兩個連接配對件低溫壓力燒結連接的方法及其製造的系統的製作方法
2023-04-25 19:32:51
專利名稱：兩個連接配對件低溫壓力燒結連接的方法及其製造的系統的製作方法
技術領域：
本發明介紹了一種用於將具有各自要連接的接觸面的兩個連接配對件進行低溫壓力燒結連接的製造方法以及藉助所述方法製造的系統。
背景技術：
這樣的系統例如在功率電子電路領域充分公知。在那裡，例如功率半導體構件與襯底材料配合地連接，並且被布置在功率半導體模塊中。例如DE 10 2005 058 794 Al介紹了一種用於構造所述這樣的連接的周期性方法的設備，其中，用於周期性操作的擠壓設備具有擠壓衝頭和可加熱的擠壓臺，並且其中，在壓力下穩定的傳送帶以直接在擠壓臺的上方運行的方式來布置。此外，在帶有布置於其上的構件的襯底與所述擠壓衝頭之間設置有保護箔片。但是，公知的方法具有如下缺點，即，只有在將連接配對件布置在用於低溫壓力燒結連接的設備中後，才對溶劑進行加溫，並且由此，在構造連接時形成砂眼。這種砂眼是燒結金屬層中的氣泡，其直徑為至少30 μ m。
發明內容
本發明基於如下任務，即，提出一種製造方法以及由該方法構造的系統，所述系統具有兩個連接配對件的以低溫壓力燒結連接形式的材料配合連接，其中，防止了在低溫壓力燒結連接的燒結金屬層中形成砂眼，或者至少顯著減小了砂眼的尺寸。依據本發明，所述任務通過具有權利要求1的特徵的方法以及依照權利要求7的系統得以解決。在各個從屬權利要求中介紹了優選實施方式。藉助依據本發明的方法製造出具有第一連接配對件和第二連接配對件的系統，其中，所述連接配對件藉助低溫壓力燒結連接而材料配合地相互連接。在此，每個連接配對件分別具有要與另一連接配對件相連的接觸面，其中，在這些接觸面之間布置有燒結金屬層。 所述方法包括下述步驟。在依據本發明的方法的範圍內，步驟d)和f)具有優點地以所提及的順序來實施。但是，同樣可以優選的是，僅選擇性地實施兩個步驟d)或f)之一。a)準備具有第一接觸面的第一連接配對件，其中，該接觸面優選具有貴金屬表面。 接下來具有優點的是，藉助超聲波的作用對所述接觸面清除所存在的雜質。可以在下一個方法步驟之前結束超聲波的作用，但是為了防止新的汙染，特別具有優點的是，將所述超聲波的作用在時間上與下一個方法步驟相銜接。b)將由如下的燒結膏構成的層來塗覆第一接觸面，所述燒結膏由燒結金屬顆粒和溶劑組成，所述燒結金屬顆粒優選為銀顆粒。c)對燒結膏加溫，並且由此在形成燒結層的情況下排出溶劑，所述燒結層由尚未相互連接的燒結金屬顆粒構成。 d)將如下的液體塗覆在所述燒結層上，其中，所述液體優選為極性液體，例如為甘油。這種液體在以下步驟中用於將第二連接配對件固定在燒結層上，所述燒結層在排出溶劑後僅具有少量粘附力，用以固定第二連接配對件。e)以如下方式布置所述第二連接配對件，即，將第二連接配對件的第二接觸面放置在由燒結膏構成的層上，或者是在存在依照步驟d)的液體的情況下，精確來講是放置在依照步驟d)的液體上。f)將粘附劑布置在燒結層和第二連接配對件的邊緣區域中，同時，粘附劑與第一連接配對件相接觸，用以將所述連接配對件相互固定，在此情況下，足夠的是，將優選為矽酮的粘附劑僅塗覆在系統的至少兩個單獨的部位上。但是，特別具有優點的是，對整個所介紹的區域環繞式地設有所述粘附劑。g)進一步對所述系統加溫和加壓，用以構造連接配對件之間的材料配合的低溫壓力燒結連接。在此情況下，根據步驟d)可以布置在燒結層與第二連接配對件之間的所述液體被排出，並且所述燒結層轉變為均質的燒結金屬層。所述的均質的燒結金屬層在這裡被理解成具有最大直徑為 ο μ m的砂眼的金屬層。由此，藉助所述的依據本發明的方法，形成了具有對連接配對件的接觸面進行連接的燒結金屬層的兩個連接配對件的系統。所述燒結金屬層依據本發明構成為如下均質的層，所述層僅僅具有最大直徑為10 μ m的砂眼。依據本發明的方法及通過該方法製造的依據本發明的系統的主要優點在於，由於燒結金屬層中的砂眼數量更少和/或尺寸更小，而改善了電學特性，尤其是減小了電阻，並且還改善了連接部的耐久性。正好與施加超聲波相結合，附加地可以將用於構造所述連接所需要的壓力相對於現有技術減少掉10%以上。所必需的和要施加的壓力的任何減小都會直接增加所述方法的產率，這是因為由此可以降低斷裂率。
