DE102018130719B3 - Method for determining the quality of a sintered paste layer or a sintered metal layer and device for this purpose - Google Patents

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Christian Thomas
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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Gütebestimmung vorzugsweise einer Sinterpastenschicht mit den folgenden Verfahrensschritten vorgestellt: a) Flächiges Aufbringen einer feuchten Sinterpaste auf einem Verbindungspartner, wodurch eine feuchte Sinterpastenschicht erzeugt wird; der Verbindungspartner kann hier beispielhaft ein Substrat, ein Leistungshalbleiterbauelement oder ein Anschlusselement eines Leistungshalbleitermoduls sein; b) Trocknen der feuchten Sinterpastenschicht und Überführen in eine, zumindest teilgetrocknete, Sinterpastenschicht; c) Bewegen eines Prüfmittels 4 entlang eines Bewegungsprofils mit einer Hauptbewegungsrichtung parallel zur Oberfläche und erzeugen eines Grabens in der Sinterpastenschicht mit einer mittleren ersten Tiefe und Messen der zu dieser Bewegung notwendigen Kraft; d) Bestimmen der Güte der Sinterpastenschicht basierend auf der Messung der Kraft.A method for the determination of the quality, preferably a sintered paste layer, comprising the following process steps is presented: a) surface application of a moist sintering paste on a bonding partner, whereby a moist sintered paste layer is produced; the connection partner can be a substrate, a power semiconductor component or a connection element of a power semiconductor module by way of example here; b) drying the wet sintered paste layer and transferring it to an at least partially dried sintered paste layer; c) moving a tester 4 along a motion profile with a main motion direction parallel to the surface and creating a trench in the sintered paste layer having a mean first depth and measuring the force necessary for that motion; d) determining the quality of the sintered paste layer based on the measurement of the force.

Description

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Gütebestimmung vorzugsweise einer Sinterpastenschicht, sowie eine Vorrichtung hierzu. Im Weiteren soll unter einer Sinterpastenschicht Nachfolgendes verstanden werden. Durch Aufbringen einer Sinterpaste, also einer Mischung aus Sintermetallpartikeln und einem Lösungsmittel, auf einem Verbindungspartner liegt eine feuchte Sinterpastenschicht vor. Nach einem Trocknungsprozess, vorzugsweise durch Temperaturbeaufschlagung, bei dem eine gewisse Menge des Lösungsmittels ausgetrieben wird, liegt eine teilgetrocknete Sinterpastenschicht vor. Vorzugsweise durch Druckbeaufschlagung mit einem geeigneten Druck auf eine teilgetrocknet oder vollständig getrocknete Sinterpastenschicht wird diese in eine teilversinterte Sinterpastenschicht überführt. Diese Druckbeaufschlagung kann auch unter zusätzlicher Temperaturbeaufschlagung erfolgen. Unter einer Sinterpastenschicht wird hier also eine Schicht verstanden, die als eine feuchte, teil- oder vollständig getrocknete oder teilversinterte Sinterpastenschicht ausgebildet ist, es wird hierunter allerdings keine Sintermetallschicht verstanden die vollständig versintert ist.The invention describes a method for determining the quality, preferably a sintered paste layer, and a device for this purpose. In the following, a sintered paste layer is to be understood below. By applying a sintering paste, ie a mixture of sintered metal particles and a solvent, on a connection partner, a moist sintered paste layer is present. After a drying process, preferably by applying temperature, in which a certain amount of the solvent is driven off, there is a partially dried sintered paste layer. Preferably, by pressurization with a suitable pressure on a partially dried or completely dried sintered paste layer, this is converted into a partially sintered sintered paste layer. This pressurization can also be done with additional Temperaturbeaufschlagung. A sintered paste layer is thus understood to mean a layer which is formed as a moist, partially or completely dried or partially sintered sintered paste layer, but this does not mean a sintered metal layer which is completely sintered.

Die DE 10 2014 103 013 A1 offenbart das Erzeugen einer getrockneten Pastenschicht auf einem Fügepartner. Hierzu wird ein Fügepartner mit einer Kontaktfläche bereitgestellt, auf die eine Paste aufgetragen ist. Weiterhin wird eine Heizeinrichtung bereitgestellt, die auf eine Vorheiztemperatur vorgeheizt ist. Die auf die Kontaktfläche aufgetragene Paste wird dann während einer Trocknungsphase getrocknet, so dass aus der Paste eine getrocknete Pastenschicht entsteht. In der Trocknungsphase weisen der Fügepartner und die vorgeheizte Heizeinrichtung einen Abstand von höchstens 5 mm auf.The DE 10 2014 103 013 A1 discloses the production of a dried paste layer on a joining partner. For this purpose, a joint partner is provided with a contact surface, on which a paste is applied. Furthermore, a heating device is provided, which is preheated to a preheating temperature. The paste applied to the contact surface is then dried during a drying phase, so that a dried paste layer is formed from the paste. In the drying phase, the joining partner and the preheated heater have a distance of at most 5 mm.

Die DE 10 2017 113 153 A1 offenbart eine elektronische Komponente, die einen elektronischen Chip und ein sinterbares Verbindungsmaterial aufweist, das einem Trocknungsvorgang unterzogen wurde und das auf, oder über zumindest einem Teil einer Hauptoberfläche des elektronischen Chips freiliegt.The DE 10 2017 113 153 A1 discloses an electronic component comprising an electronic chip and a sinterable bonding material which has been subjected to a drying process and which is exposed on, or over at least part of, a major surface of the electronic chip.

Die EP 1 223 611 A1 offenbart eine Einrichtung für das Auflöten von Halbleiterchips auf ein Substrat, das eine Lotstation zum Aufbringen einer Lotportion auf das Substrat und eine Bondstation zum Platzieren eines Halbleiterchips auf der Lotportion aufweist. Für die Charakterisierung der Qualität der Lötportion, ist ein induktiver Sensor vorhanden, der mindestens ein Signal erzeugt, das von der Verteilung der Lotportion auf dem Substrat bzw. der Form der Lotportion abhängig ist.The EP 1 223 611 A1 discloses a device for soldering semiconductor chips onto a substrate, which has a solder station for applying a solder portion to the substrate and a bonding station for placing a semiconductor chip on the solder portion. To characterize the quality of the soldering portion, an inductive sensor is present, which generates at least one signal that depends on the distribution of the Lotportion on the substrate or the shape of the Lotportion.

Die DE 10 2014 103 013 A1 offenbart das Erzeugen einer getrockneten Pastenschicht auf einem Fügepartner. Hierzu wird ein Fügepartner mit einer Kontaktfläche bereitgestellt, auf die eine Paste aufgetragen ist. Weiterhin wird eine Heizeinrichtung bereitgestellt, die auf eine Vorheiztemperatur vorgeheizt ist. Die auf die Kontaktfläche aufgetragene Paste wird dann während einer Trocknungsphase getrocknet, so dass aus der Paste eine getrocknete Pastenschicht entsteht. In der Trocknungsphase weisen der Fügepartner und die vorgeheizte Heizeinrichtung einen Abstand von höchstens 5mm auf.The DE 10 2014 103 013 A1 discloses the production of a dried paste layer on a joining partner. For this purpose, a joint partner is provided with a contact surface, on which a paste is applied. Furthermore, a heating device is provided, which is preheated to a preheating temperature. The paste applied to the contact surface is then dried during a drying phase, so that a dried paste layer is formed from the paste. In the drying phase, the joining partner and the preheated heater have a distance of at most 5mm.

In Kenntnis des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Güte, insbesondere die Abriebfestigkeit oder die Stärke der Verbindung von Sintermetallpartikeln untereinander, oder den Gehalt an Lösungsmittel, in einer Sinterpastenschicht oder die Güte einer Sintermetallschicht zu bestimmen und eine Vorrichtung hierfür anzugeben.In view of the prior art, the object of the invention is to determine the quality, in particular the abrasion resistance or the strength of the compound of sintered metal particles with one another, or the content of solvent, in a sintered paste layer or the quality of a sintered metal layer and to provide a device therefor.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Gütebestimmung einer Sinterpastenschicht oder einer Sintermetallschicht mit den folgenden Verfahrensschritten:

  1. a) Flächiges Aufbringen einer feuchten Sinterpaste auf einem Verbindungspartner, wodurch eine feuchte Sinterpastenschicht erzeugt wird; der Verbindungspartner kann hier beispielhaft ein Substrat, ein Leistungshalbleiterbauelement oder ein Anschlusselement eines Leistungshalbleitermoduls sein.
  2. b) Trocknen der feuchten Sinterpastenschicht und Überführen in eine, zumindest teilgetrocknete, Sinterpastenschicht oder in eine Sintermetallschicht;
  3. c) Bewegen eines Prüfmittels 4 entlang eines Bewegungsprofils mit einer Hauptbewegungsrichtung parallel zur Oberfläche und erzeugen eines Grabens in der Sinterpastenschicht oder in der Sintermetallschicht mit einer mittleren ersten Tiefe und Messen der zu dieser Bewegung notwendigen Kraft;
  4. d) Bestimmen der Güte der Sinterpastenschicht oder der Sintermetallschicht basierend auf der Messung der Kraft.
This object is achieved according to the invention by a method for determining the quality of a sintered paste layer or a sintered metal layer with the following method steps:
  1. a) surface application of a wet sintering paste on a bonding partner, whereby a wet sintered paste layer is produced; The connection partner can here be a substrate, a power semiconductor component or a connection element of a power semiconductor module by way of example.
  2. b) drying the wet sintered paste layer and transferring it into an at least partially dried sintered paste layer or into a sintered metal layer;
  3. c) moving a test equipment 4 along a motion profile having a major direction of movement parallel to the surface, and creating a trench in the sintered paste layer or in the sintered metal layer having a mean first depth and measuring the force necessary for that motion;
  4. d) determining the quality of the sintered paste layer or the sintered metal layer based on the measurement of the force.

Im Anschluss an den Verfahrensschritt b) kann noch Druck auf die Sinterpastenschicht ausgeübt werden, was zu einer teilversinterten Sinterpastenschicht führt. Das Verfahren kann also sowohl für teilgetrocknete, wie auch für teilversinterte Sinterpastenschichten angewendet werden. Ebenso kann das Verfahren für Sintermetallschichten, auch derartige, die die aus Sinterpastenschichten mit Nanopartikeln erzeugt wurden, angewendet werden.Following process step b), pressure can still be exerted on the sintered paste layer, which leads to a partially sintered sintered paste layer. Thus, the process can be used both for partially dried and for partially sintered sintered paste layers. Similarly, the method can be applied to sintered metal layers, including those made from nanoparticle sintered paste layers.

Bei Sinterpastenschichten kann zu Beginn oder während des Verfahrensschritts c) das Prüfmittel ein- oder mehrmalig bis auf die Oberfläche des Verbindungspartners abgesenkt werden und anschließend auf eine jeweilig zweite Tiefe angehoben werden. Hierdurch kann bei bekannter Schichtdicke der Sinterpastenschicht auf einfach Art und Weise die Eindringtiefe des Prüfmittels festgelegt werden. For sintered paste layers, at the beginning or during process step c), the test equipment can be lowered one or more times down to the surface of the connection partner and then raised to a respective second depth. As a result, with a known layer thickness of the sintered paste layer, the penetration depth of the test device can be determined in a simple manner.

Es ist vorteilhaft, wenn die mittlere erste Tiefe zwischen 10% und 95%, bevorzugt zwischen 30% und 90% und besonders bevorzugt zwischen 50% und 80% einer Dicke der Sinterpastenschicht beträgt. Die besonders bevorzugte erste Tiefe wird meist empirisch bestimmt und ist unter anderem von der Dicke der Sinterpastenschicht abhängig, wobei diese Dicke typische Werte zwischen 5µm und 120µm aufweist. Bei dünneren Sinterpastenschichten ist meist ein größere relative erste Tiefe sinnvoll, um Oberflächeneffekte nicht zu stark bei der Bestimmung der Güte der Sinterpastenschicht zu berücksichtigen.It is advantageous if the mean first depth is between 10% and 95%, preferably between 30% and 90% and particularly preferably between 50% and 80% of a thickness of the sintered paste layer. The particularly preferred first depth is usually determined empirically and depends inter alia on the thickness of the sintered paste layer, this thickness having typical values between 5 μm and 120 μm. In the case of thinner sintered paste layers, a larger relative first depth usually makes sense in order not to take surface effects too seriously into account when determining the quality of the sintered paste layer.

Bei Sintermetallschichten ist es vorteilhaft, wenn die die mittlere erste Tiefe zwischen 0,2% und 10%, bevorzugt zwischen 0,5% und 5% einer Dicke der Sintermetallschicht beträgt.In the case of sintered metal layers, it is advantageous if the mean first depth is between 0.2% and 10%, preferably between 0.5% and 5%, of a thickness of the sintered metal layer.

Es kann bevorzugt sein, wenn das Prüfmittel während des Verfahrensschritts c) in einer konstanten aktuellen Tiefe parallel zur Oberfläche bewegt wird oder wobei das Prüfmittel derart bewegt wird, dass die Tiefe periodisch, bevorzugt sinusförmig, variiert wird oder dass die aktuelle Tiefe monoton oder streng monoton variiert wird. Die aktuelle Tiefe ist hierbei die Eindringtiefe des Prüfmittels, genauer dessen der Oberfläche des Verbindungspartners zugewandtes Ende, während des Verfahrens entlang des Bewegungsprofils.It may be preferred if the test means is moved parallel to the surface at a constant actual depth during method step c) or the test means is moved such that the depth is varied periodically, preferably sinusoidally, or the current depth is monotonous or strictly monotonic is varied. The actual depth here is the penetration depth of the test means, more precisely the end facing the surface of the connection partner, during the process along the motion profile.

