressstempelanordnung am Ober- bzw. Unterwerkzeug erforderlich. Die Anpassung ist zeitaufwendig und wird dadurch erschwert, dass die Werkzeuge und/oder Pressstempel heiß sein können. Zudem sind die Werkzeuge, insbesondere die Pressstempel, üblicherweise aus Metall, da sie hohen Druckkräften standhalten müssen. Daher sind solche Werkzeuge schwer, kühlen langsam ab und sind kostenintensiv. Des Weiteren ist eine exakte Lageausrichtung der Werkzeuge bzw. der Pressstempel zu den zu verbindenden Komponenten erforderlich.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Sintervorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zu schaffen, die eine schnelle und zuverlässige Anpassung einer Pressstempelanordnung an die zu verbindenden Komponenten erlaubt.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Sintervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Eine erfindungsgemäße Sintervorrichtung zum gleichzeitigen Verbinden von Komponenten mehrerer nebeneinander angeordneter elektronischer Baugruppen mittels Drucksintern umfasst ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug, wobei mehrere erste Pressstempel dem Oberwerkzeug (12) zuordenbar sind, und zumindest ein, insbesondere mehrere zweite Pressstempel dem Unterwerkzeug zugeordnet sind. Zwischen den ersten Pressstempel und dem zumindest einen, insbesondere mehreren zweiten Pressstempeln sind die Baugruppen aufgenommen, wobei jedem der ersten Pressstempel und / oder jedem der zumindest einen zweiten Pressstempel eine Antriebsvorrichtung zugeordnet ist, welche zum Ausüben einer Presskraft auf eine der Baugruppen durch ein axiales Versetzen des zugeordneten ersten Pressstempels und / oder des zugeordneten zweiten Pressstempels entlang einer Wirkrichtung der Presskraft (P) eingerichtet ist.

Es wird vorgeschlagen, dass die ersten Pressstempel auf die Baugruppen vor Beginn des Pressvorgangs aufgelegt sind, d.h. auch außerhalb der Sintervorrichtung vor dem Sintervorgang aufgelegt werden, und während des Aufbringens der Presskraft die Baugruppen gegen den zumindest einen zweiten Pressstempel verpressen.

Im Unterschied zu herkömmlichen Sintervorrichtungen, bei denen die auf eine Oberseite der Baugruppen wirkenden Pressstempel fest oder auswechselbar an einem Oberwerkzeug befestigt sind, sind die auf die Oberseite der Baugruppen einwirkenden ersten Pressstempel lediglich lose auf die Baugruppen bzw. deren Komponenten aufgelegt. Das Auflegen der ersten Pressstempel auf die Baugruppen erfolgt bevorzugt außerhalb der Sintervorrichtung, so dass bei einem ohnehin erforderlichen Schritt des Einbringens der Komponenten in die Sintervorrichtung die ersten Pressstempel gemeinsam mit den Komponenten eingebracht werden können. Wenn die Antriebsvorrichtung bzw. die Antriebsvorrichtungen den bzw. die zweiten Pressstempel zum Ausüben der Presskraft versetzen, werden die ersten Pressstempel zusammen mit den darunterliegenden Komponenten der Baugruppen gegen die oberhalb der Baugruppen angeordnete Druckplatte, welche stationär, beispielsweise an einem Rahmen der Sintervorrichtung befestigt ist, oder gegenüber jeweiligen Antriebsvorrichtungen des Oberwerkzeugs gepresst. Alternativ kann der bzw. die zweiten Pressstempel auf einer Druckplatte des Unterwerkzeugs abgestützt sein, und die ersten Pressstempel des Oberwerkzeugs verpressen die Baugruppen gegenüber der Druckplatte bzw. die zweiten Pressstempel des Unterwerkzeugs. Die Druckplatte bzw. die jeweilig gegenüberliegende Antriebsvorrichtung bringt somit eine der Presskraft entgegengerichtete Gegenkraft auf. Die Druckplatte bzw. die Antriebsvorrichtung, bevorzugt des Unterwerkzeugs und/oder Oberwerkzeugs, ist bevorzugt mittels entsprechender Heiz- und/oder Kühlvorrichtungen temperierbar, um einen Wärmetransfer zu oder von den Komponenten durch die ersten und/oder zweiten Pressstempel hindurch zu bewirken. Bevorzugt ist die Heiz- und/oder Kühlvorrichtung zumindest im Unterwerkzeug vorgesehen, um ein Grundkörper der Baugruppe zu erwärmen, während die ersten Pressstempel des Oberwerkzeugs zuvor, z.B. vor oder nach dem Auflegen thermisch erwärmt sind, so dass ggf. auf eine gesonderte Heiz- oder Kühlvorrichtung im Oberwerkzeug verzichtet werden kann.

Alternativ oder zusätzlich zu einem Auflegen der ersten Pressstempel auf die Baugruppen vor Beginn des Sintervorgangs kann, wie in der EP 4 080 554 A2 beschrieben, zumindest ein Teil der ersten Pressstempel, insbesondere alle ersten Pressstempel im Oberwerkzeug austauschbar befestigt, insbesondere in einer Klemmvorrichtung thermisch verklemmt werden. Hierdurch ist eine flexible Konfiguration der ersten Presstempel möglich. So können beispielsweise die ersten Pressstempel bei einer ersten Temperatur entlang einer Wirkrichtung der Presskraft im Oberwerkzeug versetzbar an oder in einer Halterungsplatte des Oberwerkzeugs aufgenommen und bei einer zweiten Temperatur, die höher ist als die erste Temperatur, an oder in der Halterungsplatte bzw. dem Oberwerkzeug verklemmt sein. Hierdurch kann insbesondere eine rasche und präzise Anpassung an jeweilige Baugruppen erfolgen, bei denen die verschiedenen Komponenten eine unterschiedliche Höhe aufweisen. So können beispielsweise die ersten Pressstempel bei der ersten, d.h. niedrigen Temperatur soweit an die zu verbindenden Baugruppen oder eine entsprechende Richtlehre angenähert werden, bis alle Kontaktflächen der ersten Pressstempel mit jeweils zugeordneten Bauteilen in Kon-takt stehen. Dabei werden diejenigen Pressstempel, die mit relativ hohen Komponenten oder Bauteilen in Kontakt stehen, weiter versetzt als diejenigen Pressstempel, die mit Komponenten oder Bauteilen mit vergleichsweise niedriger Höhe in Kontakt stehen. Wenn sich die Pressstempel bezüglich ihrer Längsposition an die Bauteile bzw. die Baugruppen angepasst haben, erfolgt eine Temperaturerhöhung der ersten Pressstempel und der Halterungsplatte des Oberwerkzeugs. Dadurch werden die ersten Pressstempel an oder in der Halterungsplatte verklemmt und somit bezüglich ihrer Längs- oder Axialposition fixiert. Durch das Ver-klemmen wird ein Kraftschluss zwischen den ersten Pressstempeln und der Halterungs-platte hergestellt.

