專利名稱：在襯底表面上產(chǎn)生電功能層的方法
在襯底表面上產(chǎn)生電功能層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在襯底表面上產(chǎn)生電功能層的方法，在該襯 底上布置了至少一個器件、尤其是半導(dǎo)體芯片。
在制造電子模塊時的出發(fā)點是具有襯底的半成品，在該襯底上涂
覆了具有金屬面或者接觸面的結(jié)構(gòu)化的金屬層。在有些接觸面上分別 涂覆了一個或多個器件，例如涂覆了半導(dǎo)體芯片或者無源器件。所述
一個或多個器件經(jīng)過粘合劑(通常是焊料)與相應(yīng)的接觸面相連接。 只要器件之一具有背面接觸，即具有朝向襯底的接觸，就通過粘合劑 不僅制造了到相應(yīng)接觸面的機械連接，而且也制造了到相應(yīng)接觸面的 電連接。
為了進行電接觸，有些器件在其背向襯底的表面上分別具有多個 接觸面。通常在使用接合線的情況下，實現(xiàn)在接觸面相互之間的電連 接和/或金屬層的接觸面之一。
可替換地，通過所謂的平面連接技術(shù)可能制造器件的接觸面之間 的電連接和/或金屬層的接觸面，其中首先利用絕緣層、例如利用由絕 緣材料制成的塑料薄膜來覆蓋半成品的表面。在接觸面的位置上，開 口被插入到絕緣層中，以便顯露接觸面。隨后通過用于產(chǎn)生薄的接觸 層的濺射、氣相淀積和其它方法，薄的金屬層整個面積地被涂覆到絕
緣層及其所插入的開口上。濺射層例如包括約50nm厚的鈦層和約1 , 厚的銅層。其它的通常由絕緣材料制成的光敏薄膜(所謂的光薄膜 (Fotofolie))被涂覆到該濺射層上。光薄膜的厚度在20nm到200 之間并且在另一步驟中按照所希望的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)被曝光和被顯影。
通常借助利用其將導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的布局轉(zhuǎn)移到光薄膜上的掩膜來實現(xiàn) 曝光。在此，通過掩膜遮蔽光薄膜中的應(yīng)構(gòu)造以后的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)或者功 能層的那些段。在另一方法步驟中能去除光薄膜中的未被啄光的段， 以致顯露位于其下的賊射層，更確切地說顯露銅表面。通過將所準備 的半成品浸入電解液池中、尤其是浸入銅電解液池中，由于以電流方 式(galvanisch)增厚而生長了約20nm至200nm厚的銅層。在緊隨其 后的稱為剝離光薄膜的步驟中，在其上不應(yīng)構(gòu)造導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的區(qū)域上去 除還位于表面上的光薄膜。作為最后的步驟，實現(xiàn)所謂的差分蝕刻，其中整個面積地去除包含鈦和銅的濺射層，以致僅僅留下所希望的導(dǎo) 電結(jié)構(gòu)或功能層。
如果器件被構(gòu)造為功率半導(dǎo)體器件，則通常由銅構(gòu)造導(dǎo)電結(jié)構(gòu)或
功能層。必要的層厚位于20pm至500nm的范圍中。
平面連接技術(shù)具有以下優(yōu)點制成的電子模塊的高度與具有常規(guī) 線的電子模塊相比明顯更小?？墒?，由于多個必要的方法步驟，該連 接技術(shù)與提高的成本相聯(lián)系。
因而，本發(fā)明的任務(wù)是，說明一種用于在村底表面上產(chǎn)生電功能 層的方法，該方法實現(xiàn)了可靠的電觸點接通并同時成本有利地被采用。
通過獨立權(quán)利要求的特征來解決該任務(wù)。由從屬權(quán)利要求得出了 有利的實施形式。
在根據(jù)本發(fā)明的用于在襯底表面上產(chǎn)生電功能層的方法中，在該 襯底上涂覆了至少一個電子器件、尤其是半導(dǎo)體芯片，如下來構(gòu)成電 功能層以粉末狀存在的由導(dǎo)電材料制成的粒子選擇性地被吹到襯底 表面上，以致這些粒子在撞擊到襯底上時構(gòu)成緊密的和牢固粘附的層。
