專利名稱：兩個(gè)連接配對(duì)件低溫壓力燒結(jié)連接的方法及其制造的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明介紹了一種用于將具有各自要連接的接觸面的兩個(gè)連接配對(duì)件進(jìn)行低溫壓力燒結(jié)連接的制造方法以及借助所述方法制造的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
這樣的系統(tǒng)例如在功率電子電路領(lǐng)域充分公知。在那里，例如功率半導(dǎo)體構(gòu)件與襯底材料配合地連接，并且被布置在功率半導(dǎo)體模塊中。例如DE 10 2005 058 794 Al介紹了一種用于構(gòu)造所述這樣的連接的周期性方法的設(shè)備，其中，用于周期性操作的擠壓設(shè)備具有擠壓沖頭和可加熱的擠壓臺(tái)，并且其中，在壓力下穩(wěn)定的傳送帶以直接在擠壓臺(tái)的上方運(yùn)行的方式來(lái)布置。此外，在帶有布置于其上的構(gòu)件的襯底與所述擠壓沖頭之間設(shè)置有保護(hù)箔片。但是，公知的方法具有如下缺點(diǎn)，即，只有在將連接配對(duì)件布置在用于低溫壓力燒結(jié)連接的設(shè)備中后，才對(duì)溶劑進(jìn)行加溫，并且由此，在構(gòu)造連接時(shí)形成砂眼。這種砂眼是燒結(jié)金屬層中的氣泡，其直徑為至少30 μ m。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于如下任務(wù)，即，提出一種制造方法以及由該方法構(gòu)造的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)具有兩個(gè)連接配對(duì)件的以低溫壓力燒結(jié)連接形式的材料配合連接，其中，防止了在低溫壓力燒結(jié)連接的燒結(jié)金屬層中形成砂眼，或者至少顯著減小了砂眼的尺寸。依據(jù)本發(fā)明，所述任務(wù)通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的方法以及依照權(quán)利要求7的系統(tǒng)得以解決。在各個(gè)從屬權(quán)利要求中介紹了優(yōu)選實(shí)施方式。借助依據(jù)本發(fā)明的方法制造出具有第一連接配對(duì)件和第二連接配對(duì)件的系統(tǒng)，其中，所述連接配對(duì)件借助低溫壓力燒結(jié)連接而材料配合地相互連接。在此，每個(gè)連接配對(duì)件分別具有要與另一連接配對(duì)件相連的接觸面，其中，在這些接觸面之間布置有燒結(jié)金屬層。 所述方法包括下述步驟。在依據(jù)本發(fā)明的方法的范圍內(nèi)，步驟d)和f)具有優(yōu)點(diǎn)地以所提及的順序來(lái)實(shí)施。但是，同樣可以優(yōu)選的是，僅選擇性地實(shí)施兩個(gè)步驟d)或f)之一。a)準(zhǔn)備具有第一接觸面的第一連接配對(duì)件，其中，該接觸面優(yōu)選具有貴金屬表面。 接下來(lái)具有優(yōu)點(diǎn)的是，借助超聲波的作用對(duì)所述接觸面清除所存在的雜質(zhì)。可以在下一個(gè)方法步驟之前結(jié)束超聲波的作用，但是為了防止新的污染，特別具有優(yōu)點(diǎn)的是，將所述超聲波的作用在時(shí)間上與下一個(gè)方法步驟相銜接。b)將由如下的燒結(jié)膏構(gòu)成的層來(lái)涂覆第一接觸面，所述燒結(jié)膏由燒結(jié)金屬顆粒和溶劑組成，所述燒結(jié)金屬顆粒優(yōu)選為銀顆粒。c)對(duì)燒結(jié)膏加溫，并且由此在形成燒結(jié)層的情況下排出溶劑，所述燒結(jié)層由尚未相互連接的燒結(jié)金屬顆粒構(gòu)成。 d)將如下的液體涂覆在所述燒結(jié)層上，其中，所述液體優(yōu)選為極性液體，例如為甘油。這種液體在以下步驟中用于將第二連接配對(duì)件固定在燒結(jié)層上，所述燒結(jié)層在排出溶劑后僅具有少量粘附力，用以固定第二連接配對(duì)件。