Vorteilhaft kann durch die getrennt betreibbaren Heiz- oder Kühlvorrichtungen im llnter- und Oberwerkzeug, insbesondere in den dazugehörigen Pressstempeln ein definierbarer Temperaturgradient zwischen Oberstempel und Unterstempel während des Sintervorgangs bereitstellbar sein. In der Regel ist ein wärmeempfindlicher oberer Teil der Baugruppe, z.B. ein Leistungshalbleiterbauteil dem Oberwerkzeug zugewandt, während ein wärmeunempfindlicher, und vorteilhaft gut wärmeleitfähiger unterer Teil der Baugruppe, beispielsweise ein Kühlkörper dem Unterwerkzeug zugewendet ist. Eine Sinterverbindung soll zwischen Unterseite des oberen Teils und dem unteren Teil der Baugruppe, in der Regel bei Vorsehen einer Sinterpasten-Zwischenschicht verbunden werden. Um eine Grenztemperatur des oberen Teils nicht zu überschreiten kann der Oberstempel entlang einer Temperaturkurve mit niedrigeren Temperaturkurven gegenüber einer Temperaturkurve mit höheren Temperaturen des Oberstempels während des Sintervorgangs erwärmt bzw. abgekühlt werden. Beispielsweise kann ein Temperaturgradient von 50°C bis 100°C zwischen den heißeren, unteren zweiten Pressstempeln und den kühleren, oberen ersten Pressstempel zumindest bei Erreichung der Sintertemperatur eingestellt werden.

Wenn im Oberwerkzeug und/oder im Unterwerkzeug eine einzelne Antriebsvorrichtung eingesetzt wird, so kann diese beispielsweise als einfach wirkender Hydraulikzylinder für den jeweils zugeordneten einzelnen oder mehreren ersten und/oder zweiten Pressenstempeln ausgebildet sein. Der einfach wirkende Hydraulikzylinder kann eine große Kolbenfläche aufweisen, die im Wesentlichen der Anordnungsfläche der Baugruppen auf dem Trägerrahmen überdecken kann. Eine Rückstellung des einfach wirkenden Hydraulikzylinders kann beispielsweise über ein Federmittel erfolgen, oder über ein anderes Rückstellorgan. Insoweit kann darauf verzichtet werden, hydraulisch gespannt auf eine Pressebene zu wirken, und einen aufwändig, doppeltwirkenden Hydraulikzylinder einzusetzen, sondern der einfach wirkende Hydraulikzylinder kann als Zylinderblock frei verfahren, so dass die Hydraulikpressvorrichtung kostengünstig bereitstellbar ist und geringe Anforderungen an die Hydrauliksteuerung stellt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform können sich die ersten Presstempel gegenüber einer Druckplatte des Oberwerkzeugs abstützen, wobei die zumindest eine Antriebsvorrichtung des Unterwerkzeugs, insbesondere eine jedem zweiten Presstempel zugeordnete jeweilige Antriebsvorrichtung, über den zumindest einen zweiten Pressstempel eine Wirkrichtung der Presskraft P in Richtung des Oberwerkzeugs aufbringt. Alternativ kann der zumindest eine zweite Pressstempel sich gegenüber einer Druckplatte des Unterwerkzeugs abstützen, bzw. aus dieser gebildet sein, wobei die zumindest eine Antriebsvorrichtung des Oberwerkzeugs insbesondere eine jedem ersten Presstempel zugeordnete jeweilige Antriebsvorrichtung, eine Wirkrichtung der Presskraft P in Richtung des Unterwerkzeugs aufbringen. In dieser Ausführungsform kann entweder im Oberwerkzeug oder im Unterwerkzeug zumindest eine Antriebsvorrichtung zur Aufbringung einer Presskraft in Wirkrichtung hin zum Unterwerkzeug bzw. zum Oberwerkzeug angeordnet sein. Sofern im Oberwerkzeug zumindest eine Antriebsvorrichtung vorgesehen ist, kann die Presskraft beispielsweise über eine Druckplatte auf die ersten Pressstempel mit Wirkrichtung hin zum Unterwerkzeug übertragen werden. Alternativ können im Oberwerkzeug jedem der ersten Pressstempel separat zugeordnete jeweilige Antriebsvorrichtungen (Multiantriebe) angeordnet sein, die individuell Presskräfte auf die ersten Pressstempel ausüben können. In diesem Fall kann der zweite Presstempel beispielsweise als Druckplatte im Unterwerkzeug ausgebildet sein. Alternativ können eine Vielzahl zweiter Pressstempel statisch fest im Unterwerkzeug die Baugruppen gegenüber dem Unterwerkzeug abstützen. Alternativ kann zumindest eine Antriebsvorrichtung im Unterstempel vorgesehen sein. Diese kann z.B. den als Druckplatte ausgebildeten zweiten Pressstempel, oder mehrere, statisch mit der Antriebsvorrichtung verbundene zweite Pressstempel in Wirkrichtung der Presskraft Richtung Oberstempel versetzen. Gleichwohl können im Unterwerkzeug auch jedem der mehreren, insbesondere jedem einem ersten Pressstempel zugeordnete zweite Pressstempel separat zugeordnete jeweilige Antriebsvorrichtung (Multiantrieb) angeordnet sein, die individuell Presskräfte auf die zweiten Pressstempel ausüben können. Insoweit sieht diese Ausführungsform eine gemeinsame Antriebsvorrichtung oder Multiantriebe für die ersten oder zweiten Pressstempel entweder im Oberwerkzeug oder im Unterwerkzeug vor.