藉助依照圖1的實施例進一步闡述依據本發明的解決方案，其中，圖1示出依據本發明的製造方法的各個步驟。
具體實施例方式圖Ia示出作為第一連接配對件的用在功率電子器件領域中的典型襯底10的概要圖。所述襯底10由絕緣材料體12構成，優選由例如氮化鋁的工業陶瓷構成，並且在所述絕緣材料體12的至少一個主面上示出大量金屬導體帶14中的一個。這些金屬導體帶14優選地由銅製成，並且相互之間電絕緣地構成襯底10的電路結構。襯底的如下接觸面具有對於低溫壓力燒結連接而言行得通的表面，憑藉所述接觸面應當將第二連接配對件送入導電性接觸。為此優選的是，所述接觸面16具有貴金屬表面 18。同樣示出的是布置在所述接觸面16上的燒結膏30，燒結膏30在其那方面由銀顆粒和溶劑構成。在塗覆所述燒結膏30的前提下，開始對表面施加超聲波20。該施加過程在塗覆燒結膏30期間也停住。通過這種措施，將可能妨礙隨後構造低溫壓力燒結連接的雜質去除。圖Ib示意地示出下一方法步驟，S卩，以溫度誘發的方式將溶劑從燒結膏中排出。 對此，所述溫度作用22可以任意設計，例如除了直接作用於燒結膏30之外，還可以通過加熱襯底10的方式來設計。在該時刻就已經將溶劑排出的主要優點在於，在稍後布置好第二連接配對件之後再進行排出的話，不再能如此大範圍地實現排出溶劑。殘留的溶劑會導致出現砂眼，該砂眼在依據本發明的方法中明顯更小地構成。在該方法步驟之後，燒結膏(30，根據圖la)幾乎只剩下貴金屬顆粒，這在接下來應當被稱為燒結層32。與對於燒結膏的情況通過溶劑部分對布置於所述表面上的第二連接配對件給出的粘附效果相對照地，所述燒結層32不具有或者只具有非常小的粘附力，以將燒結層32的露置的表面粘附到第二連接配對件上。但是為了能夠固定住第二連接配對件，如在圖Ic中所示地，將液體40施加到燒結層32的露置的表面上。在布置第二連接配對件時，所述液體40構成非常極薄的層，該層在燒結層32與第二連接配對件之間形成粘附力，第二連接配對件在這裡是指與功率半導體構件(50，參見圖Id)。由此，所述功率半導體構件50在其位置上固定在燒結層32上，由此，顯著簡化所述方法期間的其他操作。在這裡，作為特別合適的液體的證實有短鏈的、多元醇，例如甘油，這是基於其物理特性，例如在沸點低的同時蒸汽壓也低。但作為選擇地，特別優選的是，除了圖Ic中所示的固定方案之外，具有其接觸面 56的第二連接配對件，即功率半導體構件50，也藉助在其邊緣區域及燒結層32的邊緣區域中的另外的粘附劑60，以及利用所述粘附劑60與第一連接配對件，即襯底10的接觸，而與第一連接配對件，即襯底10相固定。在此情況下，在所介紹的邊緣區域內的兩個或者三個部位上設置的所述固定方案就足夠了。但是如果通過上述液體40沒有形成固定的話時，則具有優點的是，將這種粘附劑繞著整個邊緣區域設置。在兩個實施方式中，兩種方案基本上起相同作用並且也同等程度地被優選。圖Id 在左邊示出粘附劑60的布置方案，粘附劑60延伸至第二連接配對件-即功率半導體構件 50的上側上，而在右邊，粘附劑62僅在功率半導體構件50的側向上布置，並且否則就與在左側上相同地布置。
權利要求
