功率半导体部件与基底经烧结彼此连接的压力烧结方法技术

本发明专利技术涉及功率半导体部件与基底经烧结彼此连接的压力烧结方法，具有以下接连步骤：a)提供烧结部件布置，具有：工件载体，具有凹部；基底，搁置在工件载体的主表面上，功率半导体部件布置在基底上，其中待烧结的烧结材料布置在功率半导体部件和基底之间，其中第一部件和基底的第一区域布置成沿绝缘层的第一主侧的法线方向处在工件载体上方，与工件载体的第一凹部齐平，第二部件和基底的第二区域布置成沿绝缘层的第一主侧的法线方向处在工件载体上方，与工件载体的第二凹部齐平，b)对部件加压并对烧结材料施用温度处理，基底的第一区域的一部分被压入到第一凹部中，基底的第二区域的一部分被压入到第二凹部中，且烧结材料被转变成烧结金属。

【技术实现步骤摘要】
功率半导体部件与基底经烧结彼此连接的压力烧结方法
本专利技术涉及一种压力烧结方法，在该压力烧结方法中，使用烧结连接使功率半导体部件与基底彼此连接。
技术介绍
DE102015120156A1公开了一种压力烧结方法，在该压力烧结方法中，功率半导体部件与基底使用烧结连接而彼此连接。在所述方法中，将具有导体轨道且上面布置有功率半导体部件的基底在待烧结的材料被布置在功率半导体部件和导体轨道之间的情况下放置在烧结压机的压力配对件上。随后是沿着压力配对件的方向利用烧结压机的压力印模(pressurestamp)对功率半导体部件加压并且对烧结材料施用温度处理，其中在这样做时，烧结材料被转变成烧结金属，从而形成功率半导体部件与基底的烧结连接。由于基底、特别是基底的非导电性绝缘层(例如陶瓷板)的热膨胀系数与烧结金属和功率半导体部件的热膨胀系数不同，同时由于硬化阶段期间在这些部件之间出现机械应力，所以可能在基底中在基底的背对功率半导体部件的那一侧上在基底的绝缘层的法线方向上与功率半导体部件齐平地形成凹形区域，使得基底的背对功率半导体部件的那一侧不再平坦。为了生产功率半导体器件，基底的背对功率半导体部件的那一侧被布置在基板上或热沉上。凹形区域增加了基底与基板或热沉的热接触电阻，这在技术上是不期望的，因为它导致功率半导体部件的冷却较不有效。
技术实现思路
本专利技术的目的是指明一种压力烧结方法，其中能够使用烧结连接使功率半导体部件与基底连接彼此，其中基底相对于功率半导体部件的相反侧被这样设计，即：使得该相反侧能够在与金属基板或热沉的热接触电阻低的情况下被布置在基板或热沉上。这个目的通过一种具有以下接连步骤的压力烧结方法来实现：a)提供烧结部件布置，该烧结部件布置具有：工件载体，该工件载体具有凹部；基底，该基底搁置在工件载体的主表面上，并且该基底具有非导电性绝缘层，在该非导电性绝缘层的背对工件载体的第一主侧上布置有金属化层，该金属化层被结构化而形成导体轨道；功率半导体部件，该功率半导体部件被布置在导体轨道上，其中待烧结的烧结材料被布置在功率半导体部件和导体轨道之间，其中第一功率半导体部件和基底的第一区域被布置成在绝缘层的第一主侧的法线方向上处在工件载体的上方且与工件载体的第一凹部齐平，并且第二功率半导体部件和基底的第二区域被布置成在绝缘层的第一主侧的法线方向上处在工件载体的上方且与工件载体的第二凹部齐平，b)在工件载体的方向上对功率半导体部件加压并且对烧结材料施用温度处理，其中基底的第一区域的一部分被压入到第一凹部中，并且基底的第二区域的一部分被压入到第二凹部中，并且烧结材料被转变成烧结金属。