Alternativ zur vorgenannten Ausführungsform kann in einer vorteilhaften weiteren Ausführungsform den mehreren ersten Pressstempeln eine jeweilige Antriebsvorrichtung des Oberwerkzeugs und den mehreren zweiten Pressstempel eine Antriebsvorrichtung des Unterwerkzeugs zugeordnet ist, wobei jede elektronische Baugruppe beidseitig durch die Antriebsvorrichtungen des Oberwerkzeugs und des Unterwerkzeugs durch gegenläufige Wirkrichtungen der Presskräfte P beaufschlagbar sein. In dieser Ausführungsform wird ein sandwichartiges gegenläufiges Verpressen der Baugruppen durch zumindest eine Antriebsvorrichtung des Oberwerkzeugs und des Unterwerkzeugs vorgeschlagen. Die Antriebsvorrichtung des Oberwerkzeugs kann als Einzelantrieb beispielsweise über eine Druckplatte Presskräfte auf die ersten, auf den Baugruppen aufgelegten Pressstempel verteilen. Alternativ können für jeden ersten Pressstempel separat zugeordnet eine jeweilige Antriebsvorrichtung vorgesehen sein. Gleiches gilt für die Antriebsvorrichtung des Unterwerkzeugs. Diese kann entweder als Einzelantriebsvorrichtung vorgesehen sein, die eine Presskraft in Wirkrichtung zum Oberwerkzeug beispielsweise über eine als Druckplatte ausgebildeten zweiten Pressstempel oder auf der Antriebsvorrichtung statisch angeordneten mehreren zweiten Pressstempel aufbringen. Alternativ können für jeden zweiten Pressstempel separat zugeordnet eine jeweilige Antriebsvorrichtung vorgesehen sein. Im Gegensatz zur vorgenannten Ausführungsform können durch ein gegenseitiges Verpressen der Baugruppen durch gegenläufig arbeitende Antriebsvorrichtungen im Ober- und Unterwerkzeug individuelle Temperatur- und Druckparameter auf benachbart angeordneten Baugruppen erreicht werden, was insbesondere für eine parallele Sinterung verschiedenartiger Baugruppen vorteilhaft ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist jede Antriebsvorrichtung hinsichtlich eines Versatzwegs und/oder einer ausgeübten Presskraft, individuell, bevorzugt hydraulisch, elektromotorisch, piezoelektrisch oder magnetorestriktiv, ansteuerbar. Bevorzugt ist ein jeweiliger erster und/oder zweiter Pressstempel einer jeweiligen Baugruppe oder einer Komponente zugeordnet. Dadurch ist es möglich, die verschiedenen Baugruppen oder einzelnen Komponenten mit einem gleichmäßigen Pressdruck zu beaufschlagen. Es wird insbesondere gewährleistet, dass jede Baugruppe individuell mit einem vorgegebenen Pressdruck beaufschlagt werden kann. Es wird u.a. vermieden, dass einzelne Baugruppen mit einem zu hohen oder zu niedrigen Pressdruck beaufschlagt werden, wie es beispielsweise bei herkömmlichen Lösungen der Fall ist, bei denen mehrere Baugruppen nur mit einem einzigen gemeinsamen Pressstempel beaufschlagt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Höhentoleranzen der Baugruppen bzw. Komponenten ausgeglichen bzw. berücksichtigt werden können. Das Einstellen der nötigen Presskraft kann beispielsweise mit Hilfe eines zugeordneten Kraft- oder Druckaufnehmers oder auch eines Wegaufnehmers erfolgen, wobei die ausgeübte Presskraft direkt durch Einstellen eines Arbeitsdrucks oder indirekt durch Einstellen eines Versatzwegs der zweiten Pressstempel erfolgen kann. Eine hydraulisch ansteuerbare Antriebsvorrichtung kann beispielsweise durch eine Anordnung von doppeltwirkenden Kolben gebildet werden, welche mittels entsprechender Steuerventile von einem gemeinsamen, druckbeaufschlagten Fluidreservoir gespeist werden können. Grundsätzlich kann jedoch auch jede Antriebsvorrichtung eine eigene Fluidquelle zur Druckerzeugung aufweisen, wodurch auf Ventile verzichtet werden kann. Eine elektromotorische Ansteuerung kann beispielsweise mit Hilfe einer einen Spindelantrieb aufweisenden Antriebsvorrichtung erfolgen. Des Weiteren können auch piezoelektrisch oder magnetostriktiv betriebene Antriebsvorrichtungen vorgesehen sein.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jeder der ersten und/oder zweiten Pressstempel mit der zugeordneten Antriebsvorrichtung verbunden. Vorteilhaft sind die zweiten Pressstempel nicht aufgelegt, sondern bilden mit der zugeordneten Antriebsvorrichtung eine Einheit.

Alternativ oder zusätzlich kann jeder der ersten und/oder zweiten Pressstempel eine jeweilige Heiz- und/oder Kühlvorrichtung aufweisen. Mittels der Heiz- bzw. Kühlvorrichtung kann individuell für jeden zweiten Pressstempel und damit für jede damit in thermischem Kontakt stehende Baugruppe ein individuell steuerbarer Wärmetransfer zu oder von dieser Baugruppe erfolgen. Die Heiz- und/oder Kühlvorrichtung kann zum Beispiel elektrisch betrieben sein und/oder jeweilige in den zweiten Pressstempeln vorgesehene Fluidkanäle umfassen, welche mit einer entsprechenden temperierbaren Fluidquelle in Fluidverbindung stehen. Bevorzugt ist die Heiz- und/oder Kühlvorrichtung als Stiftkon- takt-Heiz- und/oder Kühlvorrichtung ausgebildet. Durch thermisch hochleitfähige, elastische Stifte kann bereits vor vollflächiger Kontaktierung der zweiten Pressstempel mit den Baugruppen eine Heiz- oder Kühltemperatur effizient übertragen und insbesondere etwaige Ausrichtungsprobleme wie Parallelitätsausgleich der Oberflächen ausgeglichen werden. Derartige Thermotransfer-Stiftkontakte sind beispielsweise in der WO 2016/091962 A1 beschrieben. Diese können bereits in einer Aufheizkammer zur Erwärmung der Baugruppe, der zweiten Pressstempel und/oder der Druckplatte genutzt werden. Vorzugsweise werden in einer kombinierten Temperaturregelung der Heiz- und/oder Kühlvorrichtung die Temperaturen der ersten und zweiten Pressstempel simultan und unter Einhaltung eines vordefinierbaren Temperaturgradienten zwischen jeweiligem ersten und zugeordnetem zweiten Pressstempel geregelt. Hierdurch können temperatursensitive Teile der Baugruppen vor thermischer Überlastung geschützt werden. Des Weiteren können auch nach einer Vielzahl wiederholender Sintervorgänge identische Temperaturbedingungen an ersten und zweiten Pressstempel beibehalten werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein in die Sintervorrichtung einbringbarer Trägerrahmen vorgesehen, in welchem die Komponenten der Baugruppen, bevorzugt zusammen mit den aufgelegten ersten Pressstempeln, in lateraler Richtung geführt gehalten sind, wobei der Trägerrahmen bevorzugt den Baugruppen zugeordnete Durchbrechungen aufweist, durch welche hindurch die zweiten Pressstempeln mit den Baugruppen in mechanischen und thermischen Kontakt treten können. Die Baugruppen werden durch den Trägerrahmen abgestimmt auf ein Anordnungsraster der zweiten Pressstempel lateral ausgerichtet gelagert, wobei die laterale Ausrichtung sich auf eine Ausrichtung quer zur Pressrichtung bezieht. Während der Trägerrahmen also eine seitliche Bewegung der Komponenten verhindert, wird eine Bewegung entlang einer Wirkrichtung der Presskraft zugelassen. Die Durchbrechungen ermöglichen es, dass die zweiten Pressstempel die Komponenten aus dem Trägerrahmen ausheben können.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an dem Trägerrahmen zumindest ein Führungsrahmen bevorzugt lösbar angeordnet, welcher dazu eingerichtet ist, die ersten Pressstempel in lateraler Richtung relativ zu den Baugruppen zu führen. Der Führungsrahmen verhindert somit eine Relativbewegung der aufgelegten Pressstempel relativ zu den Komponenten der Baugruppen und/oder dem Trägerrahmen. Um das Bestücken des Trägerrahmens oder ein Umkonfigurieren für unterschiedliche Baugruppen- und/oder Stempelkonfigurationen zu erleichtern, kann der zumindest eine Führungsrahmen auf den Trägerrahmen aufgesteckt sein oder auch mit diesem verschraubt sein. Beispielsweise können die Führungsrahmen erst nach dem erfolgten Einlegen der Komponenten in den Trägerrahmen angeordnet werden, woraufhin dann die ersten Pressstempel in den Führungsrahmen eingelegt werden können.

