提供接合连接的装置和方法制造方法及图纸

本公开涉及提供接合连接的装置和方法。例如，一种方法包括：加热将要电接触且布置在第一元件(10)上的第一导电层(14)；以及通过向接合线(20)的第一端(22)施加压力并且进一步将接合线(20)的第一端(22)暴露给超声能量来将接合线(20)的第一端(22)按压在第一导电层(14)上，从而使接合线(20)的第一端(22)变形，并且在接合线(20)的第一端(22)与第一导电层(14)之间创建永久的物‑物接合。接合线(20)包括具有至少125μm的直径(d1)的圆形截面或者具有至少500μm的第一宽度(w1)和至少50μm的第一高度(h1)的矩形截面。

Device and method for joint connection

【技术实现步骤摘要】
提供接合连接的装置和方法
本公开涉及用于提供接合连接(bondconnection)的装置和方法，具体是用于为功率半导体模块的电气连接元件提供接合连接。
技术介绍
功率半导体模块布置通常包括位于壳体内的基板，并且在基板上布置至少一个衬底。其他功率半导体模块布置可仅包括衬底(例如，Cu-陶瓷-Cu衬底)而没有基板。包括多个可控半导体部件(例如，半桥配置中的两个IGBT)的半导体布置通常布置在至少一个衬底上。每个衬底通常包括衬底层(例如，陶瓷层)、沉积在衬底层的第一侧上的第一金属化层以及沉积在衬底层的第二侧上的第二金属化层。例如，可控半导体部件安装在第一金属化层上。第二金属化层通常附接至基板。其他衬底已知包括相互堆叠的多个衬底和金属层，其中隐埋金属层用作屏蔽层或者作为电子电路的一部分且利用贯通接触件连接至其他金属层。半导体部件和第一金属化层之间、不同的半导体部件之间、不同衬底的第一金属化层之间或者功率半导体模块布置的任何其他元件之间的电连接通常包括接合线。接合线通常接合至将要电接触的部件上布置的导电表面或接合焊盘。已知用于在接合线和导电表面之间建立永久性的电连接或接合的几种不同方法。这些已知方法包括所谓的楔接合(wedgebonding)、或楔/楔接合。楔接合工艺通常利用超声能量和压力来在接合线(通常为粗线)和接合焊盘之间创建接合。楔接合工艺通常是在室温下执行的低温工艺。通常，Al线(铝线)被用于楔接合。例如，就可靠性和性能而言，通常优选包括诸如Cu(铜)的其他材料的接合线。然而，Cu线通常比Al线硬。当使用Cu线时，接合焊盘通常需要包括铝以外的其他材料。这是因为铝接合焊盘的硬度通常不足以用于相对较硬的Cu线，因此接合焊盘应当包括比铝硬的材料。此外，与使用Al线的楔接合工艺相比，对于Cu线，必须提供增加的超声波功率。此外，与使用Al线和Al接合焊盘的楔接合工艺相比，用于执行楔接合工艺的时间增加，并且Cu线需要以更大的强度按压在接合焊盘上。例如，增加的强度(或力)会导致接合焊盘材料的严重损坏。需要一种改进的方法，其在接合线与将要电接触的元件之间提供稳定和持续的连接。
技术实现思路
一种方法包括：加热将要电接触且布置在第一元件上的第一导电层；以及通过向接合线的第一端施加压力并且进一步将接合线的第一端暴露给超声能量来将接合线的第一端按压在第一导电层上，从而使接合线的第一端变形，并且在接合线的第一端和第一导电层之间创建永久性的物-物接合。接合线包括直径至少为125μm的圆形截面或者第一宽度至少为500μm且第一高度至少为50μm的矩形截面。描述了用于在接合线和第一元件的第一导电表面之间建立永久接合连接的装置。该装置包括：接合室；接合器件，布置在接合室内，其中接合器件被配置为将接合线的第一端按压在第一导电表面上；以及加热器件，被配置为加热第一层和接合线的第一端。该装置被配置为在第一表面和接合线之间建立连接，接合线包括直径至少为125μm的圆形截面或者第一宽度至少为500μm且第一高度至少为50μm的矩形截面。可参考以下附图和说明书更好地理解本专利技术。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本专利技术的原理。此外，在附图中，类似的参考数字在不同的附图中指定相应的部分。附图说明图1至图4示意性地示出了典型的楔接合工艺的多个步骤。图5A和图5B示意性地示出了接合线的不同截面。图6示意性地示出了用于提供接合连接的示例性方法。图7示意性地示出了用于提供接合连接的另一示例性方法。图8示意性地示出了用于提供接合连接的另一示例性方法。图9示意性地示出了用于提供接合连接的另一示例性方法。图10示意性地示出了示例性接合器件。图11示意性地示出了不同接合方的材料的混装。图12示意性地示出了用于提供接合连接的示例性装置的截面图。图13示意性地示出了用于提供接合连接的另一示例性装置的截面图。图14A和图14B示意性地示出了图13所示的室中设置的开口的俯视图。图15示意性地示出了用于提供接合连接的另一示例性装置的截面图。图16示意性地示出了用于提供接合连接的另一示例性装置的截面图。具体实施方式在以下详细描述中，参考附图。附图示出了可实践本专利技术的具体示例。应理解，除非另有特别说明，否则关于各种示例所描述的特征和原理可相互结合。在说明书和权利要求书中，特定元件指定为“第一元件”、“第二元件”、“第三元件”等不能理解为列举性的。相反，这样的指定仅仅是为了处理不同的“元件”。即，例如，“第三元件”的存在并不要求“第一元件”和“第二元件”的存在。本文所述的半导体本体可以由(掺杂)半导体材料制成，并且可以是半导体芯片或包括在半导体芯片中。半导体本体具有电连接焊盘，并且包括具有电极的至少一个半导体元件。参考图1至图4，示意性示出了用于在接合线20和将要电接触的元件10之间建立连接(接合)的方法的一般原理。通常，已知不同的接合方法，例如所谓的球接合、球-楔接合、楔接合或者楔-楔接合。本示例涉及楔-楔接合方法。图1示意性地示出了将要电接触的第一元件10以及接合器件30。例如，第一元件10可以是或可以包括半导体本体。在功率半导体模块布置中，通常一个或多个半导体本体被布置在半导体衬底上。布置在半导体衬底上的每个半导体本体都可以包括二极管、IGBT(绝缘栅双极晶体管)、MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、JFET(结型场效应晶体管)、HEMT(高电子迁移率晶体管)或任何其他合适的可控半导体元件。一个或多个半导体本体可在半导体衬底上形成半导体布置。然而，这只是一个示例。第一元件10可以是将要与接合线20电接触的任何元件，例如功率半导体模块布置的元件。根据另一示例，第一元件10可以为半导体衬底。半导体衬底通常包括介电绝缘层、附接至介电绝缘层的(结构化)第一金属化层以及附接至介电绝缘层的第二(结构化)金属化层。介电绝缘层设置在第一和第二金属化层之间。第一和第二金属化层中的每个层均可由以下材料组成或包括其中一种：铜；铜合金；铝；铝合金；在功率半导体模块布置的操作期间保持固态的任何其他金属或合金。半导体衬底可以为陶瓷衬底，即，介电绝缘层为陶瓷(例如，薄陶瓷层)的衬底。陶瓷可由以下材料组成或者包括其中一种：氧化铝、氮化铝、氧化锆、氮化硅、氮化硼或任何其他介电陶瓷。例如，介电绝缘层可由以下材料组成或包括其中一种：Al2O3、AlN、BN或Si3N4。例如，衬底可以例如为直接铜接合(DCB)衬底、直接铝接合(DAB)衬底或活性金属钎焊(AMB)衬底。衬底也可以是具有非陶瓷介电绝缘层的传统印刷电路板(PCB)。例如，非陶瓷介电绝缘层可由固化树脂组成或者包括固化树脂。接合线20可永久连接至第一和第二金属化层中的一层，例如连接至第一金属化层。将接合线20插入接合器件30中。接合线20可以是任何合适的导电线，例如金属线。对于楔-楔接合方法来说，通常使用粗接合线。例如，在这种情况下，粗接合线是指具有直径d1至少为125μm的圆形截面(参见图5A)的接合线20、或者具有宽度w1至少为500μm且高度h1至少为50μm的矩形截面(参见图5B)的接合线20。为解释的目的，应该提及，在球接合方法中，使用高压放电熔化接合线的一端，从而在接合线的一端形成软材料球。然后，这个球被焊接到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：加热将要被电接触且布置在第一元件(10)上的第一导电层(14)；以及通过向接合线(20)的第一端(22)施加压力并且进一步将所述接合线(20)的所述第一端(22)暴露给超声能量来将所述接合线(20)的所述第一端(22)按压在所述第一导电层(14)上，从而使所述接合线(20)的所述第一端(22)变形，并且在所述接合线(20)的所述第一端(22)与所述第一导电层(14)之间创建永久的物‑物接合；其中所述接合线(20)包括具有至少125μm的直径(d1)的圆形截面或者具有至少500μm的第一宽度(w1)和至少50μm的第一高度(h1)的矩形截面。

