[发明专利]用于通过温度碰撞过程而在半导体部件和半导体模块之间产生耐高温和耐温度变化的连接的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于通过温度碰撞过程而在半导体部件和半导体模块之间产生耐高温和耐温度变化的连接的方法。

背景技术

对于电力电子设备需求的增长，特别是对于电动车(混合动力车)，明显地增加了待制造的电力半导体部件的件数。为了跟上成本的要求，与电动车生产相关的成本当然必须保持尽可能低，制造方法需要进行持续地优化。

例如描述在申请人的DE 10 2006 033 073 B3中的制造烧结连接器的昂贵的步骤包括，为了实现正确的烧结(已知为结尾烧结)需要超过30MPa的压力，其必须通过专用装置提供几秒到几分钟的一段时间。

此外，从提到的文档中可知在干燥和加热步骤之后以及仅施加小压力之后，耐锯金属粉末悬浮体以“适合被锯”的方式预固结。

此外，从已知的焊接过程，可知工件的合适的加热能够使设置在工件上的焊接材料实现融化，形成牢固的焊接连接。

发明内容

本发明现在以新的改进为基础，通过选择合适的金属粉末悬浮体并且将其驱动，或者通过施加例如5MPa的局部低压，或者通过加热到例如250℃，烧结过程可以被初始化为下述程度，即，进行可传递的固定，使得通过进一步的制造步骤实现处理。

为了这个目的，在若干制造步骤中，具有金属接触面的电工技术部件通过结合(bonding)而被连接到基底材料的银或者金的表面，而不需要使用临界的烧结压力。

这样可执行根据本发明的方法，而不使用昂贵的压制装置，使得周期率能够明显提高，还可制作具有烧结连接的部件组。

在这种连接中，电路板可用作基底材料，例如有机导体板(PCB，陶瓷导体板，DCB，金属芯导体板，IMS或者导体引导框架，引导框架，陶瓷混合电路板等)。电工技术部件可采用未封装的半导体部件或者封装的模制半导体部件。电接触连接、SMD部件和类似部件还可以通过根据本发明的结合方法进行连接。

在已知为低温烧结的过程中，具有20至30MPa的几乎等压的压制并且同时加热待结合的部件到大概220℃可产生连接，与该过程相关的差异在于，目前的连接可采用快速循环的方式以明显更低的压力实现，也就是，通过加热的方式持续几秒的时间段。

同时，可以避免现有技术的下列劣势：

先前使用的高压和温度增加了结合配合件的材料中所引起的静态和动态应力，例如关联于不封装的硅半导体部件和陶瓷导体板，其可以导致这些非常易碎的材料形成裂纹。

那些材料的天然脆性甚至会由于典型的工作方法而变得更差。在锯断的过程中，硅芯片遭受初始的微裂纹(公知为碎裂)。此外，陶瓷导体板通过激光切割之后的断开而局部地受到预先损坏。

采用经典的低温烧结，在执行随后的高压处理之前，导致破坏的损坏裂纹增加不会被观察到。对于一些非平面的部件，由于部件的脆性和具有难度的三维设计(例如，SMD电阻和SMD电容)，低温烧结直接导致破坏，因此在这些施加区域中进行烧结至今是不可能的。

因此，根据本发明的方法带来优于现有技术的三个优势。

■通过仅足够用于将所述部件保持到电路板上的期望点的小力而对电子部件进行放置和固定。

■固定和烧结是两个分离的过程。固定主要通过粘合所述银粘接层或者结合配合件的表面而进行。

■随后的烧结在没有压制的情况下发生在温度处于170℃到300℃之间的加热炉中。这意味着，如果需要的话，其能够被简单地插入用于部件的生产线中。

■为了使烧结质量得以支持，对于特定金属悬浮层，大气可通过惰性气体或者活性气体被替换。例如，氮气是适合的惰性气体，饱和有甲酸的惰性气体或组成气体可用作活性气体。

固定期间的粘合可以类似于形成雪球时雪花晶体的粘合。粗糙表面和压缩的可能性导致在基本上不减小层厚度的情况下进行粘结。

附图说明

本发明的进一步的优势和特征根据附图可以从优选实施例的随后说明呈现，图示为：

图1为设置在预涂覆和干燥的金属悬浮体层上的喷镀金属的部件；

图2为借助低压进行结合的图1的元件；

图3为在确保有利的完整的容积(volume)烧结的无压温度步骤之后的图2的元件；

图4为如图1中的预先施加和干燥的金属悬浮体层上的上侧和下侧涂覆金属的部件；

图5为借助低压结合的图4的元件，以及接触片-分离地布置-在元件上；

图6为图5的元件，所述接触片也使用低压结合到其它元件；以及