DE102011013172A1 - Paste zum Verbinden von Bauteilen elektronischer Leistungsmodule, System und Verfahren zum Auftragen der Paste - Google Patents

Paste zum Verbinden von Bauteilen elektronischer Leistungsmodule, System und Verfahren zum Auftragen der Paste Download PDF

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Dr. Oppermann Hermann
Matthias Hutter
Christian Ehrhardt
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Paste, vorzugsweise zur Verbindung von Bauteilen elektronischer Leistungsmodule, wobei die Paste ein Lotpulver, ein Metallpulver und ein Bindemittel umfasst, wobei das Bindemittel Lotpulver und Metallpulver vor einem ersten Erhitzen bindet. Erfindungsgemäß ist das Bindemittel flussmittelfrei oder ein Flussmittel mit einer lediglich geringen Aktivierung auf. Auf diese Weise kann eine Fügeschicht zwischen einem ersten und zweiten Bauelement bereitgestellt werden, welche lediglich geringe Hohlraumeinschlüsse und eine gute mechanische und elektrische Stabilität aufweist.

Description

  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Paste, vorzugsweise zur Verbindung von Bauteilen elektronischer Module, welche ein Lotpulver, ein Metallpulver und ein Bindemittel umfasst, wobei das Lotpulver und das Metallpulver vor einem Erhitzen bindet, sowie die Verwendung einer Paste zur Verbindung von Leistungsmodulen und ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen elektrischer Module mit Hilfe einer Paste, wie vorhergehend beschrieben.
  • Bei Modulen der Leistungselektronik werden extrem gute thermische Übergänge zwischen Leistungshalbleiter und Substrat als auch zwischen Substrat und Basisplatte benötigt, um die Verlustwärme abzuführen und die Temperaturerhöhung gering zu halten. Im Betrieb des Leistungshalbleiters treten Belastungen sowohl infolge von Temperaturwechseln als auch durch permanente Schaltzyklen auf. Diese führen bei Lotverbindungen aber zum frühen Ausfall durch Ermüdung.
  • In der Hochtemperaturelektronik liegen die Umgebungsbedingungen oberhalb 160°C und je nach Applikation werden Temperaturen von 200 oder gar 300°C erreicht. Nur wenige konventionelle, bleifreie Weichlote lassen sich jedoch bis 160°C einsetzen. Darüber hinaus sind die Lote mechanisch nicht mehr belastbar, da die Kriechrate extrem ansteigt und bei Belastungswechseln eine hohe akkumulierte Kriechdehnung schnell erreicht wird, was ebenfalls zum Versagen durch Ermüdung führt.
  • Seit bleireiche Lote verboten worden sind, werden standardmäßig bleifreie Weichlote als Verbindung zwischen dem Halbleiter und dem Substrat als auch zur Basisplatte eingesetzt, welche aber nach kurzer bis mittlerer Belastung durch Ermüdung ausfallen. Eine Möglichkeit zur Lösung dieses Problems ist die Anpassung der Dimensionierung des Leistungshalbleiters, d. h., dass die Leistungsmodule nicht mit der maximal möglichen Leistung betrieben werden.
  • Weitere Möglichkeiten das Problem zu lösen sehen den Einsatz von gesintertem Silber vor, welches sich durch eine erhöhte Ermüdungsfestigkeit auszeichnet. Allerdings sind der Materialpreis des Silbers und die Prozessfähigkeit Nachteile bei der Umsetzung dieser Lösung. Ein weiterer, bereits länger bekannter Weg ist der Einsatz von goldreichen Loten (AuSn, AuGe, AuSi oder Auln), welche neben dem hohen Schmelzpunkt auch wesentlich härter sind als die Weichlote. Aufgrund des hohen Preises für Gold stellt dieser Weg jedoch eine große wirtschaftliche Belastung dar.
