DE102016124215A1 - Process for the low-temperature pressure sintering connection of two connection partners and arrangement produced thereby - Google Patents

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Michael Schatz
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Semikron Elektronik GmbH and Co KG
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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung mit einem ersten und einem zweiten Verbindungspartner vorgestellt. Die Verbindungspartner sind hierbei mittels einer Niedertemperatur-Drucksinterverbindung miteinander stoffschlüssig verbunden, wobei die Verbindungspartner jeweils eine mit dem jeweils anderen Verbindungspartner zu verbindenden Kontaktfläche aufweisen, wobei zwischen diesen Kontaktflächen eine Sintermetallschicht angeordnet ist. Ein wesentlicher Schritt dieses Verfahrens ist das Aufbringen einer Haftflüssigkeit auf der Sinterschicht, wobei die Haftflüssigkeit dazu ausgebildet ist in die Sinterschicht eindringen zu können und wobei die Haftflüssigkeitsmenge derart bemessen ist, dass sie annährend vollständig in die Sinterschicht eindringen kann. Im Anschluss daran wird der zweite Verbindungspartner auf der Haftflüssigkeit angeordnet.

Figure DE102016124215A1_0000
A method for producing an arrangement with a first and a second connection partner is presented. In this case, the connection partners are connected to one another by means of a low-temperature pressure sintered connection, the connection partners each having a contact surface to be connected to the respective other connection partner, a sintered metal layer being arranged between these contact surfaces. An essential step of this method is the application of an adhesive liquid on the sintered layer, wherein the adhesive liquid is adapted to be able to penetrate into the sintered layer and wherein the amount of adhesive liquid is sized so that it can penetrate almost completely into the sintered layer. Following this, the second connection partner is arranged on the adhesive liquid.
Figure DE102016124215A1_0000

Description

Die Erfindung beschreibt ein Herstellungsverfahren zur Niedertemperatur-Drucksinterverbindung zweier Verbindungspartner mit jeweils zu verbindenden Kontaktflächen und eine hiermit hergestellte Anordnung.The invention describes a production method for low-temperature pressure sintering connection of two connection partners, each with contact surfaces to be connected and an arrangement produced hereby.

Aus dem Stand der Technik, beispielhaft offenbart in der DE 10 2010 021 764 A1 , ist eine Anordnung und ein Verfahren zu deren Herstellung bekannt. Diese Anordnung weist einen ersten und einem zweiten Verbindungspartner auf, die mittels einer Niedertemperatur-Drucksinterverbindung miteinander stoffschlüssig mittels einer Sintermetallschicht verbunden sind. Die Verfahrensschritte sind: Bereitstellen eines ersten Verbindungspartners mit einer ersten Kontaktfläche. Aufbringen einer Schicht aus einer Sinterpaste, bestehend aus Sintermetallpartikeln und einem Lösungsmittel, auf die erste Kontaktfläche. Temperaturbeaufschlagung der Sinterpaste und Austreiben des Lösungsmittels unter Bildung der Sinterschicht. Aufbringen einer Flüssigkeit, vorzugsweise Glycerin, auf der Sinterschicht. Anordnen des zweiten Verbindungspartners. Anordnen eines Adhäsionsmittels im Randbereich der Sinterschicht und des zweiten Verbindungspartners mit Kontakt zum ersten Verbindungspartner zur Fixierung der Verbindungspartner zueinander. Weitere Beaufschlagung der Anordnung mit Temperatur und Druck zur Ausbildung der stoffschlüssigen Niedertemperatur-Drucksinterverbindung zwischen den Verbindungspartnern, wobei die Sinterschicht zur homogenen Sintermetallschicht umgewandelt wird.From the prior art, disclosed by way of example in the DE 10 2010 021 764 A1 , an arrangement and a method for their preparation is known. This arrangement has a first and a second connection partner, which are connected to each other by means of a low-temperature pressure sintered connection cohesively by means of a sintered metal layer. The method steps are: providing a first connection partner with a first contact surface. Applying a layer of a sintering paste, consisting of sintered metal particles and a solvent, on the first contact surface. Temperature exposure of the sintering paste and expulsion of the solvent to form the sintered layer. Applying a liquid, preferably glycerol, on the sintered layer. Arrange the second connection partner. Arranging an adhesive in the edge region of the sinter layer and the second connection partner with contact to the first connection partner for fixing the connection partner to each other. Further pressurization of the arrangement with temperature and pressure to form the cohesive low-temperature pressure sintered connection between the connection partners, wherein the sintered layer is converted to the homogeneous sintered metal layer.

Nachteilig an diesem bekannten Verfahren ist, dass die Haftkraft der verwendeten Flüssigkeiten nicht in allen Anwendungsfällen ausreichend ist. Vorteilhaft an diesem Verfahren ist, dass die verwendeten Flüssigkeiten keinen Einfluss auf die zeitliche Durchführung des Herstellungsverfahrens haben.A disadvantage of this known method is that the adhesive force of the liquids used is not sufficient in all applications. An advantage of this method is that the fluids used have no effect on the timing of the manufacturing process.

In Kenntnis der genannten Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren und eine hierdurch hergestellte Anordnung mit einer stoffschlüssigen Verbindung in Form einer Niedertemperatur-Drucksinterverbindung zweier Verbindungspartner vorzustellen, wobei die Prozesssicherheit erhöht wird und wobei gleichzeitig die Bildung von Lunkern in der Sintermetallschicht der Niedertemperatur-Drucksinterverbindung verhindert und deren typische Größe wesentlich reduziert wird.In view of the above circumstances, the invention has for its object to present a manufacturing process and a device produced thereby with a material connection in the form of a low-temperature pressure sintered connection of two connection partners, the process reliability is increased and at the same time the formation of voids in the sintered metal layer of the low temperature Prevent pressure sintered compound and their typical size is significantly reduced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausführungsformen sind in jeweiligen abhängigen Ansprüchen beschrieben.This object is achieved by a manufacturing method having the features of claim 1, and by an arrangement with the features of claim 10. Preferred embodiments are described in respective dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Anordnung mit einem ersten und einem zweiten Verbindungspartner, die mittels einer Niedertemperatur-Drucksinterverbindung miteinander stoffschlüssig verbunden sind, wobei die Verbindungspartner jeweils eine mit dem jeweils anderen Verbindungspartner zu verbindenden Kontaktfläche aufweisen, wobei zwischen diesen Kontaktflächen eine Sintermetallschicht angeordnet ist, ist gekennzeichnet durch diese aufeinander folgenden Schritte:

  1. a) Bereitstellen eines ersten Verbindungspartners mit einer ersten Kontaktfläche;
  2. b) Aufbringen einer Schicht aus einer Sintermetallpartikeln und ein Lösungsmittel aufweisenden Sinterpaste, auf die erste Kontaktfläche;
  3. c) Temperaturbeaufschlagung der Sinterpaste und annährend vollständiges Austreiben des Lösungsmittels unter Ausbildung der Sinterschicht;
  4. d) Aufbringen einer Haftflüssigkeit auf der Sinterschicht, wobei die Haftflüssigkeit dazu ausgebildet ist in die Sinterschicht eindringen zu können und wobei die Haftflüssigkeitsmenge derart bemessen ist, dass sie annährend vollständig in die Sinterschicht eindringen kann;
  5. e) Anordnen des zweiten Verbindungspartners derart, dass dessen zweite Kontaktfläche auf einem, auf einem Teil der Oberfläche der Sinterschicht ausgebildeten, Film der Haftflüssigkeit zu liegen kommt;
  6. f) Beaufschlagung der Anordnung mit Temperatur und Druck zur Ausbildung der stoffschlüssigen Niedertemperatur-Drucksinterverbindung zwischen den Verbindungspartnern, wobei die Sinterschicht zu einer Sintermetallschicht umgewandelt wird.
The method according to the invention for producing an arrangement having a first and a second connection partner which are connected to one another in a materially bonded manner by means of a low-temperature pressure sintering connection, the connection partners each having a contact surface to be connected to the respective other connection partner, a sintered metal layer being arranged between these contact surfaces, is characterized by these successive steps:
  1. a) providing a first connection partner with a first contact surface;
  2. b) applying a layer of a sintered metal particles and a solvent-containing sintering paste, on the first contact surface;
  3. c) applying temperature to the sintering paste and almost completely expelling the solvent to form the sintered layer;
  4. d) applying an adhesive liquid on the sintered layer, wherein the adhesive liquid is adapted to be able to penetrate into the sintered layer and wherein the amount of adhesive liquid is dimensioned such that it can almost completely penetrate into the sintered layer;
  5. e) arranging the second connection partner such that its second contact surface comes to lie on a film of the adhesive liquid formed on a part of the surface of the sintered layer;
  6. f) pressurizing the assembly with temperature and pressure to form the low-temperature, low-pressure, pressure-sensitive sintered interconnect between the bonding partners, whereby the sintered layer is converted to a sintered metal layer.

Vorteilhafterweise ist die Haftflüssigkeit als ein aromatischer Alkohol, wie vorzugsweise Benzylalkohol oder Terpineol, ausgebildet.Advantageously, the adhesive liquid is formed as an aromatic alcohol, such as preferably benzyl alcohol or terpineol.

Es ist bevorzugt, wenn die Haftflüssigkeit eine Viskosität von 5 mPas bis 250 mPas aufweist. Ebenso bevorzugt ist es, wenn die Haftflüssigkeit einen Brechungsindex von 1,41 bis 1,55 aufweist.It is preferred if the adhesive liquid has a viscosity of from 5 mPas to 250 mPas. It is likewise preferred if the adhesive liquid has a refractive index of 1.41 to 1.55.

Vorzugsweise wird im Schritt c) das Lösungsmittel zu mindestens 75%, insbesondere zu mindestens 90% und bevorzugst zu mindesten 95% ausgetrieben.Preferably, in step c), the solvent is expelled to at least 75%, in particular to at least 90% and preferably to at least 95%.

Bevorzugt beträgt im Schritt d) die Haftflüssigkeitsmenge mindestens 20 Vol% insbesondere mindestens 40 Vol% und bevorzugt mindestens 60 Vol% des Volumens der Sinterschicht.Preferably, in step d) the amount of adhesive liquid is at least 20% by volume, in particular at least 40% by volume and preferably at least 60% by volume, of the volume of the sintered layer.

Vorteilhaft ist es, wenn im Schritt e) der Teil der Oberfläche mindestens 20%, insbesondere mindestens 40% und bevorzugt mindestens 60% der gesamten Oberfläche beträgt.It is advantageous if in step e) the part of the surface at least 20%, in particular at least 40% and preferably at least 60% of the total surface area.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Wartezeit zwischen dem Schritt d) und e) 5 Minuten, insbesondere 2 Minuten, besonders bevorzugt 1 Minute nicht überschreitet.It is particularly advantageous if the waiting time between step d) and e) does not exceed 5 minutes, in particular 2 minutes, particularly preferably 1 minute.

Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn nach Schritt e) noch eine zusätzliche Temperaturbeaufschlagung mit einer Temperatur zwischen 50°C und 200°C ohne Druckeinwirkung erfolgt.It is also advantageous if, after step e), an additional temperature is applied at a temperature between 50 ° C. and 200 ° C. without pressure.

Es wird bei diesem Verfahren bewusst in Kauf genommen, dass der Prozess einen bisher nicht bekannten zeitkritischen Teilschritt aufweist. Es muss ein zeitliches Prozessfenster eingehalten werden, wobei ein Eindringen der Haftflüssigkeit in die Sinterschicht nur insoweit erfolgen darf, dass die haftende Eigenschaft lange genug und in ausreichender Stärke auf der Oberfläche erhalten bleibt. Dies ist grundsätzlich abhängig von der Art und Ausgestaltung der beiden Verbindungspartner sowie der Dicke der Sinterschicht und jeweils nur empirisch zu ermitteln.It is deliberately accepted in this process that the process has a hitherto unknown time-critical sub-step. It must be complied with a temporal process window, wherein penetration of the adhesive liquid into the sintered layer may only be to the extent that the adhesive property is retained long enough and in sufficient strength on the surface. This is fundamentally dependent on the type and design of the two connection partners as well as the thickness of the sintered layer and in each case can only be determined empirically.

Erfindungsgemäß ausgebildet ist die mittels des oben genannte Verfahren hergestellte Anordnung mit einem ersten und einem zweiten Verbindungspartner, die mittels einer Niedertemperatur-Drucksinterverbindung miteinander stoffschlüssig verbunden sind, wobei die Verbindungspartner jeweils eine mit dem jeweils anderen Verbindungspartner zu verbindenden Kontaktfläche aufweisen, wobei zwischen diesen Kontaktflächen eine Sintermetallschicht angeordnet ist.According to the invention, the arrangement produced by means of the abovementioned method is provided with a first and a second connection partner which are materially connected to one another by means of a low-temperature pressure sintering connection, the connection partners each having a contact surface to be connected to the respective other connection partner, a contact surface between these contact surfaces Sintered metal layer is arranged.

