Lotformteil zum Erzeugen einer Diffusionslötverbindung und Verfahren zum Erzeugen eines Lotformteils

Die Erfindung betrifft ein Lotformteil zum Erzeugen einer Diffusionslötverbindung. Dieses weist eine erste Fügefläche für einen ersten Fügepartner und eine zweite Fügefläche für einen zweiten Fügepartner auf. Das Lotformteil besteht aus einem Gefüge, aufweisend eine erste Phase aus einem Lotwerk ^¬ stoff und eine zweite Phase aus einem metallischen Werkstoff. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen eines Lotformteils, bei dem eine erste Phase aus einem Lot ^¬ werkstoff und eine zweite Phase aus einem metallischen Werk- Stoff zu dem Lotformteil zusammengefügt werden.

Die Verwendung von Diffusionslötverbindungen zum Montieren zweier Fügepartner ist beispielsweise aus der DE

10 2013 219 642 AI bekannt. Beim Ausbilden von Diffusionslöt- Verbindungen zwischen den Fügepartnern entsteht aufgrund von Diffusionsvorgängen eine Lötverbindung, welche eine intermetallische Phase aufweist, die einen höheren Schmelzpunkt hat als die restliche aus der Lotlegierung bestehenden Lötverbindung. Hierdurch ist es möglich, die Verbindung zwischen den Fügepartnern thermisch und mechanisch zu stabilisieren.

Die Fügepartner können beispielsweise Kontaktmaterialien aus Kupfer zur Verfügung stellen. Das Diffusionslot kann ein Zinn enthaltender Lotwerkstoff sein. Durch die Diffusion von Kup- fer in das Lotmaterial während des Ausbildens der Lötver ^¬ bindung entsteht dann eine Diffusionszone, welche durch eine intermetallische Verbindung zwischen Kupfer und Zinn gebildet wird. Diese weist einen Schmelzpunkt von ungefähr 420° auf, der damit eindeutig über der Schmelztemperatur des zinnba- sierten Lotwerkstoffs liegt. Aufgrund der notwendigen Diffu ^¬ sionsvorgänge kann die Diffusionszone nicht beliebig tief in den Lotwerkstoff hineinreichen. Daher ist die auszubildende Lötverbindung auf eine bestimmte Dicke beschränkt. Gemäß der DE 10 2013 219 642 AI wird daher vorgeschlagen, zumindest einen der Fügepartner so zu gestalten, dass Hohlräume im Bereich des Fügespalts zwischen den Fügepartnern entstehen. Diese können beispielsweise durch Vorsehen von Vertiefungen in der Montagefläche eines der Fügepartner ausgebildet wer ^¬ den. Sie dienen beim Fügen dann als Pufferräume, in die überschüssiges Lotmaterial entweichen kann, damit auch bei Auf ^¬ treten von Mengentoleranzen eine Spaltbreite zwischen den Fügepartnern gewährleistet werden kann, die die zuverlässige Ausbildung einer Diffusionszone über die gesamte Breite des Fügespalts sicherstellt.

Gemäß D. Feil: „Fügekonzepte für Leistungsmodule an Kühlkör ^¬ pern", Elektronische Baugruppen und Leiterplatten, Seiten 60 - 64, Berlin, Offenbach, 2016 ist es außerdem bekannt, dass bei der Ausbildung von Diffusionslötverbindungen auch größere Fügespalte zwischen den Fügepartnern überbrückt werden können, wenn ein flexibles Formteil, wie z. B. ein Kupfernetz, in den Fügespalt eingelegt wird. Auf diesem kann eine

Lotfolie platziert werden, wobei das Lotmaterial bei Verflüs ^¬ sigung die Zwischenräume zwischen dem flexiblen Formteil aus ^¬ füllt. Das Formteil stellt dabei das Material zur Verfügung, welches in den Lotwerkstoff eindiffundieren kann. Dadurch, dass das diffundierende Material nicht nur durch die Grenz ^¬ flächen der Fügepartner, sondern auch im Inneren der

Lötverbindung zur Verfügung steht, kann sich eine durchgehende Diffusionszone zwischen den Fügepartnern auch bei einem größeren Fügespalt ausbilden. Feil beschreibt auch eine andere Möglichkeit des Ausbildens von Diffusionslötverbindungen, bei der statt des flexiblen Formteils ein metallisches Pulver verwendet wird, z. B. Kup ^¬ ferpulver. Dieses wird dem Lotmaterial beigemengt und stellt dispers verteilt im Lotwerkstoff das Material zur Verfügung, welches unter Ausbilden der Diffusionszone in die

Lötverbindung eindiffundieren kann. Auch hierdurch lässt sich in der Lötverbindung eine Diffusionszone erzeugen, die den Spalt zwischen den beiden Fügepartnern überbrückt. Gemäß der US 2009/004500 AI ist es bekannt, dass Diffusionslötverbindungen zwischen zwei Fügepartnern durch Diffusion von Bestandteilen aus einer flüssigen Phase in eine feste Phase während des Lötens erzeugt werden können. Dabei wird ein zwei Komponenten enthaltender Lotwerkstoff zwischen den Fügepartnern verwendet. Um die Lötverbindung herstellen zu können, wird ein Lotformteil zwischen den Fügepartnern platziert, welches aus einem Sandwich von Lagen der ersten Komponente und der zweiten Komponente besteht. Hierdurch ist es möglich, die Diffusionswege für das diffundierende Element möglichst kurz zu halten, so dass sich eine mechanisch stabi ^¬ le Verbindung zwischen den Fügepartnern ergibt.

