半導體模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導體模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]在電子模塊中，電子器件通常通過燒結(jié)連接層與電路載體連接。如果在對此所需的連接過程期間出現(xiàn)表面的污染，隨后其他的接合過程應該在該表面上進行，那么這能夠損害在這種其他的接合過程中制造的連接的質(zhì)量。例如，有關(guān)堅固性的接合連接和/或其持久穩(wěn)定性能夠降低。污染物例如能夠為制造燒結(jié)連接層所需要的膏和/或制造燒結(jié)連接層所需要的輔助劑的殘余物、組成部分或反應產(chǎn)物，和/或為出自在連接過程期間存在的氛圍環(huán)境的殘余物、組成部分或反應產(chǎn)物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的任務在于，提供一種用于制造電子模塊的方法，其中在組件和第二接合配對件之間能夠建立高質(zhì)量的接合連接，對于所述組件的制造，將第一接合配對件通過燒結(jié)法借助于電路載體連接。
[0004]所述任務通過根據(jù)專利權(quán)利要求1所述的半導體模塊來解決。本發(fā)明的設(shè)計方案和改進方案是從屬權(quán)利要求的主題。
[0005]為了制造電子模塊，提供組件，所述組件具有:電路載體，所述電路載體具有金屬的第一表面區(qū)段；第一接合配對件，所述第一接合配對件借助于第一連接層與金屬的第一表面區(qū)段以材料決定的方式連接。此外，組件具有金屬的第二表面區(qū)段。此外，提供第二接合配對件。在熱處理中，將金屬的第二表面區(qū)段不中斷地保持在下述溫度上，所述溫度高于至少為300°C的熱處理最低溫度。通過將第二接合配對件在對第二表面區(qū)段的熱處理結(jié)束之后以材料決定的方式與組件連接，在第二接合配對件和組件之間建立牢固的連接。
【附圖說明】
[0006]下面，根據(jù)實施例參考附圖闡述本發(fā)明。其中:
圖1示出用于制造組件的方法的中間步驟，其中將電路載體以材料決定的方式與第一接合配對件連接。
[0007]圖2示出完成的組件。
[0008]圖3示出在熱處理期間的組件。
[0009]圖4示出在熱處理之后的可選地抽吸圍繞組件的氛圍期間的組件。
[0010]圖5A示出一種電子模塊，對于其制造，將第二接合配對件與根據(jù)圖2的組件在組件熱處理之后直接地并且材料決定地連接。
[0011]圖5B示出一種電子模塊，對于其制造，將第二接合配對件與根據(jù)圖2的組件在組件熱處理之后借助于連接層以材料決定的方式連接。
[0012]圖6示出熱處理期間的組件，其中金屬的第二表面區(qū)段設(shè)有抗氧化層。
[0013]圖7示出一種電子模塊，對于其制造，將第二接合配對件與根據(jù)圖6的組件在組件熱處理之后直接地并且材料決定地連接。
[0014]只要沒有另作說明，在圖中相同的附圖標記表示相同的或起相同作用的元件。
【具體實施方式】
[0015]圖1示出電路載體3以及要與電路載體3連接的第一接合配對件I。第一接合配對件I能夠為任意部件，例如為電子器件(例如，MOSFET、IGBT、晶閘管、JFET、二極管等)，但是也能夠為任意的其他有源或無源器件或者任意的電子組件或?qū)щ姷?例如金屬的)連接元件。
[0016]電路載體3具有介電的絕緣載體30，例如陶瓷，所述絕緣載體具有上側(cè)301，在所述上側(cè)上施加有上部的金屬化層31。上部的金屬化層31能夠如示出的那樣結(jié)構(gòu)化或者替代地不結(jié)構(gòu)化?？蛇x地，絕緣載體30的與上側(cè)301相反的下側(cè)302也能夠設(shè)有下部的金屬化層32。所述下部的金屬化層能夠與上部的金屬化層31的設(shè)計方案無關(guān)地結(jié)構(gòu)化或不結(jié)構(gòu)化。只要存在下部的金屬化層32，所述下部的金屬化層就能夠可選地相對于上部的金屬化層31是電絕緣的。
[0017]原則上，電路載體3的設(shè)計方案是任意的。尤其是，電路載體不一定必須具有絕緣載體30。然而，無論如何，所述電路載體具有金屬的第一表面區(qū)段311，在所述第一表面區(qū)段上，第一接合配對件I借助于第一連接層41以材料決定的方式與電路載體3連接，這作為結(jié)果在圖2中示出。對此，第一接合配對件I例如具有下部的金屬化層12。第一連接層41例如能夠為燒結(jié)層或焊料層。
[0018]如果第一連接層41是燒結(jié)層，那么所述第一連接層借助于在圖1中示出的膏41’產(chǎn)生，所述膏包含金屬粉末411’和溶劑412’。所述膏41’被布置在金屬的第一表面區(qū)段311和第一接合配對件I的下部的金屬化層12之間，使得所述膏連續(xù)地在第一接合配對件I的下部的金屬化層12和金屬的第一表面區(qū)段311之間延伸。對此，首先能夠?qū)⒏?1’涂覆到金屬的第一表面區(qū)段311和/或第一接合配對件I的下部的金屬化層12區(qū)段上。在涂覆之后，能夠?qū)⒌谝唤雍吓鋵蘒和電路載體3連接到一起。
[0019]在膏41’連續(xù)地在金屬的第一表面區(qū)段311和第一接合配對件I的下部的金屬化層12之間延伸的狀態(tài)下，將膏41’燒結(jié)成固定的第一連接層41，所述第一連接層將第一接合配對件I和電路載體3以材料決定的方式彼此連接。作為結(jié)果，因此存在組件99，如其示例性地在圖2中示出的那樣。
[0020]可選地，能夠?qū)⒏?1’在涂覆之后并且在燒結(jié)之前仍至少部分地干燥，使得溶劑412’的一大部分揮發(fā)掉并且留下干燥的層，所述干燥的層主要由金屬粉末411’構(gòu)成。
[0021]組件99具有一個或多個金屬的第二表面區(qū)段，在所述第二表面區(qū)段上，所述組件能夠材料決定地與第二接合配對件連接。例如，這種第二表面區(qū)段能夠為第一接合配對件I的上部的金屬化層11的表面區(qū)段111，和/或為電路載體3的金屬化部的表面區(qū)段，例如電路載體3的上部的金屬化層31的表面區(qū)段312。
[0022]如在圖2中示意地示出，一個或多個金屬的第二表面區(qū)段111、312能夠由污染物5污染。為了將所述污染物5至少部分地并且在理想情況下完全地從金屬的第二表面區(qū)段111、312中的一個或多個上移除，至少使相關(guān)的金屬的第二表面區(qū)段111、312經(jīng)受熱處理，在該熱處理中將所述第二表面區(qū)段不中斷地保持在下述溫度上，所述溫度高于至少為300°C的熱處理最低溫度。熱處理的持續(xù)時間原則上能夠任意地選擇。所述持續(xù)時間例如能夠為至少一秒。
[0023]可選地，不僅一個或多個金屬的第二表面區(qū)段111、312可以經(jīng)受熱處理，而且整個組件99也可以經(jīng)受熱處理。這表示，在熱處理期間，將組件99的每個部位不中斷地保持在高于熱處理最低溫度的溫度上。
[0024]同樣地，熱處理最低溫度能夠不僅僅為至少300°C、而是甚至為至少350°C或甚至至少為355°C。
[0025]為了將金屬的第二表面區(qū)段111、312或甚至將整個組件99出于熱處理的目的加熱，原則上能夠使用任意的加熱法。在圖3中示出的可能性例如在于，將組件99的金屬的組成部件、例如形成一個或多個金屬的第二表面區(qū)段111、312 (只要存在)的金屬化部11、31借助于感應器6加熱。在用于加熱的替代的方法中，例如能夠使用加熱板、熱空氣、熱風鼓風機、紅外線熱輻射、激光輻射或等離子射束。
[0026]在全部的變型形式中可以進行加熱，使得在熱處理期間，組件99的金屬的組成部分不熔化。
[0027]與加熱的方法無關(guān)地，熱處理引起，污染物5至少部分地蒸發(fā)并且揮發(fā)到包圍組件99的氛圍中。
[0028]可選地，熱處理能夠在同樣在圖3中示出的腔200中執(zhí)行，污染物5通過熱處理揮發(fā)到其氛圍中。
[0029]如此外在圖4中示出，能夠通過對腔200抽真空而將腔200的以所述方式積聚有污染物5的氛圍在熱處理之后可選地至少部分地從腔200中抽出，以便將位于腔氛圍中的污染物5—一在理想情況下完全地一一從腔200中移除，這在圖4中借助多個箭頭示出。對此，腔200具有抽吸開口 201。抽吸例如能夠借助于真空栗進行，所述真空栗連接到抽吸開口上。
[0030]根據(jù)另一個選擇，能夠在阻礙第二表面區(qū)段111、312的氧化的保護氣體氛圍中執(zhí)行熱處理。原則上，能夠使用任意的保護氣體或者保護氣體混合物。成本適當?shù)谋Ｗo氣體例如是氮氣。
[0031]同樣地，可選可行的是，在還原性的氛圍中執(zhí)行熱處理。由此能夠去除在一個或多個金屬的第二表面111、312上可能存在的金屬氧化物。這種還原性的氛圍的適當?shù)奈镔|(zhì)例如是甲酸和/或氫氣和/或混合氣體。
[0032]與是否在腔200中執(zhí)行熱處理無關(guān)地，與是否使用保護氣體氛圍無關(guān)地，與是否使用還原性的氛圍無關(guān)地，并且與是否進行抽吸無關(guān)地，將經(jīng)過熱處理的組件99在至少一個(通過熱處理清潔的)金屬的第二表面區(qū)段111、312上以材料決定的方式與第二接合配對件連接。
[0033]第二接合配對件原則上能夠為任意的部件，例如有源的或無源的電子器件，或者為電連接線路，例如為接合線，或者為平坦的或彎曲的連接片。
[0034]隨后，參考圖5A示例性地闡述被構(gòu)造為接合線的第二接合配對件2與(通過熱處理清潔的)金屬的第二表面區(qū)段111、312的連接。在此，接合線通過線接合技術(shù)、例如通過超聲波接合以本身已知的方式直接與金屬的第二表面區(qū)段111、312連接。在本文中不僅將(在線接合之前)具有圓形的橫截面的線，而且將這些(在線接合之前)不具有圓形的橫截面的線視作為接合線。
[0035]在圖5A中示出的左邊的接合線2在第一接合部位上通過線接合、例如通過超聲波接合來接合到金屬的第二表面區(qū)段111上。相應地，在圖5A中示出的右邊的接合線2在第一接合部位上通過線接合、例如通過超聲波接合來接合到金屬的第二表面區(qū)段312上。左邊的和右邊的接合線2還能夠在一個或多個其他的接合部位上被接合到其他的元件上，所述其他的元件不是組件99的固定的組成部分。在圖5A中示出的中間的接合線2在第一接合部位上通過線接合、例如通過超聲波接合來接合到金屬的第二表面區(qū)段111上，并且在第二接合部位上，同樣通過線接合、例如通過超聲波接合來接合到金屬的第二表面區(qū)段312上。
[0036]根據(jù)圖5A的圖示在此范圍中僅是示意的，不一定必須存在三個接合線2。只要在本發(fā)明中第二接合配對件2被構(gòu)造為接合線，那么所述第二接合配對件在至少一個接合部位上直接地接合到