制造结合体和功率半导体模块的方法技术

本发明专利技术涉及制造一种结合体和一种功率半导体模块的方法，通过该方法，将至少两个对接件（11、12）固定连接。为此提供了第一对接件和一个第二对接件（11、12）、连接装置（21）、密封装置（4）、具有压力腔（6）的反应器（7）、加热元件（8）。第一和第二对接件（11、12）、连接装置（21）设置到压力腔（6）中使得连接装置（21）位于第一对接件（11）和第二对接件（12）之间。然后，生成气密区域（5），在该气密区域内设置连接装置（21）。在气密区域（5）外产生压力腔（6）内的至少20bar的气压（p62），该气压（p62）作用于气密区域（5）并且将第一对接件（11）、第二对接件（12）以及连接装置（21）压在一起。使用加热元件（8）将第一和第二对接件（11、12）、连接装置（21）加热至至少为210℃的预定的最大温度并且然后进行冷却。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制造结合体(Verbund)和制造功率半导体模块的方法。在众多的
中，要求将两个或多个对接件(Fuegepartner)以材料连接的方式连接在一起并且因此需要将对接件彼此压在一起。在传统方法中，经常出现一种风险在结合过程中或结合过程后，对接件受损或被外来材料例如油料污染。本专利技术的任务在于提供结合体和制造功率半导体模块的改进的方法。通过根据权利要求I所述的结合体制造方法和根据权利要求21所述的功率半导体模块制造方法，解决上述技术问题。从属权利要求的内容是本专利技术的设计方案和改进方案。本专利技术的第一方面涉及结合体的制造方法，在该方法中将至少两个对接件固定连接在一起。为此，提供第一对接件、第二对接件、连接装置、密封装置、压力反应器、加热元件。压力反应器具有压力腔。第一对接件、第二对接件、连接装置这样地设置在压力腔中， 从而使得连接装置位于第一对接件和第二对接件之间。此外，生成一种气密区域，在该气密区域内设置连接装置，通过第一对接件、第二对接件、密封装置限定出气密区域。此外，在气密区域外在压力腔内产生至少20bar的气压，从而气压作用于气密区域，从而将第一对接件、第二对接件以及二者之间的连接装置压在一起。通过加热元件，将第一对接件、第二对接件、连接装置加热至至少为210°C的预定的最大温度并且然后冷却第一对接件、第二对接件、连接装置。密封装置例如可以设计为薄膜或密封罩(Dichtraupe )。在薄膜的情况下，则薄膜可以全部或部分保留在加工完成的结合体上并且与结合体共同安装到用于功率半导体模块的壳体内用于制造功率半导体模块。薄膜可以用作保护涂层以及/或者绝缘部分。在这种功率半导体模块的情况下，一个对接件可以是金属化的陶瓷载体并且另一个对接件可以是半导体芯片。下面通过实施例参考的附图以示例的形式详细地阐述本专利技术。在附图中相同的参考符号表示相同的或相同作用的元件。图中示出了附图说明图IA穿过打开的反应器的垂直截面图，在该反应器中设置了第一对接件、第二对接件、连接装置以及设计为薄膜的密封装置；图IB根据图IA的闭合的反应器；图IC根据IB的反应器，通过高压加载压力腔的由薄膜分离出的与对接件和连接装置不同的区域；图2反应器，与图IA至图IC示出的反应器之间的区别在于在反应器的同一侧引出所有的压力连接管路；图3A穿过图2内示出的反应器的垂直截面，反应器还具有弹簧元件，在恰当的压力腔压力下，弹簧元件可以将对接件、连接装置、压力腔内的加热板在压力腔中与反应器壳体热脱离热耦合；图3B图3A内示出的、封闭的反应器的垂直截面，其中通过恰当的压力加载压力腔，从而薄膜可以附着在对接件和连接装置构成的堆叠体的上表面轮廓上；图3C穿过图3A和3B内示出的、封闭的反应器的垂直截面，其中对接件、连接装置、压力腔内的加热板与反应器壳体脱离热耦合；图3D穿过图3A至3C内示出的、封闭的反应器的垂直截面，其中对接件、连接装置、压力腔内的加热板与反应器壳体热耦合；图4穿过安装有两个对接件和连接装置的反应器的装置的垂直截面图，与图2内示出的装置的区别在于薄膜设计为气密封闭的袋子(Beutel)，在袋子中设置两个对接件和连接装置；·图5穿过安装有两个对接件和连接装置的反应器的装置的垂直截面图，与图2和图4内示出的装置的区别在于替代薄膜将密封罩作为密封装置；图6A穿过具有反应器的装置的垂直截面，其中加热元件通过较小导热容的导热板相对于反应器的壳体脱离热耦合，并且其中薄膜应用为密封装置，在薄膜上置放对接件和连接装置；图6B 