DE102019106394B4

DE102019106394B4 - Verfahren zum Herstellen einer kohäsiven Verbindung und Bondmaterialvorform dafür

Info

Publication number: DE102019106394B4
Application number: DE102019106394.9A
Authority: DE
Inventors: Holger Ulrich; Tom Rabsch
Original assignee: Danfoss Silicon Power GmbH
Current assignee: Danfoss Silicon Power GmbH
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2019-03-13
Publication date: 2023-06-01
Anticipated expiration: 2039-03-14
Also published as: WO2020182361A1; DE102019106394A1

Abstract

Verfahren (100) zum Herstellen einer kohäsiven Verbindung einer ersten Komponente (1) eines Leistungshalbleitermoduls mit einer zweiten Komponente (2) eines Leistungshalbleitermoduls, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:- Aufbringen (101) einer Bondmaterialvorform (14) auf eine Bondoberfläche (3) der ersten Komponente (1), wobei die Vorform eine auf der Bondoberfläche (3) der ersten Komponente (1) zu platzierende erste Oberfläche (7) und eine zweite Oberfläche (6) gegenüber der ersten Oberfläche (7), die eine oder mehrere Lokalisierungsstrukturen (13) umfasst, die sich für das Lokalisieren der zweiten Komponente (2) eignen, umfasst, wobei die Lokalisierungsstrukturen (13) eine erhöhte Wand (15) oder erhöhte Indizes (16) umfassen, die von der anderweitig im Wesentlichen flachen zweiten Oberfläche (6) vorstehen,- Anordnen (103) der zweiten Komponente (2) auf der Oberfläche (6) der Vorform gegenüber der Oberfläche, die der ersten Komponente (1) zugewandt ist, wobei die zweite Komponente (2) unter Verwendung der Lokalisierungsstrukturen (13) lokalisiert ist, und- Verarbeiten (104) des ganzen Bereichs des Bondmaterials.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Prozess des Herstellens einer kohäsiven Verbindung unter Verwendung von flusslosem Chip- oder Elementlöten, Kleben oder Sintern durch Verwenden einer Vorform.
Um langlebige und robuste Leistungshalbleitermodule zu entwickeln, werden an die Bindungen zwischen dem Substrat und dem auf ihm platzierten Halbleiterelement strenge thermische und elektrische Anforderungen gestellt. Um die Zuverlässigkeit solcher Bindungen zu erhöhen, ist bekannt, die Halbleiter kohäsiv an das Substrat zu sintern, zu löten oder diffusionszulöten. Es kann ein Vorteil sein, das Halbleiterelement auf einem Substrat in Position zu platzieren, aber den finalen Verarbeitungsschritt, der die kohäsive Bindung vervollständigt, bis zu einem späteren Schritt in dem Prozess zu lassen. Manchmal kann der spätere Schritt an einem physisch anderen Ort durchgeführt werden, und das Substrat und der auf ihm positionierte Halbleiter müssen von einem Platz zu einem anderen transferiert werden. Eine derartige physische Bewegung kann die präzise Positionierung von Komponenten relativ zueinander zerstören.
Mehrere mögliche Lösungen stehen zur Verfügung, um Elemente ohne Fluss auf Oberflächen zu löten. In den meisten Fällen wird ein Kleber oder eine Halterung benötigt, um zu verhindern, dass sich die Vorform oder Elemente relativ zueinander zwischen einem Platzierungsschritt und dem endgülbigen Verarbeitungsschritt bewegen. Es ist beispielsweise bekannt, eine Lotlegierung zu verwenden, die auf ein Substrat vorgelötet ist. Alternativ kann ein Kleber verwendet werden, um den Die zu fixieren.
Aus der Druckschrift DE 10 2013 104 572 A1 ist ein Verfahren zum Ausbilden einer optoelektronischen Baugruppe bekannt. Dabei wird ein Sintermaterial über einem Substrat angeordnet. Das Sintermaterial wird auf das Substrat gepresst und unter Wärmezufuhr gesintert, so dass sich das Sintermaterial mit dem Substrat verbindet. Ein optoelektronisches Bauelement wird auf das Sintermaterial gepresst, so dass sich das Sintermaterial mit dem optoelektronischen Bauelement verbindet. Das Substrat und das damit verbundene optoelektronische Bauelement bilden die optoelektronische Baugruppe.
Die Druckschrift EP 1 039 526 A2 offenbart ein Verfahren und einen Artikel zum Anbringen eines elektronischen Bauteils, wie z. B. eines Halbleiterchips, an einem Substrat. Dabei wird eine Lotvorform mit relativ niedriger Schmelztemperatur auf das Substrat aufgebracht. Ferner wird eine Raupe eines härtbaren Verbindungsmaterials auf das Substrat um den Umfang des Lötvorformlings in einer Menge aufgebracht, die ausreicht, um im Wesentlichen den Spalt zwischen dem elektronischen Bauteil und dem Substrat zu überbrücken. Nach dem Platzieren des elektronischen Bauteils auf dem Lötvorformling, so dass es zumindest teilweise über dem Verbindungsmaterial liegt, umfasst das Verfahren das Erhitzen des Lötvorformlings und des Verbindungsmaterials, um das Lötmittel aufzuschmelzen, woraufhin der Lötvorformling zusammenfällt. So wird es ermöglicht, dass das Verbindungsmaterial mit der Unterseite der elektronischen Komponente in Eingriff kommt. Anschließend wird das Verbindungsmaterial ausgehärtet.
Die Druckschrift DE 10 2013 213 135 B3 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen mindestens einem Halbleiter-Chip und einem Substrat mittels Weichlöten. Gemäß einem ersten Beispiel dieser Offenbarung umfasst das Verfahren das Bereitstellen eines Substrats mit einer Metallisierung und das Bereitstellen von mindestens einem Preform aus festem Lotmaterial. Das Preform wird auf einer korrespondierenden Lötposition auf der Metallisierung des Substrats positioniert und lokal an der Metallisierung des Substrat durch Laserschweißen befestigt. Mindestens ein Halbleiter-Chip wird auf dem korrespondierenden Preform positioniert, und im Anschluss erfolgt die Herstellung der Lötverbindung zwischen Halbleiter-Chip und der Metallisierung des Substrats durch Aufschmelzen des Preform. Die Befestigung des Preforms durch Laserschweißen kann alternativ durch von einer Flüssigkeit bewirkten Adhäsionskräfte erfolgen.
Die Druckschrift DE 10 2009 022 660 B3 beschreibt eine Befestigung mindestens eines Bauelementes an einem Substrat und/oder eines Anschlusselementes an dem Bauelement und/oder an dem Substrat durch Drucksintern. Zwischen dem Bauelement und dem Substrat und/oder dem Anschlusselement und dem Bauelement und/oder dem Anschlusselement und dem Substrat ist eine die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Anschlusselementes, des Bauelementes und des Substrates ausgleichende Zwischenschicht vorgesehen, die eine Dicke von ≥ 50 µm aufweist. Die Sinter-Zwischenschicht besteht aus Silber oder einer Silberlegierung und ist nicht vollflächig sondern oberflächlich strukturiert ausgebildet.
Die Druckschrift JP 2002 - 134 558 A offenbart eine Halbleitervorrichtung, bei der ein Halbleiterchip durch einen anisotropen leitfähigen Film an eine Leiterplatte gebondet wird. Danach wird ein Verstärkungsmaterial in der Nähe der oberen Oberfläche des anisotropen leitfähigen Films und den Ecken davon angeordnet. Da dieses Verstärkungsmaterial eine spannungsverteilende Hohlkehlenform hat, wird eine auf die Halbleitervorrichtung einwirkende Biegespannung durch das Verstärkungsmaterial verteilt und eine Spannungskonzentration an den Ecken des Halbleiterchips verhindert. Hierdurch könne Verbindungsfehler zwischen dem Halbleiterchip und der Verdrahtungsplatte im Voraus verhindert werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht indem Vereinfachen des Prozesses zum Montieren eines Leistungsmoduls, indem gestattet wird, dass verschiedene Komponenten an verschiedenen Plätzen montiert und sie zwischen den Plätzen transportiert werden, ohne dass eine Gefahr besteht, dass eine präzise Positionierung verlorengeht, aber ohne die Verwendung von chemischen Klebern, da bei der gegenwärtigen Erfindung kein chemischer Kleber oder kein chemisches Fluid benötigt wird, um die Elemente zu fixieren.
Dies hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Chemikalien in dem Prozess benötigt werden.
Somit besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines verbesserten Prozesses für die Montage eines Leistungsmoduls.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer verbesserten Bondmaterialvorform, die sich zum Steigern des Prozesses zum Montieren eines Leistungsmoduls eignet.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die obigen und andere Aufgaben erfüllt durch Bereitstellen eines Verfahrens zum Herstellen einer kohäsiven Verbindung einer ersten Komponente eines Leistungshalbleitermoduls mit einer zweiten Komponente eines Leistungshalbleitermoduls, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

- Aufbringen einer Bondmaterialvorform auf eine Bondoberfläche der ersten Komponente, wobei die Vorform eine auf der Bondoberfläche der ersten Komponente zu platzierende erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche, die eine oder mehrere Lokalisierungsstrukturen umfasst, die sich für das Lokalisieren der zweiten Komponente eignen, umfasst, wobei die Lokalisierungsstrukturen (13) eine erhöhte Wand (15) oder erhöhte Indizes (16) umfassen, die von der anderweitig im Wesentlichen flachen zweiten Oberfläche (6) vorstehen,
- Anordnen der zweiten Komponente auf der Oberfläche der Vorform gegenüber der Oberfläche, die der ersten Komponente zugewandt ist, wobei die zweite Komponente unter Verwendung der Lokalisierungsstrukturen lokalisiert ist, und
- Verarbeiten des ganzen Bereichs des Bondmaterials.

Bei noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Verfahren weiterhin die zusätzlichen vorhergehenden Schritte umfassen:

- Vorbereiten einer flachen Bondmaterialvorform, und
- Modifizieren der flachen Vorform, um die eine oder mehreren Lokalisierungsstrukturen auszubilden, die sich für das Lokalisieren der zweiten Komponente eignen.

Bei noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Verfahren weiterhin den zusätzlichen Schritt nach dem Aufbringen der Vorform auf die Bondoberfläche der ersten Komponente umfassen:

- Fixieren der Vorform an der ersten Komponente durch Erwärmen in einem lokal begrenzten Teilbereich der Vorform.

Wie oben beschrieben kann ein derartiges Erwärmen durch einen Laser oder durch eine erwärmte Sonde vorgenommen werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bondmaterial Sintermaterial. Alternativ kann das Bondmaterial Lot oder ein duroplastischer Kleber sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Verarbeitungsschritt ein Erwärmen. Alternativ oder zusätzlich kann der Verarbeitungsschritt das Aufbringen von Druck umfassen.
Das Substrat in der vorliegenden Erfindung kann ein DCB-Substrat umfassen. Ein DCB(Direct Copper Bonding)-Substrat umfasst eine isolierende Keramikschicht mit Schichten aus Kupfer auf jeder Seite der Keramikschicht. Auf dem Gebiet der Elektronik ist es eine bekannte Substratart.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die zweite Komponente eine Elektronikkomponente, insbesondere ein Halbleiter, sein.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die obigen und andere Aufgaben durch Bereitstellen einer Bondmaterialvorform zum Herstellen einer kohäsiven Verbindung einer ersten Komponente eines Leistungshalbleitermoduls mit einer zweiten Komponente eines Leistungshalbleitermoduls erfüllt, wobei die Vorform eine auf einer Bondoberfläche der ersten Komponente zu platzierende erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche umfasst, die eine oder mehrere Lokalisierungsstrukturen umfasst, die für das Lokalisieren der zweiten Komponente geeignet sind, wobei die Lokalisierungsstrukturen eine erhöhte Wand oder erhöhte Indizes umfassen, die von der anderweitig im Wesentlichen flachen zweiten Oberfläche vorstehen.
Bei einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die obigen und andere Aufgaben durch ein Verfahren zum Herstellen einer kohäsiven Verbindung einer ersten Komponente eines Leistungshalbleitermoduls mit einer zweiten Komponente eines Leistungshalbleitermoduls erfüllt werden, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

- Aufbringen einer Bondmaterialvorform auf einer Bondoberfläche der ersten Komponente,
- Fixieren der Vorform an der ersten Komponente durch Erwärmen in einem lokal begrenzten Teilbereich der Vorform,
- Anordnen der zweiten Komponente auf der Oberfläche der Vorform gegenüber der Oberfläche der ersten Komponente zugewandt, und
- Verarbeiten des ganzen Bereichs des Bondmaterials.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Erwärmen durch einen Laser vorgenommen. Alternativ kann das Erwärmen durch eine erwärmte Sonde vorgenommen werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bondmaterial Sintermaterial. Alternativ kann das Bondmaterial Lot oder ein duroplastischer Kleber sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Verarbeitungsschritt das Erwärmen. Alternativ oder zusätzlich kann der Verarbeitungsschritt das Aufbringen von Druck umfassen.
Das Substrat in der vorliegenden Erfindung kann ein DCB-Substrat umfassen. Ein DCB(Direct Copper Bonding)-Substrat umfasst eine isolierende Keramikschicht mit Schichten aus Kupfer auf jeder Seite der Keramikschicht. Auf dem Gebiet der Elektronik ist es eine bekannte Substratart.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die zweite Komponente eine elektronische Komponente, insbesondere ein Halbleiter sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren die zusätzlichen vorhergehenden Schritte umfassen:

- Vorbereiten einer flachen Bondmaterialvorform, und
- Modifizieren der flachen Vorform, so dass sie eine auf der Bondoberfläche der ersten Komponente zu platzierende erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche, die eine oder mehrere Lokalisierungsstrukturen umfasst, die sich für das Lokalisieren der zweiten Komponente eignen, umfasst.

Figurenliste
Die Erfindung lässt sich anhand der hier unten angegebenen ausführlichen Beschreibung umfassender verstehen. Die beiliegenden Zeichnungen sind nur zur Veranschaulichung angegeben und somit begrenzen sie nicht die vorliegende Erfindung.
In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

1A - 1F die relative Platzierung von Elementen während der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2A - 2F die relative Platzierung von Elementen während der Ausführung einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens;
4 eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
5 eine Ausführungsform einer Materialvorform;
6 eine weitere Ausführungsform einer Materialvorform;
7 eine alternative Ausführungsform einer Materialvorform;
8 eine weitere alternative Ausführungsform einer Materialvorform;
9 eine Ausführungsform einer Materialvorform mit der in Position platzierten zweiten Komponente 2;
10 eine erwärmte Sonde, und
11 einen Prozess des Ausbildens von Lokalisierungsstrukturen auf einer flachen Materialvorform.

Nunmehr zum Zweck des Veranschaulichens von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich auf die Zeichnungen bezugnehmend, zeigt 2A eine erste Komponente 1 eines Leistungshalbleitermoduls zusammen mit der Vorform 14 vor der Platzierung aufeinander. Die Vorform 14 weist eine erste Oberfläche 7 auf, die sich für das Platzieren auf der Bondoberfläche 3 eignet, und eine zweite Oberfläche 6 gegenüber der ersten Oberfläche 7, die Lokalisierungsstrukturen 13 umfasst, die sich zum Lokalisieren der zweiten Komponente 2 eignen, wenn sie später im Prozess platziert wird. Die erste Komponente ist in diesem Fall ein DBC(Direct Bonded Copper)-Substrat, das zwei Kupferschichten 10, 12 umfasst, die von einer keramischen Mittelschicht 11 umgeben sind. Die Vorform 14 umfasst ein Bondmaterial 9, in diesem Fall ein Sintermaterial.
In 2B sehen wir, dass die Vorform 14 auf der ersten Komponente 1 platziert worden ist, so dass ihre untere Oberfläche 7 mit der Bondoberfläche 3 der ersten Komponente 1 in Kontakt steht.
2C veranschaulicht den Schritt des Fixierens der Vorform 14 an der ersten Komponente 1 durch Erwärmen in einem lokal begrenzten Teilbereich 5 der Vorform 4. In diesem Fall ist die Erwärmung durch die Verwendung eines Lasers 17 erzielt worden, der im Prozess des Erwärmens der Vorform in einem spezifischen Bereich gezeigt ist. Sie hat zuvor (durch die gestrichelte Linie gezeigt) den lokal begrenzten Teilbereich 5 an einem anderen Punkt in der Vorform 14 erwärmt. Nach diesem Schritt wird die Vorform 14 fest an der ersten Komponente 1 angebracht, und die beiden Komponenten können sicher von einem Platz zu einem anderen bewegt werden.
Ein alternatives Verfahren zum Aufbringen von Wärme in einem lokal begrenzten Teilbereich 5 besteht in dem Verwenden einer erwärmten Sonde 8 anstelle eines Lasers 17.
In 2D ist die in 2C geschaffene Struktur am Boden gezeigt, und eine zweite Komponente 2 wird in Bereitschaft für das Anbringen in die Nähe gebracht. In diesem Fall ist die zweite Komponente 2 ein Leistungshalbleiterschalter wie etwa ein IGBT.
In 2E ist die zweite Komponente 2 auf der oberen Oberfläche 6 der Materialvorform 14 platziert worden.
In 2F ist der in 2E gezeigte Stapel einem Verarbeitungsschritt unterzogen worden, um den Fügeprozess zu vervollständigen. In diesem Fall umfasst der Verarbeitungsschritt das Erwärmen des in 2B gezeigten Stapels, während Druck im rechten Winkel auf die zu fügenden Oberflächen ausgeübt wird. Dies hat zu einer vervollständigten gesinterten Fügestelle 18 zwischen der ersten Komponente 1 und der zweiten Komponente 2 geführt.
4 veranschaulicht ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 200 zum Herstellen einer kohäsiven Verbindung einer ersten Komponente 1 eines Leistungshalbleitermoduls mit einer zweiten Komponente 2 eines Leistungshalbleitermoduls. Hier umfasst ein Schritt 201 das Aufbringen einer Bondmaterialvorform 14, die ein Bondmaterial 9 umfasst, auf eine Bondoberfläche 3 der ersten Komponente 1, wobei die Vorform 14 eine auf der Bondoberfläche der ersten Komponente 1 zu platzierende erste Oberfläche 7 und eine zweite Oberfläche 6 gegenüber der ersten Oberfläche 7 umfasst, die eine oder mehrere Lokalisierungsstrukturen 13 umfasst, die zum Lokalisieren der zweiten Komponente 2 geeignet sind. Die zweite Komponente 2 kann dann in Schritt 203 auf der Oberfläche 6 der Vorform 14 angeordnet werden und wird somit durch die Lokalisierungsstrukturen 13 fest in Position gehalten. Die Lokalisierungsstrukturen 13 stellen sicher, dass die zweite Komponente 2 präzise und fest in Relation zu der Vorform 14 positioniert ist. Ein vollständiger Bereich des Bondmaterials kann dann verarbeitet werden 204, um eine kohäsive Verbindung der ersten Komponente 1 mit der zweiten Komponente 2 auszubilden. Die Form der Verarbeitung wird von dem Bondmaterial 9 abhängen, das verwendet wird. Falls das Bondmaterial 9 ein Lot oder ein duroplastischer Kleber ist, dann wird die Verarbeitung durch das Aufbringen von Wärme beendet. Falls das Bondmaterial 9 ein Sintermaterial ist, dann wird das Aufbringen von Wärme mit oder ohne das Anwenden von Druck den Prozess vervollständigen.
Das in 4 gezeigte erfindungsgemäße Verfahren 200 kann zusätzlich die vorausgegangenen Schritte des Vorbereitens 205 einer flachen Bondmaterialvorform 14 und dann ihr Modifizieren bei Schritt 206 zum Ausbilden einer oder mehrerer Lokalisierungsstrukturen 13, die später zum Lokalisieren der zweiten Komponente 2 verwendet werden sollen, umfassen.
Das in 4 gezeigte erfindungsgemäße Verfahren 200 kann auch einen Schritt 202 des Fixierens der Vorform 14 an der ersten Komponente 1 durch Erwärmen in einem lokal begrenzten Teilbereich 5 der Vorform 14 umfassen. Dieser Schritt kann zwischen den Schritten 201 und 203 stattfinden.
In 1A - 1F ist eine ähnliche Menge von Anordnungen wie in 2A - 2F gezeigt, aber in einer alternativen Ausführungsform. Ein Unterschied zwischen den in 1A - 1F und 2A - 2F gezeigten beiden Ausführungsformen ist das Vorliegen einer flachen Vorform 4 (anstelle der geformten Vorform 14), die eine erste Oberfläche 7 aufweist, die für das Platzieren auf der Bondoberfläche 3 geeignet ist, und einer zweiten Oberfläche 6 gegenüber der ersten Oberfläche 7.
1A zeigt eine erste Komponente 1 eines Leistungshalbleitermoduls zusammen mit der Vorform 4 vor der Platzierung von einer auf der anderen. Die erste Komponente ist in diesem Fall ein DBC(Direct Bonded Copper)-Substrat, das zwei Kupferschichten 10, 12 umfasst, die eine keramische Mittelschicht 11 umgeben. Die Vorform 4 umfasst ein Bondmaterial 9, in diesem Fall ein Sintermaterial.
In 1B sehen wir, dass die Vorform 4 auf der ersten Komponente 1 platziert worden ist, so dass ihre untere Oberfläche 7 mit der Bondoberfläche 3 der ersten Komponente 1 in Kontakt steht.
1C veranschaulicht den Schritt des Fixierens der Vorform 4 an der ersten Komponente 1 durch Erwärmen in einem lokal begrenzten Teilbereich 5 der Vorform 4. In diesem Fall ist die Erwärmung durch die Verwendung eines Lasers 17 erzielt worden, der im Prozess des Erwärmens der Vorform in einem spezifischen Bereich gezeigt ist. Sie hat zuvor (durch die gestrichelte Linie gezeigt) den lokal begrenzten Teilbereich 5 an einem anderen Punkt in der Vorform 4 erwärmt. Nach diesem Schritt wird die Vorform 4 fest an der ersten Komponente 1 angebracht, und die beiden Komponenten können sicher von einem Platz zu einem anderen bewegt werden.
Ein alternatives Verfahren zum Aufbringen von Wärme in einem lokal begrenzten Teilbereich 5 besteht in dem Verwenden einer erwärmten Sonde 8 anstelle eines Lasers 17.
In 1D ist die in 2C geschaffene Struktur am Boden gezeigt, und eine zweite Komponente 2 wird in Bereitschaft für das Anbringen in die Nähe gebracht. In diesem Fall ist die zweite Komponente 2 ein Leistungshalbleiterschalter wie etwa ein IGBT.
In 1E ist die zweite Komponente 2 auf der oberen Oberfläche 6 der Materialvorform 4 platziert worden.
In 1F ist der in 1E gezeigte Stapel einem Verarbeitungsschritt unterzogen worden, um den Fügeprozess zu vervollständigen. In diesem Fall umfasst der Verarbeitungsschritt das Erwärmen des in 1B gezeigten Stapels, während Druck im rechten Winkel auf die zu fügenden Oberflächen ausgeübt wird. Dies hat zu einer vervollständigten gesinterten Fügestelle 18 zwischen der ersten Komponente 1 und der zweiten Komponente 2 geführt.
In 3 ist ein Flussdiagramm der Ausführungsform des in 1A - 1F gezeigten Verfahrens 100 gezeigt. In Schritt 101 wird eine Bondmaterialvorform 4 auf einer Bondoberfläche 3 aufgetragen. Im Schritt 102 wird die Vorform 4 an der ersten Komponente 1 durch Erwärmen in einem lokal begrenzten Teilbereich 5 der Vorform 4 fixiert. In Schritt 103 wird eine zweite Komponente 2 auf der Oberfläche 6 der Vorform 4 angeordnet und dann wird in Schritt 104 der ganze Bereich des Bondmaterials 9 bearbeitet, um die kohäsive Verbindung fertigzustellen. Die Form der Verarbeitung wird von dem Bondmaterial 9 abhängen, das verwendet wird. Falls das Bondmaterial 9 ein Lot oder ein duroplastischer Kleber ist, dann wird die Verarbeitung durch das Aufbringen von Wärme beendet. Falls das Bondmaterial 9 ein Sintermaterial ist, dann wird das Aufbringen von Wärme mit oder ohne das Anwenden von Druck den Prozess vervollständigen.
Ebenfalls in 3 sind die optionalen vorhergehenden Schritte gezeigt, die einen Schritt 105 des Vorbereitens einer flachen Bondmaterialvorform 4 und den Schritt 106 des Modifizierens der flachen Vorform 4 umfassen, so dass sie eine oder mehrere Lokalisierungsstrukturen 13 umfasst, die zum Lokalisieren der zweiten Komponente 2 geeignet sind.
5 zeigt ein Beispiel einer Materialvorform 4 mit einer flachen unteren Oberfläche 7 (in dieser Figur verborgen) und einer flachen oberen Oberfläche 6.
6 zeigt ein Beispiel einer Materialvorform 14, die der in 5 gezeigten Vorform 4 ähnlich ist, aber die obere Oberfläche 6 der Vorform 14 besitzt eine erhabene Wand 15, die um den Rand herum verläuft, die eine Lokalisierungsstruktur 13 bildet, die zum Lokalisieren der zweiten Komponente 2 während des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
7 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform der in 6 gezeigten Materialvorform 14, hier aber umfassen die Lokalisierungsstrukturen 13 vier Ecken, die die zweite Komponente 2 in zwei Dimensionen lokalisieren können.
8 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der in 6 gezeigten Materialvorform 14, hier aber umfassen die Lokalisierungsstrukturen 13 vier Indizes 16, die über die Höhe der oberen Oberfläche 6 angehoben sind.
9 zeigt eine Ausführungsform der in 7 gezeigten Materialvorform 14, aber mit der zweiten Komponente 2, die in Position platziert und durch die vier Eckenindizes 16 festgehalten wird.
10 zeigt eine erwärmte Sonde 8 während des Prozesses des Erwärmens eines lokal begrenzten Bereichs 5 der Vorform 4, wenn in Position auf der ersten Komponente 1.
11 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Prozesses des Ausbildens von Lokalisierungsstrukturen auf einer flachen Materialvorform 4. Die flache Materialvorform 4 ist in einer Presse platziert, die eine untere Pressform 19 und eine obere Pressform 20 umfasst. Die Pressformen werden zusammengebracht und bewirken somit die Formänderung der flachen Materialvorform 4, um die Lokalisierungsstrukturen 13 umfassende Materialvorform 14 auszubilden.
Es kann manchmal vorteilhaft sein, dass die Materialvorform 4, 14 ein Stabilisierungsmittel umfasst, das einen spezifischen Spalt zwischen den Oberflächen, die verbunden werden, während der Periode beibehält, wenn sich das Material der Materialvorform 4, 14 auf einer erhöhten Temperatur befindet und deshalb in einem flüssigen Zustand sein kann. Dies kann der Fall sein, falls das erfindungsgemäße Verfahren verwendet wird, um gleichzeitig mehrere Oberflächen in einem einzelnen Stapel zu verbinden, aber unter Verwendung von Materialvorformen aus unterschiedlichen Materialien, wie etwa Sintermaterial und einem Lotmaterial. Bei Sintertemperaturen wird das Lotmaterial sehr wahrscheinlich flüssig sein und ist deshalb nicht in der Lage, die Oberflächen, die gelötet werden sollen, voneinander wegzuhalten. Wenn die Temperatur so hoch ist wie zum Starten des Sinterns, kann Druck auf den Stapel ausgeübt werden, der mindestens eine Lotmaterialvorform 4, 14 und die mindestens eine Sintermaterialvorform 4, 14 umfasst. Wenn die Lotmaterialvorform die Temperatur des Sinterns mehr oder weniger erreicht hat, wird das Lot üblicherweise verflüssigt sein. Wenn Druck auf den Stapel ausgeübt wird, würde dies normalerweise zum Herausdrücken des flüssigen Lots von dem Lötbereich führen. Damit das flüssige Lot nicht aus der Lötschicht herausgedrückt wird, sind Stabilisierungsmittel innerhalb der Lötschicht vorgesehen, die den Druck aufnehmen können, ohne signifikant komprimiert zu werden. Die Stabilisierungsmittel nehmen den Druck auf und liefern somit den Platz, so dass ausreichend Lotmaterial in dem Lötbereich trotz des auf das Modul ausgeübten Drucks verbleibt, um den Sinterprozess auszuführen.
Bevorzugt bestehen die Stabilisierungsmittel aus einem Material, das während des Lötens sogar bei der Temperatur des Lötens fest bleibt. Dies ist notwendig, um den Druck aufzunehmen, der zum Ausführen des Sinterprozesses notwendig ist.
Gemäß weiteren Ausführungsformen sind die Stabilisierungsmittel feste Abstandshaltermittel, die mit einer Lotmaterialvorform integriert sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Lotmaterialvorform feste Abstandshaltermittel, die aus im Wesentlichen kugelförmigen Körpern gebildet sind, die aus Metall bestehen, insbesondere aus Kupfer bestehen, oder die kugelförmigen Körper können aus Glas oder Keramik sein oder sogar ein Drahtgitter umfassen, insbesondere aus Metall, insbesondere Kupfer, hergestellt. Das Drahtgitter, das während des Sinterns bei der Temperatur des Sinterns ebenfalls fest bleibt, hat den Vorteil des gleichförmigen Aufnehmens des Drucks innerhalb der Lötschicht, wenn der Druck auf die Komponenten ausgeübt wird, um den Sinterprozess zu initiieren und auszuführen.
Bei einem vorsichtigen Design der Materialvorform ist es auch möglich, eine Verteilung der Stabilisierungsmittel innerhalb der Vorform anzuordnen, um eine Trennung zwischen den final verbundenen Oberflächen sicherzustellen, die konstant ist oder sich unter einem Winkel befindet, beispielsweise über die Oberfläche von einer Seite zur anderen zunimmt.

Claims

Verfahren (100) zum Herstellen einer kohäsiven Verbindung einer ersten Komponente (1) eines Leistungshalbleitermoduls mit einer zweiten Komponente (2) eines Leistungshalbleitermoduls, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Aufbringen (101) einer Bondmaterialvorform (14) auf eine Bondoberfläche (3) der ersten Komponente (1), wobei die Vorform eine auf der Bondoberfläche (3) der ersten Komponente (1) zu platzierende erste Oberfläche (7) und eine zweite Oberfläche (6) gegenüber der ersten Oberfläche (7), die eine oder mehrere Lokalisierungsstrukturen (13) umfasst, die sich für das Lokalisieren der zweiten Komponente (2) eignen, umfasst, wobei die Lokalisierungsstrukturen (13) eine erhöhte Wand (15) oder erhöhte Indizes (16) umfassen, die von der anderweitig im Wesentlichen flachen zweiten Oberfläche (6) vorstehen, - Anordnen (103) der zweiten Komponente (2) auf der Oberfläche (6) der Vorform gegenüber der Oberfläche, die der ersten Komponente (1) zugewandt ist, wobei die zweite Komponente (2) unter Verwendung der Lokalisierungsstrukturen (13) lokalisiert ist, und - Verarbeiten (104) des ganzen Bereichs des Bondmaterials.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren die zusätzlichen vorhergehenden Schritte umfasst: - Vorbereiten (105) einer flachen Bondmaterialvorform (4), und - Modifizieren (106) der flachen Vorform (4), um die eine oder mehreren Lokalisierungsstrukturen (13) auszubilden, die sich für das Lokalisieren der zweiten Komponente (2) eignen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die zusätzlichen Schritte nach dem Aufbringen der Vorform auf die Bondoberfläche der ersten Komponente umfasst: - Fixieren (102) der Vorform (14) an der ersten Komponente (1) durch Erwärmen in einem lokal begrenzten Teilbereich (5) der Vorform.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Erwärmen durch einen Laser (17) vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bondmaterial (9) Sintermaterial ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Bondmaterial (9) Lot ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verarbeitungsschritt (104) ein Erwärmen umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Komponente (2) eine Elektronikkomponente ist.
Bondmaterialvorform (14) zum Herstellen einer kohäsiven Verbindung einer ersten Komponente eines Leistungshalbleitermoduls mit einer zweiten Komponente eines Leistungshalbleitermoduls, wobei die Vorform eine auf einer Bondoberfläche (3) der ersten Komponente (1) zu platzierende erste Oberfläche (7) und eine zweite Oberfläche (6) gegenüber der ersten Oberfläche (7), die eine oder mehrere Lokalisierungsstrukturen (13) umfasst, die sich für das Lokalisieren der zweiten Komponente (2) eignen, umfasst dadurch gekennzeichnete, dass die Lokalisierungsstrukturen (13) eine erhöhte Wand (15) oder erhöhte Indizes (16) umfassen, die von der anderweitig im Wesentlichen flachen zweiten Oberfläche (6) vorstehen.