用于产生经干燥的粘结层的方法及通过式处理设备的制造方法
用于产生经干燥的粘结层的方法及通过式处理设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于产生经干燥的粘结层的方法、用于产生烧结连接的方法、用于制造功率半导体模块的方法及通过式处理设备。
【背景技术】
[0002]为了制造配对连接已知的是在配对件之间嵌入有烧结功能的粘结剂并且将该粘结剂烧结，由此形成固定的烧结连接。该技术首先应用于配对连接的功率半导体模块之中，其在该功率半导体模块的运行之中能够承受高强度的温度变换负担。与传统的配对连接诸如焊接或者粘结连接相比较，烧结连接显示出了本质上更好的长时间稳定性。
[0003]在实际的烧结工艺之前在配对件中的至少一个之上涂覆有具有烧结能力的粒子和溶剂的可涂式粘结剂并且随后干燥。在干燥时通常在干燥室之中进行，去除溶剂之中的绝大部分从而剩下经干燥的粘结层。然后才烧结该经干燥的粘结层。然而，该方法非常费时，因为首先必须装备干燥室并且在干燥之后再移除。此外，升温也需要非常多的时间。
【发明内容】
[0004]本发明的任务在于提供多种方法，借助于该些方法能够比之前更快地制造烧结连接，并且提供用于实现该方法的设备。该些任务将通过根据专利权利要求1所述的用于干燥粘结层的方法、通过根据专利权利要求17所述的用于在第一配对件和第二配对件之间制造烧结连接的方法以及通过根据专利权利要求22所述的通过式处理设备来解决。本发明的设计方案和改进方案为从属权利要求的主题。
[0005]为了在(第一)配对件之上产生经干燥的粘结层而提供具有接触面的(第一)配对件，在该接触面之上涂覆有粘结剂。此外，提供预加热至预加热温度的加热装置。然后，在干燥阶段干燥涂覆在所述接触面之上的粘结剂，从而由该粘结剂来形成经干燥的粘结层。在该干燥阶段之中(第一)配对件和预加热的加热装置制造件具有最高5_的距离，其中，在此也包括Omm的距离。在为Omm的距离时(第一)配对件和该加热装置接触。
[0006]借助于该干燥方法能够在所述第一配对件和第二配对件之间制造烧结连接。为此，在上述所描述的用于产生经干燥的粘结层的方法之后，所述第一配对件和所述第二配对件如此地相对彼此设置，使得所述经干燥的粘结层处于所述第一配对件和所述第二配对件之间。接下来，在烧结阶段期间来烧结该经干燥的粘结层。在烧结阶段期间，所述第一配对件和所述第二配对件以及处于其间的经干燥的粘结层在接触压力的作用下未被破坏地保持相互接触。在所述烧结阶段所述经干燥的粘结层也被安置在所述第一配对件和所述第二配对件之间并且与其接触。
[0007]为了实现前述说明的干燥方法能够例如借助于通过式处理设备来实现，该通过式处理设备被构造为连续地在多个配对件之上分别相应于所描述的干燥方法来产生经干燥的粘结层。
【附图说明】
[0008]接下来将借助于多个实施例在参照所附的附图的情况下来详细地阐述本发明。在附图中相同的附图标记将描述相同的或者相似的功能的元件。其中:
[0009]图1A至图1N示出了用于制造在两个配对件之间的烧结连接的方法的不同的步骤；
[0010]图2示出了在通过式处理方法之中的两个配对件之间的烧结连接的制造；
[0011]图3示出了两个配对件，它们借助于烧结连接相互待连接的接触面分别通过贵金属表面来加以形成；
[0012]图4示出了用于制造在陶瓷基底和半导体芯片之间的烧结连接的一个实施例；
[0013]图5示出了用于在功率半导体模块的底板和陶瓷基底之间制造烧结连接的一个实施例；
[0014]图6示出了借助于具有多个铸模附入件的加热装置来加热配对件的一个实施例；
[0015]图7示出了用于借助于具有多个铸模附入件的冷却装置来冷却配对件的一个实施例；
[0016]图8A和图8B示出了配对件的加热，其中，在加热装置和配对件之间安置有弹性的且导热的压力元件；
[0017]图9示出了配对件的冷却，其中，在冷却装置和配对件之间安置有弹性的且导热的压力元件；
[0018]图10示出了借助于与配对件隔开的加热装置来加热配对件的一个实施例；
[0019]图1lA示出了在通过式处理设备之中的第一配对件和第二配对件之间的烧结连接的制造，在该通过式处理设备之中为了运输设置有粘结剂的第一配对件而使用运输载体；
[0020]图1lB示出了依据图1lA以割面El-El所示的该通过式处理设备的放大视图；
[0021]图1lC示出了依据图1lA以割面E2-E2所示的该通过式处理设备的放大视图；以及
[0022]图12示出了图1lC的与图10相对应的替代方案，其中，该加热装置在干燥阶段期间持续地或者短时地与嵌入运输载体200之中的第一配对件I隔离开来。
【具体实施方式】
[0023]图1A示出了第一配对件I。其具有第一接触面11，在该第一接触面之上如在图1B的结果之中所示出的那样涂覆有粘结剂3。该涂覆能够例如以模版或网板印刷法来实现或者通过配制来实现。该粘结剂3含有金属粉以及溶剂。可选地，该金属成分也能够被构造为平片。该粘结剂3也能够在涂覆至第一配对件I之后具有例如至少5 μπι的层厚d3。更小的或者更大的层厚d3然而也是可能的。
[0024]用作金属粉末的金属首先适合的是贵金属，诸如银、金、铂、钯、铑，但是非贵金属诸如铜也是合适的。该粘结剂的金属粉末能够完全由所提及的金属中的一种来组成或者具有该些金属中的一种，也能够由具有两种或者更多种所提及的金属的金属粉末混合物组成或者具有该种金属粉末混合物。
[0025]优选地，将银用作该种金属，因为由此所形成的的烧结的层具有较好的电气以及热传导性能，这尤其是在功率电子领域具有重要意义，例如当功率半导体芯片通过该烧结连接层安装至一个载体之上并且其中导电地与载体相连接和/或通过其隔离散热时。
[0026]如今为了干燥涂覆在第一配对件I的接触面11之上的粘结剂3，必须从该粘结剂3之中去除溶剂的至少绝大部分。为此，本发明设置了加热装置4的应用，该加热装置预加热(参见图1C)至预加热温度T4，例如至少50°C或者至少120°C并且然后被用于在干燥阶段期间加热具有位于其上的粘结剂3的第一配对件I。为此，第一配对件I和预加热加热装置4在整个干燥阶段期间保持一个间隔区域，其不大于最大距离例如5_或者0.5_。在此也包括该间隔等于零的情况，在这种情况下，在加热装置4和第一配对件之间形成非间接的接触。该加热装置4和第一配对件I也能够在整个干燥阶段期间相互未被破坏地接触，或者它们能够在整个干燥阶段期间保持大于或者等于零但是小于或者等于最大距离的间隔区域，或者它们能够在整个干燥阶段期间保持为大于零但是小于最大距离的一个距离范围。
[0027]由于较小的最大距离的缘由，第一配对件I和涂覆在其上的粘结剂3通过由加热装置4所释放的热量加以加热，从而使得该溶剂31从粘结剂3之中移除(参见图1D)。该干燥阶段的持续时间能够例如为至少I秒、至少30秒或者至少60秒。
[0028]为了阻止该加热装置4的温度在干燥阶段开始之前过强地下降，该加热装置4能够可选地具有至少为该 第一配对件I的绝对热容量十倍的绝对热容量。
[0029]所蒸发的溶剂31和由此可能引起的反应物能够通过本地的吸嘴所捕获。有助于该过程的是通过例如气嘴或者送风机40来完成该吸入过程，该送风机能够以所期望的方向捕获所蒸发的溶剂31和可能存在的反应物的吸入以及所蒸发的溶剂31和可能存在的所产生的反应物，在该过程期间将其吹走原理第一配对件I。