Es kann bevorzugt sein, wenn die Sintermetallschicht homogen bezüglich der Verteilung von Lunkern ausgebildet ist. Gleichsam bevorzugt ist es, wenn die Sintermetallschicht ausschließlich Lunker mit einem Durchmesser von maximal 10 µm aufweist.It may be preferred if the sintered metal layer is formed homogeneously with respect to the distribution of voids. It is equally preferable for the sintered metal layer to have only voids with a maximum diameter of 10 μm.

Selbstverständlich können, sofern dies nicht per se ausgeschlossen ist, die im Singular genannten Merkmale, insbesondere der zweite Verbindungspartner, die Kontaktflächen, die Sinterpaste, die Sinterschicht und die Sintermetallschicht, mehrfach in den jeweiligen Verfahrensschritten oder in der damit hergestellten Anordnung vorhanden sein. Mit anderen Worten, es können auch Anordnungen hergestellt werden, bei denen mehreren zweiten Verbindungspartner gleichzeitig mit dem ersten Verbindungspartner mittels des beschriebenen Verfahrens stoffschlüssig verbunden werden.Of course, unless this is excluded per se, the features mentioned in the singular, in particular the second connection partner, the contact surfaces, the sintering paste, the sintered layer and the sintered metal layer may be present several times in the respective process steps or in the arrangement produced therewith. In other words, it is also possible to produce arrangements in which a plurality of second connection partners are connected to the first connection partner simultaneously by means of the described method.

Es versteht sich, dass die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein können, um Verbesserungen zu erreichen. Insbesondere sind die vorstehend und im Folgenden genannten und erläuterten Merkmale, unabhängig ob sie im Rahmen des Herstellungsverfahrens oder der Anordnung genannt sind, nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the various embodiments of the invention may be implemented individually or in any combination to achieve improvements. In particular, the features mentioned above and below, regardless of whether they are mentioned in the context of the manufacturing process or the arrangement, can be used not only in the specified combinations but also in other combinations or alone without departing from the scope of the present invention ,

Weitere Erläuterung der Erfindung, vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale, ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des in den 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiels.

  • 1 bis 5 zeigen verschieden Stadien des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 6 zeigt eine mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte erfindungsgemäße Anordnung.
Further explanation of the invention, advantageous details and features, will become apparent from the following description of the in the 1 to 6 illustrated embodiment.
  • 1 to 5 show different stages of the method according to the invention.
  • 6 shows an inventive arrangement produced by this method according to the invention.

1 zeigt als ersten Verbindungspartner einen Ausschnitt eines typischen Substrats 10, wie es im Bereich der Leistungselektronik vielfältig Anwendung findet. Dieses Substrat weist einen Isolierstoffkörper 12, vorzugsweise eine Industriekeramik wie beispielhaft Aluminiumnitrit und auf einer der Hauptflächen dieses Isolierstoffkörpers 12 eine metallische Leiterbahn 14 auf. Diese Leiterbahn 14 ist vorzugsweise aus Kupfer ausgebildet. Die Leiterbahn weist eine typische Dicke im Bereich von 200µm bis 400µm auf, ohne dass die Erfindung auf die Ausgestaltung des ersten Verbindungspartner in dieser Form beschränkt wäre. Der erste Verbindungspartner ist allgemein und bevorzugt ein fachübliches Substrat. 1 shows as a first connection partner a section of a typical substrate 10, as it is widely used in the field of power electronics. This substrate has an insulating body 12 , Preferably, an industrial ceramic such as aluminum nitrite and on one of the main surfaces of this insulating body 12, a metallic conductor 14 on. This track 14 is preferably formed of copper. The conductor has a typical thickness in the range of 200 .mu.m to 400 .mu.m, without the invention being limited to the design of the first connection partner in this form. The first connection partner is general and preferably a customary substrate.