Vorzugsweise weist der Führungsrahmen einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als ein oberer Teil der Baugruppen auf. Die zu sinternde Baugruppe können aus einzelnen, gestapelten Teilen, beispielsweise Leistungshalbleiterbauteile als oberen Teil und Kühlkörper als unteren Teil der Baugruppe bestehen, die unterschiedliche thermische Ausdehnungen aufweisen können. So weist ein Leistungshalbleiterbauteil eine geringere thermische Ausdehnung als ein Kühlkörper auf. Bei Erwärmung auf Sintertemperatur kann es zu einem unerwünschten relativen Verschieben der gestapelten Baugruppen zueinander kommen. Da im weiteren Bearbeitungsschritt eine exakte lagerichtige Ausrichtung der einzelnen Stapelteile der Baugruppe zueinander wichtig ist, kann vorteilhafterweise der Führungsrahmen eine derartige Wärmeausdehnung aufweisen, die die unerwünschte thermische Relativverschiebung der Baugruppenteile zueinander ausgleicht und beispielsweise die oberen Teile gleichartig thermisch zu dem oder den unteren Teilen verschiebt. Vorteilhaft kann der Führungsrahmen eine höhere thermische Ausdehnung als die oberen Teile der Baugruppen, die darin aufgenommen sind, aufweisen, und kann insbesondere aus Aluminium bestehen. Der untere Teil der Baugruppen kann beispielsweise ein Kühlkörper sein, und kann aus Kupfer oder einem ähnlich gut wärmeleitfähigen Material bestehen. Dieser dehnt sich bei Wärme aus, wobei sich ein oberer Teil der Baugruppen, beispielsweise ein Leistungshalbleiterbauteil, bei Wärme geringer ausdehnt. Um ein lagerichtiges Sintern der Leistungshalbleiterbauteile auf den Kühlkörper zu erreichen, kann der Führungsrahmen einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, um die relative Ausrichtung des oberen Teils der Baugruppen zum unteren Teil der Baugruppen bei Erwärmung anzupassen, dazu eignet sich beispielsweise Aluminium für den Führungsrahmen, gegenüber Kupfer für den unteren Teil der Baugruppen. So kann beispielsweise in nachfolgenden Prozessschritten eine elektrische Versorgungsplatine mit Anschlusskontakten der, auf einem gemeinsamen Kühlkörper oder auf individuellen Kühlkörper gesinterten, Leistungshalbleiterbauteile, vorzugsweise Umrichterbauteile wie IGBTs für eine elektrische Energieumwandlung, lagerichtig exakt verbunden werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist jeder der ersten und/oder zweiten Pressstempel einen axial entlang einer Wirkrichtung der Presskraft versetzbaren Stempelkörper und eine mit einer Komponente der Baugruppe kontaktierbare Kontaktfläche auf, wobei die Kontaktfläche relativ zum Stempelkörper um zumindest eine Raumachse kippbar gelagert ist. Bevorzugt ist jedoch die Kontaktfläche um zwei kartesische Raumachsen kippbar, wobei die dritte Raumachse dieses kartesischen Raumachsensystems entlang der Wirkrichtung der Presskraft verläuft. Die Kontaktfläche ist damit sozusagen kardanisch gegenüber dem Stempelkörper beweglich, so dass sich die Kontaktfläche gleichmäßig an die mit ihr in Berührung stehende Komponente anlegen kann. Damit wird im Unterschied zu einer starr ausgerichteten Kontaktfläche, welche unter Umständen gegenüber der von ihr kontaktierten Komponente verkippt sein kann, das Auftreten von Kraftspitzen oder Kraftgradienten innerhalb der Komponenten vermieden und die Presskraft gleichmäßig verteilt. Die Ausrichtung der Kontaktfläche erfolgt dabei selbsttätig. Die kippbare Lagerung der Kontaktfläche relativ gegenüber dem Stempelkörper kann beispielsweise durch eine elastische Ausgleichsschicht bewirkt werden. Ein jeweiliger Pressstempel kann beispielsweise auch zweigeteilt sein und neben dem genannten Stempelkörper noch einen weiteren Stempelkörper umfassen, welcher die genannte Kontaktfläche aufweist, wobei beide Teile der Stempelkörper über die genannte elastische Ausgleichsschicht verbunden sind oder eine andere, eine Kippung zulassende Lagerung vorgesehen ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind einem jeweiligen zweiten Pressstempel mehrere nebeneinander angeordnete erste Pressstempel zugeordnet. Alternativ können einem jeweiligen ersten Pressstempel mehrere nebeneinander angeordnete zweite Pressstempel zugeordnet sein. Insbesondere können die einem zweiten bzw. ersten Pressstempel zugeordneten ersten bzw. zweiten Pressstempel unterschiedliche Höhen aufweisen. Hierdurch können auch solche Baugruppen gesintert werden, bei denen beispielsweise mehrere Bauelemente mit unterschiedlicher Höhe auf einem planen Substrat angeordnet werden sollen. Die Bemessung der Höhe der ersten bzw. zweiten Pressstempel erfolgt derart, dass die der Druckplatte zugewandten Kontaktflächen der ersten bzw. zweiten Pressstempel in einer gemeinsamen Ebene liegen. Vorteilhaft können die ersten Pressstempel im Rahmen einer Fließfertigung durch eine Transportvorrichtung, insbesondere unter Umgehung der Sintervorrichtung nach Abschluss des Sintervorgang, von einer Entladestation nach der Sintervorrichtung zurück zu einer Beladestation vor der Sintervorrichtung, wie sie beispielsweise in den WO 2021/069328 A1 beschrieben ist, transportiert werden. Somit ist ein Serienfertigungsprozeß gewährleisten, der mit hohen Taktraten eine große Anzahl von zu verbindenden Bauteilen sintern kann.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum gleichzeitigen Verbinden von Komponenten mehrerer nebeneinander angeordneter elektronischer Baugruppen mittels Drucksintern in einer Sintervorrichtung, welche insbesondere nach einer der vorhergehenden erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausführungsformen ausgestaltet ist, wobei die Sintervorrichtung mehrere erste Pressstempel und zumindest einen, insbesondere mehrere zweite Pressstempel umfasst, zwischen denen die Baugruppen aufgenommen sind, wobei jeder der ersten Pressstempel, und/oder der zumindest zweite Pressstempel zum Ausüben einer Presskraft auf eine der Baugruppen mittels einer zugeordneten Antriebsvorrichtung axial entlang einer Wirkrichtung der Presskraft versetzbar ist, umfasst die Schritte

