制造与焊料预形体连接的器件的方法技术

一种制造与焊料预形体连接的器件的方法，包括以下步骤：(1)提供具有至少一个接触面的器件和自由的焊料预形体，(2)通过使所述器件的一个或唯一接触面与所述自由焊料预形体的一个接触面发生接触，制造由器件与尚未连接的焊料预形体构成的配置，以及(3)在形成与焊料预形体连接的器件的情况下，在比焊料预形体的焊料金属的以℃表示的熔化温度低10至40％的温度下，以及在使具有初始自由度的焊料预形体的初始厚度减小<10％的压制压力与压制持续时间组合条件下，对在步骤(2)中制造的配置进行热压。所述器件可以是衬底、有源器件或者无源器件。所述方法可以包括以下额外的步骤：(4)通过使与所述器件连接的焊料预形体的朝外的焊料金属接触面与所述另一器件的一个或唯一接触面接触，制造由与所述器件连接的焊料预形体和待与其连接的另一器件构成的夹层配置，(5)将所述夹层配置加热至高于所述焊料预形体的焊料金属的熔化温度的温度，以及(6)在形成所述器件之间的焊接连接的情况下，将所述夹层配置冷却至低于位于器件之间的熔化焊料金属的凝固温度以下。作为替代方案，所述方法可包括以下额外的步骤，而非步骤(4)‑(6)：(4')通过使与所述器件连接的焊料预形体的朝外的焊料金属接触面与所述另一器件的一个或唯一接触面接触，制造由与所述器件连接的焊料预形体和待与其连接的另一器件构成的夹层配置，以及(5')在形成器件之间的焊料连接的情况下，在比与在步骤(1)中提供的器件连接的焊料预形体的焊料金属的以℃表示的熔化温度低10至40％的温度下，对在步骤(4')中制造的夹层配置进行热压，其中在步骤(5')期间起作用的压制压力和压制持续时间的组合处于一个范围内，其引起连接的焊料预形体的<10％的厚度减小。