Die erste Kontaktfläche, diejenige der Leiterbahn des Substrats, mit der der zweite Verbindungspartner in elektrisch leitenden Kontakt gebracht werden soll, weist eine, einer Niedertemperatur-Drucksinterverbindung zugängliche Oberfläche auf. Hierzu ist es bevorzugt, wenn die erste Kontaktfläche 16 eine Edelmetalloberfläche 18 insbesondere mit einem Silbergehalt von mehr als 90%, aufweist. Ebenfalls dargestellt ist eine auf dieser ersten Kontaktfläche 16 angeordnete Sinterpaste 30, die ihrerseits aus Sintermetallpartikeln, hier Edelmetallpartikeln, vorzugsweise Silberpartikeln, und einem Lösungsmittel besteht und eine Dicke zwischen 30µm und 50µm aufweist. Dies ist nur ein beispielhafter Wert im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels.The first contact surface, that of the conductor track of the substrate with which the second connection partner is to be brought into electrically conductive contact, has a surface accessible to a low-temperature pressure sintering compound. For this purpose, it is preferred if the first contact surface 16 a precious metal surface 18 especially with a silver content of more than 90%. Also shown is one on this first contact surface 16 arranged sintering paste 30 , which in turn consists of sintered metal particles, here noble metal particles, preferably silver particles, and a solvent and has a thickness between 30μm and 50μm. This is only an exemplary value in the context of this embodiment.

2 zeigt schematisch als nachfolgenden Verfahrensschritt das temperaturinduzierte Austreiben des Lösungsmittels aus der Sinterpaste. Die Temperaturbeaufschlagung 22 kann hierzu beliebig, insbesondere fachüblich, ausgebildet sein, beispielhaft kann sie neben der direkten Einwirkung auf die Sinterpaste 30 auch über eine Erwärmung des Substrats 10 ausgeführt werden. Der wesentliche Vorteil des Austreibens des Lösungsmittels bereits zu diesem Zeitpunkt liegt darin, dass bei eine späteren Austreiben nach Anordnung des zweiten Verbindungspartners dies nicht mehr derart umfänglich erzielt werden kann. Zurückbleibendes Lösungsmittel führt zu unerwünschten Lunkern in der dann entstandenen Sintermetallschicht. In dieser Ausgestaltung des Verfahrens werden zwischen 80% und 90% des Lösungsmittels aus der Sinterpaste ausgetrieben. 2 shows schematically as a subsequent process step, the temperature-induced expulsion of the solvent from the sintering paste. For this purpose, the application of temperature 22 can be arbitrary, in particular customary in the art, for example, in addition to the direct action on the sintering paste 30 also via heating of the substrate 10 be executed. The main advantage of the expulsion of the solvent already at this time is that at a later expulsion after the arrangement of the second Partnership this can not be achieved in such a comprehensive way. Remaining solvent leads to undesirable voids in the resulting sintered metal layer. In this embodiment of the method between 80% and 90% of the solvent expelled from the sintering paste.

Nach diesem Verfahrensschritt liegen somit von der Sinterpaste 30, gemäß 1 fast nur noch die Edelmetallpartikel vor, was im Folgenden als Sinterschicht 32 bezeichnet werden soll. Im Gegensatz zu den bei Sinterpasten durch den Lösungsmittelanteil gegebenen adhäsiven Effekt auf einen auf der Oberfläche einer Sinterpaste angeordneten zweiten Verbindungspartner, weist die Sinterschicht 32 keine oder nur sehr geringe adhäsive Kräfte ihrer freien Oberfläche auf zweite Verbindungspartner auf.After this process step are thus of the sintering paste 30 , according to 1 almost only the precious metal particles before, what hereinafter as a sintered layer 32 should be designated. In contrast to the adhesive effect given in the case of sintering pastes by the solvent component on a second connection partner arranged on the surface of a sintering paste, the sintering layer has 32 no or only very slight adhesive forces of their free surface on the second connection partner.