Auflegen der ersten Pressstempel auf die Baugruppen,

Einbringen der Baugruppen zusammen mit den ersten Pressstempeln in die Sintervorrichtung in eine auf die zweiten Pressstempel ausgerichtete Position, und Durchführen des Sintervorgangs mittels Betätigens der Antriebsvorrichtung, um die ersten Pressstempel und/oder den zumindest zweiten Pressstempel zum Erzeugen des Pressdrucks aus einer Ruheposition in eine Arbeitsposition zu versetzen, in welcher die Baugruppen gemeinsam zwischen den ersten Pressstempeln und dem zumindest zweiten Pressstempel verpresst werden, welcher zum Aufbringen einer Gegenkraft den ersten Pressstempeln gegenüberliegend angeordnet ist.

Durch das Auflegen der ersten Pressstempel auf die Baugruppen und dem gemeinsamen Einbringen der Baugruppen in die Sintervorrichtung können die ersten Pressstempel in einfacher Weise konfiguriert werden, was sowohl das Anordnen von ersten Press- stempeln geeigneter Größe als auch deren exaktes Ausrichten relativ zu den Baugruppen bzw. indirekt auch zu der Anordnungsgeometrie des bzw. der zweiten Pressstempel umfasst.

Das Einbringen der Baugruppen zusammen mit den ersten Pressstempeln in die Sintervorrichtung kann vorteilhafterweise mit Hilfe eines Trägerrahmens erfolgen, in welchem die Komponenten der Baugruppen zusammen mit dem aufgelegten Pressstempel in lateraler Richtung geführt gehalten sind. Der Trägerrahmen kann bevorzugt den Baugruppen zugeordnete Durchbrechung aufweisen, durch welche hindurch die zweiten Pressstempel mit den Baugruppen in mechanischen und thermischen Kontakt treten können. Die Baugruppen können während des Versetzens des bzw. der zweiten Pressstempel in die Arbeitsposition aus dem Trägerrahmen ausgehoben werden. Um zu verhindern, dass während des Aushebens die ersten Stempel seitlich oder lateral verrutschen, bevor sie mit der Druckplatte in Kontakt treten und durch die sich aufbauende Presskraft fixiert werden, kann der Trägerrahmen einen Führungsrahmen aufweisen, welcher dazu eingerichtet ist, die ersten Pressstempel in lateraler Richtung relativ zu den Baugruppen zu führen. Der Führungsrahmen gewährleistet eine axiale Verschiebbarkeit der ersten Pressstempel in der Wirkrichtung der Presskraft.