e)以如下方式布置所述第二連接配對(duì)件，即，將第二連接配對(duì)件的第二接觸面放置在由燒結(jié)膏構(gòu)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(lái)講是放置在依照步驟d)的液體上。f)將粘附劑布置在燒結(jié)層和第二連接配對(duì)件的邊緣區(qū)域中，同時(shí)，粘附劑與第一連接配對(duì)件相接觸，用以將所述連接配對(duì)件相互固定，在此情況下，足夠的是，將優(yōu)選為硅酮的粘附劑僅涂覆在系統(tǒng)的至少兩個(gè)單獨(dú)的部位上。但是，特別具有優(yōu)點(diǎn)的是，對(duì)整個(gè)所介紹的區(qū)域環(huán)繞式地設(shè)有所述粘附劑。g)進(jìn)一步對(duì)所述系統(tǒng)加溫和加壓，用以構(gòu)造連接配對(duì)件之間的材料配合的低溫壓力燒結(jié)連接。在此情況下，根據(jù)步驟d)可以布置在燒結(jié)層與第二連接配對(duì)件之間的所述液體被排出，并且所述燒結(jié)層轉(zhuǎn)變?yōu)榫|(zhì)的燒結(jié)金屬層。所述的均質(zhì)的燒結(jié)金屬層在這里被理解成具有最大直徑為 ο μ m的砂眼的金屬層。由此，借助所述的依據(jù)本發(fā)明的方法，形成了具有對(duì)連接配對(duì)件的接觸面進(jìn)行連接的燒結(jié)金屬層的兩個(gè)連接配對(duì)件的系統(tǒng)。所述燒結(jié)金屬層依據(jù)本發(fā)明構(gòu)成為如下均質(zhì)的層，所述層僅僅具有最大直徑為10 μ m的砂眼。依據(jù)本發(fā)明的方法及通過(guò)該方法制造的依據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)在于，由于燒結(jié)金屬層中的砂眼數(shù)量更少和/或尺寸更小，而改善了電學(xué)特性，尤其是減小了電阻，并且還改善了連接部的耐久性。正好與施加超聲波相結(jié)合，附加地可以將用于構(gòu)造所述連接所需要的壓力相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)減少掉10%以上。所必需的和要施加的壓力的任何減小都會(huì)直接增加所述方法的產(chǎn)率，這是因?yàn)橛纱丝梢越档蛿嗔崖省?br>

借助依照?qǐng)D1的實(shí)施例進(jìn)一步闡述依據(jù)本發(fā)明的解決方案，其中，圖1示出依據(jù)本發(fā)明的制造方法的各個(gè)步驟。
具體實(shí)施例方式圖Ia示出作為第一連接配對(duì)件的用在功率電子器件領(lǐng)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(gòu)成，優(yōu)選由例如氮化鋁的工業(yè)陶瓷構(gòu)成，并且在所述絕緣材料體12的至少一個(gè)主面上示出大量金屬導(dǎo)體帶14中的一個(gè)。這些金屬導(dǎo)體帶14優(yōu)選地由銅制成，并且相互之間電絕緣地構(gòu)成襯底10的電路結(jié)構(gòu)。襯底的如下接觸面具有對(duì)于低溫壓力燒結(jié)連接而言行得通的表面，憑借所述接觸面應(yīng)當(dāng)將第二連接配對(duì)件送入導(dǎo)電性接觸。為此優(yōu)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(jié)膏30，燒結(jié)膏30在其那方面由銀顆粒和溶劑構(gòu)成。在涂覆所述燒結(jié)膏30的前提下，開(kāi)始對(duì)表面施加超聲波20。該施加過(guò)程在涂覆燒結(jié)膏30期間也停住。通過(guò)這種措施，將可能妨礙隨后構(gòu)造低溫壓力燒結(jié)連接的雜質(zhì)去除。圖Ib示意地示出下一方法步驟，S卩，以溫度誘發(fā)的方式將溶劑從燒結(jié)膏中排出。 對(duì)此，所述溫度作用22可以任意設(shè)計(jì)，例如除了直接作用于燒結(jié)膏30之外，還可以通過(guò)加熱襯底10的方式來(lái)設(shè)計(jì)。在該時(shí)刻就已經(jīng)將溶劑排出的主要優(yōu)點(diǎn)在于，在稍后布置好第二連接配對(duì)件之后再進(jìn)行排出的話，不再能如此大范圍地實(shí)現(xiàn)排出溶劑。殘留的溶劑會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)砂眼，該砂眼在依據(jù)本發(fā)明的方法中明顯更小地構(gòu)成。在該方法步驟之后，燒結(jié)膏(30，根據(jù)圖la)幾乎只剩下貴金屬顆粒，這在接下來(lái)應(yīng)當(dāng)被稱為燒結(jié)層32。與對(duì)于燒結(jié)膏的情況通過(guò)溶劑部分對(duì)布置于所述表面上的第二連接配對(duì)件給出的粘附效果相對(duì)照地，所述燒結(jié)層32不具有或者只具有非常小的粘附力，以將燒結(jié)層32的露置的表面粘附到第二連接配對(duì)件上。但是為了能夠固定住第二連接配對(duì)件，如在圖Ic中所示地，將液體40施加到燒結(jié)層32的露置的表面上。在布置第二連接配對(duì)件時(shí)，所述液體40構(gòu)成非常極薄的層，該層在燒結(jié)層32與第二連接配對(duì)件之間形成粘附力，第二連接配對(duì)件在這里是指與功率半導(dǎo)體構(gòu)件(50，參見(jiàn)圖Id)。由此，所述功率半導(dǎo)體構(gòu)件50在其位置上固定在燒結(jié)層32上，由此，顯著簡(jiǎn)化所述方法期間的其他操作。在這里，作為特別合適的液體的證實(shí)有短鏈的、多元醇，例如甘油，這是基于其物理特性，例如在沸點(diǎn)低的同時(shí)蒸汽壓也低。但作為選擇地，特別優(yōu)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(duì)件，即功率半導(dǎo)體構(gòu)件50，也借助在其邊緣區(qū)域及燒結(jié)層32的邊緣區(qū)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(duì)件，即襯底10的接觸，而與第一連接配對(duì)件，即襯底10相固定。在此情況下，在所介紹的邊緣區(qū)域內(nèi)的兩個(gè)或者三個(gè)部位上設(shè)置的所述固定方案就足夠了。但是如果通過(guò)上述液體40沒(méi)有形成固定的話時(shí)，則具有優(yōu)點(diǎn)的是，將這種粘附劑繞著整個(gè)邊緣區(qū)域設(shè)置。在兩個(gè)實(shí)施方式中，兩種方案基本上起相同作用并且也同等程度地被優(yōu)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(duì)件-即功率半導(dǎo)體構(gòu)件 50的上側(cè)上，而在右邊，粘附劑62僅在功率半導(dǎo)體構(gòu)件50的側(cè)向上布置，并且否則就與在左側(cè)上相同地布置。
權(quán)利要求
1.用于制造具有第一連接配對(duì)件(10)和第二連接配對(duì)件(50)的系統(tǒng)的方法，所述第一連接配對(duì)件(10)和所述第二連接配對(duì)件(50)借助低溫壓力燒結(jié)連接而相互材料配合地連接，其中，所述連接配對(duì)件(10、50)各自具有要與相應(yīng)另外那個(gè)連接配對(duì)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(jié)金屬層(34)，其特征在于以下順次進(jìn)行的步驟，其中，步驟d)和f)能夠依次實(shí)施或者選擇性地實(shí)施a)準(zhǔn)備具有第一接觸面(16)的第一連接配對(duì)件(10)；b)將由如下燒結(jié)膏GO)構(gòu)成的層涂覆到所述第一接觸面(16)上，所述燒結(jié)膏由燒結(jié)金屬顆粒和溶劑構(gòu)成；c)對(duì)所述燒結(jié)膏(30)加溫(22)，并且在形成燒結(jié)層(32)的情況下，排出溶劑；d)將液體GO)涂覆在所述燒結(jié)層(32)上；e)以如下方式布置所述第二連接配對(duì)件(50)，S卩，所述第二連接配對(duì)件(50)的第二接觸面(56)放置于所述燒結(jié)層(32)上；f)將粘附劑(60、6幻布置在所述燒結(jié)層(3 及所述第二連接配對(duì)件(50)的邊緣區(qū)域中，同時(shí)，所述粘附劑(60、6幻與所述第一連接配對(duì)件(10)相接觸，用以使所述連接配對(duì)件 (10、50)彼此固定；g)進(jìn)一步對(duì)所述系統(tǒng)加溫和加壓，用以構(gòu)造在所述連接配對(duì)件(10、50)之間的材料配合的低溫壓力燒結(jié)連接，其中，所述燒結(jié)層(32)轉(zhuǎn)變?yōu)榫|(zhì)的燒結(jié)金屬層(34)。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述液體GO)設(shè)計(jì)為極性液體，優(yōu)選為諸如甘油的短鏈的多元醇。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述粘附劑(60、6幻設(shè)計(jì)為硅酮，優(yōu)選為熱交聯(lián)式的硅酮。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，將所述粘附劑(60、62)涂覆在所述邊緣區(qū)域中至少兩個(gè)部位上，或者環(huán)繞式地涂覆。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，直接在實(shí)施步驟b)前，對(duì)所述第一接觸面(16) 和直接圍繞所述第一接觸面(16)的區(qū)域施以超聲波00)。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，直接在實(shí)施步驟b)前或者實(shí)施步驟b)期間，對(duì)所述第一接觸面(16)和直接圍繞所述第一接觸面(16)的區(qū)域施以超聲波00)。
7.系統(tǒng)，根據(jù)按前述權(quán)利要求之一所述的方法構(gòu)造而成，所述系統(tǒng)具有第一連接配對(duì)件(10)和第二連接配對(duì)件(50)，所述第一連接配對(duì)件(10)和所述第二連接配對(duì)件(50)借助低溫壓力燒結(jié)連接而彼此材料配合地連接，其中，所述連接配對(duì)件(10、50)各自具有要與相應(yīng)另外那個(gè)連接配對(duì)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(jié)金屬(34)，并且所述燒結(jié)金屬(34)構(gòu)成為均質(zhì)的層，并且僅具有直徑最大為 10 μ m的砂眼。
8.按照權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，在所述燒結(jié)金屬層(34)的邊緣區(qū)域中設(shè)置有粘附劑(60、62)，所述粘附劑(60、6幻與兩個(gè)所述連接配對(duì)件(10、50)保持接觸。
全文摘要
一種兩個(gè)連接配對(duì)件低溫壓力燒結(jié)連接的方法及其制造的系統(tǒng)。系統(tǒng)具有第一連接配對(duì)件和第二連接配對(duì)件，連接配對(duì)件借助低溫壓力燒結(jié)連接彼此材料配合地借助燒結(jié)金屬層相連接。方法步驟是準(zhǔn)備具有第一接觸面的第一連接配對(duì)件。將由如下的燒結(jié)膏構(gòu)成的層涂覆到第一接觸面上，燒結(jié)膏由燒結(jié)金屬顆粒和溶劑構(gòu)成。對(duì)燒結(jié)膏加溫，并且在形成燒結(jié)層的情況下排出溶劑。將液體涂覆在燒結(jié)層上。布置第二連接配對(duì)件。將粘附劑布置在燒結(jié)層及第二連接配對(duì)件的邊緣區(qū)域中，粘附劑與第一連接配對(duì)件相接觸，用以使連接配對(duì)件彼此固定。進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)加溫和加壓，用以構(gòu)造連接配對(duì)件之間的材料配合的低溫壓力燒結(jié)連接，燒結(jié)層轉(zhuǎn)變?yōu)榫|(zhì)的燒結(jié)金屬層。
文檔編號(hào)H01L21/60GK102315138SQ201110147129
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月27日
發(fā)明者烏爾里希·扎格鮑姆, 克里斯蒂安·約布爾, 卡爾海因茨·奧古斯丁, 湯姆斯·施托克邁爾, 約瑟夫·菲爾藤巴赫爾 申請(qǐng)人:賽米控電子股份有限公司