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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Die Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil der
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2013-0167817 , eingereicht am 30. Dezember 2013 beim Koreanischen Amt für Geistiges Eigentum, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme mit aufgenommen wird.
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TECHNISCHER BEREICH
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Silberpaste. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verbinden von Silberpaste für das Verbinden von Halbleitervorrichtungen bereit.
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HINTERGRUND
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Gemäß dem aktuellen Trend zur Steigerung der Größe und Leistungsfähigkeit von Anwendungsgeräten ist die Nachfrage nach Halbleitervorrichtungen für elektrische Energie mit hoher Durchbruchspannung, hoher Stromstärke und einer Hochgeschwindigkeits-Schalteigenschaft gestiegen. Unter den Halbleitervorrichtungen kann eine Siliziumcarbid-(SiC-)Halbleitervorrichtung vorteilhaft sein. Beispielsweise kann, da die Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung einen größeren Bandabstand als die herkömmliche Silizium-(Si-)Halbleitervorrichtung hat, eine Halbleitereigenschaft bei erhöhten Temperaturen stabiler implementiert werden.
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Zusätzlich muss jedoch möglicherweise ein Packaging-Material selbst bei erhöhten Temperaturen stabil angebracht werden, um eine Wirkungsweise bei vergleichsweise hohen Temperaturen zu erzielen. Insbesondere kann, da herkömmliches Lötmaterial, das zum Verbinden der Halbleitervorrichtungen verwendet wird, eine Schmelztemperatur von weniger als ungefähr 230°C aufweist, das Lötmaterial nicht bei einer Sperrschichttemperatur von ungefähr 250°C oder höher verwendet werden, bei der die Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung aufgebracht und betrieben werden kann.
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Unlängst wurde ein Hochtemperatur-Lötmaterial, umfassend Gold (Au) und dergleichen, als Alternative vorgeschlagen, um das herkömmliche Lötmaterial zu ersetzen, es wurde jedoch festgestellt, dass das Hochtemperatur-Lötmaterial teurer ist und eine reduzierte Eigenschaft, wie die Verbindungsfestigkeit, aufweist.
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Die obige Information, die in diesem Hintergrundabschnitt offenbart ist, dient nur dem besseren Verständnis des Hintergrundes der Erfindung und kann daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der dem Fachmann hierzulande bereits bekannt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Verbinden von Silberpaste ohne Verwendung einer Glasfritte bereit.
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In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Verbinden von Silberpaste umfassen: Herstellen einer Silberpaste, umfassend eine Mehrzahl von Silberpulvern und eine Mehrzahl von Bleipulvern; Erhitzen der Silberpaste; und Verbinden der Silberpulver. Das Erhitzen der Silberpaste kann durchgeführt werden, bis eine Erhitzungstemperatur höher als oder gleich ungefähr 200°C ist. Insbesondere kann das Erhitzen der Silberpaste durchgeführt werden, bis eine Erhitzungstemperatur auf ungefähr 400°C erhöht ist.
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In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Erhitzen der Silberpaste umfassen: Umwandeln des Bleipulvers in Blei in Flüssigphase. Das Verbinden der Silberpulver miteinander kann umfassen: In-Kontakt-Bringen des Bleis in Flüssigphase, das die Oberfläche jedes Silberpulvers umgibt, mit dem angrenzenden Blei in Flüssigphase; Diffundieren des Bleis in Flüssigphase in das Silberpulver; und Diffundieren des Silberpulvers in das Blei in Flüssigphase, um einen Verbindungsbereich zu bilden, der die Silberpulver miteinander verbindet. Beim Verbinden der Silberpulver kann das Blei in Flüssigphase in das zu entfernende Silberpulver diffundieren.
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In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Gehalt an Bleipulver in einem Bereich von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 10 Gew.-%, von ungefähr 1 Gew.-% bis ungefähr 9 Gew.-%, von ungefähr 2 Gew.-% bis ungefähr 8 Gew.-%, von ungefähr 3 Gew.-% bis ungefähr 6 Gew.-% oder insbesondere von ungefähr 4 Gew.-% bis ungefähr 5 Gew.-% basierend auf dem Gesamtgewicht der Silberpaste liegen.