Vorteilhaft weist der Führungsrahmen und / oder der T rägerrahmen komplementäre Ausrichtelemente wie Führungsstifte, Führungsnuten, Führungsausnehmen oder dergleichen auf, die eine lagerichtige Anordnung des Führungsrahmens auf dem Trägerrahmen bereitstellen. Beim Bestücken der Baugruppen auf dem Trägerrahmen kann beispielsweise ein unterer Teil der Baugruppen, beispielsweise ein Kühlkörper, der auch für mehrere aufgesetzte oberen Teile der Baugruppe als unterer Teil dienen kann, auf bzw. in den Trägerrahmen aufgesetzt werden. Hiernach kann der Führungsrahmen auf den Trägerrahmen lageausgerichtet durch Ausrichtelemente aufgesetzt werden. Der Führungsrahmen kann Durchbrechungen aufweisen, in die ein oberer Teil der Baugruppen, beispielsweise Leistungshalbleiterbauteile mit aufgelegten ersten Pressstempeln eingesetzt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens umfasst zumindest der Schritt des Durchführens des Sintervorgangs ein Erwärmen und/oder Kühlen der ersten Pressstempels und/oder des zumindest einen, insbesondere mehreren zweiten Pressstempel. Hierdurch kann die zum Sintern erforderliche Wärme über die Pressstempel auf die Baugruppen übertragen werden und gegebenenfalls zusätzlich auch ein gezieltes Abkühlen erfolgen. Vorzugsweise kann zum Schutz des Überschreitens einer kritischen Temperatur eines oberen Teils der Baugruppe, beispielsweise eines Leistungshalbleiterbauteils, der erste, obere Presstempel während des Sintervorgangs ein niedrigeres Temperaturniveau als der zweite, untere Pressstempel, der beispielsweise einem Kühlkörper zugewandt ist, einhalten. Ein Thermotransfer kann bevorzugt über eine elastische Thermotransfervorrichtung, wie aus der WO 2016/091962 A1 bekannt, erfolgen. Bevorzugt wird der bzw. die zweiten Pressstempel beheizt bzw. gekühlt, wobei die ersten Pressstempel vor oder nach Auflegen auf die Baugruppen vorgewärmt werden, und aufgrund ihrer thermischen Speicherkapazität ein vorbestimmbares Temperaturniveau einhalten. Somit kann ggf. auf eine Heiz- und/oder Kühlvorrichtung im Oberwerkzeug verzichtet werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Betätigen verschiedener Antriebsvorrichtungen zum Versetzen der ersten und/oder zweiten Pressstempel in die Arbeitsposition zeitlich versetzt. Das Betätigen der verschiedenen Antriebsvorrichtungen zum Versetzen der ersten und/oder zweiten Pressstempel von der Arbeitsposition zurück in die Ruheposition kann in der gleichen zeitlichen Reihenfolge, zeitgleich oder auch in umgekehrter zeitlicher Reihenfolge erfolgen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das zeitlich versetzt erfolgende Betätigen verschiedener Antriebsvorrichtungen derart, dass zunächst zumindest eine in einem zentralen Bereich angeordnete Antriebsvorrichtung betätigt wird und mit einem zeitlichen Abstand weiter außenliegende Antriebsvorrichtungen betätigt werden. Beispielsweise kann bei einer Anordnung von neun Pressstempeln in drei Reihen zu je drei Pressstempeln der mittlere Pressstempel zuerst und nachfolgend die ihn umgebenden weiter außen liegenden Pressstempel versetzt werden. Durch ein vorzeitiges Anheben des zentralen Bauteils bzw. zentraler Baugruppen kann vorteilhaft der vorgenannte Führungsrahmen mit angehoben und alle darin aufgenommenen oberen Pressstempel, bzw. oberen Teile der Baugruppen mit oberen Pressstempel mit angehoben und zentriert werden, bevor die weiteren, peripheren Pressstempel pressen. Damit kann ein vorzeitiges Ausrichten der Baugruppen gegenüber den oberen und unteren Pressstempeln bzw. oberen und unteren Antriebsvorrichtungen erreicht werden. Vorteilhaft umfasst der Führungsrahmen drei Gruppen von jeweils drei Baugruppen, ggf. auch vier Gruppen von jeweils drei Baugruppen, wobei jeweils die mittlere Antriebsvorrichtung innerhalb einer Gruppe vorzeitig die mittlere Baugruppe mit oberen Pressstempel und Führungsrahmen aus dem Trägerrahmen aushebt.

Bevorzugt findet zumindest der Sintervorgang unter einer Prozessatmosphäre, insbesondere unter einer sauerstofffreien, oxidationsvermeidenden Prozessatmosphäre, vorzugsweise bei einem Unterdrück und insbesondere unter Vakuum statt.

Vorteilhaft kann für eine Kalibrierung und/oder Verifikation der Sintervorrichtung und des Sinterverfahrens ein Messträgerrahmen vorgesehen sein, der ggf. auch einen Messführungsrahmen, und in geometrischer Form lagerichtig angeordnete und geometrisch nachgebildete Baugruppen umfasst, wobei in oder an den nachgebildeten Baugruppen Drucksensoren und/oder Temperatursensoren vorgesehen sein können, die beispielsweise beim Einrichten oder Kalibrierung der Sintervorrichtung zunächst durch die Sintervorrichtung geschleust und mit den vorgesehenen Sinterdrücken und Sintertemperaturen beaufschlagt werden, um eine Verifikation und Kalibrierung des Sinterverfahrens zu ermöglichen. Die Daten der Druck- und/oder Temperatursensoren können zur Einstellung von Prozessparametern und zum Test der ordnungsgemäßen Funktion der Sintervorrichtung herangezogen werden.

Vorzugsweise erfolgt die Heiz- und/oder Kühltemperaturübertragung mittels mechanischer Kontaktstiftkühlung. Ggf. kann auch Wärmestrahlungsübertragung, beispielsweise mittels Induktionsheizung, Infrarotheizstrahlern oder Konvektionstemperaturübertragung durch Prozessgasumwälzung genutzt werden.

ZEICHNUNGEN

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Zeichnung und der zugehörigen Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Insbesondere wird der Fachmann auch Merkmale, die in Bezug auf Ausführungsformen der Sintervorrichtung beschrieben wurden, bei Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einsatz bringen und umgekehrt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht einer Sintervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht auf einen T rägerrah- men der Sintervorrichtung von Fig. 1 mit eingelegten Komponenten;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Trägerrahmens von Fig. 2 zusätzlich mit aufgelegten ersten Pressstempeln und Führungsrahmen;

Fig. 4 bis 7 schematische Querschnittsansichten der Sintervorrichtung von

Fig. 1 in verschiedenen Betriebspositionen;

Fig. 8 eine schematische Längsschnittansicht einer Sintervorrichtung gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels; und

Fig. 9 eine schematische Längsschnittansicht einer Sintervorrichtung gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels.

Fig. 1 und 4 bis 7 zeigen eine Sintervorrichtung 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, welche ein Oberwerkzeug 12 und ein Unterwerkzeug 14 umfasst. Im ersten Ausführungsbeispiel wird eine Sintervorrichtung 10 betrachtet, in dem die ersten Pressstempel 16 sich statisch gegenüber einer Druckplatte 20 des Oberwerkzeugs 12 abstützen, wobei mehrere, jeweils durch separate Antriebsvorrichtungen 28, 28.2 versetzbare zweite Pressstempel 18 des Unterwerkzeugs 14 versetzbar sind. Die Sintervorrichtung 10 kann ein massives Pressengestell umfassen, welches eine evakuierbare Prozesskammer umgrenzen kann, wobei sich das Oberwerkzeug 12 und das Unterwerkzeug 14 an dem Pressengestell abstützen.

Das Oberwerkzeug 12 umfasst eine plane Druckplatte 20, welche eine Heiz- und/oder Kühlvorrichtung (nicht dargestellt) aufweisen kann. Das Unterwerkzeug 14 umfasst eine Anordnung von zweiten Pressstempeln 18, wobei jedem zweiten Pressstempel 18 eine Antriebsvorrichtung 28 zugeordnet ist. Die Antriebsvorrichtungen 28 können beispielsweise jeweils als eine hydraulisch betriebene Kolben-Zylinder-Anordnung ausgestaltet sein, welche mittels eines druckbeaufschlagten Hydraulikfluids betrieben wird, um ein Heben oder Senken des zugeordneten zweiten Pressstempels 18 zu bewirken. Die zweiten Pressstempel 18 können ebenfalls Heiz- und/oder Kühlvorrichtungen aufweisen, beispielsweise Fluidkanäle welche von temperierbarem Fluid durchströmt werden oder IR- basierte, elektrische oder induktive Heizelemente.