  • Eine weitere Variante ist das ”Transient Liquid Phase Bonding”, bei dem nach dem Aufschmelzen des Lots dieses mit hochschmelzenden Metallen weiter reagiert und sich in höherschmelzende, intermetallische Phasen umwandelt. Dies geschieht während des Lötens (auch isotherme oder ”chemische” Erstarrung genannt) oder auch durch nachträgliche Temperung nach der Erstarrung des Lots infolge von Diffusionsvorgängen. Beim Transient Liquid Phase Bonding gibt es zwei grundlegende Schemata:
    • a) Das hochschmelzende Metall wird durch die Füge-Partner, d. h. die Verbindungsstellen zwischen dem Substrat und dem Leistungshalbleiter oder dem Substrat und der Basisplatte, als Metallschicht bereitgestellt. Das Lot benetzt die Metallschicht, löst sie an und wandelt Teile davon in intermetallische Phasen um. Im Stand der Technik lassen sich so nur dünne intermetallische Schichten herstellen, da die Diffusionsvorgänge ansonsten zu sehr hohen Temperaturen und extrem langen Diffusionszeiten führen würden.
    • b) Das hochschmelzende Metall wird als Pulver dem Lotpulver zugemischt und beim Schmelzen des Lots wird das Metallpulver durch das Lot benetzt, angelöst und in intermetallische Phasen umgewandelt. Bei dieser Variante lassen sich dickere Verbindungsschichten gegenüber der Variante a) herstellen, d. h., dass sich auch ungleichmäßige Fügespalte zwischen den verschiedenen Modulen füllen lassen.
  • Obgleich die Variante b) einen Fortschritt darstellt, weist diese das Problem auf, dass das Lot das Metallpulver benetzt, wodurch jedoch unmittelbar intermetallische Phasen entstehen, die die Metallpulverkörner an den Kontaktstellen fixieren. Das schmelzflüssige Lot reicht jedoch nicht aus, die Lücken zwischen den Metallpulverkörpern zu füllen. Die Verbindung ist daher von vielen größeren Hohlräumen durchzogen, welche die mechanische und elektrische Belastbarkeit der Fügeschicht reduzieren.
  • Einige Anbieter setzen dem Lot bzw. Metallpulver Polymere, z. B. Epoxide bei, wobei die Polymere auch das Flussmittel enthalten. Die Polymere füllen die Hohlräume aus und verbessern als Klebstoff auch die Adhäsion zwischen den Fügepartnern. Nachteilig ist hierbei, dass sich der thermische Widerstand der Fügeschicht durch die Polymere wieder erhöht und die Polymere bei höheren Temperaturen nicht stabil sind.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, stabile Verbindungen zwischen Modulen der Leistungselektronik herzustellen, welche die vorgenannten Nachteile nicht aufweisen.
  • Die Aufgabe wird gelöst mittels einer Paste gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Verwendung der Paste gemäß Anspruch 10 sowie einem Verfahren gemäß Anspruch 11.
  • Erfindungsgemäß umfasst die Paste neben dem Lot und dem Metallpulver ein flussmittelfreies Bindemittel oder ein Bindemittel, welches ein Flussmittel mit einer lediglich geringen Aktivierung aufweist.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Paste nach der Vermischung mit einer Schablone oder einem Sieb auf ein Substrat oder eine Basisplatte oder ein anderes Bauteil eines elektrischen Leistungsmoduls gedruckt. Alternativ kann die Paste aufgestrichen oder -gesprüht werden. Das erste mit der Paste versehene Bauteil wird mit einem zweiten Bauteil verbunden, wobei das zweite Bauteil vorteilhafterweise auf das erste Bauteil aufgepresst wird, und zwar derart, dass die Kontaktstellen zwischen dem ersten und zweiten Bauteil den mit der Paste beaufschlagten Bereich umfassen. Anschließend wird in einem ersten Aufschmelzschritt das Lotpulver aufgeschmolzen. Hierzu kann das Bondgerät zum Verbinden des ersten und zweiten Bauteils ein heißes Werkzeug umfassen, welches unter Beaufschlagung eines Drucks das Lotpulver in der Paste aufschmilzt. Auf diese Weise können mehrere Bauelemente nacheinander auf einem Substrat vormontiert werden.
  • Das Lot benetzt während des ersten Aufschmelzens teilweise eine gegebenenfalls vorhandene Metallisierung des ersten bzw. zweiten Bauteils und fixiert das Metallpulver auf der Metallisierung. Der aufgebrachte Druck führt zu einer Vorverdichtung des Pulvergemischs und während des Aufschmelzens zu einer weiteren Kompaktierung. Dadurch, dass das Bindemittel kein Flussmittel aufweist bzw. ein Flussmittel mit einer geringen Aktivierung aufweist, kann zunächst verhindert werden, dass das flüssige Lot das Metallpulver benetzt und sich sofort feste Brücken aus intermetallischen Phasen zwischen den einzelnen Partikeln des Metallpulvers bilden. Auf diese Weise bleibt die Paste zunächst kompaktierfähig, da sich kein festes Gerüst ausbildet.
  • Die Paste und das Verfahren zum Verbinden von elektronischen Bauteilen mit Hilfe der Paste ermöglichen die Herstellung einer Fügeschicht zwischen dem ersten und zweiten Bauteil mit geringem thermischem Widerstand, hoher Temperaturwechselfestigkeit und hoher Temperaturbelastbarkeit. So wird eine wesentliche Verbesserung gegenüber bleifreien Weichloten erreicht. Die Verbindung zeichnet sich auch durch geringere Kosten aus, als die Verbindungen, welche mit goldhaltigen Loten oder mit gesintertem Silber hergestellt wurden. Aufgrund dessen, dass das Lotpulver beim Aufschmelzen die Partikel des Metallpulvers nicht sofort benetzt, kann eine Verbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Bauteil derart geschaffen werden, dass die in dem Fügespalt angeordnete und umschmolzene Paste im Wesentlichen ohne Hohlräume und Poren vorliegt, dass die Qualität der Verbindung zwischen den Bauteilen stark verbessert wird.
  • Weitere Ausführungsformen des Verfahrens oder der Paste werden in den ungeordneten Ansprüchen bzw. nachfolgend beschrieben.
  • In einer Ausführungsform der Paste weist das Lotpulver Zinn, Indium oder Gallium als Lotbasis auf. Alternativ kann das Lotpulver eine Mischung aus verschiedenen Lotbasen wie Zinn und Indium oder Zinn und Bismut beinhalten. Als auf Zinn basierende Lote bieten sich beispielsweise SnCu, SnIn, SnZn, SnSb, Sn100, SnAg, SnAgCu an. Auf Indium basierende Lote können beispielsweise AgIn, CuIn sein oder auf Gallium basierende Lote können beispielsweise CuGa, NiGa, AgGa. Bei manchen Lotsystemen, wie beispielsweise SnBi oder BiIn bildet nur ein Element des Lotpulvers eine intermetallische Phase, während das weitere Element keine solche Phasenbildung durchläuft, wodurch der Schmelzpunkt der Paste nur begrenzt angehoben wer den kann, wie beispielsweise im Falle des Bismuts mit einer Schmelztemperatur von 271°C.
  • Vorteile der auf Zinn, Indium oder Gallium basierenden Lote sind die gute Verfügbarkeit und die geringen Kosten, welche mit der Anschaffung des Lotpulvers verbunden sind.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Metallpulver Kupfer, Silber, Nickel, Palladium, Platin oder Gold alleine oder als Legierungspartner auf. Als geeignete Legierungen können beispielsweise CuSn, CuMn, CuAl, CuZn, NiFe, AgPd, CuAg eingesetzt werden. Von den hier genannten Metallen bzw. deren Legierungen sind insbesondere auf Kupfer basierende Metallpulver vorteilhaft, da hier sowohl die ökonomischen Faktoren als auch das Ausbildung der intermetallischen Phasen vorteilhaft ablaufen. So werden beispielsweise die intermetallischen Phasen in kurzer Zeitdauer durchlaufen.
  • Im Falle der Verwendung eines flussmittelfreien Bindemittels umfasst dieses in einer weiteren Ausführungsform mindestens einen Alkohol, ein Alkan oder ein Phenol. Wird als Bindemittel ein Alkohol verwendet, wie beispielsweise ein ein- oder mehrwertiger Alkohol, kann die Viskosität der Paste gut eingestellt werden. Hierbei ist die Viskosität derart gewählt, dass sich die Paste zum einen gut auftragen lässt, beispielsweise durch Drucken, Stempeln oder Dispensen und dass sich die Alkohole während des vorgenannten ersten Aufschmelzvorgangs möglichst restlos verflüchtigen. Die Wirkung von Reduktionsmitteln ist nur beschränkt erwünscht, gerade so viel, dass eine ausreichende Haftung des Lotguts zwischen dem ersten und zweiten Bauelement erfolgt und das hochschmelzende Metallpulver eingebunden bleibt. In diesem Stadium ist eine poröse Füllung im Fügespalt sogar erwünscht, um den Zutritt eines gasförmigen Reduktionsmittels zu ermöglichen. Alternativ oder in Kombination mit den Alkoholen als Bindemittel können auch höherwertige Alkane oder Phenole als Bindemittel eingesetzt werden.
  • Unter einem Bindemittel mit gering aktivierbarem Flussmittel wird vorzugsweise ein Bindemittel mit einem Flussmittel vom Typ L0 verstanden. Dieser Typ ist im Standard IPC J-STD-004 definiert. Flussmittel, welche eine stärkere Aktivierung als die Aktivierung des Typs L0 zeigen, kommen erfindungsgemäß nicht zur Anwendung bzw. treten nur in geringen Mengen oder Spuren auf.
  • Vorzugsweise beträgt der Gewichtsanteil des Flussmittels am Bindemittel weniger als 5 Gew.-%, besonders vorzugsweise weniger als 3 Gew.-%. Von diesem Anteil entfällt vorzugsweise weniger als 20% (d. h. weniger als 1 Gew.-% bzw. 0,6 Gew.-% des gesamten Bindemittels) auf Flussmittel eines anderen Typs als L0. Besonders vorzugsweise weist das Flussmittel lediglich Spuren eines anderen Typs als L0 auf, so dass insgesamt von einem gering aktivierbaren Flussmittel gesprochen werden kann.
  • Im Falle der Verwendung eines Bindemittels mit einem gering aktivierbaren Flussmittel, wird Kolophonium, insbesondere reines Kolophonium, bevorzugt. Obgleich das Bindemittel entgegen dem vorhergehend beschriebenen Fall ein Flussmittel aufweist, so kommt es im Falle eines gering aktivierbaren Mittels lediglich zu einer langsamen Auflösung eines Oxids, so dass eine Benetzung des Metallpulvers durch das Lot beim ersten Aufschmelzen verhindert wird.
  • Es ist bevorzugt, dass die Paste lediglich das Lotpulver, das Metallpulver und das Bindemittel, welches entweder flussmittelfrei ist oder lediglich ein Flussmittel mit einer geringen Aktivierung ist, besteht. Insbesondere bedeutet dies, dass die drei Grundkomponenten die Gewichtsprozente der Paste vor dem ersten Erhitzen zu 100% auffüllen.
  • In einer weiteren Ausführungsform haben das Lotpulver und das Metallpulver ein Gewichtsverhältnis zwischen 25 Gew.-%:75 Gew.-% und 80 Gew.-%:20 Gew.-%. Das Verhältnis zwischen Lotpulver und Metallpulver wird in der Regel so gewählt, dass es nahe an der Zusammensetzung der gewünschten intermetallischen Phase liegt. Allerdings ist ein Überschuss an Lot vorteilhaft, um eine bessere Füllung der Hohlräume zu erhalten. Ein Überschuss an hochschmelzendem Metallpulver hinterlässt Metalleinschlüsse in der Fügeschicht und reduziert den Anteil an verbleibenden Lotresten, die ansonsten wegen der zufälligen Pulververteilung lokal immer noch vorhanden sein können.
  • In einer weiteren Ausführungsform liegt der Anteil des Bindemittels im Verhältnis zur Summe des Lot- und Metallpulvers in einem Gewichtsverhältnis von 2 Gew.-%:98 Gew.-% bis zu 25 Gew.-%:75 Gew.-% vor. Hierdurch kann die Viskosität der Paste, und das Fließverhalten des aufgeschmolzenen Lots aktiv beeinflusst werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist das Verhältnis von Metallpulver, Lotpulver und Bindemittel derart gewählt, dass die entstehende Paste eine Schmelztemperatur von mehr als 200°C, vorzugsweise von mehr als 300°C besitzt, sodass die im Bereich der Hochleistungselektronik auftretenden Temperaturen nicht zu einem Entnetzen des Lotes führen.
  • Bevorzugt wird die Paste zum Verbinden verschiedener Bauteile im Bereich der Leistungselektronik verwendet. Hierbei kann die Paste zur Verbindung eines Leistungshalbleiter und eines Substrats oder eines Substrats und einer Basisplatte verwendet werden.
  • Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn das Substrat, der Halbleiter oder die Basisplatte eine mit dem Metallpulver der Paste korrespondierende Metallisierung aufweisen. Auf diese Weise wird beim ersten Aufschmelzen eine Benetzung der Metallisierung durch das Lot erreicht, so dass das Metallpulver der Paste fixiert wird. Dadurch, dass jedoch das Bindemittel kein Flussmittel oder nur ein gering aktivierbares Flussmittel aufweist, wird jedoch verhindert, dass das flüssige Lot die Partikel des Metallpulvers benetzt und sich sofort feste Brücken aus intermetallischen Phasen bilden. Auf diese Weise bleibt die Paste kompaktierfähig.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens wird nach dem ersten Erhitzen des ersten und zweiten Bauteils, wobei das Lotpulver in der Paste aufgeschmolzen wird und eine Fixierung des Metallpulvers stattfindet, anschließend in einem zweiten Schritt das erste mit dem zweiten bereits verbundene Bauteil in einem Ofen, gegebenenfalls unter aktiver Atmosphäre, z. B. aus Ameisensäure, erwärmt und erneut umgeschmolzen. Hierdurch werden das Metallpulver und die Lotoberfläche reduziert, wobei anschließend eine weitgehend vollständige Benetzung des Metallpulvers durch das Lot stattfindet und eine Umwandlung in intermetallische Phasen erfolgt. Der Grad der Transformation hängt von der Metallpulvergröße, der Löttemperatur, der Lötzeit und dem Metallpulveranteil ab. Eine nicht vollständige Umwandlung kann auch durch eine anschließende thermische Auslagerung weitergeführt und vollendet werden.
  • Als Partikelgröße für das Metallpulver wird vorzugsweise eine mittlere Partikelgröße zwischen 1 μm, vorzugsweise 3 μm und 50 μm, vorzugsweise 30 μm gewählt.
  • Während bei der ersten Erwärmung des ersten und zweiten Bauteils es zu einer Anheftung der Bauteile untereinander kommt, wird im Falle eines zweiten Aufschmelzens zwischen dem ersten und zweiten Aufschmelzen eine Reduktion von meist vorhandenen Oxidschichten vorgenommen. Als Reduktionsmittel bieten sich gasförmige Reduktionsmittel an, da diese tief in den porösen Fügespalt eindringen können, um dort die Oxidschichten zu reduzieren. Als typische reduzierende Reaktionsgase sind beispielsweise Wasserstoff, Kohlenmonoxid oder gasförmige organische Säuren, wie die Ameisensäure oder Essigsäure, geeignet. Die Einwirkzeit bis die Oxidschichten reduziert sind, hängt vom Reduktionsgas, der Temperatur, dem Oxid- und der Größe der Poren in der Fügeschicht ab. Vorteilhafterweise reicht die Einwirkzeit von wenigen Minuten bis zu mehreren Stunden, wobei zu berücksichtigen ist, dass Metalloxide recht unterschiedliches Reduktionsvermögen aufweisen: während Kupfer- und Silberoxide leicht reduzierbar sind, gestaltet die Reduktion von Nickel weitaus schwieriger.
  • Beim zweiten Aufschmelzen des Lots werden die hochschmelzenden Metallpulver und die jeweiligen Anschlussflächen des ersten und zweiten Bauteils benetzt und die Hohlräume weitestgehend mit dem flüssigen Lot gefüllt. Die Reaktion des Lots mit dem hochschmelzenden Metallpulver führt beim erneuten Aufschmelzen zur Bildung der intermetallischen Phase und einem Verzehr des Lots. Ist das Lot weitgehend umgewandelt, wird der Wiederaufschmelzpunkt zu hohen Temperaturen verschoben, wobei geringe Restmengen des Lotpulvers lediglich zu lokalem Schmelzen führt, was wegen des ausgebildeten Gerüsts an intermetallischer Phase zur Verbindung des ersten und zweiten Bauteils, allerdings die mechanischen und elektrischen Eigenschaften nicht abrupt beeinträchtigt.
  • Nachfolgend soll anhand einiger konkreter Beispiele die Erfindung näher erläutert werden.
  • Beispiel 1
  • Eine Variante der erfindungsgemäßen Paste besteht aus einem Lotpulver, einem Metallpulver und einem Gemisch verschiedener Alkohole. Das Lotpulver ist SnAg4Cu0,5. Das Metallpulver ist Cu und liegt in Form von kleinen Kügelchen eines Durchmessers von etwa 10 μm vor. Als Bindemittel wird das Gemisch verschiedener Alkohole verwendet, wobei im vorliegenden Fall Buthanol und Terpineol im Verhältnis von 1:2 miteinander vermischt sind. Das Bindemittel weist keine Flussmittel oder deren Feststoffbestandteile auf. Weitere Bestandteile weist die Paste nicht auf.
  • Nachdem Vermischen liegen Lot und Metallpulver im Gewichtsverhältnis von 60:40 vor. D. h. aus der Kombination Lot und Metallpulver sind 60 Gew.-% das zinnbasierte Lot und 40 Gew.-% das Kupfer.
  • Die Paste des Beispiels 1 wird nun auf ein Substrat auf keramischer Basis und einer Metallisierung aus Kupfer aufgedruckt, und ein IGBT-Chip mit einer ganzflächigen Metallisierung aus Kupfer wird mit einem heißen Werkzeug des Bondgeräts auf das Substrat gesetzt und unter Beaufschlagung eines Drucks aufgepresst. Die Wärme und der Druck führen zu einem Aufschmelzen des zinnbasierten Lotpulvers. Das Lot benetzt dabei teilweise die Metallisierungen des Substrats und des IGBT-Chips, wodurch das Kupferpulver fixiert wird. Da das Bindemittel kein Flussmittel aufweist wird verhindert, dass das flüssige zinnbasierte Lot die Kupferkugeln benetzt und sofort feste Brücken aus intermetallischen Phasen vorliegen. Im Falle von verschiedenen Stapeln an Bauelementen wie beispielsweise Grundplatte, Substrat und Leistungsmodul, können die einzelnen Bauelemente nacheinander vormontiert werden. Nach dem ersten Aufschmelzen wird das keramikbasierte Substrat mit dem vormontierten IGBT-Chip in einem Ofen unter aktivier Atmosphäre erwärmt und erneut umgeschmolzen. Hierdurch werden das Kupfer und das zinnbasierte Lot reduziert, wobei anschließend eine weitgehend vollständige Benetzung der Kupferkugeln durch das zinnbasierte Lot und eine Umwandlung in kupferzinnbasierte intermetallische Phasen stattfindet. Beim zweiten Aufschmelzen füllen sich die Hohlräume zwischen den Kupferkugeln weitgehend mit Lot. Hierdurch und durch die Bildung der intermetallischen Phasen wird eine Fügeschicht zwischen dem Substrat und dem IGBT-Chip hergestellt, welche lediglich lokale Hohlräume aufweisen. Die mechanischen und elektrischen Eigenschaften werden jedoch nicht stark beeinträchtigt.