【技术特征摘要】
2018.04.04 EP 18165648.91.一种方法，包括：加热将要被电接触且布置在第一元件(10)上的第一导电层(14)；以及通过向接合线(20)的第一端(22)施加压力并且进一步将所述接合线(20)的所述第一端(22)暴露给超声能量来将所述接合线(20)的所述第一端(22)按压在所述第一导电层(14)上，从而使所述接合线(20)的所述第一端(22)变形，并且在所述接合线(20)的所述第一端(22)与所述第一导电层(14)之间创建永久的物-物接合；其中所述接合线(20)包括具有至少125μm的直径(d1)的圆形截面或者具有至少500μm的第一宽度(w1)和至少50μm的第一高度(h1)的矩形截面。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述接合线(20)和所述第一层(14)之间建立楔-楔接合连接。3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：将所述第一导电层(14)加热到80℃和250℃之间、100℃和250℃之间或者150℃和250℃之间的温度。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括：在所述第一层(14)和所述接合线(20)的所述第一端(22)周围提供惰性气体、还原保护气体或真空。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述第一层(14)具有至少5μm、至少25μm或至少50μm的厚度(d2、d3)。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述接合线(20)具有第一硬度，并且所述第一层(14)具有第二硬度，其中所述第二硬度大于所述第一硬度。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第二硬度大于或等于所述第一硬度的150％。8.根据权利要求6或7所述的方法，其中所述接合线(20)包括第一材料，并且所述第一层(14)包括所述第一材料的合金。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述接合线(20)包括铜。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：将所述接合线(20)插入接合器件(30)的引导元件(32、36)中，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·伊科克，M·S·布罗尔，S·托费恩科，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE