用于温度临界地接合两个构件层的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于将具有恒定的第一材料厚度的导电的第一构件层(103、301)与具有恒定的第二材料厚度的第二构件层(105、303)温度临界地接合的方法(100)，其中，在第二构件层(105、303)处布置有至少一个电子的部件，所述电子的部件的临界温度处在第一构件层(103、301)和第二构件层(105、303)的熔点之下。所述方法(100)包括下列步骤：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于温度临界地接合两个构件层的方法和装置

技术介绍

[0001]在接合温度临界的构件的、即熔点低于有待接合的层的熔点的构件所具有的材料时，需要限制到有待接合的层中的能量输入，以避免温度临界的构件受损。
[0002]例如使用超声方法用于将铜制的电源连接器接合在印制电路板上，在印制电路板上布置有温度临界的构件、像例如电容器和/或处理器。
[0003]但用于接合构件的超声方法对有待接合的构件的刚性和它们的表面质量具有高要求，因而当前仅能借助超声方法接合宽度在2mm内的电源连接器。
[0004]此外已知一些钎焊方法，在钎焊方法中施加软钎焊剂，其熔化温度低于相应的温度临界的电子构件的临界温度。
[0005]此外还已知用于激光焊接材料对的方法，在所述方法中，通过在能量输入和接合部位之间的局部的间距来最小化能量输入。