Die Verwendung von Lotformteilen erfordert eine hohe Präzisi ^¬ on bei der Herstellung der Lötverbindungen, da diese zum Ausbilden einer zuverlässigen Kontaktierung beide Fügepartner berühren müssen und die Diffusionswege in der sich ausbildenden Lötverbindung nicht zu groß sein dürfen. Diese Präzision ist mit einem gewissen Fertigungsaufwand und dadurch entste ^¬ henden Kosten verbunden. Um die Diffusionswege klein zu halten, können besonders dünne Lotformteile verwendet werden. Diese erfordern jedoch eine sehr ebene und reine Oberfläche der Fügepartner und erhöhte Anforderungen an die Fügegenauigkeit. Auch lassen sich zwecks Verkürzung der Diffusionswege nicht beliebig dünne Formteile herstellen. Auch die Zeit, die für das Phasenwachstum einer intermetallischen Phase benötigt wird, lässt sich nicht beliebig minimieren. Auch muss die thermische Belastung der Fügepartner beachtet werden, die die zulässigen Behandlungszeichen einer Wärmebehandlung begrenzen .

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Lotformteil für das Diffusionslöten bzw. ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Lotformteils anzugeben, wobei das Lotformteil einfach bei der Handhabung und Montage der Diffusionslötverbindung sein soll und die thermische Belastung beim Fügen der

Diffusionslötverbindung vergleichsweise gering sein soll. Diese Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Lotformteil erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in dem Lotformteil eine aus dem Material der ersten Phase und dem Material der zwei- ten Phase bestehende Diffusionszone ausgebildet ist, wobei die erste Fügefläche und die zweite Fügefläche ganz oder teilweise durch die erste Phase ausgebildet sind. Dabei sind die erste Phase und die zweite Phase ineinander lösbar, d. h., dass bevorzugt der metallische Werkstoff der zweiten Pha- se in die erste Phase eindiffundiert, wenn die thermische Energie hierfür ausreicht. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die erste Phase aus dem Lotwerkstoff zwecks Aus ^¬ bilden der Diffusionslötverbindung aufgeschmolzen wird. Die zweite Phase hat dabei einen höheren Schmelzpunkt und wird daher beim Ausbilden der Diffusionslötverbindung nicht aufgeschmolzen. Die Diffusionsvorgänge führen vorteilhaft am En ^¬ de zu der Ausbildung einer intermetallischen Phase, die aus Bestandteilen der ersten Phase und der zweiten Phase ausgebildet wird und einen höheren Schmelzpunkt aufweist, als der Lotwerkstoff. Die erste Phase kann beispielsweise ein zinnba ^¬ sierter Lotwerkstoff sein (insbesondere ein Zinn-Silber- Kuper-Lot wie zum Beispiel SAC305 mit der Legierungszusammen ^¬ setzung SN96, 5Ag3Cu0 , 5 oder ein Zinn-Kupfer-Lot, zum Beispiel mit der Legierungszusammensetzung Sn99, 3Cu0 , 7 ) , während die zweite Phase aus einem Metall besteht, welches sich in der ersten Phase löst und in diese eindiffundieren kann, vorzugsweise Kupfer.

Die erfindungsgemäße Idee liegt darin, dass die Diffusionszo- ne, die in dem Lotformteil ausgebildet ist, das abschließende Stadium des Diffusionsvorgangs noch nicht erreicht hat. Damit lässt sich vorteilhaft das Lotformteil im Rahmen eines

Diffusionslötvorgangs noch verwenden, um zwei Fügepartner mit einer Diffusionslötverbindung zu verbinden. Hierfür stehen die erste Fügefläche und die zweite Fügefläche zur Verfügung, wobei insbesondere an diesen beiden Fügeflächen noch die erste Phase ausgebildet ist. Somit steht also das Lotmaterial noch zur Ausbildung einer Diffusionszone zur Verfügung, die beispielsweise dadurch gebildet werden kann, dass die Füge ^¬ partner den metallischen Werkstoff, der auch in der zweiten Phase vorliegt, zur Ausbildung der Diffusionszone beitragen. Beim Ausbilden der Diffusionslötverbindung wird das Lotformteil auf eine Temperatur erwärmt, dass es zu weiteren Diffu ^¬ sionsvorgängen kommt, die die Ausbildung der

Diffusionslötverbindung abschließen. Insbesondere können sich intermetallische Phasen ausbilden, die auch bis zu den Füge- flächen reichen und so zu einer zuverlässigen