Um dennoch eine Fixierung eines zweiten Verbindungspartners erreichen zu können wird, dargestellt in 3, eine Haftflüssigkeit 40 auf die freie Oberfläche der Sinterschicht 32 appliziert. Diese Haftflüssigkeit, die hier als Terpineol oder als Benzylalkohol vorliegt, verteilt sich auf der Oberfläche der Sinterschicht 32, siehe 4, und bedeckt hierbei ca. 50% dieser Oberfläche. Die Menge der Haftflüssigkeit ist begrenzt und beträgt hier ca. 55 Vol% des Volumens der Sinterschicht. Die Haftflüssigkeit weist im Gegensatz zum Stand der Technik die besondere Eigenschaft auf, dass sie in die Sinterschicht 32 leicht und bei ausreichender Wartezeit auch annährend vollständig, einzudringen vermag.In order nevertheless to be able to achieve a fixation of a second connection partner, shown in FIG 3 , an adhesive liquid 40 on the free surface of the sintered layer 32 applied. This adhesive liquid, which is present here as terpineol or as benzyl alcohol, is distributed on the surface of the sintered layer 32 , please refer 4 , covering about 50% of this surface. The amount of adhesive liquid is limited and is here about 55% by volume of the volume of the sintered layer. The adhesive liquid, in contrast to the prior art, has the special property of being in the sintered layer 32 easy and with adequate waiting time also almost completely, is able to penetrate.

Daher muss der zweiten Verbindungspartner 50, hier ein Leistungshalbleiterbauelement, innerhalb von ca. 2 Minuten auf dieser Haftflüssigkeit 40, die zwischenzeitlich nur noch eine sehr dünne Schicht, einen Film, auf der Oberfläche der Sinterschicht 32 ausbildet, angeordnete werden. Die adhäsive Kraft, vermittelt durch die Haftflüssigkeit 40, zwischen der Sinterschicht 32 und dem zweiten Verbindungspartner 50, vgl. 5, fixiert diesen an der gewünschten Stelle auf dem ersten Verbindungspartner. Das Leistungshalbleiterbauelemente 50 weist eine, einer Niedertemperatur-Drucksinterverbindung zugängliche zweite Kontaktfläche 56 auf, die mit der ersten Kontaktfläche des Substrats in elektrisch leitenden Kontakt gebracht werden soll. Hierzu ist es bevorzugt, wenn die zweite Kontaktfläche 56 eine Edelmetalloberfläche 58 insbesondere mit einem Silbergehalt von mehr als 90% aufweist.Therefore, the second connection partner needs 50 , here a power semiconductor device, within about 2 minutes on this adhesive liquid 40, which in the meantime only a very thin layer, a film, on the surface of the sintered layer 32 trains, be arranged. The adhesive force, mediated by the adhesive liquid 40 , between the sintered layer 32 and the second connection partner 50 , see. 5 , fixes it at the desired location on the first connection partner. The power semiconductor components 50 has a second contact surface accessible to a low temperature pressure sintered compound 56 which is to be brought into electrically conductive contact with the first contact surface of the substrate. For this purpose, it is preferable if the second contact surface 56 a precious metal surface 58 especially with a silver content of more than 90%.

5 zeigt das Leistungshalbleiterbauelement 50 angeordnet und fixiert auf der Sinterschicht 32 mit dazwischen angeordneter Haftflüssigkeit und Teilen dieser Haftflüssigkeit, die in die Sinterschicht bereits eingedrungen sind. Im weiteren Verfahren wird nun diese Anordnung mit Druck 60 und Temperatur in fachüblicher Weise beaufschlagt, wodurch die Sinterschicht in eine Sintermetallschicht 34 übergeführt wird. Diese Sintermetallschicht 34 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sintermetallpartikel der Sinterschicht miteinander zu einer festen Schicht verbunden sind, die somit, wie in 6 dargestellt, eine stoffschlüssige Niedertemperatur-Drucksinterverbindung zwischen den ersten und zweiten Verbindungspartner 10, 50 ausgebildet. 5 shows the power semiconductor device 50 arranged and fixed on the sintered layer 32 with interposed adhesive liquid and parts of this adhesive liquid, which have already penetrated into the sintered layer. In the further process, this arrangement will now be pressurized 60 and temperature applied in a customary manner, whereby the sintered layer in a sintered metal layer 34 is transferred. This sintered metal layer 34 is characterized in that the sintered metal particles of the sintered layer are bonded together to form a solid layer, which thus, as in 6 shown, a cohesive low-temperature pressure sintered connection between the first and second connection partners 10 . 50 educated.