Zwischen den zweiten Pressstempeln 18 des Unterwerkzeugs 14 und der Druckplatte 20 des Oberwerkzeugs 12 ist ein Arbeitsraum 40 definiert, in den ein Trägerrahmen 30 eingesetzt oder eingeschoben werden kann, auf welchem die Komponenten der zu verbindenden Baugruppen 22 gelagert sind.

Mit Bezug auf Fig. 2 und 3 wird die Funktionsweise des Trägerrahmens 30 näher erläutert. Der Trägerrahmen 30 umfasst einen Außenrahmen 34 mit einer zentralen Öffnung, in welcher ein Innenrahmen 36 angeordnet ist. In den Innenrahmen 36 sind im Ausführungsbeispiel insgesamt fünf Substrate 24 eingelegt und seitlich geführt gehalten, beispielsweise Kühlkörper oder Trägerplatten für ein Leistungshalbleiterbauteil, auf welchem jeweils drei Bauelemente 26 aufgelegt sind, beispielsweise Halbleiter-Einheiten oder sogenannte Molds, in welchen jeweils mehrere Halbleiterbauelemente bereits vorab zusammengefügt und vergossen sind. Auf die Bauelemente 26 sind wiederum jeweilige erste Pressstempel 16 aufgelegt, wobei jeweils drei, einem jeweiligen Substrat 24 zugeordnete erste Pressstempel 16 in einem Führungsrahmen 32 lateral geführt gelagert sind. Jeder Führungsrahmen 32 erstreckt sich demnach über ein jeweiliges Substrat 24. Der Trägerrahmen 30 weist durch die Substrate 24 überdeckte Öffnungen oder Durchbrechungen auf, durch welche hindurch die zweiten Pressstempel 18 hindurch in direkten Kontakt mit den Baugruppen 22 bzw. den Substraten 24 treten können.

Mit der dargestellten beispielhaften Sintervorrichtung 10 können insgesamt fünf Baugruppen 22 mittels Drucksintern verbunden werden, wobei jede Baugruppe 22 ein gemeinsames Substrat 24 und drei in Reihe darauf angeordnete Bauelemente 26 umfasst. Dementsprechend sind die zweiten Pressstempel 18 einschließlich der zugeordneten Antriebsvorrichtungen 28 in einer Matrix mit fünf Reihen zu jeweils drei zweiten Pressstempeln 18 bzw. drei Antriebsvorrichtungen 28 angeordnet. Die aufgelegten ersten Pressstempel 16, die Bauelemente 26, die zweiten Pressstempel 18 und die Antriebsvorrichtungen 28 sind jeweils zueinander ausgerichtet, d.h. die genannten Komponenten befinden sich in jedem der fünfzehn Stapel in Draufsicht, d.h. in Wirkrichtung einer Presskraft P, senkrecht übereinander angeordnet.

Das Bestücken des Trägerrahmens 30 mit den Baugruppen 22, den Führungsrahmen 32 und den ersten Pressstempeln 16 erfolgt vorzugsweise außerhalb der Sintervorrichtung 10. Nach erfolgtem Bestücken wird der Trägerrahmen 30 einschließlich der darauf angeordneten Elemente in die Sintervorrichtung 10 eingeschoben. Eine entsprechende Ruheposition ist in Fig. 1 dargestellt, in der die Sintervorrichtung 10 in einem Längsschnitt dargestellt ist, so dass dort insgesamt eine Reihe mit fünf Pressstempeln 16, 18 sowie entsprechend auch fünf Baugruppen 22 und fünf Antriebsvorrichtungen 28 sichtbar sind. Im Unterschied hierzu stellen die in den Fig. 4 bis 7 dargestellten Schnittansichten Querschnitte dar, so dass jeweils dort nur eine Baugruppe 22 mit einem Substrat 24 und drei aufgelegten Bauelementen 26 sichtbar ist. Entsprechend sind auch nur drei Pressstempel 16, 18 und drei Antriebsvorrichtungen 28 dargestellt.

Wie in Fig. 4 zu erkennen ist, können die zweiten Pressstempel 18 einen zweigeteilten Stempelkörper 42 mit einem der Druckplatte 20 zugewandten oberen Stempelkörper 44 und einem der zugeordneten Antriebsvorrichtung 28 zugewandten unteren Stempelkörper 46 aufweisen. Die Kontaktfläche 48 zwischen dem oberen Stempelkörper 44 und dem unteren Stempelkörper 48 ist als Kugelfläche ausgebildet und ermöglicht es, dass sich der obere, mit der Baugruppe 22 in Kontakt stehende Stempelkörper 44 an deren Unterseite durch eine kleine Gleitbewegung entlang der Kugelfläche selbsttätig ausrichten kann. Dadurch wird das Auftreten von Druckspitzen innerhalb der Baugruppe 22 vermieden.

Gemäß einer Ausgestaltung eines Betriebsverfahrens zum Betrieb der Sintervorrichtung 10 wird gemäß Fig. 4 zunächst nur die mittleren einer jeweiligen Baugruppe 22 zugeordneten zweiten Pressstempel 18 angehoben. Gemäß Fig. 5 werden die äußeren zweiten Pressstempel 18 mit zeitlicher Verzögerung angehoben, so dass zwischen den Oberseiten der zweiten Pressstempel 18 vorübergehend ein gewisser Höhenversatz auftreten kann. Sobald die zweiten Pressstempel 18 in Kontakt mit der Unterseite eines jeweiligen Substrats 24 einer Baugruppe 22 gelangen, wird diese Baugruppe 22 aus dem Trägerrahmen 30 in Wirkrichtung der Presskraft ausgehoben, wobei zugleich auch die aufgelegten ersten Pressstempel 16 aus dem zugeordneten Führungsrahmen 32 ausgehoben werden.

Gemäß Fig. 6 gelangen die ersten Pressstempel 16 bei fortschreitendem Anheben in Kontakt mit der Druckplatte 20, wobei sich eine der von den Antriebsvorrichtungen 28 erzeugten Presskraft P entgegengerichtete Gegenkraft aufbaut, so dass es zu einem Druckanstieg innerhalb der Baugruppen 22 kommt. Durch ein Heizen der Druckplatte 20 bzw. der zweiten Pressstempel 18 wird die zum Drucksintern erforderliche Wärme bereitgestellt.