  • Beispiel 2
  • In der Zusammensetzung entspricht die Paste dem Beispiel 1, außer dass das Metallpulver aus Silberkügelchen (Ag-Partikel) besteht (oder alternativ einer Mischung aus Cu- und Ag-Partikeln) und dem Bindemittel ein Anteil von 3 Gew.-% Kolophonium beigesetzt wird.
  • Weitere Variationen der Beispiele 1 und 2 ergeben sich durch eine Veränderung der Prozentanteile von Lot- und Metallpulver wie im allgemeinen Teil der Anmeldung beschrieben.
  • Die Paste bzw. das Verfahren zum Anwenden der Paste ist insbesondere zum Aufbau von elektronischen Modulen, insbesondere der Leistungselektronik, für die Montage der Halbleitern oder Leistungshalbleitern auf DCB-Substraten und der DCB-Substrate auf die Basisplatten geeignet. Derartige Modulen finden Eingang in Automobilen für die Elektromobilität, in Anlagen zur Energieübertragung und zum Schalten hoher Leistungen. Derartige Bauteile können in Modulen für die Hochtemperaturelektronik und Sensorik eingesetzt werden. In einer weiteren Anwendung können die Module für die Beleuchtungstechnik, wie beispielsweise bei LED-Modulen oder ein Zündelektronik eingesetzt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Standard IPC J-STD-004 [0020]

Claims (13)

  1. Paste, vorzugsweise zur Verbindung von Bauteilen elektronischer Leistungsmodule, umfassend ein Lotpulver und ein Metallpulver, wobei ein Bindemittel das Lotpulver und das Metallpulver vor einem Erhitzen bindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel flussmittelfrei ist oder ein Flussmittel mit einer geringen Aktivierung aufweist.
  2. Paste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lotpulver Zinn, Indium oder Gallium als Lotbasis aufweist oder eine Mischung von Zinn, Indium oder Bismut beinhaltet.
  3. Paste nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver Kupfer, Silber, Nickel, Palladium, Platin oder Gold aufweist.
  4. Paste nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flussmittelfreie Bindemittel mindestens einen Alkohol, ein Alkan oder ein Phenol aufweist.
  5. Paste nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Bindemittel mit einem gering aktivierbaren Flussmittel Kolophonium aufweist und vorzugsweise reines Kolophonium ist.
  6. Paste nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lotpulver und das Metallpulver in einem Gewichtsverhältnis von 25 Gew.-%:75 Gew.-% bis zu 80 Gew.-%:20 Gew.-% zueinander vorliegen.
  7. Paste nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel und die Summe des Lot- und Metallpulvers in einem Gewichtsverhältnis von 2 Gew.-%:98 Gew.-% bis zu 25 Gew.-%:75 Gew.-% zueinander vorliegen.
  8. Paste nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittlere Partikelgröße des Metallpulvers zwischen 1 μm, vorzugsweise 3 μm und 50 μm, vorzugsweise 30 μm beträgt.
  9. Paste nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Schmelztemperatur von mehr als 200°C, vorzugsweise von mehr als 300°C besitzt.
  10. Verwendung einer Paste nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Verbindung eines Leistungshalbleiter und eines Substrats oder eines Substrats und einer Basisplatte.
  11. Verfahren zum Verbinden von Bauteilen elektrischer Leistungsmodule mittels einer Paste nach einem der Ansprüche 1–9, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Aufbringen der Paste auf einen Bereich eines ersten Bauteils; b) Aufpressen eines zweiten Bauteils auf den mit Paste beaufschlagten Bereich und Aufschmelzen des Lotpulvers.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Bauteil vorzugsweise unter aktiver Atmosphäre erwärmt werden, wobei die Bestandteile der Paste umgeschmolzen werden und sich das Bindemittel verflüchtigt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Reduktion der Oberflächen des Lotes dieses erneut aufgeschmolzen wird.
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