Aufgrund des genannten erfindungsgemäßen Verfahrens weist die entstandene stoffschlüssige Niedertemperatur-Drucksinterverbindung eine besonders hohe Qualität auf, die sich insbesondere in der geringen Anzahl von Lunkern in der hergestellten Sintermetallschicht 34 als auch in der geringen Größe von weniger als 10µm dieser Lunker zeigt. Das erfindungsgemäße Verfahren hat daneben den weiteren Vorteil, dass die Prozesssicherheit, insbesondere während des Transports der Anordnung aus erstem Verbindungspartner 10, Sinterschicht 32 und zweitem Verbindungspartner 50 zur Drucksintervorrichtung, die diese Anordnung mit Druck und Temperatur beaufschlagt, eine Veränderung der Position des zweiten Verbindungspartners zum ersten Verbindungspartner effektiv verhindert wird. Somit wird sowohl bezüglich der elektrisch Parameter wie auch der Dauerhaltbarkeit der Verbindung der Verbindungspartner als solcher, wie auch bezüglich der Position der Verbindungspartner zueinander eine sehr hohe Qualität erzielt.Due to the aforementioned method according to the invention, the resulting cohesive low-temperature pressure sintering compound has a particularly high quality, which is reflected in particular in the small number of voids in the sintered metal layer produced 34 as well as in the small size of less than 10μm of these voids shows. In addition, the method according to the invention has the further advantage that the process reliability, in particular during the transport of the arrangement from the first connection partner 10 , Sintered layer 32 and second connection partner 50 to the pressure sintering device, which applies pressure and temperature to this arrangement, a change in the position of the second connection partner to the first connection partner is effectively prevented. Thus, both with respect to the electrical parameters as well as the durability of the connection of the connection partners as such, as well as with respect to the position of the connection partners to each other achieved a very high quality.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010021764 A1 [0002]DE 102010021764 A1 [0002]

Claims (13)