Diffusionslötverbindung zwischen den Fügepartnern führen. Vor dem Verlöten des Lotformteils kann die im Inneren vorliegende Diffusionszone auch schon zumindest teilweise eine interme ^¬ tallische Phase aufweisen. Dies hängt davon ab, wie lange das Lotformteil einer die Diffusion auslösenden Wärmebehandlung unterworfen wurde. Wichtig ist lediglich, dass zum Ausbilden der Diffusionslötverbindung noch genügend Lotwerkstoff der ersten Phase an den Fügeflächen zur Verfügung steht. Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der Diffusionszone (19) und der ersten Fügeflä ^¬ che (12) sowie zwischen der Diffusionszone (19) und der zwei ^¬ ten Fügefläche (13) ein Mindestabstand besteht, der im Be ^¬ reich von mindestens 1 ym und höchstens 30 ym, bevorzugt min- destens 5 ym und höchstens 10 ym liegt. Durch den erfindungs ^¬ gemäß vorgesehenen Abstand wird sichergestellt, dass die Diffusionslötverbindungen zwischen den Fügepartnern und dem Lotformteil mit einem vergleichsweise geringen Wärmeeintrag fertiggestellt werden können. Deswegen ist es vorteilhaft möglich, dass die Diffusionslötverbindungen gemeinsam mit weiteren Lötverbindungen einer elektronischen Baugruppe gefertigt werden. Normalerweise ist für die Herstellung von Diffusionslötverbindungen zwar eine wesentlich höhere Temperatur als für gewöhnliche Lötverbindungen erforderlich. Durch die Diffusionsvorgänge, die in dem Lotformteil beispielsweise durch eine Wärmebehandlung bereits angestoßen wurden, muss die Ausbildung der Diffusionszone mit der intermetallischen Verbindung allerdings nicht vollständig durch den Lötvorgang erzeugt werden. Daher erreichen vorteilhaft die Bearbeitungs ^¬ zeiten und -temperaturen des gewöhnlichen Lötens aus, weswegen die Baugruppe in einem einzigen Lötvorgang gefertigt werden kann, auch wenn neben den Diffusionslötverbindungen auch gewöhnliche Lötverbindungen gefertigt werden sollen. Beispielsweise kann eine solche elektronische Baugruppe in einem Reflow-Lötofen gelötet werden.

Um eine Diffusionszone in der Diffusionslötverbindung zu er- zeugen, welche von der einen Fügefläche bis zur anderen Fügefläche reicht, muss der Mindestabstand nicht über die gesamte Fläche der Fügefläche verteilt sein. Der Mindestabstand soll ^¬ te aber gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zumindest in Teilbereichen unterhalb der Flügelfläche vorlie- gen.

Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der Diffusionszone (19) und der ersten Fügeflä ^¬ che (12) sowie zwischen der Diffusionszone (19) und der zwei- ten Fügefläche (13) ein Abstand besteht, der im Bereich von mindestens 1 ym und höchstens 30 ym, bevorzugt mindestens 5 ym und höchstens 10 ym liegt, wobei der besagte Abstand zwi ^¬ schen der Diffusionszone (19) und der ersten Fügefläche (12) sowie zwischen der Diffusionszone (19) und der zweiten Füge- fläche (13) in einem Bereich unterhalb der Fügefläche (12) von mindestens 50 %, bevorzugt mindestens 70 % und noch mehr bevorzugt von mindestens 90 % vorliegt. Hierdurch kann vor ^¬ teilhaft sichergestellt werden, dass sich zumindest im Haupt ^¬ teil der Fügefläche eine Diffusionsverbindung ausbildet. Die- se stabilisiert die Lötverbindung wirksam, auch wenn Reste des Lotwerkstoffes in der Lötverbindung noch vorhanden sind.

Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die intermetallische Verbindung so weit ausgebildet ist, dass eine vollständige Durchdringung des Lotformteils durch die Diffusionszone von der ersten Fügefläche (12) zur zweiten Fügefläche (13) in einer Lötzeit von weniger als 300 Sekun ^¬ den, insbesondere in einer Lötzeit von 60 - 150 Sekunden aus- bildbar ist. Es hat sich nämlich gezeigt, dass durch Dimensionierung der Abstände zwischen der Diffusionszone und den Fügeflächen die Lötzeit direkt beeinflusst werden kann. Auf diese Weise gelingt es, dass Lotformteil so auszulegen, dass dieses insbesondere mit gewöhnlichen Lötverbindungen gemeinsam gelötet werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die intermetallische Verbindung so weit ausgebildet ist, dass eine vollständige Durchdringung des Lotformteils durch die Diffusionszone von der ersten Fügefläche (12) zur zweiten Fügefläche (13) in einem Temperaturbereich von kleiner 270 °C, insbesondere in einem Temperaturbereich von 220 °C bis 260 °C durchführbar ist. Es hat sich nämlich gezeigt, dass durch geeignete Dimensionierung der Abstände zwischen der Diffusionszone und den Fügeflächen eine Verringerung der Löttemperatur möglich ist, wobei diese so eingestellt werden kann, dass die Diffusionsverbindung gemeinsam mit gewöhnlichen Lötverbindungen gelötet werden kann.

Bei einem Verfahren zum erzeugen eines Lotformteils, bei dem eine erste Phase aus einem Lotwerkstoff und eine zweite Phase aus einem metallischen Werkstoff zu dem Lotformteil zusammengefügt werden, kann zur Ausbildung der Diffusionszone mit ei- ner intermetallischen Verbindung vorgesehen werden, dass eine Wärmebehandlung durchgeführt wird (hierzu im folgenden noch mehr) . Bei der Anwendung dieses Verfahrens kann die Wärmebe ^¬ handlung hinsichtlich ihrer Parameter (Temperatur, Wärmebehandlungsdauer) so eingestellt werden, dass die sich oben stehend aufgeführten Verhältnisse für den Abstand zwischen den Fügeflächen und der Diffusionszone einstellen.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Phase und die zweite Phase als Lagen in dem Lot- formteil ausgebildet sind, wobei jeweils zwischen diesen La ^¬ gen die Diffusionszonen als Zwischenlagen ausgebildet sind. Mit anderen Worten wechseln sich die Lagen der ersten Phase und der zweiten Phase ab. Durch eine Wärmebehandlung entste- hen Zwischenlagen. Diese werden durch Diffusionszonen gebildet, die von der Grenzfläche zwischen der ersten Phase und der zweiten Phase ausgehend wachsen und auch zusammenwachsen können. Die Diffusionszonen können zumindest teilweise in in- termetallische Verbindungen umgewandelt werden, wenn die Dif ^¬ fusion weit genug fortgeschritten ist. Vorteilhaft ergibt sich auf diese Weise ein einfacher Aufbau des Lotformteils, welches durch Schichten von Folien aus der ersten Phase und der zweiten Phase hergestellt werden kann.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die zweite Phase in Form von Partikeln ausgebildet ist, die in einer Matrix aus der ersten Phase verteilt sind. Dies lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass die Partikel der zweiten Phase zwischen Folien aus der ersten Phase verteilt werden und hieraus ein das Lotformteil bildender Verband er ^¬ zeugt wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die anschlie ^¬ ßend erzeugte Diffusionszone ein die Partikel verbindendes Gerüst einer intermetallischen Verbindung aufweist. Dieses Gerüst erstreckt sich über die Dicke des Lotformteils, wo ^¬ durch die durch das Lotformteil ausgebildete Diffusionslöt ^¬ verbindung mechanisch und thermisch stabilisiert wird. Nach Montage des Lotformteils und Diffusionslöten desselben wird das Gerüst der intermetallischen Verbindung zu den Fügepart- nern hin ergänzt, so dass dieses bis zu den Fügeflächen reicht. Damit wird die gesamte Diffusionslötverbindung stabi ^¬ lisiert .

Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die zweite Phase eine einteilige Raumstruktur ausbildet, die von einer Matrix aus der ersten Phase umgeben ist. Eine solche einteilige Raumstruktur gibt die Geometrie eines in der ersten Phase sich ausbildenden Gerüsts der intermetallischen Verbindung vor, so dass dieses sich vorteilhaft mit definierter Geomet- rie und daher gut vorhersagbaren mechanischen Eigenschaften ausbilden lässt. Auch bei dieser Ausgestaltung der Erfindung entsteht ein die Raumstruktur umgebendes Gerüst der interme- tallischen Phase, dessen Geometrie sich an der Raumstruktur der zweiten Phase orientiert.

Die Aufgabe wird außerdem mit dem eingangs angegebenen Ver- fahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Lotformteil einer Wärmebehandlung unterworfen wird, wobei sich während der Wärmebehandlung eine Diffusionszone zwischen der ersten Phase und der zweiten Phase ausbildet. In dieser Diffusions ^¬ zone kann es auch zu einer Ausbildung von intermetallischen Verbindungen kommen. Außerdem wird die Wärmebehandlung rechtzeitig abgebrochen, damit an einer ersten Fügefläche für den ersten Fügepartner und an einer zweiten Fügefläche für den zweiten Fügepartner ganz oder teilweise die erste Phase aus ^¬ gebildet bleibt. Hierdurch wird der Lotwerkstoff an den Füge- flächen zur Herstellung einer Lötverbindung zu den benachbarten Fügepartnern sichergestellt. Dass die erste Phase an den Fügepartnern erhalten bleibt, kann dadurch sichergestellt werden, dass die zweite Phase, aus der Material zur Bildung der Diffusionszone in die erste Phase eindiffundiert, in den Bereichen nahe der Fügeflächen gar nicht oder nur im geringen Umfang vorhanden ist. Außerdem lässt sich die Ausbildung einer Diffusionszone, die bis an die Fügeflächen heranreicht, durch Begrenzen der Zeit für die Wärmebehandlung beeinflussen .

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich ein Lotformteil erzeugen, dessen Vorteile vorstehend bereits erläutert wurden. Insbesondere lässt sich ein Lotformteil erzeugen, bei dem der Abschluss der Diffusionsvorgänge, die bei der Montage zur Ausprägung einer Diffusionslötverbindung zwischen zwei Fügepartner führen sollen, schneller erreicht ist. Hierbei lassen sich vorteilhafterweise die thermischen Belastungen, die mit dem Ausbilden der Lötverbindung verbunden sind, verringern .

Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Lotformteil während der Wärmebehand ^¬ lung zwischen zwei Haltevorrichtungen eingesetzt wird, welche an der ersten Fügefläche und an der zweiten Fügefläche angreifen. Diese Haltevorrichtungen dürfen kein Material enthalten, welches in das Lotformteil eindiffundiert, damit die ^¬ se nach der Wärmebehandlung von dem Lotformteil wieder abge- löst werden können. Beispielsweise können die Haltevorrichtungen aus Keramik bestehen und durch zwei ebene Platten realisiert werden. Vorteilhaft ist es auch, wenn die Haltevor ^¬ richtungen durch den Lotwerkstoff schwer benetzbar sind, so dass dieser mit den Grenzflächen der Haltevorrichtungen keine Verbindung eingehen kann. Mit den Haltevorrichtungen kann während der Wärmebehandlung ein Druck auf das Lotformteil ausgeübt werden, um einzelne Lagen miteinander zu verbinden und die Fügeflächen zu konditionieren . Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn als Zwischenprodukt eine Platte erzeugt wird, die die Höhe der herzustellenden Lot ^¬ formteile aufweist. Aus dieser kann nach Abschluss der Wärme ^¬ behandlung eine Vielzahl von Lotformteilen hergestellt werden, indem die Platte zerteilt wird. Dies kann beispielsweise durch Stanzen, Schneiden, Sägen, Trennschleifen oder Laserschneiden erfolgen. Durch Herstellen einer großen Platte lässt sich einerseits die Prozesssicherheit beim Schichten der einzelnen Lagen verbessern. Außerdem verringert sich der Aufwand beim Schichten der Lagen, da für eine Vielzahl von Lotformteilen eine vergleichsweise geringe Anzahl von Bautei ^¬ len mit vergleichsweise großen Abmessungen gehandhabt werden muss. Horizontale Lageabweichungen fallen dann beispielsweise jeweils nur am Rand der Platte an und können beim Vereinzeln der Lotformteile einfach abgeschnitten werden.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die erste Phase in Form von Lagen verwendet wird und die zweite Phase in Form von Partikeln verwendet wird. Die Lagen und die Partikel werden dann abwechselnd ge- schichtet und die Partikel anschließend in die Lagen einge ^¬ bettet. Dieser Einbettungsprozess kann beispielsweise mecha ^¬ nisch durch Rollen oder Pressen erfolgen. Unterstützt wird die Ausbildung des Verbunds zwischen den einzelnen Lagen überdies durch die Wärmebehandlung, da die Ausbildung der Diffusionszone zu einer festen Verbindung zwischen den Partikeln und den Lagen führt. Es können beispielsweise Kupferpartikel in Form von Kugeln auf dünne Lotfolien, insbesondere einer zinnhaltigen Lotlegierung, appliziert werden. Hierbei kann gemäß einer vorteil ^¬ haften Ausgestaltung der Erfindung ein Binder zum Einsatz kommen, mit dem die Partikel auf der Lotfolie fixiert werden. Wenn mehrere dieser Folien übereinander gestapelt werden, so lässt sich die gesamte Höhe des so erzeugten Lotformteils ein ausreichender Füllgrad mit Kupferpartikeln erreichen.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgese- hen werden, dass die erste Phase in Form von Partikeln oder in Form einer einteiligen Raumstruktur zwischen den Haltevorrichtungen platziert wird und anschließend diese erste Phase von der vorher aufgeschmolzenen zweiten Phase infiltriert wird. Hierbei macht man es sich zunutze, dass die zweite Pha- se eine niedrigere Schmelztemperatur als die erste Phase auf ^¬ weist und aufgrund von Kapillarkräften in die Zwischenräume der ersten Phase hineingesogen wird. Hierdurch ergibt sich vorteilhaft ein Verbund aus der ersten Phase und der zweiten Phase, wobei der Füllgrad und die Geometrie der ersten Phase genau vorbestimmt werden kann. Dadurch, dass das Lotmaterial im flüssigen Zustand in das Lotformteil eingebracht wird, steht außerdem genügend Wärme zur Verfügung, damit sich so ^¬ fort eine Diffusionszone ausbildet. Der Wärmebehandlungs ^¬ schritt ist damit zumindest teilweise in den Herstellungs- schritt des Lotformteils integriert, wodurch vorteilhaft die Herstellungszeit für das Formteil verringert werden kann.

Werden Kupferpartikel verwendet, so können diese beispiels ^¬ weise in Form einer Kupferpaste verarbeitet werden, indem diese auf eine nicht benetzbare Fläche, beispielsweise aus einer Keramik, gedruckt werden. Nach Trocknung dieses

Partikelverbands kann ein Lotdepot beispielsweise in Form ei ^¬ nes Formteils oder eines Lotpastendepots seitlich an das Kup- ferdepot angesetzt werden. Die Formgebung des zu erzeugenden Lotformteils zur Oberseite wird mittels der zweiten Haltevor ^¬ richtung, beispielsweise einer zweiten Keramikplatte, be ^¬ grenzt. Zusätzlich können Abstandshalter zur genauen Defini- tion der Höhe des zu erzeugenden Lotformteils zwischen den Haltevorrichtungen platziert werden. Durch Aufschmelzen des Lots infiltriert dieses dann das Depot an Kupferpartikeln.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese- hen, dass die zweite Phase in Form einer einteiligen Raumstruktur auf einer der beiden Haltevorrichtungen platziert wird. Anschließend wird die zweite Phase in der ersten Phase eingebettet, wobei die erste Phase in Form einer Lotpaste verarbeitet wird. Diese gibt nach, wenn die zweite Phase in diese hineingedrückt wird. Anschließend wird die andere der Haltevorrichtungen auf das herzustellende Lotformteil aufge ^¬ setzt. Vorteilhaft kann die einteilige Raumstruktur auch zwi ^¬ schen zwei Schichten der Lotpaste eingebettet werden, um den Füllgrad zu vergrößern. Bei dem Verfahren werden etablierte Techniken des Schablonendrucks angewandt, so dass vorteilhaft ein wirtschaftlicher Herstellungsprozess mit einer hohen Sicherheit durchführbar ist.

Außerdem kann gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen werden, dass die zweite Phase in Form einer einteiligen Raumstruktur verwendet wird und diese Raumstruktur in die geschmolzene erste Phase getaucht wird. Bei diesem Tauchverfahren wird die einteilige Raumstruktur mit dem Lotwerkstoff benetzt, wobei sich sofort eine Diffusionszone in dem noch flüssigen Lotwerkstoff ausbildet. Die so erzeugten, mit Lot benetzten Raumstrukturen können anschließend zu höheren Lotformteilen gestapelt werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszei ^¬ chen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen :

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsge ^¬ mäßen Lotformteils, bei dem die zweite Phase durch einzelne Lagen gebildet wird, im Schnitt,

Figur 2 ein anderes Ausführungsbeispiel des er ^¬ findungsgemäßen Lotformteils, bei dem die zweite Phase durch Partikel gebildet wird, teilweise aufgeschnitten,

Figur 3 bis ausgewählte Fertigungsschritte eines Aus ^¬ führungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens (Stapeln von Lagen) , teilweise geschnitten,

Figur 6 und ein anderes Ausführungsbeispiel des er ^¬ findungsgemäßen Verfahrens (Infiltrieren mit Lotmaterial) in ausgewählten Schrit ^¬ ten, teilweise geschnitten,

Figur 8 und 9 ein anderes Ausführungsbeispiel des er ^¬ findungsgemäßen Verfahrens (Tauchen eines Raumgitters) in ausgewählten Schritten, teilweise geschnitten und

Figur 10 bis 14 ausgewählte Schritte eines anderen Aus ^¬ führungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens (Lotpastendruck) , teilweise geschnitten .

Gemäß Figur 1 ist ein Lotformteil 11 dargestellt. Dieses weist eine erste Fügefläche 12 und eine zweite Fügefläche 13 auf. Über die erste Fügefläche 12 ist das Lotformteil 11 mit einer ersten Metallisierung 15 eines ersten Fügepartners 14 verbunden. Der Fügepartner 14 ist durch ein elektronisches Bauelement ausgeführt. Die zweite Fügefläche 13 ist mit einer zweiten Metallisierung 16 eines zweiten Fügepartners 17 verbunden. Der zweite Fügepartner 17 ist durch einen Schaltungsträger in Form einer Leiterplatte gebildet.

Der Aufbau des Lotformteils 11 ist schematisch dargestellt. In Figur 1 ist ein Zustand dargestellt, bei dem das fertigge ^¬ stellte Lotformteil 11 zwischen dem ersten Fügepartner 14 und dem zweiten Fügepartner 17 platziert wurde, jedoch noch nicht mit diesen verlötet wurde. Das Lotformteil 11 besteht aus La ^¬ gen einer zweiten Phase 18, die aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise Kupfer, gebildet wurden. Zwischen den Lagen dieser zweiten Phase 18 bzw. an diese anschließend be ^¬ finden sich Diffusionszonen 19, die einen zinnbasierten Lot- werkstoff enthalten, in den Kupfer aus der zweiten Phase 18 eindiffundiert ist. Dies wurde durch eine Wärmebehandlung des Lotformteils erreicht, wobei diese abgebrochen wurde, bevor die Diffusionszonen 19 vollständig ausgebildet wurden, intermetallische Phasen sind teilweise allerdings schon ausgebil- det. Außerdem reicht die Diffusionszone 19 noch nicht bis zur ersten Fügefläche 12 und zweiten Fügefläche 13, weswegen die ^¬ se durch eine erste Phase 20 aus dem zinnhaltigen Lotmaterial gebildet werden. Nicht dargestellt sind die intemetallischen Verbindung in den Diffusionszonen (hierzu mehr zu Figur 2). Diese intermetalli ^¬ sche Verbindungen bildet sich bei einem noch folgenden

Lötvorgang noch weiter aus, bei dem der erste Fügepartner 14 und der zweite Fügepartner 17 mit dem Lotformteil 11 zu einer Lötverbindung verlötet werden. Dabei diffundiert Material aus der ersten Metallisierung 15 und der zweiten Metallisierung 16 sowie aus der zweiten Phase 18 des Lotformteils in die erste Phase 20 des Lotformteils sowie in die Diffusionszonen 19, wodurch die Konzentration an Kupferatomen in der sich ausbildenden Diffusionszone ausreicht, um intermetallische Verbindungen auszubilden. So entsteht eine

Diffusionslötverbindung zwischen dem ersten Fügepartner 14 und dem zweiten Fügepartner 17. Da die Diffusionsvorgänge in dem Lotformteil 11 bereits eingesetzt hatten, ist zum endgül ^¬ tigen Ausbilden der Diffusionslötverbindung weniger Energie erforderlich, als bei herkömmlichen Lotformteilen, die zu diesem Zweck verwendet werden.

Bei dem Lotformteil gemäß Figur 2 ist die zweite Phase 18 in Form von Partikeln in der ersten Phase 20 enthalten. Um die zweite Phase 18 herum hat sich bereits eine Diffusionszone 19 (zumindest teilweise) als intermetallische Verbindung ausge- bildet. Allerdings gewährleistet ein unter Berücksichtigung der Diffusionswege der zweiten Phase in der ersten Phase (be ^¬ stimmt durch die Verfahrensparameter der Wärmebehandlung wie Temperatur und Dauer) gewählter Abstand der zweiten Phase 18 von der ersten Fügefläche 12 und der zweiten Fügefläche 13, dass an diesen Fügeflächen die erste Phase 20 des Lotwerkstoffs vorliegt, um einen nachfolgenden Diffusionsvorgang mit nicht dargestellten Fügepartnern sicherzustellen.

Ein Lotformteil gemäß Figur 2 kann beispielsweise mit einem Verfahren der Figuren 3 bis 5 hergestellt werden. In Figur 3 ist dargestellt, dass die erste Phase 20 in Form von Lotfoli ^¬ en abwechselnd mit der ersten Phase 18 in Form von Partikeln geschichtet werden kann. Die erste Phase 18 kann dabei mit ^¬ tels eines dargestellten Binders 20a an die zweite Phase 20 (auf einer Seite oder, wie dargestellt, auf beiden Seiten der Lagen der zweiten Phase) fixiert werden oder einfach nur eingestreut werden (nicht dargestellt) . Dabei gewährleistet die jeweils oberste und unterste Lage der ersten Phase 20, dass die zweite Phase 18 von der sich später ausbildenden ersten Fügefläche 12 und zweiten Fügefläche 13 beabstandet sind.

In Figur 4 ist dargestellt, dass der Verbund gemäß Figur 3 zwischen zwei Haltevorrichtungen 21 in Form von

Keramikplatten gehalten werden kann. Durch einen Anpressdruck 22 werden die erste Phase 20 und die zweite Phase 18 mitei ^¬ nander verbunden und vorläufig fixiert. Figur 5 zeigt das Lotformteil 11 nach erfolgter Wärmebehand ^¬ lung, die erfolgen kann, während das in Entstehung befindliche Lotformteil gemäß Figur 4 in der Haltevorrichtung 21 fixiert ist. Um die erste Phase 18 herum hat sich die Diffusi- onszone 19 ausgebildet, wobei angrenzend an die erste Füge ^¬ fläche 12 und die zweite Fügefläche 13 die erste Phase 20 vorhanden ist.

Gemäß Figur 6 und 7 ist ein anderes Verfahren zur Herstellung des Lotformteils dargestellt. In Figur 6 ist zu erkennen, dass die zweite Phase 18 die Form von Kugeln aufweist, die gleichmäßig zwischen den Haltevorrichtungen 21 geschichtet wurden. Die erste Phase 20 des Lotwerkstoffs ist durch ein Formteil ausgebildet, welches ebenfalls zwischen den Halte- Vorrichtungen 21 gehalten ist und sich am Rande des später auszubildenden Lotformteils befindet. Außerdem ist ein Ab ^¬ standhalter 23 vorgesehen, der die Höhe des auszubildenden Lotformteils definiert. In Figur 7 ist dargestellt, dass die Anordnung gemäß Figur 6 soweit erwärmt wird, dass die erste Phase 20 aufschmilzt. Durch die Kapillarkräfte, die durch die Zwischenräume zwi ^¬ schen den Kugeln der ersten Phase 20 erzeugt werden, infiltriert das Lotmaterial nun die erste Phase 18. Zu erkennen in Figur 7 ist eine Front 24 des gerade in die Zwischenräume der zweiten Phase 18 einbringenden Lotwerkstoffs.

Da der Lotwerkstoff flüssig ist, kommt es sofort zu einer Diffusion des Materials der zweiten Phase 18 (z. B. Kupfer) in die erste Phase 20, wodurch eine Diffusionszone 19 aus in ^¬ termetallischen Verbindungen entsteht. Diese bildet ein die Kugeln der zweiten Phase umgebendes Gerüst 25, welches das fertiggestellte Lotformteil mechanisch stabilisiert, so dass dieses beim späteren Ausbilden einer Lötverbindung stabil bleibt, während der Rest der ersten Phase 20 wieder auf ^¬ geschmolzen wird. Der Rest der ersten Phase 20 befindet sich insbesondere an den Grenzflächen zu den Haltevorrichtungen 21, die aus einer Keramik bestehen und daher keine Diffusi- onsvorgänge in der ersten Phase 20 auslösen oder sich von der flüssigen ersten Phase 20 benetzen lassen.

Gemäß den Figuren 8 und 9 ist ein anderes Verfahren zum Her- stellen des Lotformteils dargestellt. Bei diesem Verfahren soll die zweite Phase aus einer dreidimensionalen Raumstruktur 26, hier ein Drahtgitter, gebildet werden. Um aus dieser Raumstruktur 26 ein Lotformteil herzustellen, wird diese in flüssiges Lot 27 getaucht, welches in einem Behälter 28 zur Verfügung gestellt wird.

In Figur 9 ist zu erkennen, dass das Raumgitter 26 aus Figur 8 bei dem fertiggestellten Lotformteil 11 die zweite Phase 18 bildet. Diese ist von der Diffusionszone 19 umgeben, wobei mit zunehmendem Abstand zur zweiten Phase 18 die erste Phase 20 die Diffusionszone 19 ablöst, so dass die erste Fügefläche 12 und die zweite Fügefläche 13 von der ersten Phase 20 ge ^¬ bildet werden. In den Figuren 10 bis 14 ist ein Verfahren zur Herstellung des Lötformteils 11 durch Lotpastendruck dargestellt. In Fi ^¬ gur 10 ist zu erkennen, dass auf die Haltevorrichtung 21 in Form einer Keramikplatte eine erste Schablone 29 aufgelegt wird und mittels einer Rakel 30 die zweite Phase 20 in Form einer Lotpaste in einer bestimmten Dicke aufgetragen wird. Wie Figur 11 zu entnehmen ist, kann auf die so applizierte erste Phase 20 die zweite Phase 18 in Form einer Kupferfolie aufgelegt werden. Anschließend wird, wie in Figur 12 darge ^¬ stellt, die erste Schablone 29 durch eine zweite Schablone 31 ersetzt, die eine größere Höhe aufweist. Alternativ (nicht dargestellt) kann die erste Schablone 29 auch auf der Halte ^¬ vorrichtung 21 verbleiben und auf die erste Schablone 29 eine weitere Schablone aufgelegt werden. In jedem Fall vertieft sich damit auch die durch die zweite Schablone 31 entstehende Kavität, so dass mittels der Rakel 30 zur Erzeugung der ers ^¬ ten Phase 20 weitere Lotpaste dosiert werden kann. Auf diese Weise wird die erste Phase 18 in der zweiten Phase 20 einge- schlössen. Dieser Vorgang kann mehrfach wiederholt werden, bis die gewünschte Dicke für das Lotformteil erreicht ist.

In Figur 13 ist dargestellt, wie in einem nachfolgenden

Schritt ein gemäß Figur 10 bis 12 hergestelltes Lotformteil 11 mit einer zweiten Haltevorrichtung 21 versehen werden und einer Wärmebehandlung unterworfen werden kann. Hierbei entsteht um die zweite Phase 18 herum die Diffusionszone 19 mit einer Intermetallischen Verbindung, wobei jenseits der Diffu- sionszone 19 die erste Phase 20 vorliegt.

Als Bauteil gemäß den Figuren 10 bis 13 kann statt einem ein ^¬ zelnen Lotformteil 11 gemäß Figur 14 auch eine Platte 32 er ^¬ zeugt werden, die eine wesentlich größere Fläche als die zu erzeugenden Lotformteile 11 aufweist. Diese Platte 32 kann dann mittels einer Trennvorrichtung 33 z. B. durch Stanzen vereinzelt werden, d. h., dass die Lotformteile 11 voneinan ^¬ der getrennt werden (Trennung entlang der Strichpunktlinien) . Randbereiche 34, in denen die geforderte Struktur für das Lotformteil nicht vorliegt oder sich horizontale Toleranzen auswirken, können abgetrennt und verworfen werden.