[发明专利]用于扩散焊接的焊料成型件、制造焊料成型件的方法和装配焊料成型件的方法

说明书

本发明涉及一种用于扩散焊接的焊料成型件(11)。所述焊料成型件由金属箔(12)组成，具有颗粒(15)的膏料(16)保持在所述箔之间。颗粒例如可以由焊接材料组成，而箔(12)例如由铜构成。由此在形成焊接连接时，在扩散区中产生扩散焊接连接的金属间化合物。使用膏料制备焊料成型件(11)中的夹层结构的优点在于，简化了制造并且膏料(16)可以在一定程度上确保公差补偿。本发明除了焊料成型件(11)之外也涉及用于制造这种焊料成型件的方法和用于与所述焊料成型件形成扩散焊接连接的方法。

本发明涉及一种用于扩散焊接的具有夹层结构(以下简称为夹层)的焊料成型件(Lotformteil)，所述夹层结构由第一种材料的第一层和第二种材料的第二层组成，其中，第一层和第二层在夹层中相互交替。此外，本发明涉及一种用于制造焊料成型件的方法，在所述方法中，第一种材料的第一层和第二种材料的第二层分层地堆叠成夹层，其中，第一层和第二层在夹层中相互交替。最后，本发明也涉及一种用于接合扩散焊接连接的方法，在所述方法中，将焊料成型件放置在第一接合配对体与第二接合配对体之间并且在使焊料成型件熔化以形成扩散焊接连接。

由DE 10 2013 219 642 A1例如已知将扩散焊接连接用于装配两个接合配对体。当在接合配对体之间形成扩散焊接连接时，由于扩散过程而形成焊接连接，所述焊接连接具有金属间相，所述金属间相具有比其余的由焊接合金构成的焊接连接更高的熔点。由此能够在热学和机械上稳定接合配对体之间的连接。

接合配对体例如可以提供由铜制成的接触材料。扩散焊料可以是包含锡的焊接材料。通过铜在形成焊接连接期间扩散到焊接材料中而形成扩散区，所述扩散区由铜与锡之间的金属间化合物构成。所述金属间化合物具有约420°的熔点，因此所述熔点明显地处于基于锡的焊接材料的熔点之上。由于必要的扩散过程，扩散区不能任意深地进入焊接材料中。因此，待形成的焊接连接被限制在确定的厚度上。因此按照DE 10 2013 219 642 A1建议，至少一个接合配对体这样设计，使得在接合配对体之间的接合缝隙的区域中形成空腔。所述空腔例如可以通过在接合配对体之一的装配面中设置凹处而形成。所述空腔在接合时用作缓冲腔，多余的焊接材料可以逃逸到所述空腔中，由此即使在出现量的公差时也能够在接合配对体之间确保缝隙宽度，所述缝隙宽度保证在接合缝的整个宽度上可靠地形成扩散区。

此外，按照D.Feil的“Fügekonzepte für Leistungsmodule an(用于冷却体上的功率模块的接合方案)”，Elektronische Baugruppen und Leiterplatten(电子构件和电路板)，60–64页，Berlin，Offenbach，2016已知，在形成扩散焊接连接时，如果将柔性的成型件、例如铜网置入接合缝隙中，也可以在接合配对体之间跨接较大的接合缝隙。在接合缝隙上可以放置焊接箔，其中，焊接材料在液化时填充柔性成型件之间的间隙。在此，成型件提供了能够扩散到焊接材料中的物质。由于扩散的物质不只通过接合配对体的边界面提供，而且也在焊接连接内部提供，所以即使在接合缝隙较大时也能够在接合配对体之间形成连续的扩散区。

Feil也描述了形成扩散焊接连接的另一可能性，其中取代柔性的成型件使用金属粉末，例如铜粉末。所述铜粉末被掺入焊接材料中并且在焊接材料中分布开地提供了能够扩散到焊接连接中以形成扩散区的材料。由此也能够在焊接连接中产生跨接两个接合配对体之间的缝隙的扩散区。

按照US 2009/004500A1已知，两个接合配对体之间的扩散焊接连接可以通过组成部分在焊接期间从液相扩散到固相中产生。在此，在接合配对体之间使用包含双组分的焊接材料。为了能够建立焊接连接，将焊料成型件放置在接合配对体之间，所述焊料成型件由第一组分和第二组分的层组成的夹层构成。由此能够将用于扩散的元素的扩散路径保持得尽可能短，从而在接合配对体之间形成机械稳定的连接。

焊料成型件的使用在建立焊接连接时要求较高精确度，因为所述焊接连接必须接触两个接合配对体以形成可靠的触点接通并且正在形成的焊接连接中的扩散路径不能过大。这种精确度与一定的制造耗费(例如与待接合表面的较高平行性)和由此产生的成本相关联。