1.用於製造具有第一連接配對件(10)和第二連接配對件(50)的系統的方法，所述第一連接配對件(10)和所述第二連接配對件(50)藉助低溫壓力燒結連接而相互材料配合地連接，其中，所述連接配對件(10、50)各自具有要與相應另外那個連接配對件相連接的接觸面(16、56)，其中，在所述接觸面(16、56)之間布置有燒結金屬層(34)，其特徵在於以下順次進行的步驟，其中，步驟d)和f)能夠依次實施或者選擇性地實施a)準備具有第一接觸面(16)的第一連接配對件(10)；b)將由如下燒結膏GO)構成的層塗覆到所述第一接觸面(16)上，所述燒結膏由燒結金屬顆粒和溶劑構成；c)對所述燒結膏(30)加溫(22)，並且在形成燒結層(32)的情況下，排出溶劑；d)將液體GO)塗覆在所述燒結層(32)上；e)以如下方式布置所述第二連接配對件(50)，S卩，所述第二連接配對件(50)的第二接觸面(56)放置於所述燒結層(32)上；f)將粘附劑(60、6幻布置在所述燒結層(3 及所述第二連接配對件(50)的邊緣區域中，同時，所述粘附劑(60、6幻與所述第一連接配對件(10)相接觸，用以使所述連接配對件 (10、50)彼此固定；g)進一步對所述系統加溫和加壓，用以構造在所述連接配對件(10、50)之間的材料配合的低溫壓力燒結連接，其中，所述燒結層(32)轉變為均質的燒結金屬層(34)。
2.按照權利要求1所述的方法，其中，所述液體GO)設計為極性液體，優選為諸如甘油的短鏈的多元醇。
3.按照權利要求1所述的方法，其中，所述粘附劑(60、6幻設計為矽酮，優選為熱交聯式的矽酮。
4.按照權利要求1所述的方法，其中，將所述粘附劑(60、62)塗覆在所述邊緣區域中至少兩個部位上，或者環繞式地塗覆。
5.按照權利要求1所述的方法，其中，直接在實施步驟b)前，對所述第一接觸面(16) 和直接圍繞所述第一接觸面(16)的區域施以超聲波00)。
6.按照權利要求1所述的方法，其中，直接在實施步驟b)前或者實施步驟b)期間，對所述第一接觸面(16)和直接圍繞所述第一接觸面(16)的區域施以超聲波00)。
7.系統，根據按前述權利要求之一所述的方法構造而成，所述系統具有第一連接配對件(10)和第二連接配對件(50)，所述第一連接配對件(10)和所述第二連接配對件(50)藉助低溫壓力燒結連接而彼此材料配合地連接，其中，所述連接配對件(10、50)各自具有要與相應另外那個連接配對件相連接的接觸面(16、56)，其中，在這些所述接觸面(16、56)之間布置有燒結金屬(34)，並且所述燒結金屬(34)構成為均質的層，並且僅具有直徑最大為 10 μ m的砂眼。
8.按照權利要求7所述的系統，其中，在所述燒結金屬層(34)的邊緣區域中設置有粘附劑(60、62)，所述粘附劑(60、6幻與兩個所述連接配對件(10、50)保持接觸。
全文摘要
一種兩個連接配對件低溫壓力燒結連接的方法及其製造的系統。系統具有第一連接配對件和第二連接配對件，連接配對件藉助低溫壓力燒結連接彼此材料配合地藉助燒結金屬層相連接。方法步驟是準備具有第一接觸面的第一連接配對件。將由如下的燒結膏構成的層塗覆到第一接觸面上，燒結膏由燒結金屬顆粒和溶劑構成。對燒結膏加溫，並且在形成燒結層的情況下排出溶劑。將液體塗覆在燒結層上。布置第二連接配對件。將粘附劑布置在燒結層及第二連接配對件的邊緣區域中，粘附劑與第一連接配對件相接觸，用以使連接配對件彼此固定。進一步對系統加溫和加壓，用以構造連接配對件之間的材料配合的低溫壓力燒結連接，燒結層轉變為均質的燒結金屬層。
文檔編號H01L21/60GK102315138SQ201110147129
公開日2012年1月11日 申請日期2011年5月27日 優先權日2010年5月27日
發明者烏爾裡希·扎格鮑姆, 克裡斯蒂安·約布爾, 卡爾海因茨·奧古斯丁, 湯姆斯·施託克邁爾, 約瑟夫·菲爾藤巴赫爾 申請人:賽米控電子股份有限公司