技术实现思路

[0006]在所介绍的专利技术的范畴内，提出了一种用于温度临界地接合的方法、一种接合装置和一种半导体元件。本专利技术的进一步的特征和细节由相应的从属权利要求、说明书和附图得出。在此，结合按本专利技术的方法说明的特征和细节，当然也适用于结合按本专利技术的接合装置和按本专利技术的半导体元件，反之亦然，因而就各个专利技术方面的公开内容而言，始终互相参考或者可以互相参考。
[0007]所介绍的专利技术用于连接两个构件层，构件层中的至少一个构件层具有温度临界的构件。所介绍的专利技术尤其用于，实现电源连接器与35μm的金属化结构的铜
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铜连接以供应在印制电路板上的半导体元件。
[0008]因此提出了一种用于将具有恒定的第一材料厚度的导电的第一构件层与具有恒定的第二材料厚度的第二构件层温度临界地接合的方法，其中，在第二构件层处布置有至少一个电子的部件，该电子的部件的临界温度低于第一和第二构件层的熔点。所述方法包括用于将第一构件层无间隙地布置在第二构件层上方的布置步骤和用于使激光束以恒定的功率沿着第一构件层伴随焊接进给运动的运动步骤，焊接进给促使通过激光束的能量输入使形成第一构件层的材料熔化，并且通过所述能量输入仅使在第二构件层的表面区域中的材料熔化。
[0009]一个部件的临界温度在所介绍的专利技术的上下文中指的是这样一个温度，在该温度时，所述部件会受损。
[0010]表面区域在所介绍的专利技术的上下文中指的是这样一个构件层，该构件层在一侧上被载体层、例如基板包围。表面区域特别是极为薄，例如35μm薄。表面区域可以由金属制成并且布置在例如可以由塑料制成的保护层下。表面区域可以相应地形成印制电路板的导体层。
[0011]为了接合两个构件层或两种材料(它们中的至少一个具有温度临界的构件)，所介绍的方法规定了焊接进给，即激光器沿着第一构件层的运动，其这样快速，使得将通过焊接
的能量输入限于极小的焊接区域。在此，对焊接区域的限制一方面发生在其表面伸展部中，即其在第一构件层上的横截面中，但也发生在其朝着布置在第一构件层下方的第二构件层的深度伸展部中。
[0012]通过按本专利技术所规定的焊接进给，这样来限制到布置在第一构件层下方的第二构件层中的能量输入，使得仅在第二构件层的表面区域中的材料熔化。通过例如制作借助按本专利技术的方法所制成的材料组合的截面，可以方便地验证这个效果。不过，能量输入在此至少这样高，使得第一构件层持续熔化并且带入到第一构件层中的能量被继续传导到第二构件层中。
[0013]通过第一构件层直至第二构件层的按本专利技术所规定的熔化，第一构件层连贯地熔化，因而第一构件层的熔液接触第二构件层并且与这个第二构件层连接。在此，由于按本专利技术所规定的焊接进给，避免了第二构件层由于熔化而被穿透，因而第二构件层仅在表面区域中熔化并且发生了到第二构件层中的最小的能量输入。
[0014]由于按本专利技术的方法所造成的到第二构件层中的最小的能量输入，到布置在第二构件层处的部件、如处理器或其它开关元件、特别是电容器或绝缘器中的能量输入同样被最小化。布置在第二构件层上的部件的加热，在执行按本专利技术的方法时，相应地远低于布置在第二构件层上的相应的部件的临界温度，因而通过按本专利技术的方法避免了部件受损。
[0015]可以规定，焊接进给至少为800mm/s。
[0016]按本专利技术所规定的焊接进给至少为800mm/s，因而第一构件层和第二构件层的相应的点状的区域只是暂时地或短时间地承受热负荷并且点状的能量输入保持最小或者仅大到使第二构件层在其表面区域中熔化。
[0017]因为在800mm/s的焊接进给时通常已经出现了所谓的“驼峰效应(Humping)”，所以通常避免了这种焊接进给。不过按照本专利技术，通过使用激光器和有待连接的构件层的无间隙布置，可以特别是在加热范围小时可靠地避免驼峰效应。
[0018]通过两个构件层的无间隙布置，导入到第一构件层中的能量输入的一部分传递到了第二构件层中，由此在第一构件层中产生了熔液的准稳定的中间状态，该准稳定的中间状态避免了驼峰效应并且额外使得能将第二构件层的熔液限于表面区域、特别是限于材料厚度为35μm的表面区域。
[0019]此外还可以规定，激光束用来提供进入第一构件层和第二构件层的能量输入的一个面的横截面，最多为75μm、特别是最多为50μm或最多为40μm。
[0020]结合按本专利技术所规定的焊接进给，激光束用来提供进入第一构件层和第二构件层的能量输入的一个面的小的横截面，导致了可以控制或最小化表面区域的深度，第二构件层在所述表面区域内熔化。
[0021]若激光束用来提供进入第一构件层和第二构件层的能量输入的一个面的横截面，在执行按本专利技术的方法时优选应当很小，即最多为75μm、特别是最多为50μm或者最多为40μm，那么所述面可以具有任意的长度。所述面尤其可以具有大于2cm的长度，因而例如宽度大于2cm的电源连接器作为第一构件层与第二构件层、如印制电路板接合、特别是压焊。
[0022]尤其可以通过所介绍的方法提供一个长于2cm的焊接区域，而不会损伤相应的温度临界的构件。
[0023]此外还可以规定，第一构件层具有至少80μm、特别是至少100μm和最多200μm的材
料厚度，和/或所述表面区域具有最多50μm、特别是最多35μm的材料厚度。
[0024]按本专利技术所规定的方法尤其适用于将材料厚度为约100μm并且宽度大于2cm的铜制的电源连接器接合在具有35μm的铜层的印制电路板或功率电子器件处。
[0025]作为使用铜的备选方案或者除了使用铜之外，也可以规定，第一构件层和/或第二构件层的表面区域至少部分由铝、特别是至少部分由铜和/或铝构成。
[0026]此外还可以规定，第二构件层的表面区域被至少一个部件包围，并且该至少一个部件包括下列元件清单中的至少一个元件：印制电路板、电容器、陶瓷基板、半导体元件、芯片。
[0027]按本专利技术所规定的部件尤其可以是功率电子器件的或者半导体元件、例如印制电路板或控制器或者电池的一部分。
[0028]此外还可以规定，使用波长为1030nm和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于将具有恒定的第一材料厚度的导电的第一构件层(103、301)与具有恒定的第二材料厚度的第二构件层(105、303)温度临界地接合的方法(100)，其中，在第二构件层(105、303)处布置有至少一个电子的部件，所述电子的部件的临界温度处在第一构件层(103、301)和第二构件层(105、303)的熔点之下，并且其中，所述方法(100)包括下列步骤：
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将第一构件层(103、301)无间隙地布置在第二构件层(105、303)上方，
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使激光束(101)以恒定的功率沿着第一构件层(103、301)伴随焊接进给运动，焊接进给促使形成第一构件层(103、301)的材料通过激光束(101)的能量输入部分熔化直至第二构件层(105、303)，并且通过能量输入仅在第二构件层(105、303)的表面区域(111、307)中的材料发生熔化。2.按照权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，所述焊接进给至少为800mm/s。3.按照权利要求1或2所述的方法(100)，其特征在于，所述激光束(101)用来提供到所述第一构件层(103、301)和所述第二构件层(105、303)中的能量输入的一个面的横截面最多为75μm、特别是最多为50μm或者最多为40μm。4.按照前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其特征在于，所述第一构件层(101、301)具有至少80μm、特别是至少100μm和最多200μm的材料厚度，和/或所述第二构件层(105、303)的表面区域(111、307)具有最多50μm、特别是最多35μm的材料厚度。5.按照前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其特征在于，所述第一构件层(101、301)和/或所述第二构件层(105、303)的表面区域(111、307)至少部分由铜和/或铝构成。6.按照前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其特征在于，所述第二构件层(105、303)的表面区域(111、307)被至少一个部件包围，并且所述至少一个部...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：