[0030]经加热的第一配对件I的接下来的快速冷却能够借助于压缩气体(或者保护气体诸如氮)或者通过第二永久冷却体(诸如冷却块)来实现，在该冷却过程中以较陡的下降沿来冷却。
[0031]在一个时间点，在该时间点在预加热的加热装置4和配对件I之间制造热接触，涂覆在第一配对件I之上的粘结剂3例如能够具有50质量百分比至90质量百分比的金属成分。然而较小的或者较大的金属成分也是可能的。
[0032]为了完成该干燥阶段，在加热装置4和配对件I之间的距离再次放大，这将如在图1E之中结果来加以示出。在此之后，在接触面11之上保留着作为该粘结剂3的剩余物的经干燥的粘结层3'。这能够例如具有至少95质量百分比的金属成分。
[0033]在该干燥阶段期间，由于相较于传统的干燥方法相对较好的热耦合的缘故而能够非常快速地加热粘结剂3并且由此带来非常快速的干燥工艺。
[0034]以相应的方式同样可选地能够将具有位于其上的干燥的粘结层Y的第一配对件I借助于冷却装置8来加以冷却。由此能够根据需要避免过于干燥的粘结层3'。
[0035]为了冷却之目的，首先如图1F所示的那样提供冷却元件8，其预冷却至冷却温度T8并且随后如图1G所示的那样在冷却阶段期间与该第一配对件I热接触或者热接近(最大距离为用于干燥阶段的所提及的值)来加以安装，从而使得第一配对件I和位于其接触面11之上的干燥的粘结层Y得以冷却。可选地其中在预冷却的冷却装置8和配对件I之间的热接触或者热接近在该第一配对件I的与干燥的粘结层:V相对的侧处实现。为了完成该冷却阶段，在冷却装置8和配对件I之间的距离放大如图1H所示的那样。
[0036]在该干燥的粘结层:V完成之后，在必要时在可选的冷却阶段之后，第二配对件2能够与设置有经干燥的粘结层3'的第一配对件材料配合地加以连接，通过第一配对件I和第二配对件2相对彼此如此地加以安置，使得经干燥的粘结层3'处于第一配对件I和第二配对件2之间并且其中该些配对件I和2中的每个接触。例如，在此第二配对件2能够设置在经干燥的粘结层3'的与第一配对件I相对的侧之上如在图1I的结果之上所示出的那样。
[0037]在烧结阶段期间，在该阶段期间第一配对件I和第二配对件2在接触压力的作用下未被破坏地相互保持接触，从而使得经干燥的粘结层3'安置在第一配对件I和第二配对件2之间并且未被破坏地接触两个配对件1、2，对经干燥的粘结层3^加以烧结。
[0038]其中，在整个烧结阶段期间接触压力能够持续地保持在5MPa的压力范围之中。此夕卜，在烧结阶段期间该经干燥的粘结层3'至少持续地保持在不少于200°C的温度范围之中。此外，该经干燥的粘结层3'在该烧结阶段期间至少持续地保持在不多于350°C的温度范围之中。相较于传统的烧结温度，该温度相对较低，这然后首先是有利的，当在配对件1、2之中的至少一个为温度敏感的构件诸如半导体构件时。基本上来说，该烧结温度然而也能够小于200°C或者大于350°C地加以选择。
[0039]图1J示出了该烧结过程，其中，该装置具有位于配对件1、2之间的经干燥的粘结层:V嵌入在两个经加热的块6、7之间，两个经加热的块6、7分别具有块加热装置61或62。可选地，也能够仅仅加热两个块61、62中的一个。在每种情况下均为一种连接，其将两个配对件I和2通过经烧结的干燥的粘结层3'材料决定地相互连接。
[0040]在烧结过程结束之后，该组合1、2、3'能够再次可选地加以冷却。为此如图1K所示出的那样，另一个冷却元件9加以提供，其预冷却至冷却温度T9并且然后如图1L所示的那样与第一配对件I以热接触的方式加以安装，从而使得组合1、2、3^加以冷却。可选地，其中，在预冷却的冷却装置9和配对件I之间的热接触能够在与第一配对件I的干燥的粘结层3'相邻的侧之上加以实现。为了完成该冷却阶段，在冷却装置9和配对件I之间的热接触能够再次释放，这将如图1M所示出的那样。在图1N之中最后示出了完成后的组合1、2、3'。
[0041]通过时间控制的耦接和去耦以及接近和移除加热元件4或者(目前为止设计的)冷却元件8和/或9使得针对第一配对件I和位于其上所涂覆的粘结剂3实现了具有非常陡的温度沿的温度特性。
[0042]可选地能够彼此无关地在加热阶段也能够调节温度T4并且(在设置了冷却元件8和/或9的使用的情况下)在所涉及的冷却阶段分别调节T8和T9。
[0043]加热装置40的加热器41能够例如被构造为电气的加热线圈。冷却装置8或者9的冷却器81或91能够例如借助于冷却流体来实现，该冷却流体通过所涉及的冷却装置8、9来导流。原则上来说，加热装置4的加热或者冷却装置8、9的冷却然而也能够以任意其他的方法来实现。
[0044]原则上来说，烧结工艺非间接地在粘结剂3涂覆在第一配对件I之上和干燥之后进行并不是必须的。同样也能够使得烧结工艺在稍迟的时间点之上来执行。干燥工艺然后以干燥阶段(图1E)的结束而来结束或者倘若设置了其后的冷却步骤，则以通过冷却装置8所影响的冷却阶段的结束而结束。
[0045]所描述的方法的另外的优点在于为了干燥该粘结剂而无需任何干燥室。由此能够在通过式处理方法(线上工艺)之中以简单的方式至少来实施干燥工艺以及可选地也能够实施其后的烧结工艺，其中，许多例如同样的配对件I均设置有粘结剂3并且将其随后如前所述地加以干燥。倘若在通过式处理方法之中还设置了烧结工艺，那么也能够分别将第二配对件2分别与第一配对件I通过烧结材料决定地加以连接，在第一配对件I之上先前产生了经干燥的粘结层3'。可选地，也能够将粘结剂3在第一配对件I之上的涂覆在该通过式处理方法的范围内加以实现。
[0046]图2示出了用于实施通过式处理工艺的通过式处理设备的一个实施例。所示出的为不同的分别在另外的工艺段Pl至P7的第一配对件1，如之前已经借助于图1A至图1H所阐述的那样。为了实现这样的通过式处理工艺而使用了输送装置100，其输送第一配对件1、在另外的流程之中还输送具有第一配对件I和在其上所涂覆的粘结剂3的单元以及之后附加地也输送第二配对件2从一个工艺段至后续的工艺段。在图2中该输送装置100仅仅示例性地构造为输送带。原则上来说，能够任意地选择该输送装置100的设计方案。所以，示例性地也能够使用夹紧装置、虹吸装置等。
[0047]工艺段Pl示出了相应于图1A的具有接触面11的第一配对件I。在工艺段P2之中如参照图1B所阐述的那样，粘结剂3涂覆在接触面11之上。在工艺段P3之中如借助于图1C至图1E所阐述的那样实现了干燥工艺。可选择的工艺段P4示出了参照图1F至图1H所阐述的冷却工艺。在工艺段P5之中将第二配对件2与涂覆在第一配对件I之上的干燥的粘结层3'相接触，如已经参照图1I所阐述的那 样，并且然后在工艺段P6如参照图1J所阐述的那样通过烧结经干燥的粘结层3'将其材料决定地与第一配对件I相连接。出于清晰图示之缘由，在工艺段P6之中放弃了示出按压块7。该可选的工艺段P7最后示出了参照图1K至图1N所阐述的可选的冷却工艺。
[0048]为了得到特别高值的经烧结的材料决定的连接，当第一配对件I的在其上涂覆有粘结剂3的接触面11以及与经干燥的粘结层3 ^相接触的第二配对件2的接触面22分别通过贵金属来形成则是有利的。为此，如在图3中示意性地示出的那样，第一配对件I以贵金属层15来设置和/或第二配对件以贵金属层25来加以设置。作为用于制造该层的贵金属合适的有例如银、金、铂、钯、铑或者以或者由所提及的金属中的两种或者更多种所组成的合金。粘结剂3仅仅示意性地加以示出了，以便示出之后作为干燥的粘结层3'的稍后的位置。
[0049]图4和图5还示出了相应于图3的装置的实际的示例。在图4中，第一配对件I被构造为电子的电路载体，其具有电隔离的陶瓷层50，该陶瓷层设置有上金属化层51以及可选的下金属化层52。该陶瓷层50能够例如由氮化硅、氧化铝、氧化锆或碳化硅组成。金属化层51、52能够例如由铜、铜合金、铝或者铝合金组成。其他的金属也能够同样地加以使用。特别地，电路载体能够为DCB基底(陶瓷层50由氧化铝并且金属化层51以及可能的52由铜或者具有高的铜成分的铜合金)，或者为DAB-基底(DAB:direct aluminum bonding (直接铝键合)并且铝金属化51和可能的52通过活性钎焊与陶瓷层50相连接)。替代地，电路载体也能够为IMS-基底(IMS:1nsulated metal substrate (绝缘金属基底)，金属基底首先设置有电气层，在电气层之上涂覆有金属层，其通过电气的层相较于金属基底电绝缘，该金属层然后相应于上金属化层51) ο
[0050]第二配对件2为半导体芯片，例如二极管、IGBT、MOSFET或者任意其他的半导体构件。通过在该半导体芯片和电路载体之间的经烧结的连接，该半导体芯片能够电地连接至上金属化层51和/或通过电路载体加以加热。
[0051]在图5中，第一配对件I为功率半导体模块的底板。第二配对件2具有带有陶瓷层
50、上金属化层51以及可选的下金属化层52的基底，如参照图4所阐述的那样，或者也能够参照图4所阐述的IMS-基底。可选的贵金属层15在依据图4的电路载体之中应用在上金属化层51之上，而贵金属层25在依据图5的电路载体之中应用于下金属化层52之上。
[0052]底板能够为金属板，其例如由铜或者铜合金所组成，或者由金属矩阵负荷材料(MMC)并且其可选地设置有贵金属层25。在依据图5的装置之中，第二配对件2能够在其上金属化层51处可选地已经以一个或者多个半导体芯片来加以预分块。例如，第二配对件2能够被构造为组成，如其参照在借助于图4所阐述的配对件1、2之间的经烧结的连接的制造之后所呈现的那样的组合。在图5中所示出的贵金属层25能够在经烧结的连接建立之前或者之后应用于下金属化层52之上。
[0053]前述的卷绕装置4被构造为固体块，例如唯一的可加热的金属块，而图6还示出了替代的设计方案，在该方案之中该加热装置4具有多个可加热的接触块42。加热装置4的热容量在该情况下由多个接触块42的热容量之和来组成。接触块42分别借助于弹性装置43压抵第一配对件I。由此能够在加热装置4和第一配对件I之间形成好的热耦合并且由此确保第一配对件I和涂覆在其上的粘结剂3的顺利的升温，当第一配对件I的与加热装置4以热接触接触的侧不规则和/或其在升温时由于所参与的材料的不同的热膨胀系数而变形时。
[0054]相应的结构也能够应用于所阐述的冷却装置8、9。前述的冷却装置8、9分别被构造为固体块，例如单个的经冷却的金属块，而图7还示出了替代的设计方案，其中该冷却装置8或者9具有多个经冷却的接触块82或者92。该接触块82或者92分别借助于弹性装置83或者93压抵第一配对件I。由此能够在冷却装置8或者9和第一配对件之间形成良好的热耦合并且由此顺利地降温第一配对件I和设置在其上的经干燥的粘结层3并且确保具有配对件1、2和经干燥且烧结的粘结层3'的组合的降温，当第一配对件I的与冷却装置8或者9以热接触方式安装的一侧不规则和/或其在升温时由于所参与的材料的不同的热膨胀系数而变形时。
[0055]用于在第一配对件I的不平的热接触面和加热装置4或者冷却装置8或9之间制造好的热接触的另一种措施在图8A和图8B中针对加热装置4示出并且在图9中针对冷却装置8或9加以示出。在所有的情况下，在加热装置4以及冷却装置8或9作为一方和第一配对件I的热接触面作为另一方之间安置弹性的且导热的压力元件10。在按压加热装置4或者冷却装置8或9中的一个至第一配对件I时该压力元件适配下热接触面并且提供在第一配对件作为一方和加热装置或者冷却装置8或9作为另一方之间的良好的热耦合。适于作为压力元件10的例如为金属网和/或金属片和/或金属海绵。
[0056]与加热装置或者冷却装置8或9的结构无关地，它们彼此无关地能够被构造为简单的块、圆管或者管。原则上来说，然而能够使用任何几何形状。加热装置4或者冷却装置8或9的材料由于其高热传导能力而例如适于为金属，也能够为有色金属。
[0057]只要期望，溶剂31在干燥阶段(图1D)的分解和/或在干燥阶段可能产生的反应物的产生或者分解能够通过有目的性的对大气的调节和控制来实现，当该干燥阶段在完全的或者至少绝大部分封闭的干燥室中实施时。例如，在这样的工艺室之中通过例如对氧气的受限定的供给能够控制预烧结工艺，以便开始所涂覆的粘结剂3的固定或者加速其。替代地，在工艺室中存在的具有反应承受力的被动的气(“保护气”)的气体诸如氮、氩能够阻止该粘结剂3以及可能的第一配对件I的成分与周围空气的成分之间的反应。所以，例如阻止基底或者半导体芯片或者功率半导体模块的含铜的底板铜金属化51、52的氧化是有利的，从而稍后不会使得该含铜的成分所进行的配对工艺诸如焊接或者线键合变得困难。
[0058]在图1D和图6之中示出了加热阶段，在该加热阶段该加热装置4持续地接触第一配对件1，而该图示出了一个示例，在其中在加热装置4和第一配对件I之间在加热阶段期间持续地保持dl4的距离，该距离不大于最大距离5mm或者0.5mm。
[0059]图1lA示出了如图2的通过式处理设备。其中实施通过式处理工艺，该工艺由在图2中所示出的通过式处理工艺是有区别的，在于输送装置100将在运输载体200之上将该第一配对件I输送通过该设备。在此，运输载体200能够应用在输送装置100之上，例如输送带或者其他的输送装置。如已经在图2中所示出的那样，输送带能够设计为两部分并且具有两个相互平行地加以走向的子输送带，在这两个子输送带之上应用运输载体200 (在图2中仅有第一配对件I)。
[0060]如由依据图1lB的放大的视图接合图1lA所示出的那样，运输载体200如此地加以设置，使得第一接触面11与第一配对件I的底面12自由地接合。由此提供了以下的可能性，即通过加热装置4或者冷却装置8、9与底面Ib的足够的接近或者接触。特别地，该 运输载体200能够如此地加以设置，使得所提及的5_或者甚至仅仅为0.5mm的最大距离得以保持成为可能。
[0061]图1lB示出了干燥阶段的装置，而在图1lC之中则示出了干燥阶段。可选地，第一配对件I通过加热装置4距离运输载体200提升距离hi，例如至少0.1mm，以便将第一配对件I从运输载体200热去耦并且由此阻止其通过运输载体200而降温。该提升能够例如通过以下方式实现，即加热装置4如在图1C和ID中所示出的那样从底下离开第一配对件1.替代地，也存在着以下可能性，即第一配对件I在其运输时通过输送装置在其输送方向上提升至加热装置4之上并且其中提升距离hi。为了简化在加热装置4之上的加热装置4的向上滑动，该加热装置4能够例如具有斜坡。
[0062]如借助于图2和图1lA所示出的那样，在一个时间点来实现将粘结剂3涂覆在第一配对件I之上，在该时间点该第一配对件I (如在图2中非间接地或者如在图1lA中间接地在运输载体200之上)设置在输送装置100之上。同样地然而也是可能的是第一配对件I首先设置有粘结剂3并且然后才以非间接的或者间接的方式设置在输送装置100之上。
[0063]图12还示出了图1lC的与图10相对应的替代方案，其中，该加热装置4在干燥阶段期间持续地或者短时地与嵌入运输载体200之中的第一配对件I隔离开来。
【主权项】
1.一种用于在配对件(I)上产生经干燥的粘结层(3')的方法，具有以下步骤: 提供配对件(I)，所述配对件具有在其上涂覆有粘结剂(3)的接触面(11); 提供预加热至预加热温度(T4)的加热装置(4)； 在干燥阶段干燥涂覆在所述接触面(11)之上的粘结剂(3)，在所述干燥阶段所述经预加热的加热装置(4)和所述配对件(I)具有最高5_的距离(dl4)，从而由所述粘结剂(3)来生成经干燥的粘结层(3')。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述加热装置(4)和所述配对件(I)在所述干燥阶段以非间接的热接触来加以安装。3.根据权利要求1所述的方法，其中，在整个干燥阶段期间在所述加热装置(4)和所述配对件(I)之间形成非间接的热接触。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，具有涂覆在其接触面(11)之上的粘结剂(3)的所述配对件(I)在所述干燥阶段开始之前设置在运输载体(200)之上。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述配对件(I)在所述干燥阶段从所述运输载体(200)取下。6.根据前述任一项所述的方法，其中，所述配对件(I)在所述干燥阶段之前借助于输送带(100)以及在其接触面(11)之上所涂覆的粘结剂(3)输送至所述加热装置(4)。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其具有另外的步骤: 提供预冷却的冷却装置(8)，其冷却至比所述预加热温度(T4)低的预冷却温度(T8); 在所述经预冷却的冷却装置(8)和具有位于所述配对件之上的经干燥的粘结层(3')的所述配对件(I)之间制造热接触。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述粘结剂(3)在所述干燥阶段开始时具有50质量百分比至90质量百分比之间的金属成分。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述粘结剂(3)在所述配对件(I)之上被涂覆为其厚度(d3)大于或者等于5 μπι的层。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述预加热温度(Τ4)为至少50°C或者至少120°C。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述加热装置(4)具有为所述配对件(I)的绝对热容量的至少10倍的绝对热容量。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述干燥过程保持至少I秒的持续时间或者至少30秒的持续时间或者至少60秒的持续时间。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述经干燥的粘结层(3')在所述干燥过程之后具有至少95质量百分比的金属成分。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述接触面(11)通过贵金属层(15)来形成。15.根据前述权利要求14所述的方法，其中，所述贵金属层(15)具有金属银、金、铂、钯、铑中的至少一种或者由该些金属中的至少一种所组成。16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述配对件(I) 被构造为用于功率半导体模块的底板；或者 被构造为具有在其上涂覆有金属化层(51)的电绝缘陶瓷层(50)的电子的电路载体。17.一种用于在第一配对件(I)和第二配对件(2)之间制造烧结连接的方法，具有以下步骤: 依据根据前述权利要求中任一项所述的方法来在第一配对件(I)之上产生经干燥的粘结层(3'); 提供第二配对件(2); 将所述第一配对件(I)和所述第二配对件(2)相对彼此加以设置，使得所述经干燥的粘结层(3')被安置在所述第一配对件(I)和所述第二配对件(2)之间；并且接下来 在烧结阶段烧结所述经干燥的粘结层(3')，在所述烧结阶段期间 -所述第一配对件(I)和所述第二配对件(2)在接触压力的作用下未被破坏地保持彼此接触； -在所述第一配对件(I)和所述第二配对件(2)之间安置所述经干燥的粘结层(3')并且未被破坏地接触其中每一个。18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述接触压力在所述烧结阶段不超过5MPa的压力。19.根据权利要求17或18所述的方法，其中，所述经干燥的粘结层(3')在所述烧结阶段持续地保持在不低于200°C的温度范围之中。20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，其中，所述经干燥的粘结层(3')在所述烧结阶段持续地保持在不低于350°C的温度范围之中。21.根据权利要求17至20中任一项所述的方法，其中， 所述第一配对件(I)被构造为用于功率半导体模块的底板，并且所述第二配对件(2)被构造为具有在其上涂覆有金属化层(51)的电绝缘陶瓷层(50)的电子的电路载体；或者 所述第一配对件(I)被构造为具有在其上涂覆有金属化层(51)的电绝缘陶瓷层(50)的电子的电路载体并且所述第二配对件(2)被构造为半导体芯片。22.一种通过式处理设备，其被构造为在通过式处理方法中相继地在多个配对件(I)之上分别依据根据权利要求1至16中任一项所述的方法来产生经干燥的粘结层(3')。
【专利摘要】本发明的一个方面涉及一种在配对件(1)之上产生经干燥的粘结层(3′)的方法。为此，提供具有接触面(11)的配对件(1)，在所述接触面之上涂覆有粘结剂(3)。此外，提供加热装置(4)，其预加热至预加热温度(T4)。然而在干燥阶段干燥涂覆在所述接触面(11)之上的经涂覆的粘结剂(3)，从而使得由所述粘结剂(3)来生成经干燥的粘结层(3′)。在所述干燥阶段所述配对件(1)和所述预加热的加热装置(4)具有最高5mm的距离(d14)。
【IPC分类】H01L21/58, H01L21/48
【公开号】CN104900534
【申请号】CN201510098231
【发明人】A·齐利奥克斯, N·霍伊克, C·施塔尔胡特
【申请人】英飞凌科技股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月5日
【公告号】DE102014103013A1, US20150257280
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于产生经干燥的粘结层的方法、用于产生烧结连接的方法、用于制造功率半导体模块的方法及通过式处理设备。
【背景技术】
[0002]为了制造配对连接已知的是在配对件之间嵌入有烧结功能的粘结剂并且将该粘结剂烧结，由此形成固定的烧结连接。该技术首先应用于配对连接的功率半导体模块之中，其在该功率半导体模块的运行之中能够承受高强度的温度变换负担。与传统的配对连接诸如焊接或者粘结连接相比较，烧结连接显示出了本质上更好的长时间稳定性。
[0003]在实际的烧结工艺之前在配对件中的至少一个之上涂覆有具有烧结能力的粒子和溶剂的可涂式粘结剂并且随后干燥。在干燥时通常在干燥室之中进行，去除溶剂之中的绝大部分从而剩下经干燥的粘结层。然后才烧结该经干燥的粘结层。然而，该方法非常费时，因为首先必须装备干燥室并且在干燥之后再移除。此外，升温也需要非常多的时间。
【发明内容】
[0004]本发明的任务在于提供多种方法，借助于该些方法能够比之前更快地制造烧结连接，并且提供用于实现该方法的设备。该些任务将通过根据专利权利要求1所述的用于干燥粘结层的方法、通过根据专利权利要求17所述的用于在第一配对件和第二配对件之间制造烧结连接的方法以及通过根据专利权利要求22所述的通过式处理设备来解决。本发明的设计方案和改进方案为从属权利要求的主题。
[0005]为了在(第一)配对件之上产生经干燥的粘结层而提供具有接触面的(第一)配对件，在该接触面之上涂覆有粘结剂。此外，提供预加热至预加热温度的加热装置。然后，在干燥阶段干燥涂覆在所述接触面之上的粘结剂，从而由该粘结剂来形成经干燥的粘结层。在该干燥阶段之中(第一)配对件和预加热的加热装置制造件具有最高5_的距离，其中，在此也包括Omm的距离。在为Omm的距离时(第一)配对件和该加热装置接触。
[0006]借助于该干燥方法能够在所述第一配对件和第二配对件之间制造烧结连接。为此，在上述所描述的用于产生经干燥的粘结层的方法之后，所述第一配对件和所述第二配对件如此地相对彼此设置，使得所述经干燥的粘结层处于所述第一配对件和所述第二配对件之间。接下来，在烧结阶段期间来烧结该经干燥的粘结层。在烧结阶段期间，所述第一配对件和所述第二配对件以及处于其间的经干燥的粘结层在接触压力的作用下未被破坏地保持相互接触。在所述烧结阶段所述经干燥的粘结层也被安置在所述第一配对件和所述第二配对件之间并且与其接触。
[0007]为了实现前述说明的干燥方法能够例如借助于通过式处理设备来实现，该通过式处理设备被构造为连续地在多个配对件之上分别相应于所描述的干燥方法来产生经干燥的粘结层。
【附图说明】
[0008]接下来将借助于多个实施例在参照所附的附图的情况下来详细地阐述本发明。在附图中相同的附图标记将描述相同的或者相似的功能的元件。其中:
[0009]图1A至图1N示出了用于制造在两个配对件之间的烧结连接的方法的不同的步骤；
[0010]图2示出了在通过式处理方法之中的两个配对件之间的烧结连接的制造；
[0011]图3示出了两个配对件，它们借助于烧结连接相互待连接的接触面分别通过贵金属表面来加以形成；
[0012]图4示出了用于制造在陶瓷基底和半导体芯片之间的烧结连接的一个实施例；
[0013]图5示出了用于在功率半导体模块的底板和陶瓷基底之间制造烧结连接的一个实施例；
[0014]图6示出了借助于具有多个铸模附入件的加热装置来加热配对件的一个实施例；
[0015]图7示出了用于借助于具有多个铸模附入件的冷却装置来冷却配对件的一个实施例；
[0016]图8A和图8B示出了配对件的加热，其中，在加热装置和配对件之间安置有弹性的且导热的压力元件；
[0017]图9示出了配对件的冷却，其中，在冷却装置和配对件之间安置有弹性的且导热的压力元件；
[0018]图10示出了借助于与配对件隔开的加热装置来加热配对件的一个实施例；
[0019]图1lA示出了在通过式处理设备之中的第一配对件和第二配对件之间的烧结连接的制造，在该通过式处理设备之中为了运输设置有粘结剂的第一配对件而使用运输载体；
[0020]图1lB示出了依据图1lA以割面El-El所示的该通过式处理设备的放大视图；
[0021]图1lC示出了依据图1lA以割面E2-E2所示的该通过式处理设备的放大视图；以及
[0022]图12示出了图1lC的与图10相对应的替代方案，其中，该加热装置在干燥阶段期间持续地或者短时地与嵌入运输载体200之中的第一配对件I隔离开来。
【具体实施方式】
[0023]图1A示出了第一配对件I。其具有第一接触面11，在该第一接触面之上如在图1B的结果之中所示出的那样涂覆有粘结剂3。该涂覆能够例如以模版或网板印刷法来实现或者通过配制来实现。该粘结剂3含有金属粉以及溶剂。可选地，该金属成分也能够被构造为平片。该粘结剂3也能够在涂覆至第一配对件I之后具有例如至少5 μπι的层厚d3。更小的或者更大的层厚d3然而也是可能的。
[0024]用作金属粉末的金属首先适合的是贵金属，诸如银、金、铂、钯、铑，但是非贵金属诸如铜也是合适的。该粘结剂的金属粉末能够完全由所提及的金属中的一种来组成或者具有该些金属中的一种，也能够由具有两种或者更多种所提及的金属的金属粉末混合物组成或者具有该种金属粉末混合物。
[0025]优选地，将银用作该种金属，因为由此所形成的的烧结的层具有较好的电气以及热传导性能，这尤其是在功率电子领域具有重要意义，例如当功率半导体芯片通过该烧结连接层安装至一个载体之上并且其中导电地与载体相连接和/或通过其隔离散热时。
[0026]如今为了干燥涂覆在第一配对件I的接触面11之上的粘结剂3，必须从该粘结剂3之中去除溶剂的至少绝大部分。为此，本发明设置了加热装置4的应用，该加热装置预加热(参见图1C)至预加热温度T4，例如至少50°C或者至少120°C并且然后被用于在干燥阶段期间加热具有位于其上的粘结剂3的第一配对件I。为此，第一配对件I和预加热加热装置4在整个干燥阶段期间保持一个间隔区域，其不大于最大距离例如5_或者0.5_。在此也包括该间隔等于零的情况，在这种情况下，在加热装置4和第一配对件之间形成非间接的接触。该加热装置4和第一配对件I也能够在整个干燥阶段期间相互未被破坏地接触，或者它们能够在整个干燥阶段期间保持大于或者等于零但是小于或者等于最大距离的间隔区域，或者它们能够在整个干燥阶段期间保持为大于零但是小于最大距离的一个距离范围。
[0027]由于较小的最大距离的缘由，第一配对件I和涂覆在其上的粘结剂3通过由加热装置4所释放的热量加以加热，从而使得该溶剂31从粘结剂3之中移除(参见图1D)。该干燥阶段的持续时间能够例如为至少I秒、至少30秒或者至少60秒。
[0028]为了阻止该加热装置4的温度在干燥阶段开始之前过强地下降，该加热装置4能够可选地具有至少为该 第一配对件I的绝对热容量十倍的绝对热容量。
[0029]所蒸发的溶剂31和由此可能引起的反应物能够通过本地的吸嘴所捕获。有助于该过程的是通过例如气嘴或者送风机40来完成该吸入过程，该送风机能够以所期望的方向捕获所蒸发的溶剂31和可能存在的反应物的吸入以及所蒸发的溶剂31和可能存在的所产生的反应物，在该过程期间将其吹走原理第一配对件I。
[0030]经加热的第一配对件I的接下来的快速冷却能够借助于压缩气体(或者保护气体诸如氮)或者通过第二永久冷却体(诸如冷却块)来实现，在该冷却过程中以较陡的下降沿来冷却。
[0031]在一个时间点，在该时间点在预加热的加热装置4和配对件I之间制造热接触，涂覆在第一配对件I之上的粘结剂3例如能够具有50质量百分比至90质量百分比的金属成分。然而较小的或者较大的金属成分也是可能的。
[0032]为了完成该干燥阶段，在加热装置4和配对件I之间的距离再次放大，这将如在图1E之中结果来加以示出。在此之后，在接触面11之上保留着作为该粘结剂3的剩余物的经干燥的粘结层3'。这能够例如具有至少95质量百分比的金属成分。
[0033]在该干燥阶段期间，由于相较于传统的干燥方法相对较好的热耦合的缘故而能够非常快速地加热粘结剂3并且由此带来非常快速的干燥工艺。
[0034]以相应的方式同样可选地能够将具有位于其上的干燥的粘结层Y的第一配对件I借助于冷却装置8来加以冷却。由此能够根据需要避免过于干燥的粘结层3'。
[0035]为了冷却之目的，首先如图1F所示的那样提供冷却元件8，其预冷却至冷却温度T8并且随后如图1G所示的那样在冷却阶段期间与该第一配对件I热接触或者热接近(最大距离为用于干燥阶段的所提及的值)来加以安装，从而使得第一配对件I和位于其接触面11之上的干燥的粘结层Y得以冷却。可选地其中在预冷却的冷却装置8和配对件I之间的热接触或者热接近在该第一配对件I的与干燥的粘结层:V相对的侧处实现。为了完成该冷却阶段，在冷却装置8和配对件I之间的距离放大如图1H所示的那样。
[0036]在该干燥的粘结层:V完成之后，在必要时在可选的冷却阶段之后，第二配对件2能够与设置有经干燥的粘结层3'的第一配对件材料配合地加以连接，通过第一配对件I和第二配对件2相对彼此如此地加以安置，使得经干燥的粘结层3'处于第一配对件I和第二配对件2之间并且其中该些配对件I和2中的每个接触。例如，在此第二配对件2能够设置在经干燥的粘结层3'的与第一配对件I相对的侧之上如在图1I的结果之上所示出的那样。
[0037]在烧结阶段期间，在该阶段期间第一配对件I和第二配对件2在接触压力的作用下未被破坏地相互保持接触，从而使得经干燥的粘结层3'安置在第一配对件I和第二配对件2之间并且未被破坏地接触两个配对件1、2，对经干燥的粘结层3^加以烧结。
[0038]其中，在整个烧结阶段期间接触压力能够持续地保持在5MPa的压力范围之中。此夕卜，在烧结阶段期间该经干燥的粘结层3'至少持续地保持在不少于200°C的温度范围之中。此外，该经干燥的粘结层3'在该烧结阶段期间至少持续地保持在不多于350°C的温度范围之中。相较于传统的烧结温度，该温度相对较低，这然后首先是有利的，当在配对件1、2之中的至少一个为温度敏感的构件诸如半导体构件时。基本上来说，该烧结温度然而也能够小于200°C或者大于350°C地加以选择。
[0039]图1J示出了该烧结过程，其中，该装置具有位于配对件1、2之间的经干燥的粘结层:V嵌入在两个经加热的块6、7之间，两个经加热的块6、7分别具有块加热装置61或62。可选地，也能够仅仅加热两个块61、62中的一个。在每种情况下均为一种连接，其将两个配对件I和2通过经烧结的干燥的粘结层3'材料决定地相互连接。
[0040]在烧结过程结束之后，该组合1、2、3'能够再次可选地加以冷却。为此如图1K所示出的那样，另一个冷却元件9加以提供，其预冷却至冷却温度T9并且然后如图1L所示的那样与第一配对件I以热接触的方式加以安装，从而使得组合1、2、3^加以冷却。可选地，其中，在预冷却的冷却装置9和配对件I之间的热接触能够在与第一配对件I的干燥的粘结层3'相邻的侧之上加以实现。为了完成该冷却阶段，在冷却装置9和配对件I之间的热接触能够再次释放，这将如图1M所示出的那样。在图1N之中最后示出了完成后的组合1、2、3'。
[0041]通过时间控制的耦接和去耦以及接近和移除加热元件4或者(目前为止设计的)冷却元件8和/或9使得针对第一配对件I和位于其上所涂覆的粘结剂3实现了具有非常陡的温度沿的温度特性。
[0042]可选地能够彼此无关地在加热阶段也能够调节温度T4并且(在设置了冷却元件8和/或9的使用的情况下)在所涉及的冷却阶段分别调节T8和T9。
[0043]加热装置40的加热器41能够例如被构造为电气的加热线圈。冷却装置8或者9的冷却器81或91能够例如借助于冷却流体来实现，该冷却流体通过所涉及的冷却装置8、9来导流。原则上来说，加热装置4的加热或者冷却装置8、9的冷却然而也能够以任意其他的方法来实现。
[0044]原则上来说，烧结工艺非间接地在粘结剂3涂覆在第一配对件I之上和干燥之后进行并不是必须的。同样也能够使得烧结工艺在稍迟的时间点之上来执行。干燥工艺然后以干燥阶段(图1E)的结束而来结束或者倘若设置了其后的冷却步骤，则以通过冷却装置8所影响的冷却阶段的结束而结束。
[0045]所描述的方法的另外的优点在于为了干燥该粘结剂而无需任何干燥室。由此能够在通过式处理方法(线上工艺)之中以简单的方式至少来实施干燥工艺以及可选地也能够实施其后的烧结工艺，其中，许多例如同样的配对件I均设置有粘结剂3并且将其随后如前所述地加以干燥。倘若在通过式处理方法之中还设置了烧结工艺，那么也能够分别将第二配对件2分别与第一配对件I通过烧结材料决定地加以连接，在第一配对件I之上先前产生了经干燥的粘结层3'。可选地，也能够将粘结剂3在第一配对件I之上的涂覆在该通过式处理方法的范围内加以实现。
[0046]图2示出了用于实施通过式处理工艺的通过式处理设备的一个实施例。所示出的为不同的分别在另外的工艺段Pl至P7的第一配对件1，如之前已经借助于图1A至图1H所阐述的那样。为了实现这样的通过式处理工艺而使用了输送装置100，其输送第一配对件1、在另外的流程之中还输送具有第一配对件I和在其上所涂覆的粘结剂3的单元以及之后附加地也输送第二配对件2从一个工艺段至后续的工艺段。在图2中该输送装置100仅仅示例性地构造为输送带。原则上来说，能够任意地选择该输送装置100的设计方案。所以，示例性地也能够使用夹紧装置、虹吸装置等。
[0047]工艺段Pl示出了相应于图1A的具有接触面11的第一配对件I。在工艺段P2之中如参照图1B所阐述的那样，粘结剂3涂覆在接触面11之上。在工艺段P3之中如借助于图1C至图1E所阐述的那样实现了干燥工艺。可选择的工艺段P4示出了参照图1F至图1H所阐述的冷却工艺。在工艺段P5之中将第二配对件2与涂覆在第一配对件I之上的干燥的粘结层3'相接触，如已经参照图1I所阐述的那 样，并且然后在工艺段P6如参照图1J所阐述的那样通过烧结经干燥的粘结层3'将其材料决定地与第一配对件I相连接。出于清晰图示之缘由，在工艺段P6之中放弃了示出按压块7。该可选的工艺段P7最后示出了参照图1K至图1N所阐述的可选的冷却工艺。
[0048]为了得到特别高值的经烧结的材料决定的连接，当第一配对件I的在其上涂覆有粘结剂3的接触面11以及与经干燥的粘结层3 ^相接触的第二配对件2的接触面22分别通过贵金属来形成则是有利的。为此，如在图3中示意性地示出的那样，第一配对件I以贵金属层15来设置和/或第二配对件以贵金属层25来加以设置。作为用于制造该层的贵金属合适的有例如银、金、铂、钯、铑或者以或者由所提及的金属中的两种或者更多种所组成的合金。粘结剂3仅仅示意性地加以示出了，以便示出之后作为干燥的粘结层3'的稍后的位置。