Es ist insbesondere bevorzugt, wenn zur Bestimmung der Güte mindestens einer der folgenden Parameter, Maximalwert der Kraft zur Durchführung der Bewegung oder Mittelwert der Kraft zur Durchführung der Bewegung oder Effektivwert der Kraft zur Durchführung der Bewegung oder mittlere Frequenz der Kraftänderung während der Durchführung der Bewegung oder Effektivwert, auch als RMS-Wert bekannt, der Amplitude der Kraftänderung während der Durchführung der Bewegung herangezogen wird. Vorzugsweise wird zumindest einer dieser Parameter direkt herangezogen, d.h. er fließt unmittelbar in die Bestimmung der Güte ein.It is particularly preferred for determining the quality of at least one of the following parameters, maximum value of the force to carry out the movement or mean of the force to carry out the movement or rms value of the force to carry out the movement or mean frequency of force change during the execution of the movement or Effective value, also known as the RMS value, is used for the amplitude of the force change during the execution of the movement. Preferably, at least one of these parameters is used directly, i. it flows directly into the determination of the quality.

Grundsätzlich ist es bevorzugt, wenn die Güte anhand empirisch ermittelter Grenzwerte bestimmt wird. Insbesondere betrifft dies natürlich die oben genannten Parameter oder die diesen zugrunde liegenden Messwerte.In principle, it is preferred if the quality is determined on the basis of empirically determined limit values. In particular, this of course affects the above parameters or the underlying measurements.

Typisch, aber im Grunde nicht einschränkend, beträgt die Dicke der Sinterpastenschicht oder der Sintermetallschicht zwischen 5µm und 120µm, bevorzugt zwischen 20µm und 100µm und ein Verfahrweg des Prüfmittels parallel zur Oberfläche zwischen 0,1mm und 5mm, bevorzugt zwischen 0,2mm und 2mm beträgt.Typically, but not by way of limitation, the thickness of the sintered paste layer or the sintered metal layer is between 5 μm and 120 μm, preferably between 20 μm and 100 μm, and a travel distance of the test medium parallel to the surface is between 0.1 mm and 5 mm, preferably between 0.2 mm and 2 mm.

Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Ausführung des oben genannte Verfahrens mit einem Prüfmittel, das in Normalenrichtung der Oberfläche der teilgetrockneten Sinterpastenschicht oder der Sintermetallschicht verfahrbar ist, das parallel zur Oberfläche der teilgetrockneten Sinterpastenschicht oder der Sintermetallschicht verfahrbar ist, das dazu ausgebildet ist die Kraft während des Verfahrens entlang eines Bewegungsprofils in Hauptbewegungsrichtung parallel zur Oberfläche der Sinterpastenschicht oder der Sintermetallschicht kontinuierlich oder quasikontinuierlich zu messen.The above object is further achieved according to the invention by a device for carrying out the above-mentioned method with a test device that can be moved in the normal direction of the surface of the partially dried sintered paste layer or the sintered metal layer which is movable parallel to the surface of the partially dried sintered paste layer or the sintered metal layer the force during the process is measured continuously or quasi-continuously along a movement profile in the main movement direction parallel to the surface of the sintered paste layer or of the sintered metal layer.

Vorzugsweise ist das Prüfmittel als eine Prüfspitze ausgebildet, wobei diese einen typischen Durchmesser im Bereich von einigen zehn Mikrometern aufweist.Preferably, the test means is formed as a test tip, which has a typical diameter in the range of several tens of microns.

Selbstverständlich können, sofern dies nicht explizit oder per se ausgeschlossen ist oder dem Gedanken der Erfindung widerspricht, die jeweils im Singular genannten Merkmale mehrfach in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet oder in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorhanden sein.Of course, unless this is explicitly or per se excluded or contrary to the idea of the invention, the features mentioned in each case in the singular can be used several times in the method according to the invention or be present in the device according to the invention.

Es versteht sich, dass die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung, unabhängig davon ob sie in Zusammenhang mit dem Verfahren oder mit der Vorrichtung genannt sind, einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein können, um Verbesserungen zu erreichen. Insbesondere sind die vorstehend und im Folgenden genannten und erläuterten Merkmale 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, whether mentioned in connection with the method or with the device, can be implemented individually or in any desired combinations in order to achieve improvements. In particular, the features mentioned and explained above and below 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 Erläuterungen der Erfindung, vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale, ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den 1 bis 7 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung, oder von jeweiligen Teilen hiervon.

  • 1 bis 5 zeigen den Ablauf einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 6 zeigt Messwerte des erfindungsgemäßen Verfahrens der Bestimmung der Güte verschiedener Sinterpastenschichten.
  • 7 zeigt verschieden beispielhafte Bewegungsprofile im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Further explanations of the invention, advantageous details and features, will become apparent from the following description of the in the 1 to 7 schematically illustrated embodiments of the invention, or of respective parts thereof.
  • 1 to 5 show the sequence of a variant of the method according to the invention.
  • 6 shows measured values of the inventive method of determining the quality of different sintered paste layers.
  • 7 shows various exemplary motion profiles in the context of the method according to the invention.

1 bis 5 zeigen den Ablauf einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dargestellt ist ein Verbindungspartner 2, beispielhaft und ohne Beschränkung der Allgemeinheit, eine Leiterbahn eines leistungselektronischen Substrats, die dafür vorgesehen ist auf Ihr ein Leistungshalbleiterbauelement mittels einer Sinterverbindung anzuordnen. Dieser Verbindungspartner 2 weist eine Oberfläche 20 auf, auf der mittels eines Abscheideverfahrens eine feuchte Sinterpaste angeordnet wurde. 1 to 5 show the sequence of a variant of the method according to the invention. Shown is a connection partner 2 by way of example and without limitation of generality, a trace of a power electronic substrate which is intended to be arranged on it a power semiconductor device by means of a sintered connection. This connection partner 2 has a surface 20 on, on the means of a deposition a moist sintering paste was arranged.

Im Nachgang hierzu wurde diese so entstandene feuchte Sinterpastenschicht mittels Temperatureinwirkung teilgetrocknet, d.h. es wurde das ursprünglich vorhandene Lösungsmittel zu einem wesentlichen Teil, hier beispielhaft zu ca. 90% aus der Sinterpastenschicht 3 ausgetrieben, hier kann sogar eine Teilversinterung bereits eingesetzt haben. Übrig geblieben ist die in 1 dargestellte teilgetrocknete Sinterpastenschicht 3, die auf der dem Verbindungspartner 2 abgewandten Oberseite eine Oberfläche 30 aufweist, die hier parallel zur Oberfläche 20 des Verbindungspartners 2 angeordnet ist. In anderen Worten weist die teilgetrocknete Sinterpastenschicht 3 eine homogene Dicke 50, vgl. 3, auf. Weiterhin weist die Oberfläche 30 der teilgetrockneten Sinterpastenschicht 3 eine Normalenrichtung 300 auf.Subsequent to this, this resulting wet sintered paste layer was partially dried by the action of temperature, ie it was the original solvent to a substantial extent, here for example about 90% from the sintered paste layer 3 expelled, here even a partial sintering may have already used. Remained in the 1 shown partially dried sintered paste layer 3 on the liaison partner 2 facing away from a surface 30 which is parallel to the surface here 20 of the connection partner 2 is arranged. In other words, the partially dried sintered paste layer 3 a homogeneous thickness 50 , see. 3 , on. Furthermore, the surface has 30 the partially dried sintered paste layer 3 a normal direction 300 on.

Gemäß 1 wird ein Prüfmittel 4, hier eine Prüfspitze, in negativer Normalenrichtung 300 der Oberfläche 30 der teilgetrockneten Sinterpastenschicht 3 auf die Sinterpastenschicht 3 zu bewegt 60 und dringt dann senkrecht zur Oberfläche 30 in diese ein.According to 1 becomes a testing device 4 , here a probe, in a negative normal direction 300 the surface 30 the partially dried sintered paste layer 3 on the sintered paste layer 3 to move 60 and then penetrates perpendicular to the surface 30 in this one.

Gemäß 2 dringt die Prüfspitze 4 bis zur Oberfläche 20 des Verbindungspartners 2 in die teilgetrocknete Sinterpastenschicht 3 ein. Im Anschluss daran wird die Prüfspitze 4 wieder angehoben 62. Die Prüfspitze 4, genauer natürlich deren der Oberfläche 20 des Verbindungspartners 2 zugewandtes Ende befindet sich jetzt, vgl. 3, in einer zweiten Tiefe 54 der teilgetrockneten Sinterpastenschicht 3.According to 2 penetrates the probe 4 to the surface 20 of the connection partner 2 in the partially dried sintered paste layer 3 on. Following this, the probe becomes 4 raised again 62. The probe 4 , more precisely of course the surface 20 of the connection partner 2 facing end is now, cf. 3 at a second depth 54 the partially dried sintered paste layer 3 ,

Gemäß 3 und 4 wird die Prüfspitze 4 anschließend senkrecht zur Normalenrichtung 300 der Oberfläche 30 der teilgetrockneten Sinterpastenschicht 3 bewegt 64. Hierbei entsteht ein Graben 32 mit einem Grabenboden 320 und neben diesem Graben 32 Aufwerfungen 322 aus Sinterpaste. Die Bewegung erfolgt hierbei gegen den Widerstand der Sinterpaste, wobei eine Kraft für die Durchführung der Bewegung aufgewendet werden muss.According to 3 and 4 becomes the probe 4 then perpendicular to the normal direction 300 the surface 30 the partially dried sintered paste layer 3 moves 64. This creates a ditch 32 with a trench bottom 320 and beside this ditch 32 warping 322 made of sintered paste. The movement takes place here against the resistance of the sintering paste, wherein a force must be expended for the implementation of the movement.