6A示出的、反应器闭合后的装置；图6C穿过图6B内闭合的反应器的垂直截面，其中使用恰当的压力加载压力腔，从而薄膜可以附着在对接件和连接装置构成的堆叠体的上表面轮廓上；图7穿过安装有两个对接件和连接装置的反应器的装置的垂直截面图，该反应器利用较小导热容的导热板相对于反应器的壳体脱离热耦合；图8穿过具有反应器的装置的垂直截面，与图7内示出的装置之间的区别在于相互连接的对接件和连接装置组装到导热的载体中；图9穿过反应器的垂直截面，在该截面内，带状的薄膜形成密封装置，在薄膜上，相互连接的对接件连同连接装置共同运送进反应器腔区域；图10穿过反应器的垂直截面，其压力腔安装有分别具有需连接的对接件的多个堆叠体；图11穿过具有两个以上需连接的对接件的装置的垂直直截面；图12反应器的壳体元件的俯视图，在该壳体元件内安装堆叠体，该堆叠体具有多个半导体芯片、多个金属化的陶瓷衬底和金属底板；图13A穿过采用上述的对接方法制造的功率半导体模块的垂直截面，其中密封装置的一部分保留在对接件上并且具有连接元件，连接元件为连接薄板或连接销的形式；图13B穿过采用上述的对接方法制造的功率半导体模块的垂直截面，其中密封装置的一部分保留在对接件上并且具有连接元件，连接元件设计金属化层；图13C穿过采用上述的对接方法制造的功率半导体模块的垂直截面，其中密封装置全部保留在对接件上并且密封装置设计为密封罩；图14穿过具有图IA至IC所示形式的反应器的装置的垂直截面，其中密封装置设计为双层薄膜；图15烧结或粘结过程中压力及温度的时间曲线的第一实施例；图16烧结或粘结过程中压力及温度的时间曲线的第二实施例；图17扩散焊接过程中压力及温度的时间曲线的第一实施例；图18扩散焊接过程中压力及温度的时间曲线的第二实施例；图19具有多个相互耦合的反应器的连接图。具体实施例方式图IA示出了贯穿反应器7的截面，该反应器具有压力腔6。在压力腔6内安装堆叠体3，该堆叠体具有第一对接件11、与第一对接件11连接的第二对接件12、连接装置21。第一对接件11例如可以是金属化的陶瓷衬底，第二对接件12可以是半导体芯片。同样，第一对接件11也可以是金属板，第二对接件12也可以是金属化的陶瓷衬底。原则上讲，第一和第二对接件11、12可以是任意的待连接的元件。因此，仅示出对接件11、12的示意图。连接装置21的作用在于关闭反应器7后，在连接过程中，将第一对接件11与第二对接件12以材料连接的方式连接起来。连接过程例如可以是焊接方法、烧结方法或粘 结方法。与此相应，根据需要的方法，连接装置21可以是焊接材料、粘结材料、适合烧结的层。例如适合烧结的表层可以是适合烧结的膏糊或适合烧结的薄膜，膏糊或薄膜涂覆在一个或两个对接件上。同样，也可以通过适合烧结的材料的喷射(Aufspruehen)、丝网压印(Siebdrucken)或模板压印(Schablonendrucken),将烧结层施加到一个或两个对接件上。例如可以使用膏糊制造适合烧结的材料，该膏糊包括银粉，该银粉具有溶剂，从而能够进行涂刷、压印、喷射膏糊并且将膏糊涂覆在一个或两个对接件11、12上。在涂覆后，在溶剂挥发的情况下膏糊干燥。可以提高温度以及/或者降低压力，支持该干燥过程。如果连接装置21是适合烧结的材料在对接件11和12的相对面对的表面具有贵金属(Edelmetall)时则是有利的。贵金属例如是金或银。此外，设置加热元件8，该加热元件松散地置放在第一壳体元件71上并且该加热元件的作用在于在后面的连接过程中，加热第一对接件11、第二对接件12、连接装置21，从而在连接过程中，连接装置21的温度T能够符合特定的随时间变化的温度曲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造结合体的方法，在该方法中将至少两个对接件（11、12）固定连接在一起，包括如下步骤：提供第一对接件（11）和第二对接件（12）；提供连接装置（21）；提供密封装置（4）；提供具有压力腔（6）的反应器（7）；提供加热元件（8）；将所述第一对接件（11）、所述第二对接件（12）、所述连接装置（21）设置在压力腔（6）内，从而使得连接装置（21）位于第一对接件（11）和第二对接件（12）之间；产生气密区域（5），在所述气密区域内设置连接装置（21）；在气密区域（5）以外产生压力腔（6）内的气压（p62），从而气压（p62）作用于气密区域（5）并且利用至少20bar的压力将第一对接件（11）、第二对接件（12）、所述第一和所述第二对接件之间的连接装置（21）压在一起；使用加热元件（8）将所述第一对接件（11）、所述第二对接件（12）、所述连接装置（21）加热到至少为210℃的预定的最大温度；然后冷却所述第一对接件（11）、所述第二对接件（12）、所述连接装置（21）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：赖因霍尔德·巴耶尔埃尔，奥拉夫·霍尔费尔德，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：