【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电子器件的烧结，例如在制造包括高功率电子器件的烧结封装体过程中电子器件的烧结。
技术介绍
1、烧结是一种通过加热和/或加压压实并形成固体材料块而不将其熔化至液化点的工艺。材料中的原子扩散至粒子的边界，将粒子融合在一起并形成一个固体块。在烧结材料在高温应用中取代焊料的大功率电子器件中，烧结通常用于附接半导体管芯。
2、目前用于堆叠功率结构的烧结系统和解决方案涉及两步烧结法。在第一步中，将功率半导体管芯烧结至衬底上。在第二步中，将薄金属片烧结至功率半导体管芯上。金属片可以呈由铜、银、金、镍或其他金属制成的箔片的形式，或者可以包括合金。金属片还可以包括电镀层，例如，电镀在铜箔上的银层。这种薄金属片的一个示例是所谓的管芯顶部接触系统(die top system，dts)。金属片提供管芯保护，使得能够以较高的产量进行铜线键合，并且该金属片可以包括预先施加的烧结膏以及粘合剂，以简化其在半导体管芯上的装配。
3、图1是衬底100的平面图，其上已安装多个半导体芯片或管芯102以及金属片104。衬底100可以是直接键合铜(dbc)陶瓷衬底。通常有多个半导体管芯102安装在单个待烧结dbc衬底100上，并且各个半导体管芯102之间可能存在高度变化。
4、图2a是现有技术烧结方法的侧视图，现有技术烧结方法使用不可压缩膜108将烧结工具110与半导体管芯102分离。不可压缩膜108用作缓冲垫，以提高压力均匀性。当对其施加力以使其变形时，这种不可压缩膜108的体积保持不变。这样，其材料通常被变形力推到一
5、图2b示出了通过不可压缩膜108对半导体管芯102施加的烧结力112。当半导体管芯102已键合至烧结膏106和衬底100上之后，将烧结工具110和不可压缩膜108从半导体管芯102移开。
6、其后，图2c示出了金属片104，在烧结工具110和不可压缩膜108已从半导体管芯102移开之后，该金属片放置在已键合至衬底100的半导体管芯102的顶部。一层烧结膏106存在于金属片104与半导体管芯102之间，以便将金属片104键合至半导体管芯102。
7、图2d示出了此时通过不可压缩膜108向金属片104施加烧结力112的烧结工具110。烧结膏106硬化之后，金属片104将成功地键合至半导体管芯102上。
8、目前依赖于不可压缩膜108(例如，普通的不可压缩ptfe(聚四氟乙烯)膜)来传递烧结力112的两步烧结法有几个缺点。首先，ptfe膜可能污染管芯顶部金属化，该ptfe膜在第一烧结步骤期间与半导体管芯顶部直接接触，并且需要专门的清洁工艺来清洁或重新激活半导体管芯顶部金属化，以烧结金属片。这将延长装配时间并增加操作成本及复杂性。
9、此外，这种不可压缩膜(例如ptfe膜)的典型厚度为0.05mm。该厚度通常不足以覆盖半导体管芯102或金属片104的高度变化，因为厚度为0.05mm的ptfe膜通常只能覆盖大约0.01mm的高度变化。另一方面，半导体管芯102或金属片104的实际变化可能多达0.05mm。如果这种高度变化没有被完全补偿，那么烧结半导体管芯102或金属片104的键合质量将受到不利影响。
10、当呈弹性体形式的不可压缩材料(例如硅橡胶)粘附至顶部烧结工具上时，也可以用作压力垫，以补偿产品厚度的任意变化。然而，弹性体本身是固体材料，因此压力垫内部的压力分布本质上是不均匀的。这种不均匀性将有导致产量或损坏问题的风险，因为较低压力区域倾向于具有低管芯键合强度，而高压力区域具有半导体管芯破裂的高风险。
11、此外，使用弹性体作为压力垫，不允许选择待进行压力烧结的区域或部件。因为这种选择是不可能的，所以这一概念很可能会对衬底造成损害，例如，在烧结期间出现裂纹或破损，特别是如果衬底是面板型陶瓷衬底。
12、有益的是，提供用于金属片和功率半导体管芯的一步烧结法，该一步烧结法避免了现有烧结方法的上述缺点，例如，无法选择性地对预定区域施加烧结压力。
技术实现思路
1、因此，本专利技术的目的是通过在烧结期间使用可压缩材料作为力分布介质来寻求提供一种有效的一步烧结法。
2、根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于同时将电子器件烧结至衬底上并将金属片烧结至所述电子器件上的烧结设备，所述烧结设备包括烧结工具以及能够定位在所述金属片和所述电子器件上的可压缩膜，其中，所述可压缩膜的厚度大于所述金属片的高度，并且当所述烧结工具在烧结工艺期间对所述可压缩膜施加烧结力时，所述可压缩膜被适配成适应所述金属片和所述电子器件的形状，以同时覆盖所述金属片以及所述电子器件的至少一部分。
3、根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于同时将电子器件烧结至衬底上，并将金属片烧结至所述电子器件上的方法，所述方法包括以下步骤：将所述电子器件放置在所述衬底上，并将所述金属片放置在所述电子器件上；将可压缩膜放置在所述金属片以及所述电子器件上，其中，所述可压缩膜的厚度大于所述金属片的高度；然后在烧结工艺期间使用烧结工具对所述可压缩膜施加烧结力，使得所述可压缩膜符合所述金属片和所述电子器件的形状，以用所述可压缩膜同时覆盖所述金属片以及所述电子器件的至少一部分。
4、根据本专利技术的第三方面，提供了一种用于通过同时将电子器件烧结至衬底上并将金属片烧结至所述电子器件来制造烧结封装体的方法，所述方法包括以下步骤：将所述电子器件放置在所述衬底上，并将所述金属片放置在所述电子器件上；将可压缩膜放置在所述金属片以及所述电子器件上，其中，所述可压缩膜的厚度大于所述金属片的高度；然后在烧结工艺期间使用烧结工具对所述可压缩膜施加烧结力，使得所述可压缩膜符合所述金属片和所述电子器件的形状，以用所述可压缩膜同时覆盖所述金属片以及所述电子器件的至少一部分。
5、参考示出了本专利技术的特定优选实施例的附图，有助于在下文更详细地描述本专利技术。附图和相关描述的具体性不应被理解为取代由权利要求书所限定的本专利技术的一般识别的普遍性。
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1.一种用于同时将电子器件烧结至衬底上并将金属片烧结至所述电子器件上的烧结设备，所述烧结设备包括：
2.根据权利要求1所述的烧结设备，其中，所述烧结设备被适配成接收在烧结期间至少一个衬底能够支撑在其上的载体，所述载体被配置成安装一片可压缩膜，用于在进行所述烧结工艺之前覆盖所述金属片以及所述电子器件。
3.根据权利要求2所述的烧结设备，还包括可压缩膜输入站，用于将所述一片可压缩膜放置在由所述载体支撑的所述金属片和所述电子器件上。
4.根据权利要求2所述的烧结设备，其中，所述载体具有多个凹穴，每个凹穴被配置成容纳相应的衬底并且具有通孔，底部烧结工具能够通过所述通孔插入以支撑所述衬底。
5.根据权利要求1所述的烧结设备，其中，所述可压缩膜的体积被配置成当对所述可压缩膜施加所述烧结力时发生变化。
6.根据权利要求1所述的烧结设备，其中，所述可压缩膜的厚度足以在所述烧结工艺期间进一步覆盖所述金属片和所述电子器件的整个暴露区域。
7.根据权利要求1所述的烧结设备，其中，当所述烧结工具在所述烧结工艺期间对所述可压缩膜施加烧
8.根据权利要求1所述的烧结设备，其中，所述可压缩膜包括以预定拉伸比膨胀的原纤化膜。
9.根据权利要求1所述的烧结设备，其中，所述可压缩膜包括膨体PTFE。
10.根据权利要求9所述的烧结设备，其中，所述膨体PTFE具有0.5g/cm3至0.9g/cm3的密度以及50％至90％的压缩率。
11.根据权利要求10所述的烧结设备，其中，所述膨体PTFE还具有0.1g/cm3至1.9g/cm3的比重以及25％至96％的孔隙率。
12.根据权利要求1所述的烧结设备，其中，所述可压缩膜包括膨胀石墨膜。
13.根据权利要求12所述的烧结设备，其中，所述膨胀石墨膜具有0.5g/cm3至1.5g/cm3的密度以及15％至70％的压缩率。
14.根据权利要求1所述的烧结设备，其中，所述可压缩膜包括多个独立的可压缩膜适形层。
15.一种用于同时将电子器件烧结至衬底上并将金属片烧结至所述电子器件上的方法，所述方法包括以下步骤：
16.一种用于通过同时将电子器件烧结至衬底上并将金属片烧结至电子器件上制造烧结封装体的方法，所述方法包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种用于同时将电子器件烧结至衬底上并将金属片烧结至所述电子器件上的烧结设备，所述烧结设备包括：
2.根据权利要求1所述的烧结设备，其中，所述烧结设备被适配成接收在烧结期间至少一个衬底能够支撑在其上的载体，所述载体被配置成安装一片可压缩膜，用于在进行所述烧结工艺之前覆盖所述金属片以及所述电子器件。
3.根据权利要求2所述的烧结设备，还包括可压缩膜输入站，用于将所述一片可压缩膜放置在由所述载体支撑的所述金属片和所述电子器件上。
4.根据权利要求2所述的烧结设备，其中，所述载体具有多个凹穴，每个凹穴被配置成容纳相应的衬底并且具有通孔，底部烧结工具能够通过所述通孔插入以支撑所述衬底。
5.根据权利要求1所述的烧结设备，其中，所述可压缩膜的体积被配置成当对所述可压缩膜施加所述烧结力时发生变化。
6.根据权利要求1所述的烧结设备，其中，所述可压缩膜的厚度足以在所述烧结工艺期间进一步覆盖所述金属片和所述电子器件的整个暴露区域。
7.根据权利要求1所述的烧结设备，其中，当所述烧结工具在所述烧结工艺期间对所述可压缩膜施加烧结力时，所述可压缩膜材料被适配成适形于并覆盖所述烧结工具的底部表...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁佳培，柯定福，袁斌，林屹，廖俭，
申请(专利权)人：先进科技新加坡有限公司，
类型：发明
国别省市：
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