根據(jù)本發(fā)明的方法具有可以成本有利地和快速地平面制造電連接 的優(yōu)點。由此，在利用根據(jù)本發(fā)明的方法制造的電子模塊中得到了僅 微小的安裝高度。與熱的火焰噴涂相比，能產(chǎn)生高度緊密的層。功能 層具有高的導(dǎo)電性以及高的導(dǎo)熱性。功能層是耐磨的和有高硬度的， 其中在制造期間僅微小的熱量輸入到襯底中。由于在高于每分鐘100nm 的范圍中的非常高的可能的涂覆速率，在制造電功能層時的處理時間 能被降低到數(shù)分鐘的范圍中。
為了涂覆以粉末狀存在的粒子，粒子被注入到已加熱的和加速到 超音速、優(yōu)選地加速到300m/s至1200 m/s之間的速度范圍的工藝氣 體(Prozessgas)中。優(yōu)選地通過工藝氣體在噴嘴中的擴張來將工藝 氣體加速到超音速。
優(yōu)選地由金屬、尤其是由銅、鈦、銀、鎳及其混合物來構(gòu)造輸送 給工藝氣體的粒子。在此，如果粒子作為納米粒子被輸送給工藝氣體， 則是特別優(yōu)選的。
按照冷氣體噴涂的原理來產(chǎn)生電功能層。冷氣體噴涂是一種涂層 方法，其中粉末式的涂層材料以非常高的速度被涂覆到襯底上。為此， 加熱到數(shù)100°C的工藝氣體通過在拉瓦爾噴嘴中的擴張被加速到超音速。隨后，粉末粒子被注入到氣體噴射流中。在此，所注入的粒子被加速到如此高的速度，以致這些粒子無需事先熔接或者熔化地在撞擊到襯底上時構(gòu)成緊密的和牢固粘附的層。撞擊時刻的動能在此通常不足于完全熔化粒子。
根據(jù)一種實施形式，電功能層整個面積地被涂覆到襯底表面上。
由此可以產(chǎn)生整個面積的或者也僅部分的遮蔽，以改善EMC特性。
電功能層也可以選擇性地被涂覆到襯底表面上，以構(gòu)造導(dǎo)線組結(jié)構(gòu)(Leiterzugstruktur)。
此外，為了局部改善散熱還可以規(guī)定，在制造電功能層時產(chǎn)生不同厚度的段。在此，導(dǎo)電層越厚，散熱則越好。
根據(jù)本發(fā)明的方法允許在制造電功能層時在襯底表面上構(gòu)造無源器件。這例如會是曲折形(Maeander)結(jié)構(gòu)的電阻或者是電容(電荷存儲器)。此外，還可以設(shè)想產(chǎn)生具有不同部件拓樸的三維結(jié)構(gòu)。
功能層可以由多個由不同的材料或者由相同的材料制成的層來構(gòu)成。
原理上，在電功能層中可實現(xiàn)任意的層厚。功能層的厚度優(yōu)選地在20nm到5mm之間。
適宜地，在涂覆電功能層之前，犧牲層被涂覆到村底表面上。犧牲層防止位于襯底上的器件由于以高動能進行撞擊的粒子而被損壞。
為了產(chǎn)生犧牲層，通過用于產(chǎn)生薄的接觸層的濺射、氣相淀積或PVB工藝來產(chǎn)生薄的金屬層。只要濺射層的厚度(通常在l]Lim的范圍中)不足于吸收動能，就可以規(guī)定通過電流沉積來增厚'減射層。然后所產(chǎn)生的犧牲層適宜地具有l(wèi)|Lim至50nm的厚度。
優(yōu)選地在使用結(jié)構(gòu)化的掩膜的情況下來將粒子涂覆到襯底表面上。在撞擊時吸收粒子動能的高彈性材料可以被用作掩膜的材料?？商鎿Q地，在粒子撞擊時改變形狀的軟材料可以被用作掩膜的材料。例如，導(dǎo)致粒子不良地粘附在掩膜上的聚合物可以被用作掩膜的材料。此外，還可以采用在冷氣體噴涂時斷裂的多孔的或脆性的材料作為掩膜的材料。例如由陶瓷坯泥構(gòu)造這種材料。具有表面涂層的預(yù)成型的金屬掩膜也可以被用作為掩膜，其中表面涂層防止粒子粘附在表面上。表面涂層構(gòu)造了一種"不粘涂層，，。最后，具有由硅樹脂制成的表面的結(jié)構(gòu)化的光薄膜可以被用作掩膜。
6具有至少一個器件的襯底表面適宜地配備有電功能層被涂覆到其上的絕緣層。在一種實施形式中，由有機的或者無機的絕緣材料構(gòu)成絕緣層，尤其是由塑料、由玻璃或者由陶瓷構(gòu)成絕緣層。
根據(jù)本發(fā)明的電子模塊包括在其上涂覆了至少一個電子器件、尤其是半導(dǎo)體芯片的襯底和包括導(dǎo)電的功能層。按照所說明的方法構(gòu)造該導(dǎo)電的功能層。
以下借助附圖
中的實施例詳細闡述本發(fā)明。
唯一的附圖以示意圖示出了根據(jù)本發(fā)明方法所制造的電子模塊的截面圖。
在襯底10的上側(cè)上構(gòu)造了例如由銅制成的金屬層11。例如可以由陶瓷、印刷電路板材料(PCB-印刷電路板(Printed Circuit Board))或柔性帶來構(gòu)成襯底10。金屬層11具有多個接觸面13、 14,其中在本實施例中僅僅示出了兩個接觸面。在襯底IO的與上側(cè)相對的下側(cè)上，同樣構(gòu)造了在其上可以例如布置散熱器的金屬層12。為此目的示例性地整個面積地構(gòu)造并且同樣由銅來構(gòu)成金屬層12。
通過例如焊膏的粘合劑16，器件15 (例如功率半導(dǎo)體器件)被涂覆到接觸面14上，該器件15在其背向襯底的上側(cè)上示例性地具有接觸面22。所說明的裝置(以下也稱為半成品)的表面配備有絕緣層17?？梢酝ㄟ^真空處理法來涂覆絕緣層17。絕緣層17的厚度視所制成的電子模塊的用途而定，尤其是視在模塊運行時出現(xiàn)的電壓而定。絕緣層17的厚度通常為lOO^im至400nm。涂覆絕緣層17來使得在絕緣層17和包括其上涂覆有器件的金屬化襯底的半成品的表面之間不存在蒙受電壓擊穿危險的空氣夾雜。在涂覆絕緣層17時，優(yōu)選地應(yīng)用一種不使得或只是少量地使得器件側(cè)邊上的絕緣層17伸展或鐓實的方法。絕緣層10因此優(yōu)選地在半成品的整個表面上具有恒定的厚度，由此優(yōu)化了所制成的電子模塊的電性能。在接觸面13和22的區(qū)域中，開口被插入到絕緣層17中。通常借助激光來執(zhí)行開口的插入。
在涂覆絕緣層17和插入開口之后，給半成品的要用電功能層覆蓋的表面配備掩膜20。如在本實施例中所示出的那樣，掩膜20可以直接地被涂覆到半成品的要用功能層配備的表面上?？墒?，也可以與表面有距離地布置掩膜，以便實現(xiàn)所希望的遮蔽。
在本實施例中，掩膜僅僅示例性地具有唯一的大開口 21，在該開
7口 21之內(nèi)顯露器件15的接觸面22和金屬層11的接觸面13。原理上， 掩膜被構(gòu)造來使得通過掩膜來遮蔽或覆蓋不應(yīng)該用電功能層占用的區(qū) 域。
在掩膜20的開口 21的區(qū)域中，犧牲層18被涂覆到半成品的表面 上。在本實施例中，在涂覆掩膜20之后涂覆犧牲層18，可是這不是強 制性的。犧牲層18由導(dǎo)電材料構(gòu)成，并直接被涂覆在所顯露的接觸面 13和22上，在那里絕緣層17具有開口。此外，犧牲層18分布在絕緣 層17上。犧牲層18因此與半成品的三維表面結(jié)構(gòu)相匹配。
可以通過濺射來產(chǎn)生犧牲層18。必要時，通過電流沉積來增厚濺 射層，其中犧牲層優(yōu)選地具有l(wèi)pm至10|Liin的厚度。通過犧牲層18來 確保尤其是在接著還以高動能涂覆導(dǎo)電粒子時不損傷器件15。
通過吹到半成品的配備有掩膜20的表面上，涂覆以粉末狀存在的 粒子，該粒子例如由銅、鈦、銀、鎳或其混合物制成、優(yōu)選地以納米 粒子為形式。為此，粒子被注入到已加熱的和加速到超音速的工藝氣 體中。例如通過借助噴嘴的擴張來實現(xiàn)工藝氣體的加速。工藝氣體優(yōu) 選地具有在300m/s到1200 m/s之間的速度?；旧鲜嵌栊詺怏w、尤 其是氮氣被考慮作為載氣。用于涂覆以粉末狀存在的粒子的方法也被 稱為冷氣體噴涂。
所謂的梯度材料可以被涂覆，這些梯度材料具有金屬作為接觸面 以及具有鈥阻擋層(eine Barriereschicht ueber Titan)。
通過將粒子吹到半成品表面上的持續(xù)時間來確定電功能層19的厚 度。在此，每分鐘能達到多于100pm的厚度。
可以以多個步驟來實現(xiàn)電功能層19的涂覆，以便獲得功能層的分 層結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)有利于避免銅遷移。其它優(yōu)點在于可能借助激光 來進行結(jié)構(gòu)化。
在產(chǎn)生電功能層19之后，可以從所產(chǎn)生的電子模塊的表面去除掩 膜20。
可以采用高彈性材料、軟材料、多孔的或者脆性的材料作為掩膜 的適當材料。此外，還可以設(shè)想使用具有金屬不粘附在其上的表面涂 層的預(yù)成型的金屬掩膜或使用具有硅樹脂表面的結(jié)構(gòu)化的光薄膜。
例如硅橡膠可以被用作掩膜的高彈性材料。該硅橡膠在粒子撞擊 到掩膜上時吸收粒子的動能。軟掩膜材料在涂覆粒子時改變其形狀，
8并由此導(dǎo)致掩膜和粒子之間的不良的粘附。由此可以重新使用沒有到 達半成品表面上的材料。多孔的或脆性的材料(例如陶瓷坯泥)在冷 氣體噴涂時斷裂，并在此吸收粒子的能量。
在其它的在圖中沒有示出的實施形式中，例如僅僅在器件15的區(qū) 域中， 一個或多個用于改善熱性能的其它材料層被涂覆到功能層19上。 在該功能層19上又可以涂覆絕緣的層或冷卻元件或者冷卻層。
利用本發(fā)明方法可能制造具有多層結(jié)構(gòu)或者具有棧結(jié)構(gòu)的電子模 塊，在這些電子模塊中上下相疊地交替布置絕緣層和電功能層。
利用本發(fā)明方法制造的電子模塊具有在平面的層面中實現(xiàn)電連接 的優(yōu)點，以致部件具有僅微小的高度。尤其是，通過本發(fā)明方法不僅 能制造導(dǎo)線組結(jié)構(gòu)，而且也可以用導(dǎo)電層來配備平面區(qū)域。由此改善 了電子模塊的EMC特性。
權(quán)利要求
1. 用于在襯底(10)的表面上產(chǎn)生電功能層(19)的方法，在該襯底(10)上涂覆至少一個電子器件(15)、尤其是半導(dǎo)體芯片，其中，如下來構(gòu)成所述電功能層(19)以粉末狀存在的由導(dǎo)電材料制成的粒子選擇性地被吹到襯底(10)的表面上，以致所述粒子在撞擊到襯底(10)上時構(gòu)成緊密的和牢固粘附的層。
2. 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述粒子被注入到 已加熱的和加速到超音速、優(yōu)選地加速到在300m/s到1200m/s之間的 速度范圍的工藝氣體中。
3. 按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，輸送給工藝氣體的 粒子由金屬構(gòu)造，尤其是由銅、鈦、銀、鎳和其混合物構(gòu)造。
4. 按照權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述粒子作為 納米粒子被輸送給工藝氣體。
5. 按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，工藝氣體通 過擴張被加速到超音速。
6. 按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，電功能層(19 ) 整個面積地被涂覆到襯底(10)的表面上。
7. 按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，電功能層(19) 選擇性地被涂覆到襯底(10)的表面上，用于構(gòu)造導(dǎo)線組結(jié)構(gòu)。
8. 按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在制造電功 能層(19)時，產(chǎn)生不同厚度的段。
9. 按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在制造電功 能層(19)時，在襯底表面上構(gòu)造無源器件。
10. 按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，功能層(19) 由多個由不同材料或相同材料制成的層來構(gòu)成。
11. 按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，功能層(19) 的厚度在20|nm到5mm之間。
12. 按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在涂覆電功 能層(19)之前，犧牲層(18)被涂覆到襯底(10)的表面上。
13. 按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，通過用于產(chǎn)生薄 的接觸層的賊射、氣相淀積或PVB工藝來產(chǎn)生薄的金屬層，用于產(chǎn)生 犧牲層(18)。
14. 按照權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，通過電流沉積來 增厚所述濺射層。
15. 按照權(quán)利要求12至14之一所述的方法，其特征在于，以l^im- 1 n-一 W每牽A立A扭W & , 1 Q 、 工丄i/^Lui ^J/，/S^^乂工^^Lyfe 、丄J5 乂 。
16. 按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在使用結(jié)構(gòu) 化的掩膜(20)的情況下將粒子涂覆到襯底(10)的表面上。
17. 按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在撞擊擊時 吸收粒子動能的高彈性材料被用作掩膜(20)的材料。
18. 按照權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，在粒子撞擊時改 變形狀的軟材料被用作掩膜(20)的材料。
19. 按照權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，多孔的或者脆性 的材料被用作掩膜(20)的材料。
20. 按照權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，具有表面涂層的 預(yù)成型的金屬掩膜被用作掩膜(20)，其中所述表面涂層防止粒子粘 附在表面上。
21. 按照權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，具有由硅樹脂制 成的表面的結(jié)構(gòu)化的光薄膜被用作掩膜(20)。
22.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，具有至少一 個器件(15)的襯底(10)的表面配備有涂覆有電功能層(19)的絕 緣層(17)。
23. 按照權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，由有機的或者無 機的絕緣材料構(gòu)成絕緣層(17)，尤其是由塑料、由玻璃或者由陶覺構(gòu) 成絕緣層(17)。
24. 電子模塊，其具有涂覆有至少一個電子器件(15)、尤其是 半導(dǎo)體芯片的襯底(10)并且具有導(dǎo)電的功能層(19)，其特征在于， 按照以上權(quán)利要求之一來制造功能層(19)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在襯底(10)的表面上產(chǎn)生電功能層(19)的方法，在該襯底(10)上涂覆至少一個電子器件(15)、尤其是半導(dǎo)體芯片。如下來構(gòu)成電功能層(19)由導(dǎo)電材料制成的以粉末狀存在的粒子選擇性地被吹到襯底(10)的表面上，以致這些粒子在撞擊到襯底(10)上時構(gòu)成緊密的和牢固粘附的層。
文檔編號H01L21/60GK101501830SQ200780029833
公開日2009年8月5日 申請日期2007年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月10日
發(fā)明者J·-C·霍爾斯特, J·D·詹森, K·韋德納, R·溫克 申請人:西門子公司