Methods of manufacturing devices connected with solder preforms

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造与焊料预形体连接的器件的方法本专利技术涉及一种制造与焊料预形体连接的器件的方法。在此使用的表述“与焊料预形体连接的器件”是指，焊料预形体与器件以>0.1MPa的抗剪强度相互附着；换言之，其具有>0.1MPa的描述相互附着强度的抗剪强度。抗剪强度可以借助常见的剪切测试仪来测定。US4,659,006揭示过：作为在半导体芯片与衬底之间建立焊接连接的方法的分步骤，通过热压来将衬底与自由焊料预形体连接。在将衬底与焊料预形体连接时，首先使得衬底与焊料预形体相互接触，随后再将其共同加热至一个低于焊料预形体的熔化温度的温度。在这个温度起作用期间，对焊料预形体施加压制压力。在此过程中将焊料预形体的初始厚度减小至少40％。随后以常见的方式将如此获得的由配设有焊料沉积物的衬底构成的配置与半导体芯片焊接在一起。该案有意地将器件的焊料连接与焊接连接加以区分。焊料连接与焊接连接二者均会引起器件的导热、导电及机械连接，而焊料连接与焊接连接的区别在于：与形成器件间的焊料连接不同，焊料金属在形成焊接连接时会熔化并重新凝固，换言之，被加热至熔化温度以上再冷却至其凝固温度以下。申请人自己意外地发现，在采用大体类似于US4,659,006所揭示的处理方式，但在更加温和的热压条件下工作的情况下，能够将器件与自由焊料预形体连接。本专利技术涉及一种制造与焊料预形体连接的器件的方法。所述方法包括以下步骤：(1)提供具有至少一个接触面的器件和自由的焊料预形体，(2)通过使所述器件的一个或唯一接触面与所述自由焊料预形体的一个接触面发生接触，制造由器件与尚未连接的焊料预形体构成的配置，以及(3)在形成与焊料预形体连接的器件的情况下，在比焊料预形体的焊料金属的以℃表示的熔化温度低10至40％的温度下，以及在使具有初始自由度的焊料预形体的初始厚度减小≤10％的压制压力与压制持续时间组合条件下，对在步骤(2)中制造的配置进行热压。在所述方法的步骤(1)中，提供具有唯一或者数个接触面的器件。本专利技术中的器件这一概念优选包括单个部件。这些单个部件优选无法进一步分解。器件的接触面通常是金属的，例如形式为金属化层。器件或确切言之其接触面的金属可以是纯净的金属，或者是由>50至<100wt％的金属与相应地>0至<50wt％的至少另一金属构成的合金。纯净金属或确切言之合金主金属的示例为锡、铜、银、金、镍、钯和铂，特别是为锡、铜、银、金、钯和铂。在步骤(2)中在制造所述配置时使用的器件接触面可以具有处于1至3000mm2、特别是>10至1000mm2、尤其15至500mm2的范围内的尺寸。本专利技术中的器件可以是衬底或者有源或无源器件。特别是为应用在电子装置中的构件。衬底例如指IMS衬底(insulatedmetal-Substrate，绝缘金属衬底)、DCB衬底(directcopperbonded-Substrate，直接铜接合衬底)、AMB衬底(activemetalbraze-Substrate，活性金属焊接衬底)、陶瓷衬底、PCB(printedcircuitboard，印制电路板)和引线框。有源器件例如指二极管、LED(lightemittingdiodes，发光二极管)、裸片(半导体芯片)、IGBT(insulated-gatebipolartransistors，绝缘栅双极晶体管)、IC(integratedcircuits，集成电路)和MOSFET(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistors，金属氧化物半导体场效应晶体管)。无源器件例如指传感器、底板、冷却体、电阻器、电容器、变压器、扼流器和线圈。除所述具有至少一个接触面的器件以外，在所述方法的步骤(1)中提供自由的、即离散的焊料预形体。本专利技术中的自由焊料预形体特别是指形式为扁平成形件的焊料金属，例如焊料金属膜、焊料金属带或者焊料金属薄片。这类自由焊料预形体具有离散的接触面，即相互独立并且可区分的接触面，特别是两个设于彼此相对的侧上的接触面。接触面的形状可以是任意的，例如为圆形、六角形、三角形，优选为矩形。尺寸和形状优选对应所述器件的接触面的尺寸和形状。所述自由焊料预形体的厚度例如可以处于10至500μm或者50至300μm的范围内。所述焊料预形体的焊料金属(焊料)通常指铟、铟合金，或者特别是为锡或者富含锡的合金。富含锡的合金的示例为锡比例例如处于90至99.5wt％(重量百分比)的范围内的合金。合金金属例如指铜、银、铟、锗、镍、铅、铋和锑。所述合金可以含铅或者无铅。无铅合金例如可以选自由SnAg、SnBi、SnSb、SnAgCu、SnCu、SnSb、InSnCd、InBiSn、InSn、BiSnAg或SnAgCuBiSbNi构成的群组。含铅合金例如可以选自包括SnPb和SnPbAg的群组。所述焊料金属的熔化温度例如可以处于140至380℃、特别是170至300℃的范围内。在本专利技术的方法的步骤(2)中，制造由所述器件与所述焊料预形体构成的配置，其中器件与焊料预形体尚未相连。在此情形下，焊料预形体尽管仅是经过布置，但不再像原本那样自由。为此，使得所述自由焊料预形体的一个接触面与所述器件的一个或唯一接触面接触，例如通过以使焊料预形体的接触面朝向器件的相关接触面的方式安放自由焊料预形体来实现。一般而言，安放自由焊料预形体是指将其铺设至器件上或者将器件铺设至自由焊料预形体上，或确切言之，为器件配设自由焊料预形体或者为自由焊料预形体配设器件。在一个实施方式中，可以在两个待相互接触的接触面之间使用由固定剂组成构成的固定剂，或确切言之，在使接触面相互接触前，将固定剂施涂至一个或两个接触面上。在本专利技术的方法的步骤(3)中，对在步骤(2)中制造的配置进行热压，其中器件与布置的焊料预形体连接，形成一个与焊料预形体连接的器件。所述与焊料预形体连接的器件具有一个朝向外部的焊料金属接触面。所述经连接的焊料预形体是所谓的焊料沉积物。例如可以将常见的热压机用作生产工具。在比焊料预形体的焊料金属的以℃表示的熔化温度低10至40％的温度下，以及在使具有初始自由度的焊料预形体(即焊料预形体处于其初始的自由状态下)的初始厚度减小≤10％的压制压力与压制持续时间组合的影响下，进行热压。具体而言，所述焊料金属的熔化温度例如可以处于140至380℃的范围内，且温度在热压期间例如处于84至342℃的范围内。根据具有初始自由度的焊料预形体的初始厚度，述及的≤10％的厚度减小例如可以处于0至50μm的范围内。在比焊料预形体的焊料金属的以℃表示的熔化温度低10至40％的温度下使具有初始自由度的焊料预形体的初始厚度减小≤10％的压制压力与压制持续时间组合例如可以处于10至200MPa以及1秒至5分钟的范围内。选择的压制压力越高，可选择的压制持续时间便越短，反之亦然。本专利技术的方法在与本文开篇述及的US4,659,006所揭示的热压条件相比温和得多的热压条件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造与焊料预形体连接的器件的方法，包括以下步骤：/n(1)提供具有至少一个接触面的器件和自由的焊料预形体，/n(2)通过使所述器件的一个或唯一接触面与所述自由焊料预形体的一个接触面发生接触，制造由器件与尚未连接的焊料预形体构成的配置，以及/n(3)在形成与焊料预形体连接的器件的情况下，在比焊料预形体的焊料金属的以℃表示的熔化温度低10至40％的温度下，以及在使具有初始自由度的焊料预形体的初始厚度减小≤10％的压制压力与压制持续时间组合条件下，对在步骤(2)中制造的配置进行热压。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171213 EP 17207043.51.一种制造与焊料预形体连接的器件的方法，包括以下步骤：
(1)提供具有至少一个接触面的器件和自由的焊料预形体，
(2)通过使所述器件的一个或唯一接触面与所述自由焊料预形体的一个接触面发生接触，制造由器件与尚未连接的焊料预形体构成的配置，以及
(3)在形成与焊料预形体连接的器件的情况下，在比焊料预形体的焊料金属的以℃表示的熔化温度低10至40％的温度下，以及在使具有初始自由度的焊料预形体的初始厚度减小≤10％的压制压力与压制持续时间组合条件下，对在步骤(2)中制造的配置进行热压。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述器件为衬底、有源器件或者无源器件。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述自由的焊料预形体为焊料金属膜、焊料金属带或者焊料金属薄片。


4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述自由的焊料预形体的厚度为10至500μm。


5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述自由的焊料预形体的焊料金属的熔化温度处于140至380℃的范围内。


6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述自由的焊料预形体的焊料金属的熔化温度处于140至380℃的范围内，以及，在热压期间的温度处于84至342℃的范围内。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·沙福尔，W·施米特，N·佩尔肖，
申请(专利权)人：贺利氏德国有限两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE