DE102004054063B3 - Verfahren zum Herstellen einer rissarmen Verbindung und rissarme Verbindung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Herstellen einer rißarmen Verbindung zwischen zwei Verbindungspartnern unterschiedlicher thermischen Ausdehnungskoeffizienten, insbesondere für Leistungshalbleiter, Leistungshalbleitersubstrate und deren benachbarte Bauteile, mit einem Aufspritzen von Partikeln wenigstens eines Materials in einem Strom heißen Gases auf wenigstens Teilbereiche des zur Verbindung bestimmten Gebietes auf wenigstens einem der Verbindungspartner unter Ausbildung wenigstens einer Schicht, die innig mit dem einen Verbindungspartner verbunden ist und einen vorbestimmten thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Verbindungspartner gewählt ist, und Verbinden der Verbindungspartner mittels Löt-, Klebe- oder Niedertemperaturverbindungstechnik.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer rissarmen Verbindung, insbesondere einer solchen, die unter Temperaturwechseln zu Versprödung neigt.
  • Bei der Verbindung von Substraten (z.B. DCBs) von Leistungshalbleiterelektronik zu Wärmesenkenplatten werden bisher die Leistungsmodule durch Lötungen thermisch gut leitend dauerhaft verbunden. Lötungen leiden jedoch bei Temperaturwechsel unter zunehmender Versprödung, so dass nach einer Anzahl von Temperaturwechseln Risse in der Lotschicht entstehen, die die Wärmeabfuhr der Leistungsbauelemente verhindern. Als Folge tritt eine zerstörende Überhitzung ein, wobei der Vorgang dadurch, dass schon bei kleinen Teilbereichen, in denen sich Risse gebildet haben, die Temperaturabfuhr abnimmt, und durch ansteigende Temperaturen noch stärkere Lastwechsel entstehen.
  • Zu nennen ist zunächst die EP 1 387 609 A2 , in der bereits – allerdings nur zur besseren thermischen Kontaktierung und „Wärmeaufspreizung" an ein leichtgewichtiges Kühlkörpermaterial – eine Kupferschicht auf den Kühlkörper durch Hochgeschwindigkeits-Flamm-Spritzen aufgebracht wird.
  • Aus der US 2003/0175559 A1 ist bereits ein Verfahren bekannt, ein Wärmesenkenlaminat aus einer Mischung von einem Metall und einer Keramik aufzuspritzen. Dabei wird insbesondere vorgeschlagen, eine Aluminum-Diamant-Metallmatrix zu erzeugen, und es wird auf gute Haftung der Schicht an seinem jeweiligen Substrat Wert gelegt. Es wird jedoch nicht das Problem einer Verbindung zweier Verbindungspartner angesprochen, die thermischen Lastwechseln ausgesetzt sind, wobei durch die Lastwechsel die Verbindung altert. Es wird lediglich ein bisher bekanntes Laminat vorgeschlagen, in einzelne Schichten durch Schichten dielektrischen kaltgespritzten Materials ersetzt werden.
  • Weiter ist aus der DE 100 65 495 C2 bereits ein Leistungshalbleitermodul bekannt, das eine Zentriereinrichtung aufweist, die es erlaubt, einen Druck zur Erzeilung einer stoffbündigen (thermischen) Verbindung aufzubringen. Dabei werden neben den Nachteilen, die eine weitere Schicht, z.B. ein Molybdänkörper mit sich bringt, die Nachteile dreier Verbindungsverfahren nach dem Stand der Technik erwähnt, nämlich das Verbinden der Teile mittels Löt-, Klebe- oder Niedertemperaturverbindungstechnik.
  • In allen genannten Druckschriften wird nicht das Problem einer Verbindung zweier Verbindungspartner angesprochen, die thermischen Lastwechseln ausgesetzt sind, wobei durch die Lastwechsel die Verbindung altert. Es wird allenfalls, so die DE 100 65 495 C2 , ein bisher bekanntes Verbinden durch bessere Zentriermittel, z.B. Nasen an einer Zentriereinrichtung, allgemein optimiert.
  • Keines der Verfahren erlaubt es, eine ausreichend lange Lebensdauer dadurch zu erreichen, daß das Bauteil gegen aktive und passive Temperaturwechsel „gehärtet" wird.
    •
  • Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, eine derartige Temperaturwechselfestigkeit zu erreichen.
  • Bisher wird durch besonders elastische Lotlegierungen oder Optimieren der Lotschichtdicke versucht, dem Problem zu begegnen. Beides kann jedoch bisher das Problem nicht völlig lösen.
  • Die Erfindung hat einen anderen Weg beschritten, der die Merkmale der unabhängigen Ansprüche wiedergegeben wird.
  • Insbesondere ist vorteilhaft, dass durch die Einfürung einer weiteren, bisher nicht vorgesehenen Schicht aus einem Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffienten, der zwischen denjenigen der jeweiligen Lotpartner gewählt ist, es möglich wird, auch für den Fall, dass die Verbindungstechnik keine weitere Verbindungsschicht wie Kleber oder Lot aufweist, die durch die thermische Ausdehnung bewirkten Ausdehnungsdifferenzen an jeder Grenzfläche des Lotpartners zu minimieren.
  • Die Dicke der Zwischenschicht wird dabei so zu bemessen sein, dass sie die sich einstellenden mechanischen Spannungen beim Temperaturwechsel aufnehmen kann, wobei die Größe der verbleibenden Ausdehnungskoeffizientenunterschiede zu berücksichtigen sind. Größere Unterschiede erfordern größere Schichtdicken, als geringe Unterschiede, ebenso wie größere Temperaturdifferenzen größere Schichtdicken erfordern.
  • Die wachsende Dicke wird dabei in der Praxis durch das Erfordernis der Wärmeabfuhr begrenzt, d. h. besser wärmeableitende Substanzen können in größere Schichtdicke verwandt werden.
  • Vorzugsweise wird jeweils der Mittelwert des thermischen Ausdehnungskoeffizienten verwendet, jedoch kann von diesem abgewichen werden, wenn ein anderes Material sich durch eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit auszeichnet. In diesem Fall kann mit einer höheren Schichtdicke gearbeitet werden, ohne dass es dabei einseitig zu Ablösungen können würde.
  • Schließlich kann die Zwischenschicht durch Lötung aufgebracht werden, in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird diese jedoch mit dem Gasdynamischen Pulverbeschichten, dem „Kaltgasspritzen") aufgebracht.
  • Bei diesem Verfahren, bei dem kleine Partikel eines im wesentlichen beliebigen Materials z. B. einer Lotlegierung oder auch elementarem Kupfer, Nickel, Eisen oder dergleichen, in einem Strom heißen Gases auf Teilbereiche des zu beschichtenden Gebietes aufgeschleudert werden, wird durch die hohen Geschwindigkeiten von beispielsweise über 600 m pro Sekunde beim Auftreffen der Partikel ein Aufschmelzen erfolgen, der sie innig mit der Substratschicht, einem der Lötpartner verschmelzen lässt.
  • Da die Kügelchen klein sind, kann die Energiemenge jeweils nach dem Aufschmelzen auch schnell wieder abgeleitet werden, so dass der Auftrag am Ort verbleibt und nicht mit einer gesamten Schmelze am On zu rechnen ist.
  • Beispielsweise lassen sich Zwischenschichten aus folgenden Materialien erstellen: AlSIC (7-10 ppm/K), Nickel, CuW, Al2O3, SiC, Si3Ni4, Aluminium, Eisen, Kovar (eine Eisen-Nickel-Legierung), CuMo, AlN oder Beryllia (Berylliumoxid). Damit lassen sich insbesondere die Ausdehnungs-Unterschiede zwischen Bodenplatten aus Kupfer oder Aluminium zu denen der Substrate aus Al2O3, oder Siliziumnitrid Si3Ni4 ausgleichen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer rißarmen Verbindung zwischen zwei Verbindungspartnern unterschiedlicher thermischen Ausdehnungskoeffizienten insbesondere für Leistungshalbleiter und deren Bestandteile, zeichnet sich dadurch aus, daß zum Aufspritzen unterschiedlichste Partikeln, wenigstens eines Materials, genutzt werden können. Das Material kann sowohl als legiertes Pulver als auch als gemischtes Pulver (Mikrolegierung) aufgebracht werden. Es kann sogar beim Aufspritzen die Zusammensetzung langsam variiert werden, so daß sich gemischte Gemenge und Legierungen bilden. Der sich bildende Gradient zeigt in Richtung des Gefälles zwischen den Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Partner,
    Dabei werden in einem Strom heißen Gases auf wenigstens Teilbereiche des zur Verbindung bestimmten Gebietes auf wenigstens einem der Verbindungspartner Schichten erzeugt, die innig mit dem einen Verbindungspartner verbunden sind und einen vorbestimmten thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen, der zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Verbindungspartner gewählt ist, wodurch die schließlich erfolgende Löt- oder Klebverbindung rißarm wird.
  • Zum Verbinden kann eine weitere, auf der in einem ersten Schritt aufgespritzten Schicht aufgetragene Lötmassenschicht aufgebracht werden, wobei die im ersten Schritt aufgespritzte Schicht einen vorbestimmten thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Wärmesenke und dem als Sub strat der aufgespritzen Schicht dienenden Verbindungspartner gewählt ist, oder es können die zum Aufspritzen genutzten Partikel aus einer Lötmasse bestehen, die den vorbestimmten thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, wobei das Verbinden ein Löten ist.
  • Neben einem Löten kommt Kleben oder eine sog. Niedertemperaturverbindungstechnik (NTV) in Frage, bei der durch Aufbringen von z.B. Silberpulvern mit Submikro-Strukturen und Verpressen eine Diffusion der Silberschichten erfolgt. In letzterem sinterähnlichen Prozeß mit Drücken von einigen zehn MPa entsteht keine flüssige Phase, so daß derartige Verbindungen hochtemperaturbelastbar sind (weit über 300° C).
  • In die Lötmasse können weiter in einer besonderen Variante des Verfahrens Partikel einer weiteren Substanz mit verbessertem Wärmeübertragungsvermögen mit eingespritzt werden.
  • Aber auch Klebeverbindungen lassen sich rißarmer gestalten, wobei Kleber auf den zweiten Verbindungspartner und/oder die aufgespritzte Schicht auf dem ersten Verbindungspartner aufgetragen wird und die letztliche Verbindung eine Klebeverbindung ist.
    •

Claims (4)

  1. Verfahren zum Herstellen einer rißarmen, temeraturwechselfesten Verbindung zwischen zwei Verbindungspartnern unterschiedlicher thermischen Ausdehnungskoeffizienten nämlich Leistungshalbleitersubstraten und Wärmesenkenplatten mit einer in einem Strom heißen Gases aufgespritzten Schicht, – wobei das Aufspritzen von Partikeln aus einem Material der Gruppe AlSiC, Ni, CuW, Eisen, Kovar oder CuMo auf wenigstens Teilbereiche des zur Verbindung bestimmten Gebietes auf wenigstens einen der Verbindungspartner unter Ausbildung wenigstens einer innig mit dem einen Verbindungspartner verbunden Schicht erfolgt, wobei das Schichtmaterial einen vorbestimmten thermischen Ausdehnungskoeffizienten erhält, der zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Verbindungspartner gewählt ist, und – ein Verbinden der Verbindungspartner mittels Löt-, Klebe- oder Niedertemperaturverbindungstechnik erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufspritzen der Schicht auf den ersten Verbindungspartner nämlich Leistungshalbleitersubstraten und Wärmesenkenplatten mit langsam sich variierender Zusammensetzung eines Pulvers zur Erzeugung einer Legierung oder eines Gemisches des Schichtmaterials mit einem Gradienten in Richtung des Gefälles der Ausdehnungskoeffizienten der Verbindungspartner erfolgt.
  3. Rißarme temperaturwechselfeste Verbindung zweier Verbindungspartner unterschiedlicher thermischen Ausdehnungskoeffizienten mit einer in einem Strom heißen Gases aufgespritzten Schicht, wobei die Schicht aus auf wenigstens Teilbereichen des ersten Verbindungspartners aufspritzten Partikeln aus einem Material aus der Gruppe AlSiC, Ni, CuW, Eisen, Kovar oder CuMo besteht, das innerhalb des zur Verbindung bestimmten Gebietes auf dem ersten Verbindungspartner innig mit diesem einen verbunden ist, wobei das Material der Schicht einen vorbestimmten thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Verbindungspartner gewählt ist, und ein Verbinden der Verbindungspartner mittels Löt-, Klebe- oder Niedertemperaturverbindungstechnik zwischen der aufgespritzten Schicht und dem zweiten Verbindungspartner erfolgt.
  4. Verbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht mit einem Ausdehnungskoeffizienten gewählt ist, so daß sich ein Gradient in Richtung des Gefälles der Ausdehnungskeffizieten der Verbindungspartner einstellt.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006009978A1 (de) * 2006-03-03 2007-10-31 Infineon Technologies Ag Leistungshalbleitermodul
US7755185B2 (en) 2006-09-29 2010-07-13 Infineon Technologies Ag Arrangement for cooling a power semiconductor module
US7821130B2 (en) 2008-03-31 2010-10-26 Infineon Technologies Ag Module including a rough solder joint
DE102015100868A1 (de) * 2015-01-21 2016-07-21 Infineon Technologies Ag Integrierte Schaltung und Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0823832B1 (de) * 1996-08-07 2000-04-19 Ford Motor Company Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Einrichtung zur elektrischen Verbindung
DE10065495C2 (de) * 2000-12-28 2002-11-14 Semikron Elektronik Gmbh Leistungshalbleitermodul
US20030175559A1 (en) * 2002-03-15 2003-09-18 Morelli Donald T. Kinetically sprayed aluminum metal matrix composites for thermal management
DE20311131U1 (de) * 2003-07-18 2003-09-18 Woehr Richard Gmbh Geräuschloses modular aufgebautes Gehäusesystem für Computer, Steuerungen, Mess- und Bedien- und Anzeigesysteme mit isoliertem Mehrschichtenkühlsystem und/oder Kühlkörper
US20040002676A1 (en) * 2002-06-28 2004-01-01 Siegwart Kathleen Ann Adhesive bandage having a selectively placed layer
EP1387609A2 (de) * 2002-07-30 2004-02-04 Behr-Hella Thermocontrol GmbH Elektronische Einrichtung, insbesondere elektronische Regler für eine elektromechanische Anordnung wie beispielsweise ein Fahrzeuggebläse
US20040104460A1 (en) * 2002-03-22 2004-06-03 Stark David H. Wafer-level hermetic micro-device packages
DE102004026490A1 (de) * 2003-05-28 2004-12-16 Bach, Friedrich-Wilhelm, Prof. Dr.-Ing. Verfahren zum Applizieren von Loten auf Grundwerkstoffe

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0823832B1 (de) * 1996-08-07 2000-04-19 Ford Motor Company Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Einrichtung zur elektrischen Verbindung
DE10065495C2 (de) * 2000-12-28 2002-11-14 Semikron Elektronik Gmbh Leistungshalbleitermodul
US20030175559A1 (en) * 2002-03-15 2003-09-18 Morelli Donald T. Kinetically sprayed aluminum metal matrix composites for thermal management
US20040104460A1 (en) * 2002-03-22 2004-06-03 Stark David H. Wafer-level hermetic micro-device packages
US20040002676A1 (en) * 2002-06-28 2004-01-01 Siegwart Kathleen Ann Adhesive bandage having a selectively placed layer
EP1387609A2 (de) * 2002-07-30 2004-02-04 Behr-Hella Thermocontrol GmbH Elektronische Einrichtung, insbesondere elektronische Regler für eine elektromechanische Anordnung wie beispielsweise ein Fahrzeuggebläse
DE102004026490A1 (de) * 2003-05-28 2004-12-16 Bach, Friedrich-Wilhelm, Prof. Dr.-Ing. Verfahren zum Applizieren von Loten auf Grundwerkstoffe
DE20311131U1 (de) * 2003-07-18 2003-09-18 Woehr Richard Gmbh Geräuschloses modular aufgebautes Gehäusesystem für Computer, Steuerungen, Mess- und Bedien- und Anzeigesysteme mit isoliertem Mehrschichtenkühlsystem und/oder Kühlkörper

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006009978A1 (de) * 2006-03-03 2007-10-31 Infineon Technologies Ag Leistungshalbleitermodul
DE102006009978B4 (de) * 2006-03-03 2008-12-18 Infineon Technologies Ag Leistungshalbleitermodul
US7755185B2 (en) 2006-09-29 2010-07-13 Infineon Technologies Ag Arrangement for cooling a power semiconductor module
US7821130B2 (en) 2008-03-31 2010-10-26 Infineon Technologies Ag Module including a rough solder joint
DE102015100868A1 (de) * 2015-01-21 2016-07-21 Infineon Technologies Ag Integrierte Schaltung und Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung
US9496228B2 (en) 2015-01-21 2016-11-15 Infineon Technologies Ag Integrated circuit and method of manufacturing an integrated circuit
DE102015100868B4 (de) * 2015-01-21 2021-06-17 Infineon Technologies Ag Integrierte Schaltung und Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung

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