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Gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Erhitzen der Silberpaste, die Silberpulver und Bleipulver umfasst, bei der Schmelztemperatur von Blei oder höher durchgeführt werden, um die Silberpulver zu verbinden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung offensichtlicher werden. 1 bis 6 stellen sequenziell ein beispielhaftes Verfahren zum Verbinden von Silberpaste gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
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1 stellt einen beispielhaften Zustand der Silberpaste dar, die gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Silberpulver 100 und Bleipulver 200 umfasst;
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2 stellt einen beispielhaften Zustand der Silberpaste dar, in dem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Silberpaste erhitzt wird und Bleipulver 210 in eine flüssige Phase schmelzen, während Silberpulver 100 im aktiven Zustand bleiben;
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3 stellt einen beispielhaften Zustand der Silberpaste dar, in dem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Blei in Flüssigphase 210 jedes einzelne Silberpulver 200 umgibt;
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4 stellt einen beispielhaften Zustand der Silberpaste dar, in dem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Blei in Flüssigphase 210, das das Silberpulver umgibt, mit angrenzendem Blei in Flüssigphase 210, das weiteres Silberpulver umgibt, in Berührung kommt;
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5 stellt einen beispielhaften Zustand der Silberpaste dar, in dem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verbindungsbereich 110 zwischen Silberpulvern 100 gebildet wird, der mit dem Blei in Flüssigphase 210 umgeben ist; und
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6 stellt einen beispielhaften Zustand der Silberpaste dar, in dem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Silberpulver 100 über den Verbindungsbereich verbunden werden, während das Blei in Flüssigphase in das Silberpulver diffundiert.
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Die in den 1–6 aufgeführten Bezugszeichen beziehen sich auf die folgenden Elemente, wie weiter unten diskutiert:
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Silberpulver
- 110
- Verbindungsbereich
- 200
- Bleipulver
- 210
- Blei in Flüssigphase
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck des Beschreibens von speziellen Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht begrenzen. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen ”ein, eine” und ”der, die, das” ebenso die Pluralformen umfassen, wenn es der Zusammenhang nicht deutlich anders aufzeigt. Es ist ferner offensichtlich, dass die Ausdrücke ”umfasst” und/oder ”umfassend”, wenn sie in dieser Patentschrift verwendet werden, das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bestandteile spezifizieren, jedoch nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder deren Gruppen ausschließen. Der Ausdruck ”und/oder”, wie er hierin verwendet wird, beinhaltet sämtliche Kombinationen eines oder mehrerer der zugehörigen aufgeführten Begriffe.
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Wenn nicht spezifisch aufgeführt oder aus dem Kontext offensichtlich, ist der Ausdruck ”ungefähr”, wie er hierin benutzt wird, als innerhalb eines Bereiches normaler Toleranz im Stand der Technik zu verstehen, beispielsweise innerhalb von 2 Standardabweichungen des Mittels. ”Ungefähr” kann als innerhalb 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des aufgeführten Wertes verstanden werden. Wenn nicht anderweitig aus dem Kontext ersichtlich, sind alle numerischen Werte, die hierin bereitgestellt werden, durch den Ausdruck ”ungefähr” modifiziert.
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Hier nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Wie Fachleute erkennen würden, können die beschriebenen Ausführungsformen auf verschiedene Art und Weise modifiziert werden, ohne von dem Geist oder Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Im Gegenteil sind die hier vorgestellten beispielhaften Ausführungsformen bereitgestellt, um den offenbarten Inhalt genau und vollständig darzustellen und Fachleuten den Geist der vorliegenden Erfindung ausreichend zu vermitteln.
