專利名稱：兩個連接配對件低溫壓力燒結(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連接配對件進行低溫壓力燒結(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，例如功率半導體構(gòu)件與襯底材料配合地連接，并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，并且其中，在壓力下穩(wěn)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于低溫壓力燒結(jié)連接的設(shè)備中后，才對溶劑進行加溫，并且由此，在構(gòu)造連接時形成砂眼。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)具有兩個連接配對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。在各個從屬權(quán)利要求中介紹了優(yōu)選實施方式。借助依據(jù)本發(fā)明的方法制造出具有第一連接配對件和第二連接配對件的系統(tǒng)，其中，所述連接配對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(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)點地以所提及的順序來實施。但是，同樣可以優(yōu)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(yōu)選具有貴金屬表面。 接下來具有優(yōu)點的是，借助超聲波的作用對所述接觸面清除所存在的雜質(zhì)。可以在下一個方法步驟之前結(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(jié)膏構(gòu)成的層來涂覆第一接觸面，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(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)層和第二連接配對件的邊緣區(qū)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(yōu)選為硅酮的粘附劑僅涂覆在系統(tǒng)的至少兩個單獨的部位上。但是，特別具有優(yōu)點的是，對整個所介紹的區(qū)域環(huán)繞式地設(shè)有所述粘附劑。g)進一步對所述系統(tǒng)加溫和加壓，用以構(gòu)造連接配對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，形成了具有對連接配對件的接觸面進行連接的燒結(jié)金屬層的兩個連接配對件的系統(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)明的方法及通過該方法制造的依據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的主要優(yōu)點在于，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直接增加所述方法的產(chǎn)率，這是因為由此可以降低斷裂率。
借助依照圖1的實施例進一步闡述依據(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(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(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)當將第二連接配對件送入導電性接觸。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，開始對表面施加超聲波20。該施加過程在涂覆燒結(jié)膏30期間也停住。通過這種措施，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。 對此，所述溫度作用22可以任意設(shè)計，例如除了直接作用于燒結(jié)膏30之外，還可以通過加熱襯底10的方式來設(shè)計。在該時刻就已經(jīng)將溶劑排出的主要優(yōu)點在于，在稍后布置好第二連接配對件之后再進行排出的話，不再能如此大范圍地實現(xiàn)排出溶劑。殘留的溶劑會導致出現(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，這在接下來應(yīng)當被稱為燒結(jié)層32。與對于燒結(jié)膏的情況通過溶劑部分對布置于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(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(jié)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(gòu)成非常極薄的層，該層在燒結(jié)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里是指與功率半導體構(gòu)件(50，參見圖Id)。由此，所述功率半導體構(gòu)件50在其位置上固定在燒結(jié)層32上，由此，顯著簡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，例如在沸點低的同時蒸汽壓也低。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的第二連接配對件，即功率半導體構(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(qū)域內(nèi)的兩個或者三個部位上設(shè)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(yōu)點的是，將這種粘附劑繞著整個邊緣區(qū)域設(shè)置。在兩個實施方式中，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件-即功率半導體構(gòu)件 50的上側(cè)上，而在右邊，粘附劑62僅在功率半導體構(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件(10)和第二連接配對件(50)的系統(tǒng)的方法，所述第一連接配對件(10)和所述第二連接配對件(50)借助低溫壓力燒結(jié)連接而相互材料配合地連接，其中，所述連接配對件(10、50)各自具有要與相應(yīng)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(jié)金屬層(34)，其特征在于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(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件(50)，S卩，所述第二連接配對件(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件(50)的邊緣區(qū)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(tǒng)加溫和加壓，用以構(gòu)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(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(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(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)借助低溫壓力燒結(jié)連接而彼此材料配合地連接，其中，所述連接配對件(10、50)各自具有要與相應(yīng)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(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(jié)連接的方法及其制造的系統(tǒng)。系統(tǒng)具有第一連接配對件和第二連接配對件，連接配對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。方法步驟是準備具有第一接觸面的第一連接配對件。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。布置第二連接配對件。將粘附劑布置在燒結(jié)層及第二連接配對件的邊緣區(qū)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(tǒng)加溫和加壓，用以構(gòu)造連接配對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H01L21/60GK102315138SQ201110147129
公開日2012年1月11日 申請日期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?！ぴ聃U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 申請人:賽米控電子股份有限公司