Die in Fig. 6 dargestellte Arbeitsposition der Sintervorrichtung 10 wird für eine vorgegebene Zeitdauer gehalten, bis das Ausbilden der Sintervorrichtung zwischen den Komponenten der Baugruppen 22 abgeschlossen ist.

Nach erfolgtem Sintervorgang werden gemäß Fig. 7 die Antriebsvorrichtungen 28 wiederum betätigt, um die zweiten Pressstempel 18 entgegen der Wirkrichtung der Presskraft P abzusenken. Dadurch werden ebenfalls die Baugruppen 22 einschließlich der aufgelegten Pressstempel 16 abgesenkt und fallen zurück in den Trägerrahmen 30 bzw. den Führungsrahmen 32. Nach Beendigung des Absenkvorgangs kann der Trägerrahmen 30 mit den darin aufgenommenen gesinterten Baugruppen 22 aus der Sintervorrichtung 10 herausgefahren werden und ein weiterer Trägerrahmen 30 mit zu sinternden Baugruppen 22 eingeschoben werden, um erneut einen Sintervorgang durchzuführen. Die weiteren Figs. 8 und 9 stellen alternative zweite und dritte Ausführungsformen einer Sintervorrichtung 10 dar, in dem ein Multiantrieb, umfassend mehrere Antriebsvorrichtungen 28, 28.1 , 28.2 sowohl im Oberwerkzeug 12 angeordnet ist, siehe Fig. 8 bzgl. der zweiten Ausführungsform oder sowohl im Oberwerkzeug 12 als auch im Unterwerkzeug 14 vorgesehen sind, siehe Fig. 9 bzgl. der dritten Ausführungsform. Grundsätzlich orientieren sich die zweite und dritte Ausführungsform der Fig. 8, 9 an der Ausgestaltung der ersten Ausführungsform, die ausführlich bzgl. der Figs. 1 bis 7 beschrieben ist. Somit sollen im Folgenden lediglich die abweichenden Merkmale beschrieben werden.

Die in der Fig. 8 dargestellten Ausführungsform 10 unterscheidet sich von der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass jeweils separate Antriebsvorrichtungen 28.1 den ersten Pressstempel 16 zugeordnet sind, und im Oberwerkzeug 12 angeordnet sind. Im Unterwerkzeug ist eine Druckplatte 20 vorgesehen, die als zweite Pressstempel 18 wirkt. Die Druckplatte 20 stützt die Baugruppen 22 im Unterwerkzeug 14 während des Sintervorgangs ab. Sobald der Trägerrahmen 30 mit Baugruppen 22 und Führungsrahmen 22 in den Arbeitsraum 40 mit aufgelegten ersten Pressstempel 16 eingeführt ist, z.B. im Rahmen einer Fließfertigung durch eine nicht dargestellte Transportvorrichtung, z.B. aus einer Vorheizkammer in eine vakuumierbare Prozesskammer der Sintervorrichtung 10 transportiert ist, können die Antriebsvorrichtungen 28.1 auf der Oberseite der ersten Pressstempel 16 aufsetzen und eine Presskraft P auf die Baugruppen 22 mit Wirkrichtung hin zum Unterwerkzeug 14 bereitstellen. Eine geeignete Transportvorrichtung ist beispielsweise aus der WO 2021/069328 A bekannt. Die Vorheizkammer kann vorzugsweise eine induktive Temperaturerhöhung, insbesondere des unteren Teils, der Baugruppe, bevorzugt eines Kühlkörpers bewirken und kann insoweit leitfähige Induktionsspulen, die einen geringen Abstand zu induktionserwärmbaren Bereichen der Baugruppe und/oder des Trägerrahmens 30 aufweisen, umfassen.

Die Fig. 9 stellt eine dritte Ausführungsform 10 dar, die im Wesentlichen eine Kombination der Ausführungsformen der Figs. 1 und 8 darstellen. Während nach Fig. 1 die ersten Pressstempel 16 der ersten Ausführungsform durch eine Druckplatte 20 im Oberwerkzeug 12 abgestützt wird, und in Fig. 8 die zweiten Pressstempel 18 als Druckplatte 20 im Unterwerkzeug 14 ausgebildet ist, verzichtet die dritte Ausführungsform der Fig. 9 auf eine Druckplatte. Im Oberwerkzeug 12 sind mehrere Antriebsvorrichtungen 28.1 angeordnet, die jeweils einem ersten Presstempel 16 zugeordnet sind. Im Unterwerkzeug 14 sind mehrere Antriebsvorrichtungen 28.2 angeordnet, die jeweils einen zweiten Pressstempel 18 versetzbar antreiben. Hierzu weist der Trägerrahmen 30 Durchbrüche 52 auf, durch die die zweiten Pressstempel 18 hindurchwirken können. Die Pressstempel 18 weisen federnde Stiftkontakt-Thermotransfervorrichtungen 50 auf, um eine schnelle Wärmeübertragung und Unebenheiten und Nichtparallelitäten zwischen der Oberfläche der Pressstempel 18 und der Unterseite der Baugruppen 22 ausgleichen zu können.

Jede Baugruppe 22 wird sandwichartig von einer Antriebsvorrichtung 28.1 und Antriebsvorrichtung 28.2 verpresst, wobei Temperatur, Druck, Verfahrweg etc. für jede Baugruppe 22 separat einstellbar sind. Die dritte Ausführungsform eignet sich insbesondere für ein paralleles Sintern heterogener Baugruppen 22.

Die Prozessatmosphäre in der Sintervorrichtung 10 ist bevorzugt einstellbar, so ist ein Spülen mit einem Reinigungsgas wie Ameisensäure möglich, auch ein Entzug von Sauerstoff zur Oxidationsverhinderung ist vorteilhaft möglich, bis hin zu einem Vakuum.

Bezugszeichenliste

10 Sintervorrichtung

12 Oberwerkzeug

14 Unterwerkzeug

16 erster Pressstempel

18 zweiter Pressstempel

20 Druckplatte

22 Baugruppe

24 Substrat

26 Bauelement

28, 28.1, 28.2 Antriebsvorrichtung, Antriebsvorrichtung des Oberwerkzeugs,

Antriebsvorrichtung des Unterwerkzeugs

30 Trägerrahmen

32 Führungsrahmen

34 Außenrahmen

36 Innenrahmen

40 Arbeitsraum

42 Stempelkörper

44 oberer Stempelkörper

46 unterer Stempelkörper

48 Kontaktfläche

50 Stiftkontakt-Thermotransfervorrichtung

52 Durchbrechungen im Trägerrahmen

P Wirkrichtung der Presskraft