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In den Zeichnungen werden die Dicke der Schichten, Filme, Panels, Bereiche etc. der Klarheit wegen übertrieben dargestellt. Es wird offensichtlich sein, dass eine Schicht, wenn auf sie als ”auf” einer anderen Schicht oder einem anderen Substrat liegend Bezug genommen wird, direkt auf der anderen Schicht oder dem anderen Substrat liegen kann, oder sie kann auch dazwischen liegen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen über die gesamte Spezifikation hinweg gleiche Elemente.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können Siliziumcarbid-(SiC-)Halbleitervorrichtungen mittels Silberpaste, die Silberpulver 100 und Bleipulver 200 umfasst, verbunden werden. Wenn die Halbleitervorrichtungen verbunden sind, kann Silberpaste auf der Halbleitervorrichtung eines Verbindungs-Targets gebildet werden, und die Halbleitervorrichtungen können durch das Verbinden von Silberpaste und Silberpaste verbunden werden. Mit anderen Worten, wenn Silberpaste und Silberpaste verbunden sind, können die Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtungen verbunden werden.
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Hier nachfolgend wird ein Verfahren zum Verbinden von Silberpaste in verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen beschrieben werden.
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1 bis 6 stellen sequenziell das beispielhafte Verfahren zum Verbinden von Silberpaste gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. In 1 kann eine Silberpaste, die eine Mehrzahl an Silberpulvern 100 und eine Mehrzahl an Bleipulvern 200 umfasst, hergestellt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Silberpulver oder ein Bleipulver in der Form eines Partikels sein. Insbesondere kann der Gehalt an Bleipulver 200, der in dem Silberpulver enthalten ist, ohne Beschränkung in einem Bereich von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 10 Gew.-%, von ungefähr 1 Gew.-% bis ungefähr 9 Gew.-%, von ungefähr 2 Gew.-% bis ungefähr 8 Gew.-%, von ungefähr 3 Gew.-% bis ungefähr 6 Gew.-% oder insbesondere von ungefähr 4 Gew.-% bis ungefähr 5 Gew.-% basierend auf dem Gesamtgewicht der Silberpaste liegen. Jedoch kann der Gehalt an Bleipulver nicht darauf beschränkt sein. Ferner kann ein Durchmesser des Silberpulvers 100 oder des Bleipulvers 200 in einem Bereich von ungefähr 1 μm bis ungefähr 10 μm liegen.
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In 2 kann die Silberpaste, die Silberpulver 100 und Bleipulver 210 umfasst, erhitzt werden. Das Erhitzen kann durchgeführt werden, bis eine Erhitzungstemperatur mehr als oder gleich ungefähr 200°C beträgt. Insbesondere kann die Erhitzungstemperatur auf ungefähr 400°C erhöht werden. Wenn die Erhitzungstemperatur eine Schmelztemperatur von Blei erreicht, die ungefähr 327°C betragen kann, schmilzt das Bleipulver 200 in 1 und wird in ein Blei in Flüssigphase 210 umgewandelt. Da eine Schmelztemperatur von Silber ungefähr 962°C beträgt, kann der Pulverzustand des Silberpulvers 100 bei der Temperatur von ungefähr 400°C aufrechterhalten werden. In diesem Zustand kann eine chemische Reaktion zwischen dem Blei in Flüssigphase 210 und dem Silberpulver 100 im Pulverzustand nicht auftreten.
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In den 3 und 4 kann das Blei in Flüssigphase 210 in einem Benetzungszustand auf einer Oberfläche jedes Silberpulvers 100 sein und die Oberfläche jedes einzelnen Silberpulvers 100 umgeben. Der Begriff ”Benetzungszustand”, wie er hierin verwendet wird, kann sich auf einen Zustand beziehen, in welchem ein Gas, das mit einer festen Oberfläche in Berührung kommt, durch eine flüssige Phase abgeführt werden kann, und somit kann ein Feststoff-Gas-Interface in ein Feststoff-Flüssigkeit-Interface umgewandelt werden.
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Folglich kann sich, wie in 4 gezeigt, das Blei in Flüssigphase 210, das die Oberfläche des Silberpulvers 100 umgibt, einander annähern und in direktem Kontakt mit dem angrenzenden Blei in Flüssigphase 210 sein, das weiteres Silberpulver umgibt, und somit können die Bleie in Flüssigphase 210, die das Silberpulver 100 umgeben, in direktem Kontakt miteinander stehen.