[0049]图4和图5还示出了相应于图3的装置的实际的示例。在图4中，第一配对件I被构造为电子的电路载体，其具有电隔离的陶瓷层50，该陶瓷层设置有上金属化层51以及可选的下金属化层52。该陶瓷层50能够例如由氮化硅、氧化铝、氧化锆或碳化硅组成。金属化层51、52能够例如由铜、铜合金、铝或者铝合金组成。其他的金属也能够同样地加以使用。特别地，电路载体能够为DCB基底(陶瓷层50由氧化铝并且金属化层51以及可能的52由铜或者具有高的铜成分的铜合金)，或者为DAB-基底(DAB:direct aluminum bonding (直接铝键合)并且铝金属化51和可能的52通过活性钎焊与陶瓷层50相连接)。替代地，电路载体也能够为IMS-基底(IMS:1nsulated metal substrate (绝缘金属基底)，金属基底首先设置有电气层，在电气层之上涂覆有金属层，其通过电气的层相较于金属基底电绝缘，该金属层然后相应于上金属化层51) ο
[0050]第二配对件2为半导体芯片，例如二极管、IGBT、MOSFET或者任意其他的半导体构件。通过在该半导体芯片和电路载体之间的经烧结的连接，该半导体芯片能够电地连接至上金属化层51和/或通过电路载体加以加热。
[0051]在图5中，第一配对件I为功率半导体模块的底板。第二配对件2具有带有陶瓷层
50、上金属化层51以及可选的下金属化层52的基底，如参照图4所阐述的那样，或者也能够参照图4所阐述的IMS-基底。可选的贵金属层15在依据图4的电路载体之中应用在上金属化层51之上，而贵金属层25在依据图5的电路载体之中应用于下金属化层52之上。
[0052]底板能够为金属板，其例如由铜或者铜合金所组成，或者由金属矩阵负荷材料(MMC)并且其可选地设置有贵金属层25。在依据图5的装置之中，第二配对件2能够在其上金属化层51处可选地已经以一个或者多个半导体芯片来加以预分块。例如，第二配对件2能够被构造为组成，如其参照在借助于图4所阐述的配对件1、2之间的经烧结的连接的制造之后所呈现的那样的组合。在图5中所示出的贵金属层25能够在经烧结的连接建立之前或者之后应用于下金属化层52之上。
[0053]前述的卷绕装置4被构造为固体块，例如唯一的可加热的金属块，而图6还示出了替代的设计方案，在该方案之中该加热装置4具有多个可加热的接触块42。加热装置4的热容量在该情况下由多个接触块42的热容量之和来组成。接触块42分别借助于弹性装置43压抵第一配对件I。由此能够在加热装置4和第一配对件I之间形成好的热耦合并且由此确保第一配对件I和涂覆在其上的粘结剂3的顺利的升温，当第一配对件I的与加热装置4以热接触接触的侧不规则和/或其在升温时由于所参与的材料的不同的热膨胀系数而变形时。
[0054]相应的结构也能够应用于所阐述的冷却装置8、9。前述的冷却装置8、9分别被构造为固体块，例如单个的经冷却的金属块，而图7还示出了替代的设计方案，其中该冷却装置8或者9具有多个经冷却的接触块82或者92。该接触块82或者92分别借助于弹性装置83或者93压抵第一配对件I。由此能够在冷却装置8或者9和第一配对件之间形成良好的热耦合并且由此顺利地降温第一配对件I和设置在其上的经干燥的粘结层3并且确保具有配对件1、2和经干燥且烧结的粘结层3'的组合的降温，当第一配对件I的与冷却装置8或者9以热接触方式安装的一侧不规则和/或其在升温时由于所参与的材料的不同的热膨胀系数而变形时。
[0055]用于在第一配对件I的不平的热接触面和加热装置4或者冷却装置8或9之间制造好的热接触的另一种措施在图8A和图8B中针对加热装置4示出并且在图9中针对冷却装置8或9加以示出。在所有的情况下，在加热装置4以及冷却装置8或9作为一方和第一配对件I的热接触面作为另一方之间安置弹性的且导热的压力元件10。在按压加热装置4或者冷却装置8或9中的一个至第一配对件I时该压力元件适配下热接触面并且提供在第一配对件作为一方和加热装置或者冷却装置8或9作为另一方之间的良好的热耦合。适于作为压力元件10的例如为金属网和/或金属片和/或金属海绵。
[0056]与加热装置或者冷却装置8或9的结构无关地，它们彼此无关地能够被构造为简单的块、圆管或者管。原则上来说，然而能够使用任何几何形状。加热装置4或者冷却装置8或9的材料由于其高热传导能力而例如适于为金属，也能够为有色金属。
[0057]只要期望，溶剂31在干燥阶段(图1D)的分解和/或在干燥阶段可能产生的反应物的产生或者分解能够通过有目的性的对大气的调节和控制来实现，当该干燥阶段在完全的或者至少绝大部分封闭的干燥室中实施时。例如，在这样的工艺室之中通过例如对氧气的受限定的供给能够控制预烧结工艺，以便开始所涂覆的粘结剂3的固定或者加速其。替代地，在工艺室中存在的具有反应承受力的被动的气(“保护气”)的气体诸如氮、氩能够阻止该粘结剂3以及可能的第一配对件I的成分与周围空气的成分之间的反应。所以，例如阻止基底或者半导体芯片或者功率半导体模块的含铜的底板铜金属化51、52的氧化是有利的，从而稍后不会使得该含铜的成分所进行的配对工艺诸如焊接或者线键合变得困难。
[0058]在图1D和图6之中示出了加热阶段，在该加热阶段该加热装置4持续地接触第一配对件1，而该图示出了一个示例，在其中在加热装置4和第一配对件I之间在加热阶段期间持续地保持dl4的距离，该距离不大于最大距离5mm或者0.5mm。
[0059]图1lA示出了如图2的通过式处理设备。其中实施通过式处理工艺，该工艺由在图2中所示出的通过式处理工艺是有区别的，在于输送装置100将在运输载体200之上将该第一配对件I输送通过该设备。在此，运输载体200能够应用在输送装置100之上，例如输送带或者其他的输送装置。如已经在图2中所示出的那样，输送带能够设计为两部分并且具有两个相互平行地加以走向的子输送带，在这两个子输送带之上应用运输载体200 (在图2中仅有第一配对件I)。
[0060]如由依据图1lB的放大的视图接合图1lA所示出的那样，运输载体200如此地加以设置，使得第一接触面11与第一配对件I的底面12自由地接合。由此提供了以下的可能性，即通过加热装置4或者冷却装置8、9与底面Ib的足够的接近或者接触。特别地，该 运输载体200能够如此地加以设置，使得所提及的5_或者甚至仅仅为0.5mm的最大距离得以保持成为可能。
[0061]图1lB示出了干燥阶段的装置，而在图1lC之中则示出了干燥阶段。可选地，第一配对件I通过加热装置4距离运输载体200提升距离hi，例如至少0.1mm，以便将第一配对件I从运输载体200热去耦并且由此阻止其通过运输载体200而降温。该提升能够例如通过以下方式实现，即加热装置4如在图1C和ID中所示出的那样从底下离开第一配对件1.替代地，也存在着以下可能性，即第一配对件I在其运输时通过输送装置在其输送方向上提升至加热装置4之上并且其中提升距离hi。为了简化在加热装置4之上的加热装置4的向上滑动，该加热装置4能够例如具有斜坡。
[0062]如借助于图2和图1lA所示出的那样，在一个时间点来实现将粘结剂3涂覆在第一配对件I之上，在该时间点该第一配对件I (如在图2中非间接地或者如在图1lA中间接地在运输载体200之上)设置在输送装置100之上。同样地然而也是可能的是第一配对件I首先设置有粘结剂3并且然后才以非间接的或者间接的方式设置在输送装置100之上。
[0063]图12还示出了图1lC的与图10相对应的替代方案，其中，该加热装置4在干燥阶段期间持续地或者短时地与嵌入运输载体200之中的第一配对件I隔离开来。
【主权项】
1.一种用于在配对件(I)上产生经干燥的粘结层(3')的方法，具有以下步骤: 提供配对件(I)，所述配对件具有在其上涂覆有粘结剂(3)的接触面(11); 提供预加热至预加热温度(T4)的加热装置(4)； 在干燥阶段干燥涂覆在所述接触面(11)之上的粘结剂(3)，在所述干燥阶段所述经预加热的加热装置(4)和所述配对件(I)具有最高5_的距离(dl4)，从而由所述粘结剂(3)来生成经干燥的粘结层(3')。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述加热装置(4)和所述配对件(I)在所述干燥阶段以非间接的热接触来加以安装。3.根据权利要求1所述的方法，其中，在整个干燥阶段期间在所述加热装置(4)和所述配对件(I)之间形成非间接的热接触。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，具有涂覆在其接触面(11)之上的粘结剂(3)的所述配对件(I)在所述干燥阶段开始之前设置在运输载体(200)之上。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述配对件(I)在所述干燥阶段从所述运输载体(200)取下。6.根据前述任一项所述的方法，其中，所述配对件(I)在所述干燥阶段之前借助于输送带(100)以及在其接触面(11)之上所涂覆的粘结剂(3)输送至所述加热装置(4)。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其具有另外的步骤: 提供预冷却的冷却装置(8)，其冷却至比所述预加热温度(T4)低的预冷却温度(T8); 在所述经预冷却的冷却装置(8)和具有位于所述配对件之上的经干燥的粘结层(3')的所述配对件(I)之间制造热接触。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述粘结剂(3)在所述干燥阶段开始时具有50质量百分比至90质量百分比之间的金属成分。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述粘结剂(3)在所述配对件(I)之上被涂覆为其厚度(d3)大于或者等于5 μπι的层。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述预加热温度(Τ4)为至少50°C或者至少120°C。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述加热装置(4)具有为所述配对件(I)的绝对热容量的至少10倍的绝对热容量。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述干燥过程保持至少I秒的持续时间或者至少30秒的持续时间或者至少60秒的持续时间。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述经干燥的粘结层(3')在所述干燥过程之后具有至少95质量百分比的金属成分。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述接触面(11)通过贵金属层(15)来形成。15.根据前述权利要求14所述的方法，其中，所述贵金属层(15)具有金属银、金、铂、钯、铑中的至少一种或者由该些金属中的至少一种所组成。16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述配对件(I) 被构造为用于功率半导体模块的底板；或者 被构造为具有在其上涂覆有金属化层(51)的电绝缘陶瓷层(50)的电子的电路载体。17.一种用于在第一配对件(I)和第二配对件(2)之间制造烧结连接的方法，具有以下步骤: 依据根据前述权利要求中任一项所述的方法来在第一配对件(I)之上产生经干燥的粘结层(3'); 提供第二配对件(2); 将所述第一配对件(I)和所述第二配对件(2)相对彼此加以设置，使得所述经干燥的粘结层(3')被安置在所述第一配对件(I)和所述第二配对件(2)之间；并且接下来 在烧结阶段烧结所述经干燥的粘结层(3')，在所述烧结阶段期间 -所述第一配对件(I)和所述第二配对件(2)在接触压力的作用下未被破坏地保持彼此接触； -在所述第一配对件(I)和所述第二配对件(2)之间安置所述经干燥的粘结层(3')并且未被破坏地接触其中每一个。18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述接触压力在所述烧结阶段不超过5MPa的压力。19.根据权利要求17或18所述的方法，其中，所述经干燥的粘结层(3')在所述烧结阶段持续地保持在不低于200°C的温度范围之中。20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，其中，所述经干燥的粘结层(3')在所述烧结阶段持续地保持在不低于350°C的温度范围之中。21.根据权利要求17至20中任一项所述的方法，其中， 所述第一配对件(I)被构造为用于功率半导体模块的底板，并且所述第二配对件(2)被构造为具有在其上涂覆有金属化层(51)的电绝缘陶瓷层(50)的电子的电路载体；或者 所述第一配对件(I)被构造为具有在其上涂覆有金属化层(51)的电绝缘陶瓷层(50)的电子的电路载体并且所述第二配对件(2)被构造为半导体芯片。22.一种通过式处理设备，其被构造为在通过式处理方法中相继地在多个配对件(I)之上分别依据根据权利要求1至16中任一项所述的方法来产生经干燥的粘结层(3')。
【专利摘要】本发明的一个方面涉及一种在配对件(1)之上产生经干燥的粘结层(3′)的方法。为此，提供具有接触面(11)的配对件(1)，在所述接触面之上涂覆有粘结剂(3)。此外，提供加热装置(4)，其预加热至预加热温度(T4)。然而在干燥阶段干燥涂覆在所述接触面(11)之上的经涂覆的粘结剂(3)，从而使得由所述粘结剂(3)来生成经干燥的粘结层(3′)。在所述干燥阶段所述配对件(1)和所述预加热的加热装置(4)具有最高5mm的距离(d14)。
【IPC分类】H01L21/58, H01L21/48
【公开号】CN104900534
【申请号】CN201510098231
【发明人】A·齐利奥克斯, N·霍伊克, C·施塔尔胡特
【申请人】英飞凌科技股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月5日
【公告号】DE102014103013A1, US20150257280
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