Verfahren zur Herstellung einer Anordnung mit einem ersten (10) und einem zweiten Verbindungspartner (50), die mittels einer Niedertemperatur-Drucksinterverbindung miteinander stoffschlüssig verbunden sind, wobei die Verbindungspartner (10, 50) jeweils eine mit dem jeweils anderen Verbindungspartner zu verbindenden Kontaktfläche (16, 56) aufweisen, wobei zwischen diesen Kontaktflächen (16, 56) eine Sintermetallschicht (34) angeordnet ist, gekennzeichnet durch diese aufeinander folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines ersten Verbindungspartners (10) mit einer ersten Kontaktfläche (16); b) Aufbringen einer Schicht aus einer Sintermetallpartikel und ein Lösungsmittel aufweisenden Sinterpaste (30), auf die erste Kontaktfläche (16); c) Temperaturbeaufschlagung (22) der Sinterpaste (30) und annährend vollständiges Austreiben des Lösungsmittels unter Ausbildung der Sinterschicht (32); d) Aufbringen einer Haftflüssigkeit (40) auf der Sinterschicht (32), wobei die Haftflüssigkeit dazu ausgebildet ist in die Sinterschicht eindringen zu können und wobei die Haftflüssigkeitsmenge derart bemessen ist, dass sie annährend vollständig in die Sinterschicht eindringen kann; e) Anordnen des zweiten Verbindungspartners (50) derart, dass dessen zweite Kontaktfläche (56) auf einem, auf einem Teil der Oberfläche der Sinterschicht (32) ausgebildeten, Film der Haftflüssigkeit zu liegen kommt; f) Beaufschlagung der Anordnung mit Temperatur und Druck (60) zur Ausbildung der stoffschlüssigen Niedertemperatur-Drucksinterverbindung zwischen den Verbindungspartnern (10, 50), wobei die Sinterschicht (32) zu einer Sintermetallschicht (34) umgewandelt wird.Method for producing an arrangement having a first (10) and a second connection partner (50), which are materially connected to one another by means of a low-temperature pressure sintering connection, wherein the connection partners (10, 50) each have a contact surface (16) to be connected to the respective other connection partner , 56), wherein between these contact surfaces (16, 56) a sintered metal layer (34) is arranged, characterized by these successive steps: a) providing a first connection partner (10) with a first contact surface (16); b) applying a layer of a sintered metal particle and a solvent-containing sintering paste (30), on the first contact surface (16); c) applying temperature (22) to the sintering paste (30) and almost completely expelling the solvent to form the sintered layer (32); d) applying an adhesive liquid (40) on the sintered layer (32), wherein the adhesive liquid is adapted to be able to penetrate into the sintered layer and wherein the amount of adhesive liquid is such that it can almost completely penetrate into the sintered layer; e) arranging the second connection partner (50) in such a way that its second contact surface (56) comes to rest on a film of the adhesive liquid formed on a part of the surface of the sintered layer (32); f) subjecting the assembly to temperature and pressure (60) to form the low temperature, low pressure, pressure sintered interconnect between the bond partners (10, 50), wherein the sintered layer (32) is converted to a sintered metal layer (34). Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Haftflüssigkeit (40) als ein aromatischer Alkohol, wie vorzugsweise Benzylalkohol oder Terpineol, ausgebildet ist.Method according to Claim 1 wherein the adhesive liquid (40) is formed as an aromatic alcohol, such as preferably benzyl alcohol or terpineol. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Haftflüssigkeit (40) eine Viskosität von 5 mPas bis 250 mPas aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the adhesive liquid (40) has a viscosity of 5 mPas to 250 mPas. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Haftflüssigkeit (40) einen Brechungsindex von 1,41 bis 1,55 aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the adhesive liquid (40) has a refractive index of 1.41 to 1.55. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Schritt c) das Lösungsmittel zu mindestens 75%, insbesondere zu mindestens 90% und bevorzugst zu mindesten 95% ausgetrieben wird.Method according to one of the preceding claims, wherein in step c) the solvent is expelled to at least 75%, in particular at least 90% and preferably at least 95%. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Schritt d) die Haftflüssigkeitsmenge mindestens 20 Vol% insbesondere mindestens 40 Vol% und bevorzugt mindestens 60 Vol% des Volumens der Sinterschicht beträgt.Method according to one of the preceding claims, wherein in step d) the amount of adhesive liquid is at least 20% by volume, in particular at least 40% by volume and preferably at least 60% by volume of the volume of the sintered layer. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Schritt e) der Teil der Oberfläche mindestens 20%, insbesondere mindestens 40% und bevorzugt mindestens 60% der Oberfläche beträgt.Method according to one of the preceding claims, wherein in step e) the part of the surface is at least 20%, in particular at least 40% and preferably at least 60% of the surface. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wartezeit zwischen dem Schritt d) und e) 5 Minuten , insbesondere 2 Minuten, besonders bevorzugt 1 Minute nicht überschreitet.Method according to one of the preceding claims, wherein the waiting time between the step d) and e) does not exceed 5 minutes, in particular 2 minutes, more preferably 1 minute. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach Schritt e) noch eine zusätzliche Temperaturbeaufschlagung ohne Druckeinwirkung erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein, after step e), an additional temperature is applied without pressure. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und / oder zweite Kontaktfläche (16, 56) eine edelmetallhaltige, vorzugsweise silberhaltige, Oberfläche (18, 58) aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the first and / or second contact surface (16, 56) has a precious metal-containing, preferably silver-containing, surface (18, 58). Anordnung, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem ersten (10) und einem zweiten Verbindungspartner (50), die mittels einer Niedertemperatur-Drucksinterverbindung miteinander stoffschlüssig verbunden sind, wobei die Verbindungspartner (10, 50) jeweils eine mit dem jeweils anderen Verbindungspartner zu verbindenden Kontaktfläche (16, 56) aufweisen, wobei zwischen diesen Kontaktflächen (16, 56) eine Sintermetallschicht (34) angeordnet ist.Arrangement, produced by a method according to one of the preceding claims, having a first (10) and a second connection partner (50), which are materially interconnected by means of a low-temperature pressure sintered interconnection, wherein the connection partners (10, 50) each one with the respective have other connection partner to be joined contact surface (16, 56), wherein between these contact surfaces (16, 56) a sintered metal layer (34) is arranged. Anordnung nach Anspruch 11, wobei die Sintermetallschicht (34) homogen bezüglich der Verteilung von Lunkern ausgebildet ist.Arrangement according to Claim 11 wherein the sintered metal layer (34) is formed homogeneously with respect to the distribution of voids. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Sintermetallschicht (34) ausschließlich Lunker mit einem Durchmesser von maximal 10 µm aufweist.Arrangement according to Claim 11 or 12 , wherein the sintered metal layer (34) exclusively voids having a diameter of 10 microns maximum.
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