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In 5 kann das Blei in Flüssigphase 210, das das Silberpulver 100 umgibt, allmählich in das Silberpulver 100 diffundieren, und zwar durch Kontakt zwischen dem Blei in Flüssigphase 210 und dem Blei in Flüssigphase 210, wodurch eine Menge oder eine Dicke des Bleis in Flüssigphase 210, das das Silberpulver 100 umgibt, reduziert wird. Ferner kann das Silberpulver 100 in die Bleie in Flüssigphase 210, die in Kontakt miteinander stehen, diffundieren, wodurch ein Verbindungsbereich 110 gebildet wird, der die Silberpulver 100 verbinden kann.
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In 6 kann das Blei in Flüssigphase 210, das das Silberpulver 100 umgibt, vollständig in das Silberpulver 100 diffundieren und somit entfernt werden. Dementsprechend können die Silberpulver 100 in der Silberpaste zumindest mit einem oder mehreren weiteren Silberpulvern über den Verbindungsbereich 110 verbunden werden. Dementsprechend kann die Silberpaste verbunden werden, und die Halbleitervorrichtungen, auf denen Silberpaste gebildet wird, können aufgrund der Verbindung der Silberpaste verbunden werden.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann das Verfahren zum Verbinden des Silberpulvers 100 und des Silberpulvers 100 ein transientes Flüssigphasen-Diffusionsbonden sein. Wie hierin verwendet, kann sich der Begriff ”transient liquid Phase diffusion bonding” bzw. ”transientes Flüssigphasen-Diffusionsbonden” auf ein Verfahren zum Verbinden von dem im Wesentlichen identischen Metallbestandteil A beziehen, das umfassen kann: Positionieren eines Metalls B mit einer Schmelztemperatur, die niedriger als eine Schmelztemperatur des Metalls A zwischen den Metallen A ist; Durchführen eines Erhitzens eines Gemisches der Metalle A und B auf die Schmelztemperatur des Metalls B oder höher, jedoch niedriger als die Schmelztemperatur des Metalls A; und Diffundieren des Metalls B, das in einer Flüssigphase sein kann, in das Metall A in Festphase. Anschließend kann das Metall B entfernt werden, und die Metalle A in Festphase können miteinander verbunden werden.
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In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann Blei, dessen Schmelztemperatur geringer als die von Silber ist, verwendet werden, um Silber und Silber zu verbinden. Da der Schmelzpunkt von Silber ausreichend höher als der von Blei ist, kann das Silberpulver 100 ein Verbindungsmaterial sein, und das Bleipulver 200 kann ein Aktivierungsmaterial zum Verbinden der Silberpulver 100 sein. Wie oben beschrieben, kann das Silberpulver 100, wenn die Silberpaste verbunden ist, in das Blei in Flüssigphase 210 diffundieren, während das Blei in Flüssigphase 210 in das Silberpulver 100 diffundieren kann, und daher kann eine Verbindungszeit verkürzt werden.
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Im verwandten Stand der Technik kann die herkömmliche Verbindung der Silberpate mittels Sintern durchgeführt werden, und das Sintern kann von einer Temperatur abhängen, und ferner kann eine Sinterzeit von einer Größe des Silberpulvers abhängen. Gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Silberpulver, die im Wesentlichen große Partikel haben, verwendet werden, da die Silberpulver durch Erhitzen der Silberpulver bei der Schmelztemperatur von Blei oder höher verbunden werden können, ohne zu schmelzen oder die Silberpulver zu beeinträchtigen,.
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Da die herkömmliche Silberpaste ein Sintermedium-Material, wie eine Glasfritte, umfassen kann und ein derartiges Sintermedium-Material kein Metall ist, kann sich ferner sein elektrischer Widerstand erhöhen. Gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann jedoch das Sintermedium-Material nicht verwendet werden und metallisches Blei kann als Aktivierungsmaterial zum Verbinden der Silberpulver verwendet werden, und daher kann sich der elektrische Widerstand verringern.
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Während diese Erfindung in Verbindung mit dem, was gegenwärtig als verschiedene beispielhafte Ausführungsformen betrachtet wird, beschrieben wurde, sollte davon ausgegangen werden, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass sie im Gegenteil beabsichtigt, verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abzudecken, die im Geist und Umfang der angehängten Ansprüche mit umfasst sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2013-0167817 [0001]