Gemäß 5 wird die Prüfspitze 4 nach der, bereits zu 4 beschriebenen, Bewegung 64 senkrecht zur Normalenrichtung 300, in Normalenrichtung 300 angehoben 66 und die Messung beendet.According to 5 becomes the probe 4 after, already too 4 described, movement 64 perpendicular to the normal direction 300 , in normal direction 300 raised 66 and the measurement ended.

Während der Bewegung der Prüfspitze 4 senkrecht zur Normalenrichtung 300, oder in anderen Worten parallel zur Oberfläche 30 der teilgetrockneten Sintermetallschicht 3 wird die für diese Bewegung notwendige Kraft gemessen.During the movement of the probe 4 perpendicular to the normal direction 300 , or in other words parallel to the surface 30 the partially dried sintered metal layer 3 the force required for this movement is measured.

6 zeigt Messwerte des erfindungsgemäßen Verfahrens der Bestimmung der Güte verschiedener Sinterpastenschichten. Dargestellt ist der Kraftverlauf der unter 4 und 5 beschriebenen Bewegung. 6 shows measured values of the inventive method of determining the quality of different sintered paste layers. Shown is the force curve of the under 4 and 5 described movement.

Eine erste Kurve 70 zeigt hierbei zum Vergleich den Kraftverlauf bei der Bewegung der Prüfspitze in einer feuchten Sinterpastenschicht. Die zweite Kurve 72 zeigt den Kraftverlauf in einer fast vollständig getrockneten Sinterpastenschicht, mit einer annährend idealen Restkonzentration des Lösungsmittels in der teilgetrockneten Sinterpastenschicht. Diese teilgetrocknete Sinterpastenschicht weist somit eine hervorragende Güte auf. Die dritte Kurve 74 zeigt den Kraftverlauf einer, verglichen mit der zweiten Kurve, teilversinterten und damit nicht mehr die gewünschte Güte für einen definierten Prozessschritt eines Sinterprozesses aufweisenden, Sinterpastenschicht.A first turn 70 shows for comparison the force curve during the movement of the probe in a wet sintered paste layer. The second turn 72 shows the force curve in an almost completely dried sintered paste layer, with an approximately ideal residual concentration of the solvent in the partially dried sintered paste layer. This partially dried sintered paste layer thus has an excellent quality. The third turn 74 shows the force curve of a, compared to the second curve, partially sintered and thus no longer the desired quality for a defined process step of a sintering process, having sintered paste layer.

Allgemein kann die Güte einer Sinterpastenschicht oder auch einer Sintermetallschicht je nach Anwendung und Prüfzweck durch die Bewertung unterschiedlicher direkt oder indirekt zugänglicher, zum Teil bereits oben genannter, Parameter bestimmt werden. Ein wesentlicher Grundparameter ist hierbei die zur Bewegung der Prüfspitze notwendig Kraft. Auch können einzelne Parameter für diese Gütebestimmung ausreichen oder aber ein Satz von Parametern kann notwendig oder vorteilhaft sein für die Gütebestimmung. Häufig kann die Güte nur bestimmt werden, indem im Vorfeld die Zielparameter durch empirische Ermittlung festgelegt werden.In general, the quality of a sintered paste layer or of a sintered metal layer can be determined depending on the application and test purpose by the evaluation of different directly or indirectly accessible, partly already mentioned above, parameters. An essential basic parameter here is the force required to move the probe. Also, individual parameters may suffice for this quality determination or else a set of parameters may be necessary or advantageous for the determination of the quality. Frequently, the quality can only be determined by determining the target parameters in advance by empirical determination.

7 zeigt verschieden beispielhafte Bewegungsprofile 600 und deren mittlere erste Tiefe 52 im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der Güte einer Sinterpastenschicht. Alternativ zur gemäß den 1 bis 5 dargestellten relativ einfachen Bewegung können komplexere Bewegungsprofile 600, die allerdings nach wie vor eine Hauptbewegungsrichtung parallel zur Oberfläche 30 der Sinterpastenschicht 3 darstellen, zu präziseren Messergebnissen führen. 7 shows various exemplary motion profiles 600 and their mean first depth 52 in the context of the method according to the invention for determining the quality of a sintered paste layer. Alternatively to according to the 1 to 5 Relatively simple movement shown can be more complex motion profiles 600 However, they still have one main direction of movement parallel to the surface 30 the sintered paste layer 3 lead to more precise measurement results.

Hier dargestellt sind fünf bevorzugte Bewegungsprofile:Here are five preferred motion profiles:

Im ersten Bewegungsprofil wird die Prüfspitze bis auf die Oberfläche des Verbindungspartners abgesenkt, im Anschluss nur geringfügig angehoben um dann in einem konstanten Winkel zur Oberfläche der Sinterpastenschicht bewegt zu werden bis die Prüfspitze die Sinterpastenschicht verlässt. Auf diese Weise können Volumeneffekte, die die Güte der Sinterpastenschicht beeinflussen, besser bestimmt werden.In the first movement profile, the test probe is lowered down to the surface of the connection partner, then raised only slightly to then be moved at a constant angle to the surface of the sintered paste layer until the probe leaves the sintered paste layer. In this way, volume effects that affect the quality of the sintered paste layer can be better determined.

Im zweiten Bewegungsprofil wird die Prüfspitze bis auf die Oberfläche des Verbindungspartners abgesenkt, im Anschluss bis circa zur Hälfte der Dicke der Sinterpastenschicht angehoben um dann wiederum in einem konstanten Winkel zur Oberfläche der Sinterpastenschicht bewegt zu werden bis die Prüfspitze die Sinterpastenschicht verlässt.In the second movement profile, the test probe is lowered down to the surface of the connection partner, then lifted to about half the thickness of the sintered paste layer and then again moved at a constant angle to the surface of the sintered paste layer until the test probe leaves the sintered paste layer.

Im dritten Bewegungsprofil, das grundsätzlich demjenigen in den 1 bis 5 beschriebenen gleicht, wird die Prüfspitze mehrfach und hier in nicht regelmäßigen Abständen bis auf die Oberfläche des Verbindungspartners abgesenkt. Das mehrfach Absenken der Prüfspitze auf die Oberfläche des Verbindungspartners kann insbesondere auch mit dem ersten und zweiten Bewegungsprofil in vorteilhafter Weise kombiniert werden, beispielhaft indem die jeweiligen Bewegungsprofile mehrfach durchlaufen werden.In the third movement profile, which is basically the one in the 1 to 5 is similar, the probe is repeatedly and here at irregular intervals down to the surface of the connection partner lowered. The multiple lowering of the probe on the surface of the connection partner can be combined in particular with the first and second movement profile in an advantageous manner, for example by the respective motion profiles are repeated several times.

Im vierten Bewegungsprofil wird die Prüfspitze im Wesentlichen sinusförmig und relativ zur Oberfläche der Sinterpastenschicht bewegt.In the fourth motion profile, the probe is moved substantially sinusoidally and relative to the surface of the sintered paste layer.

Im fünften Bewegungsprofile wird die Prüfspitze anfänglich in einer definierten Tiefe parallel zur Oberfläche der Sinterpastenschicht bewegt, danach bis auf die Oberfläche des Verbindungspartners abgesenkt, um anschließend in einer geringeren Tiefe, verglichen zum Beginn der Bewegung, parallel zur Oberfläche der Sinterpastenschicht weiter bewegt zu werden.In the fifth motion profile, the test probe is initially moved at a defined depth parallel to the surface of the sintered paste layer, then lowered to the surface of the bonding partner, and then further moved parallel to the surface of the sintered paste layer at a lesser depth compared to the beginning of the movement.

Claims (12)

Verfahren zur Gütebestimmung einer Sinterpastenschicht 3 oder einer Sintermetallschicht mit folgenden Verfahrensschritten: a) Flächiges Aufbringen einer feuchten Sinterpaste auf einem Verbindungspartner 2, wodurch eine feuchte Sinterpastenschicht erzeugt wird; b) Trocknen der feuchten Sinterpastenschicht 3 und Überführen in eine, zumindest teilgetrocknete, Sinterpastenschicht 3 oder in eine Sintermetallschicht; c) Bewegen eines Prüfmittels 4 entlang eines Bewegungsprofils 600 mit einer Hauptbewegungsrichtung parallel zur Oberfläche 30 und erzeugen eines Grabens 32 in der Sinterpastenschicht 3 oder in der Sintermetallschicht mit einer mittleren ersten Tiefe 52 und Messen der zu dieser Bewegung 64 notwendigen Kraft; d) Bestimmen der Güte der Sinterpastenschicht 3 oder der Sintermetallschicht basierend auf der Messung der Kraft.Method for determining the quality of a sintered paste layer 3 or a sintered metal layer with the following method steps: a) surface application of a moist sintering paste on a bonding partner 2, whereby a wet sintered paste layer is produced; b) drying the moist sintered paste layer 3 and converting it into an at least partially dried sintered paste layer 3 or into a sintered metal layer; c) moving a tester 4 along a motion profile 600 with a main motion direction parallel to the surface 30 and creating a trench 32 in the sintered paste layer 3 or in the sintered metal layer having a mean first depth 52 and measuring the force necessary for this motion 64; d) determining the quality of the sintered paste layer 3 or the sintered metal layer based on the measurement of the force. Verfahren nach Anspruch 1, wobei wobei nach dem Verfahrensschritt b) ein Druck auf die Sinterpastenschicht 3 ausgeübt wird, der zu einer teilversinterten Sinterpastenschicht führt.Method according to Claim 1 wherein, after the process step b), a pressure is exerted on the sintered paste layer 3, which leads to a partially sintered sintered paste layer. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zu Beginn oder während des Verfahrensschritts c) das Prüfmittel 4 ein- oder mehrmalig ist auf die Oberfläche 20 des Verbindungspartners 2 abgesenkt wird und anschließend auf eine jeweilig zweite Tiefe 54 angehoben wird.Method according to one of the preceding claims, wherein at the beginning or during the process step c) the test means 4 is one or more times lowered to the surface 20 of the connection partner 2 and then raised to a respective second depth 54. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mittlere erste Tiefe 52 zwischen 10% und 95%, bevorzugt zwischen 30% und 90% und besonders bevorzugt zwischen 50% und 80% einer Dicke 50 der Sinterpastenschicht 3 beträgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the average first depth 52 is between 10% and 95%, preferably between 30% and 90% and particularly preferably between 50% and 80% of a thickness 50 of the sintered paste layer 3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mittlere erste Tiefe 52 zwischen 0,2% und 10%, bevorzugt zwischen 0,5% und 5% einer Dicke 50 der Sintermetallschicht beträgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the average first depth 52 is between 0.2% and 10%, preferably between 0.5% and 5% of a thickness 50 of the sintered metal layer. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Prüfmittel 4 während des Verfahrensschritts c) in einer konstanten aktuellen Tiefe 56 parallel zur Oberfläche 30 bewegt wird oder wobei das Prüfmittel 4 derart bewegt wird, dass die Tiefe periodisch, bevorzugt sinusförmig, variiert wird oder dass die aktuelle Tiefe 56 monoton oder streng monoton variiert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the test means 4 during the process step c) is moved in a constant current depth 56 parallel to the surface 30 or wherein the test means 4 is moved such that the depth is periodically, preferably sinusoidally, varied or that current depth 56 is monotonically or strictly monotonically varied. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Bestimmung der Güte mindestens einer der Parameter, Maximalwert der Kraft zur Durchführung der Bewegung oder Mittelwert der Kraft zur Durchführung der Bewegung oder Effektivwert der Kraft zur Durchführung der Bewegung oder mittlere Frequenz der Kraftänderung während der Durchführung der Bewegung oder Effektivwert der Amplitude der Kraftänderung während der Durchführung der Bewegung herangezogen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein for determining the quality of at least one of the parameters, maximum value of the force to perform the movement or mean of the force to perform the movement or RMS value of the force to carry out the movement or average frequency of the force change during the implementation of the movement or RMS value of the amplitude of the force change during the execution of the movement is used. Verfahren nach Anspruch 7, wobei zumindest einer der Parameter direkt herangezogen wird.Method according to Claim 7 , where at least one of the parameters is used directly. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Güte anhand empirisch ermittelter Grenzwerte bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the quality is determined on the basis of empirically determined limit values. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicke 50 der Sinterpastenschicht oder der Sintermetallschicht zwischen 5µm und 120µm, bevorzugt zwischen 20µm und 100µm beträgt und wobei ein Verfahrweg des Prüfmittels parallel zur Oberfläche zwischen 0,1mm und 5mm, bevorzugt zwischen 0,2mm und 2mm beträgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the thickness 50 of the Sinterpastenschicht or the sintered metal layer between 5 .mu.m and 120 .mu.m, preferably between 20 .mu.m and 100 .mu.m and wherein a travel of the test medium parallel to the surface between 0.1 mm and 5 mm, preferably between 0.2 mm and 2 mm. Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Prüfmittel 4, das in Normalenrichtung 300 der Oberfläche 30 der teilgetrockneten Sinterpastenschicht 3 oder der Sintermetallschicht verfahrbar ist, das parallel zur Oberfläche 30 der teilgetrockneten Sinterpastenschicht 3 oder der Sintermetallschicht verfahrbar ist, das dazu ausgebildet ist die Kraft während des Verfahrens 64 entlang eines Bewegungsprofils 600 in Hauptbewegungsrichtung parallel zur Oberfläche 30 der Sinterpastenschicht 3 oder der Sintermetallschicht kontinuierlich oder quasikontinuierlich zu messen.Apparatus for carrying out a method according to one of the preceding claims, comprising a test means 4 which can be moved in the normal direction 300 of the surface 30 of the partially dried sintered paste layer 3 or the sintered metal layer which is movable parallel to the surface 30 of the partially dried sintered paste layer 3 or the sintered metal layer the force during method 64 is measured continuously or quasi-continuously along a movement profile 600 in the main movement direction parallel to the surface 30 of the sintered paste layer 3 or the sintered metal layer. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Prüfmittel 4 als eine Prüfspitze ausgebildet ist.Device after Claim 10 , wherein the test means 4 is formed as a probe.
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