根据其它实施例获得本专利技术的其它构造和扩展。证明是有利的是，在方法步骤a)中，烧结部件布置的所有功率半导体部件被布置成在绝缘层的第一主侧的法线方向上处在工件载体的上方且分别与工件载体的和相应的功率半导体部件相关联的相应的凹部齐平，并且基底的相应的区域被布置成在绝缘层的第一主侧的法线方向上处在工件载体的上方且与工件载体的相应的凹部齐平，并且在方法步骤b)中，基底的这个特定区域的一部分被压入到相应的凹部中，这是因为烧结部件布置的所有功率半导体部件于是可以联接到具有高热导率的金属基板或热沉。还证明是有利的是，在方法步骤a)中，工件载体的界定相应的凹部的表面具有凹形轮廓，这是因为，这样的话，当基底的第一区域的一部分被压入到第一凹部中并且基底的第二区域的一部分被压入到第二凹部中时，在基底中发生裂纹的风险是非常低的。还证明是有利的是，工件载体的在从工件载体的在方法步骤a)中在上面搁置基底的主表面到工件载体的界定相应的凹部的表面的相应的过渡部处的表面的轮廓是连续可微分的，这是因为，这样的话，当基底的第一区域的一部分被压入到第一凹部中并且基底的第二区域的一部分被压入到第二凹部中时，降低了在基底中发生裂纹的风险。另外，证明是有利的是，在方法步骤a)中，相应的凹部具有最大深度所处的位置被布置成在绝缘层的第一主侧的法线方向上与相应的功率半导体部件的中央区域齐平，这是因为，这样的话，基底的在方法步骤b)中形成的隆起区域具有与相应的功率半导体部件的中央区域齐平的在绝缘层的第一主侧的法线方向上的其最大高度。还证明是有利的是，相应的凹部的最大深度是20μm至150μm、特别是40μm至120μm，这是因为基底的背对功率半导体部件的那一侧于是被这样形成，即：使得基底的背对功率半导体部件的那一侧能够在相对于金属基板或热沉的热接触电阻特别低的情况下被布置在基板或热沉上。另外，证明是有利的是，在方法步骤a)中，被投影到由相应的凹部的边沿包围的虚拟表面(其法线方向与绝缘层的第一主侧的法线方向一致)上的相应的功率半导体部件的面对相应的凹部的主表面在绝缘层的第一主侧的法线方向上位于虚拟表面内，这是因为，基底的背对功率半导体部件的那一侧于是被设计成使得基底的背对功率半导体部件的那一侧能够在相对于金属基板或热沉的热接触电阻特别低的情况下被布置在基板或热沉上。在这个背景下，证明是有利的是，被投影到相应的凹部的边沿上的相应的功率半导体部件的面对相应的凹部的主表面的拐角部在绝缘层的第一主侧的法线方向上位于相应的凹部的边沿上，这是因为，相应的凹部的开口的尺寸于是与相应的功率半导体部件的尺寸相匹配。另外，证明是有利的是，在方法步骤a)中，被投影到相应的功率半导体元件的主表面上的、由相应的凹部的边沿包围的虚拟表面(其法线方向与绝缘层的第一主侧的法线方向一致)在绝缘层的第一主侧的法线方向上位于相应的功率半导体元件的所述主表面内，这是因为基底的背对功率半导体部件的那一侧于是被这样形成，即：使得基底的背对功率半导体部件的那一侧能够在相对于金属基板或热沉的热接触电阻特别低的情况下被布置在基板或热沉上。另外，证明是有利的是，在方法步骤a)中，在功率半导体部件中的至少一个功率半导体部件中，该至少一个功率半导体部件的面对相应的凹部的主表面具有方形形状，其中由与该至少一个功率半导体部件相关联的凹部的边沿包围的虚拟表面(其法线方向与绝缘层的第一主侧的法线方向一致)具有圆形形状，这是因为凹部的开口的形状于是与功率半导体部件的形状相匹配，使得在烧结之后，基底的隆起区域能够随着部件的冷却而容易地消失。另外，证明是有利的是，在方法步骤a)中，在功率半导体部件中的至少一个功率半导体部件中，该至少一个功率半导体部件的面对相应的凹部的主表面具有矩形形状，其中由与该至少一个功率半导体部件相关联的凹部的边沿包围的虚拟表面(其法线方向与绝缘层的第一主侧的法线方向一致)具有椭圆形形状，这是因为凹部的开口的形状于是与功率半导体部件的形状相匹配，使得在烧结之后，基底的隆起区域能够随着部件的冷却而容易地消失。还证明是有利的是，在方法步骤a)中，与相应的功率半导体部件相关联的凹部的边沿在相应的功率半导体部件的非拐角部区域处平行于相应的功率半导体部件的边沿边缘延伸，其中在相应的功率半导体部件的拐角部区域处，与相应的功率半导体部件相关联的凹部的边沿具有弯曲轮廓，这是因为凹部的开口的形状于是与功率半导体部件的形状相匹配，使得在烧结之后，基底的隆起区域能够随着部件的冷却而容易地恢复其形状。在这个背景下，证明是有利的是，在方法步骤a)中，与相应的功率半导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.压力烧结方法，具有以下接连步骤：a)提供烧结部件布置(1)，所述烧结部件布置(1)具有：工件载体(2)，所述工件载体(2)具有凹部(2a、2b)；基底(5)，所述基底(5)搁置在所述工件载体(3)的主表面(3a)上，并且所述基底(5)具有非导电性绝缘层(5a)，在所述非导电性绝缘层(5a)的背对所述工件载体(3)的第一主侧(5a')上布置有金属化层(5b)，所述金属化层(5b)被结构化而形成导体轨道(5b'、5b”)；功率半导体部件(6a、6b)，所述功率半导体部件(6a、6b)被布置在所述导体轨道(5b'、5b”)上，其中待烧结的烧结材料(7)被布置在所述功率半导体部件(6a、6b)和所述导体轨道(5b'、5b”)之间，其中第一功率半导体部件(6a)和所述基底(5)的第一区域(8a)被布置成在所述绝缘层(5a)的所述第一主侧(5a')的法线方向(N1)上处在所述工件载体(3)的上方且与所述工件载体(3)的第一凹部(2a)齐平，并且第二功率半导体部件(6b)和所述基底(5)的第二区域(8b)被布置成在所述绝缘层(5a)的所述第一主侧(5a')的法线方向(N1)上在所述工件载体(3)的上方且与所述工件载体(3)的第二凹部(2b)齐平，b)在所述工件载体(3)的方向上对所述功率半导体部件(6a、6b)加压并且对所述烧结材料施用温度处理，其中所述基底(5)的所述第一区域(8a)的一部分被压入到所述第一凹部(2a)中，并且所述基底(5)的所述第二区域(8b)的一部分被压入到所述第二凹部(2b)中，并且所述烧结材料(7)被转变成烧结金属(7')。...

