低温加压烧结的方法技术

一种用于低温加压烧结至少一个待热接触并且机械固定连接的电子组件（３）的方法，这些电子组件位于衬底（４）上，该方法具有步骤：在用于热沉连接的衬底的连接平面暴露的情况下利用模型包封矩阵对电子组件进行模压，提供热沉板（６），将烧结连接层（５）施加在连接平面的暴露的区域上和／或施加在为了接触而设置的热沉板的区域上，以及借助银低温加压烧结技术将热沉板在连接平面的区域中材料锁定地连接到电子组件的衬底。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于加压烧结的方法。
技术介绍
具有一个或多个半导体元件的功率电子电路的电子组件典型地借助胶粘结合、焊 接或银加压烧结技术将未保护的半导体设置在主要电路载体上来制造。在该过程中，优选 采用陶瓷电路载体(所谓的DCB衬底，即direct copper bonded(直接铜接合)衬底)。这种衬底由膨胀系数为7-8ppm/K和大约4ppm/K的铝氧化物或铝氮化物构成的核 组成。该衬底还可以是以薄层混合载体形式存在的纯陶瓷解决方案，并具有金属化的或敷 设的印刷线路，该薄层混合载体由铝氧化物或铝氮化物构成。还可以将一个或多个半导体 直接安装在作为电路载体的金属引线框架(Stanzgitter)上。US2004-026778A1展示了在 没有绝缘衬底的情况下将半导体直接安装在引线框架的片段上。借助超声线接合(Drahtbondimg)，这些半导体相互电连接并且与衬底的金属印刷 线路或与引线框架电连接。为了提高(动态情况和静止情况的)损耗功率输出，所配备的 衬底或引线框架通常用连接层(胶粘结合，用热导膏压力接触，焊接或加压烧结)构建在热 沉板上(例如本申请人的技术20005746U1)。典型地，对于功率强大的模块来说还通过 焊接或加压烧结在一个共用的热沉板上安装多个衬底组件(以串联和并联电路的形式)。 在加压烧结的情况下，首先衬底板和半导体与该共用的热沉板连接，然后才通过将所有参 与的所配备的衬底板进行线接合而进行电接触。该热沉板在动态热流的情况下利用所选择的材料(优选铜)的热容量来提供优 化的能量缓冲。尤其是在该电路的脉冲运行情况下，热沉板降低了动态热阻(zth)。相反， 在通过半导体的损耗功率的热流的静止情况下，该放热(WSrmespreiz)功能是有意义的。在此，放热板的导热能力以及其相对于衬底被扩大的尺寸是决定性的。这导致有利的 热阻(Rth)。为了在携带电位的部件(接合线(BondrShte)，半导体和印刷线路)之间实现高度的电绝缘以及达到非常高的机械强度和鲁棒性，存在这些组件被热固性塑料包封的产 品。这种制造技术由通过模压(传递模塑)来用热固性塑料的、硬的、玻璃状的聚合物材料 (例如Henkel LoctiteHysol)来根据体积完全包封模块体组成。这是利用单个半导体元件 (例如以ST微电子公司IRF-540的T0220包装形式)以及例如US2005/0067719A1的晶体 管组来实现的。几种产品除了包封衬底组件之外还包封了所安装的热沉板，例如Mitsubishi公 司的DIP_IPM(“A New Version Intelligent Power Module for High Performance Motor Control";M. Iwasaki 等人；Power Semiconductor Device Division,Mitsubishi, Japan)。1. 1现有技术的缺点和改进缺点1 在加压烧结时由于未经测试的衬底组件造成出产量损耗在仅一个热沉板上设置由多个衬底组件(多衬底模块)组成的串联或并联电路的情况下，特别不利的是，由于需要经济地产出，只能在一个共用的热沉板上安装经过良好测 试的电的单个组件。这种节省成本的制造和检验步骤在借助银加压烧结进行安装时是不可 能的，因为在烧结过程中对这些组件的几乎均衡的压制可能破坏电连接的组件的接合线。为了改进该现有技术，建议通过模压按照所描述的方式首先将事先经过测试的衬 底组件形成为鲁棒的、可机械负荷的组件(模型模块(Mold-Modul))。这样的经过模压的组件可以借助加压烧结通过单轴或几乎均衡的压制与热沉板 通过银烧结连接。因此，按照这种设计仅对经过良好测试的衬底组件作进一步处理。该烧 结过程可以用至少一个模型模块执行，但是也可以用多个模型模块在仅一个热沉板上同时 进行。缺点2 被包封的组件与集成的热沉板由于膨胀差异很大而变形a)所描述的模压(传递模塑)的过程对全部组件来说具有以下缺点要重新加热 到大约170°C -200°C (聚合物络合的热启动)。在此，已经连接的以及由热沉板材料、连接 层、衬底、连接层和半导体组成的叠层相应于它们的个体热膨胀系数而变形。这些连接层的 层附着和抗切强度导致永久的叠加的总变形。优选的热沉材料是铜，铜的高膨胀系数(18ppm/K)导致材料叠层相对于平坦的冷 却器平面存在空心变形，在该冷却器平面上将在终端用户那里安装以后的组件。通过模压在热变形阶段(在175°C到200°C的过程温度下)对该元件的包封 导致强烈地阻止了空心变形的恢复。部分地，材料层和包封的热固性塑料之间的机械 切变应力很大，以至于包封和叠层之间和/或热叠层的各个层之间发生破坏性的分层 (Delamination) 0即使不发生分层，在该过程之后也会留下引起干扰的空心变形。功率电子组件相 对于平坦冷却器的这种空心变形必须被无条件地避免，因为不能再保证对晶体管散热所需 要的热流。b)热沉板通过放热以及依据材料以及总热容量的提高等实现其功能。为此，热沉 板必须比该热沉板上面所连接的衬底板具有更大的表面。热固性塑料的包封由于所追求的 强度而必须以鲁棒的壁厚度包围热沉板，从而该热沉板在该包封的一侧看起来是平面等齐 的。但是，热固性塑料的成型料(Formmasse)的成本相对较高，从而所需要的热沉板的热尺 寸一般被不容许地减小了。在这种产品的公知结构中，放热板通过胶合层安装。c)热沉板有时候还从外部借助导热膏安装在衬底模块的下方(模型包封地或者 基于框架的)。但是，这种形状连贯(formschlilssig)的安装由于膏体的导热性能很低 (l-5ff/mK)以及膏体的长时间稳定性及其功能(抽空效应)而存在缺点。下面的过程步骤根据本专利技术应当避免所描述的缺点，并且一方面清楚地导致热沉 板相对于平坦的冷却器具有可重现的凸状变形，另一方面在热沉板具有正确尺寸的同时对 成型料实现很大的节省。
技术实现思路
本专利技术的方法利用独立权利要求的特征解决上述问题。在此，改变制造过程链，使得在没有热沉板(以及没有用于热沉板的烧结连接层) 的情况下用热固性塑料的包封料来模压出所述电子组件。模型包封料的膨胀系数现在仅与4热主导的陶瓷衬底(4至6ppm/K)匹配，并且明显低于例如由铜制成的热沉板的热膨胀系数 (18ppm/K)。现在，由于热固性塑料和配备的衬底之间没有匹配而导致的变形不再存在。被包 封的衬底的体积明显更小，并且材料和能量消耗相应更经济也更生态(参见图la，lb和图 2a,2b)。此外，可以在一次烧结过程中为热沉板配备多个电并联的单个包封的组件。 附图说明本方法的其它优点和特征从以下对优选实施例的描述中得出。图la示出根据现有技术的热沉板集成在模型包封体中，其缺点是该体积相对于 从外部设置的热沉板较大，而且热沉板不再具有扩展功能，图lb示出图la的热沉板，但是是热沉板的侧面视图，图2a示出热沉板从外部材料锁定地(stoffschlilssig)安装在完成的模型包封体 上，其缺点是热固性塑料体积相对于图1的体积较小，而且连接层是高导热的经过烧结的 银层，图2b示出表面增大的热沉板从外部材料锁定地安装在完成的模型包封体上，其 优点是热固性塑本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于低温加压烧结至少一个待热接触并且机械固定连接的电子组件的方法，这些电子组件位于衬底上，该方法具有步骤：－在用于热沉连接的衬底的连接平面暴露的情况下利用模型包封矩阵对电子组件进行模压，－提供热沉板，－将烧结连接层施加在连接平面的暴露的区域上和／或施加在为了接触而设置的热沉板的区域上，以及－借助银低温加压烧结技术将热沉板在连接平面的区域中材料锁定地连接到电子组件的衬底。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R艾泽勒，M科克，
申请(专利权)人：丹福斯矽电有限责任公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]