【技术特征摘要】
2018.04.26 DE 102018110132.51.压力烧结方法，具有以下接连步骤：a)提供烧结部件布置(1)，所述烧结部件布置(1)具有：工件载体(2)，所述工件载体(2)具有凹部(2a、2b)；基底(5)，所述基底(5)搁置在所述工件载体(3)的主表面(3a)上，并且所述基底(5)具有非导电性绝缘层(5a)，在所述非导电性绝缘层(5a)的背对所述工件载体(3)的第一主侧(5a')上布置有金属化层(5b)，所述金属化层(5b)被结构化而形成导体轨道(5b'、5b”)；功率半导体部件(6a、6b)，所述功率半导体部件(6a、6b)被布置在所述导体轨道(5b'、5b”)上，其中待烧结的烧结材料(7)被布置在所述功率半导体部件(6a、6b)和所述导体轨道(5b'、5b”)之间，其中第一功率半导体部件(6a)和所述基底(5)的第一区域(8a)被布置成在所述绝缘层(5a)的所述第一主侧(5a')的法线方向(N1)上处在所述工件载体(3)的上方且与所述工件载体(3)的第一凹部(2a)齐平，并且第二功率半导体部件(6b)和所述基底(5)的第二区域(8b)被布置成在所述绝缘层(5a)的所述第一主侧(5a')的法线方向(N1)上在所述工件载体(3)的上方且与所述工件载体(3)的第二凹部(2b)齐平，b)在所述工件载体(3)的方向上对所述功率半导体部件(6a、6b)加压并且对所述烧结材料施用温度处理，其中所述基底(5)的所述第一区域(8a)的一部分被压入到所述第一凹部(2a)中，并且所述基底(5)的所述第二区域(8b)的一部分被压入到所述第二凹部(2b)中，并且所述烧结材料(7)被转变成烧结金属(7')。2.根据权利要求1所述的压力烧结方法，其特征在于，在方法步骤(a)中，所述烧结部件布置(1)的所有功率半导体部件(6a、6b)被布置成在所述绝缘层(5a)的所述第一主侧(5a')的法线方向(N1)上处在所述工件载体(3)的上方且在每一种情形中与所述工件载体(3)的和相应的功率半导体部件(6a、6b)相关联的相应的凹部(2a、2b)齐平，并且所述基底(5)的相应的区域(8a、8b)被布置成在所述绝缘层(5a)的所述第一主侧(5a')的法线方向(N1)上处在所述工件载体(3)的上方且与所述工件载体(3)的相应的凹部(2a、2b)齐平，并且在方法步骤(b)中，所述基底(3)的该相应的区域(8a、8b)的一部分被压入到所述相应的凹部(2a、2b)中。3.根据前述权利要求中的任一项所述的压力烧结方法，其特征在于，在方法步骤a)中，所述工件载体(3)的界定所述相应的凹部(2a、2b)的表面(3b、3c)具有凹形轮廓。4.根据权利要求1-2中的任一项所述的压力烧结方法，其特征在于，所述工件载体(3)在从所述工件载体(3)的在方法步骤a)中在上面搁置所述基底(5)的所述主表面(3a)到所述工件载体(3)的界定所述相应的凹部(2a、2b)的表面(3b、3c)的相应的过渡部处的表面的轮廓是连续可微分的。5.根据权利要求1-2中的任一项所述的压力烧结方法，其特征在于，在方法步骤a)中，所述相应的凹部(2a、2b)具有最大深度(t)所处的位置(2a'、2b')被布置成在所述绝缘层(5)的所述第一主侧(5a')的法线方向(N1)上与所述相应的功率半导体部件(6a、6b)的中央区域(6a'、6b')齐平。6.根据权利要求1-2中的任一项所述的压力烧结方法，其特征在于，所述相应的凹部(2a、2b)的最大深度(t)具有20μm至150μm、特别是40μm至120μm的值。7.根据权利要求1-2中的任一项所述的压力烧结方法，其特征在于，在方法步骤a)中，被投影到由所述相应的凹部(2a、2b)的边沿(2a”、2b”)包围的虚拟表面(15a、15b)上的所述相应的功率半导体部件(6a、6b)的面对所述相应的凹部(2a、2b)的主表面(6a”、6b”)在所述绝缘层(5a)的所述第一主侧(5a')的法线方向(N1)上位于该虚拟表面(15a、15b)内，所述虚拟表面(15a、15b)的法线方向(N2、N3)与所述绝缘层(5a)的所述第一主侧(5a')的法线方向(N1)一致。8.根据权利要求7所述的压力烧结方法，其特征在于，当被投影到所述相应的凹部(2a、2...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大·魏纳，于尔根·斯蒂格，
申请(专利权)人：赛米控电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE