JP6980029B2 - 拡散はんだ接合を形成するためのはんだプリフォームおよびはんだプリフォームを形成するための方法 - Google Patents

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Description

本発明は、拡散はんだ接合を形成するためのはんだプリフォームに関する。これは、第１の接合パートナーのための第１の接合面と、第２の接合パートナーのための第２の接合面とを有する。はんだプリフォームは、はんだ材料から成る第１の相と金属材料から成る第２の相とを含む構造からなる。さらに、本発明は、はんだ材料の第１の相と金属材料の第２の相とを接合してはんだプリフォームを形成するはんだプリフォームの形成方法に関する。
２つの接合パートナーを取り付けるために拡散はんだ接合を使用することは、例えば、特許文献１から知られている。接合パートナー間に拡散はんだ接合を形成する場合、拡散プロセスにより、はんだ合金から成る残りの部分よりも融点が高い金属間化合物相を有するはんだ接合が形成される。これにより、接合パートナー間の接合続を熱的かつ機械的に安定させることができる。
接合パートナーは、例えば、銅製の接触材料を提供することができる。拡散はんだは、スズ含有はんだ材料であってもよい。はんだ接合の形成中のはんだ材料中への銅の拡散により、次いで、銅とスズとの間の金属間化合物によって形成される拡散ゾーンが生じる。このゾーンは、約４２０°の融点を有するが、これはスズベースのはんだ材料の溶融温度を明らかに上回る。必要な拡散プロセスのために、拡散ゾーンは、はんだ材料内に任意に深く延在することができない。したがって、形成されるはんだ接合は、一定の厚さに制限される。したがって、特許文献１によれば、接合パートナー間の接合ギャップの領域に空洞が生じるように、接合パートナーの少なくとも１つを設計することが提案されている。空洞は、例えば、接合パートナーの１つの取付け面に凹部を設けることによって形成することができる。この場合、この凹部は、接合中に過剰なはんだ材料が逃げることができる緩衝空間として働き、その結果、量公差が生じた場合でも接合パートナー間のギャップ幅を保証することができ、それによって接合ギャップの幅全体にわたって拡散ゾーンの信頼性のある形成が保証される。
さらに非特許文献１によれば、拡散はんだ接合の形成において、例えば銅ネットを接合ギャップに挿入して接合パートナー間の比較的大きな接合ギャップも橋絡できるようにすることが知られている。この上に、はんだ箔を配置することができ、これによりはんだ材料は、液化したときに可撓性プリフォーム間の空間を充填する。プリフォームは、はんだ材料内に拡散することができる材料を提供する。拡散材料が接合パートナーの界面を介してだけでなく、はんだ接合の内部にも提供されるので、接合パートナー間に連続した拡散ゾーンを接合ギャップが大きい場合にも形成することができる。
また、非特許文献１は、可撓性プリフォームの代わりに金属粉末、例えば銅粉末が使用される、拡散はんだ接合を形成する別の方法も記載している。この粉末は、はんだ材料に添加され、はんだ材料内に分散して分布し、拡散ゾーンを形成する間にはんだ接合内に拡散することができる材料を提供する。これにより、２つの接合パートナー間のギャップを橋絡する拡散ゾーンをはんだ接合に形成することも可能になる。
特許文献２によれば、２つの接合パートナー間の拡散はんだ接合は、はんだ付け中に液相から固相への成分の拡散によって形成され得ることが知られている。この場合、接合パートナー間には、２つの成分を含むはんだ材料が用いられる。はんだ接合を形成することができるようにするために、はんだプリフォームが、第１の構成要素および第２の構成要素の層のサンドイッチからなる接合パートナーの間に配置される。これにより、拡散要素のための拡散経路をできるだけ短く維持することが可能になり、その結果、接合パートナー間に機械的に安定した接合が生じる。
はんだプリフォームの使用は、信頼性のある接触を形成するためには両方の接合パートナーに接触しなければならず、はんだ接合形成における拡散経路が大きすぎることが許されないので、はんだ接合の形成において高度の精度を必要とする。この精度は、一定の製造労力およびその結果として生じるコストに関連する。拡散経路を小さく保つためには、特に薄いはんだプリフォームを使用することができる。しかし、これらは、接合パートナーの非常に平坦で清浄な表面を必要とし、接合精度に対する要求を高めることになる。また、拡散経路を短くするためには、任意の薄いプリフォームを形成することは不可能である。また、金属間化合物相の相成長に要する時間も任意に最小化することができない。また、接合パートナーの熱負荷を考慮しなければならず、これは熱処理の許容処理時間を制限する。
独国特許出願公開第１０２０１３２１９６４２号明細書 米国特許出願公開第２００９／００４５００号明細書
Ｄ． Ｆｅｉｌ： "Ｆｕｅｇｅｋｏｎｚｅｐｔｅ ｆｕｅｒ Ｌｅｉｓｔｕｎｇｓｍｏｄｕｌｅ ａｎ Ｋｕｅｈｌｋｏｅｒｐｅｒｎ"， Ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｓｃｈｅ Ｂａｕｇｒｕｐｐｅｎ ｕｎｄ Ｌｅｉｔｅｒｐｌａｔｔｅｎ， Ｓｅｉｔｅｎ ６０ − ６４， Ｂｅｒｌｉｎ， Ｏｆｆｅｎｂａｃｈ， ２０１６
本発明の課題は、拡散はんだ付け用のはんだプリフォームまたはそのようなはんだプリフォームの形成方法を提供することであり、この場合はんだプリフォームは取り扱い及び取り付けが容易であり、かつ拡散はんだ接合時の熱負荷が比較的低くなければならない。
この課題は本発明によれば冒頭に述べたはんだプリフォームにおいて、第１相の材料と第２相の材料とから成る拡散ゾーンがはんだプリフォームに形成され、第１接合面および第２接合面が全体的にまたは部分的に第１相によって形成されることによって解決される。この場合、第１相および第２相は、互いに溶け合うことが可能であり、すなわち、好ましくは、熱エネルギーがこの目的に十分である場合、第２相の金属材料は、第１相に拡散する。これは、特に、はんだ材料から成る第１相が拡散はんだ接合を形成するために溶融される場合である。この場合第２の相は、より高い融点を有し、したがって、拡散はんだ接合を形成するときに溶融されない。有利には、拡散プロセスは、最終的に、第１の相および第２の相の成分から形成され、はんだ材料よりも高い融点を有する金属間化合物相の形成をもたらす。第１の相は、例えば、スズベースのはんだ材料（特に、合金組成ＳＮ９６．５Ａｇ３Ｃｕ０．５を有するＳＡＣ３０５などのスズ−銀−銅はんだ、または、例えば、合金組成Ｓｎ９９．３Ｃｕ０．７を有するスズ銅−はんだ）であってもよく、一方、第２の相は、第１の相に溶解してこの相に拡散する金属、好適には銅から成る。
本発明による着想は、はんだプリフォーム内に形成される拡散ゾーンが、まだ拡散プロセスの最終段階に達していないという事実にある。これによりはんだプリフォームは、２つの接合パートナーを拡散はんだ接合で接合するために、拡散はんだ付けプロセスの枠内でなおも使用できるので有利である。この目的のために、第１の接合面および第２の接合面が利用可能であり、特に、これらの２つの接合面において、依然として第１の相が形成される。したがって、はんだ材料は、拡散ゾーンを形成するために依然として利用可能であり、拡散ゾーンは、例えば、接合パートナーが、第２の相にも存在する金属材料を拡散ゾーンの形成に寄与させることによって形成することができる。
拡散はんだ接合を形成するとき、はんだプリフォームは、さらなる拡散プロセスをもたらす温度まで加熱され、拡散はんだ接合の形成を完了させる。特に、金属間化合物相が形成されることがあり、この金属間化合物相はまた、接合面まで延在し、したがって、接合パートナー間の信頼性のある拡散はんだ接合をもたらす。はんだプリフォームのろう付けの前に、内部に存在する拡散ゾーンは、少なくとも部分的に金属間化合物相を既に有していてもよい。これは、はんだプリフォームが拡散を開始させる熱処理をどの程度長く受けるかによる。拡散はんだ接合を形成するためには、第１の相のはんだ材料が接合面に依然として十分にあることのみが重要である。
本発明のさらなる実施形態によれば、拡散ゾーン（１９）と第１の接合面（１２）との間、および拡散ゾーン（１９）と第２の接合面（１３）との間に、少なくとも１μｍ〜最大３０μｍ、好ましくは少なくとも５μｍ〜最大１０μｍの範囲の最小間隔があるようにされる。本発明によって設けられる間隔は、接合パートナーとはんだプリフォームとの間の拡散はんだ接合が、比較的低い熱入力で完成され得ることを保証する。したがって、拡散はんだ接合は、電子アセンブリの別のはんだ接合と一緒に製造されることが有利なことに可能となる。一般に、拡散はんだ接合の製造には、通常のはんだ接合よりもかなり高い温度が必要とされる。しかしながら、例えば熱処理によって、はんだプリフォーム内で既に開始されている拡散プロセスのために、金属間化合物を有する拡散ゾーンの形成は、はんだ付けプロセスによって全体的に生成される必要はない。したがって、有利なことに、通常のはんだ付けの処理時間および温度で十分であり、拡散はんだ接合のほかに通常のはんだ接合も作製すべきである場合であっても、アセンブリは、単一のはんだ付けプロセスで作製することができる。例えば、このような電子アセンブリは、リフローはんだ炉内ではんだ付けすることができる。
拡散はんだ接合内に一方の接合面から他方の接合面まで延びる拡散ゾーンを形成するためには、最小間隔は接合面の表面全体にわたって分布させる必要はない。しかし最小間隔は、本発明の有利な実施形態によれば、少なくとも接合面の下側の部分領域に存在すべきであろう。
本発明のさらなる実施形態によれば、拡散ゾーン（１９）と第１の接合面（１２）との間、および拡散ゾーン（１９）と第２の接合面（１３）との間には、少なくとも１μｍ〜多くとも３０μｍ、好ましくは少なくとも５μｍ〜多くとも１０μｍの範囲の間隔があり、拡散ゾーン（１９）と第１の接合面（１２）との間、および拡散ゾーン（１９）と第２の接合面（１３）との間の上記の間隔は、接合面（１２）の下側領域において少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７０％、さらにより好ましくは少なくとも９０％であるようにされる。このようにすれば、少なくとも接合面の主要部分に拡散接合が形成されることを有利に保証することができる。この拡散接合は、はんだ材料の残留物がはんだ接合に依然として存在する場合であっても、はんだ接合を効果的に安定化させる。
本発明のさらなる実施形態によれば、金属間化合物は、３００秒未満のはんだ付け時間、特に６０〜１５０秒のはんだ付け時間で、第１の接合面（１２）から第２の接合面（１３）への拡散ゾーンを通るはんだプリフォームの完全な浸透が形成され得るまで形成される。すなわち、拡散領域と接合面との間の間隔を寸法決めすることによって、はんだ付け時間に直接影響を及ぼすことができることが示されている。このようにして、はんだプリフォームを、特に通常のはんだ接合と一緒にはんだ付けできるようにすることに成功している。
本発明のさらなる実施形態によれば、金属間化合物は、２７０℃未満の温度範囲、特に２２０℃〜２６０℃の温度範囲で、第１の接合面（１２）から第２の接合面（１３）への拡散ゾーンを通るはんだプリフォームの完全な浸透が実施可能とするように形成されることが提供される。すなわち、拡散領域と接合面との間の間隔を適切に寸法決めすることによって、はんだ付け温度を低下させることが可能となり、拡散接合部を通常のはんだ接合部と一緒にはんだ付けすることができるように、はんだ付け温度を調節することができることが示されている。
はんだ材料の第１の相と金属材料の第２の相とが互いに接合されてはんだプリフォームを形成するはんだプリフォームを形成する方法において、金属間化合物を有する拡散ゾーンを形成するために熱処理が実行されるようにしてよい（これについては以下に詳述する）。この方法の適用において、熱処理は、それらのパラメータ（温度、熱処理時間）に関して、接合表面と拡散ゾーンとの間の間隔に対する上記の比率が設定されるように調整することができる。
本発明の一実施形態によれば、第１の相および第２の相は、はんだプリフォーム内の層として形成され、各層の間にそれぞれ拡散ゾーンが中間層として形成される。言い換えれば、第１の相と第２の相の層が交互になる。熱処理により中間層が生じる。これらの中間層は、第１の相と第２の相との間の界面から成長し、また一緒に成長することができる拡散ゾーンによって形成される。拡散ゾーンは、拡散が十分に進んだときに、少なくとも部分的に金属間化合物に変換することができる。有利なことには、このようにして、第１の相および第２の相からの薄膜層によって生成され得る、はんだプリフォームの簡単な構造が得られる。
本発明の別の実施形態では、第２の相が、第１の相から成るマトリックス中に分布する粒子の形態で形成される。これは、例えば、第２相の粒子を第１相のフィルム間に分散させることによって達成することができ、これから、はんだプリフォームを形成する複合体が製造される。後で生成される拡散ゾーンが、粒子を接続する金属間化合物の枠組みを有する場合、特に有利である。この枠組みは、はんだプリフォームの厚さにわたって延在し、それによって、はんだプリフォームによって形成される拡散はんだ接合は、機械的および熱的に安定化される。はんだプリフォームを組み立て、拡散はんだ付けした後、金属間化合物の枠組みを接合パートナーに加え、接合面まで延在させる。これにより、拡散はんだ接合全体が安定化される。
もう１つの可能性は、第２相が一体型の空間構造を形成し、第１相から成るマトリクスによって囲まれることである。このような一体型の空間構造は、第１の相において形成される金属間化合物の枠組みとなる幾何学的形状を予め決定し、その結果、この枠組みは、有利には、規定された幾何学的形状、したがって、良好な予測可能な機械的特性を伴って形成され得る。本発明のこの実施形態でも、幾何学的形状が第２の相の空間構造に基づく金属間化合物相の空間構造を取り囲む構造が生じる。
さらに本発明の課題は冒頭に述べた方法において、はんだプリフォームが熱処理を受け、その熱処理中に第１の相と第２の相との間に拡散ゾーンが形成されることによって解決される。この拡散ゾーンでは、金属間化合物の形成も生じ得る。加えて、熱処理は適時に停止され、第１の接合パートナーのための第１の接合面および第２の接合パートナーのための第２の接合面に第１の相が全体的または部分的に形成されたままにされる。これにより、隣接する接合パートナーとのはんだ接合を形成するための接合面におけるはんだ材料が確保される。接合パートナーにおいて第１相が維持されることは、拡散ゾーンを形成するための材料がそこから第１相に拡散される第２相が、接合面付近の領域においては、全くまたはほんのわずかしか存在しないことによって保証され得る。加えて、接合面まで達する拡散ゾーンの形成は、熱処理のための時間を制限することによって影響され得る。
本発明による方法により、その利点を既に上述したはんだプリフォームを形成することができる。特に、組立中に２つの接合パートナー間に拡散はんだ接合を形成しなければならない拡散プロセスの終了が、より迅速に達成されるはんだプリフォームを形成することができる。この場合、有利なことに、はんだ接合の形成に関連する熱負荷を低減することができる。
本発明による方法の一実施形態によれば、はんだプリフォームは、熱処理中に、第１の接合面および第２の接合面に係合する２つの保持装置の間に挿入されるようにされる。これらの保持装置は、はんだプリフォームから熱処理後に再度取り外すことができるように、はんだプリフォーム内に拡散する材料を含んではならない。例えば、保持装置は、セラミックで作られ、２つの平板によって実現されてもよい。また、保持装置がはんだ材料によって濡らされることがないようにし、はんだ材料が保持装置の境界面に接触しないようにすることも有利である。保持装置を用いて、個々の層を互いに接続して接合面のコンディショニングを図るために、熱処理中にはんだプリフォームに圧力を加えることができる。
さらに、形成すべきはんだプリフォームの高さを有するプレートが中間体として作られると有利である。このプレートから、熱処理が終了した後、プレートを分割することにより、多数のはんだプリフォームを作製することができる。これは、例えば、打ち抜き、切断、鋸引き、分離研削、またはレーザ切断によって行うことができる。大きなプレートを製造することによって、一方では、個々の層の積層中のプロセス信頼性を改善することができる。さらに、多数のはんだプリフォームのためには比較的大きな寸法を有する比較的少数の構成要素を取り扱わなければならないので、層を積層する際の労力が低減される。この場合、水平方向の位置ずれは、例えば、プレートの縁部においてのみ生じ、はんだプリフォームを個々に分離する際に容易に切断して取り除くことができる。
本方法の特定の実施形態によれば、第１の相が層の形態で使用され、第２の相が粒子の形態で使用されるようにされる。この場合層と粒子とを交互に積層し、続いて粒子を層に埋め込む。この埋め込みプロセスは、例えば、圧延またはプレスによって機械的に行うことができる。さらに、拡散ゾーンの形成が粒子と層との間の強固な結合をもたらすので、個々の層間の結合の形成は、熱処理によってさらに助成される。
例えば、球形の銅粒子を薄いはんだ箔、特にスズ含有はんだ合金の上に押し付けることができる。この場合、本発明の有利な実施形態によれば、バインダを使用することができ、このバインダを用いて、粒子がはんだ薄膜箔上に固定される。これらの多数の薄膜が互いに積み重ねられれば、このようにして製造されたはんだプリフォームの全体の高さは、銅粒子の十分な充填を達成することができる。
本発明の別の実施形態によれば、第１の相が、粒子の形態で、または一体型型の空間構造の形態で保持装置の間に配置され、次いで、この第１の相が、予め溶融されている第２の相によって浸透されるようにすることができる。これは、第２の相が第１の相よりも低い溶融温度を有するようにし、毛細管力によって第１の相の隙間に吸い込まれるということを利用する。これにより有利なことに第１の相と第２の相との複合体が生じ、第１の相の充填度および幾何学的形状を正確に予め決定することができる。はんだ材料が液体状態ではんだプリフォームに導入されることにより、拡散ゾーンが直ちに形成されるような十分な熱が提供される。したがって、熱処理工程は、はんだプリフォームの製造工程に少なくとも部分的に組込まれることにより、プリフォームの製造時間を短縮できるので有利である。
銅粒子が使用される場合、それらは、例えばセラミックの非濡れ性の表面上にそれらを押付けることによって、例えば銅ペーストの形態に加工することができる。この粒子結合体の乾燥後、例えばプリフォームまたははんだペースト貯蔵部の形態のはんだ貯蔵部を、銅貯蔵部の側面に付着させることができる。上側に形成されるはんだプリフォームの形状は、第２の保持装置、例えば第２のセラミックプレートによって制限される。さらに、形成されるはんだプリフォームの高さを正確に画定するためのスペーサを、保持装置の間に配置することができる。はんだの溶融によって、はんだは銅粒子の貯蔵部に浸透する。
本発明の別の実施形態によれば、第２の相は、２つの保持デバイスのうちの１つの上に一体型の空間構造の形態で配置されるようにされる。続いて、第２の相が第１の相に埋め込まれ、第１の相がはんだペーストの形態で処理される。第１の相は、第２の相がその中に押し込まれるときに、撓む。続いて、他方の保持装置が、形成すべきはんだプリフォーム上に配置される。有利には、一体型の空間構造は、充填度を高めるために、はんだペーストの２つの層の間に埋め込むこともできる。この方法では、ステンシル印刷で確立された技術が使用されるので、有利なことに、高い安全性を有する経済的な製造プロセスが実現可能である。
さらに本発明の別の実施形態によれば、第２の相は一体型の空間構造の形態で使用し、この空間構造を溶融されている第１の相に浸漬することができる。この浸漬プロセスでは、一体型の空間構造ははんだ材料で濡らされ、まだ液状のはんだ材料内に拡散ゾーンが直ちに形成される。このようにして作られはんだで濡らされた空間構造は、その後、より高いはんだプリフォームを形成するために積み重ねることができる。
本発明のさらなる詳細は、図面を参照して以下に記載される。同一または対応する図面上の要素には、それぞれ同じ参照符号が付されており、個々の図面間で相違がある場合に限り繰り返し説明する。
本発明によるはんだプリフォームの一実施形態の断面図を示し、ここでは、第２の相は、個々の層によって形成されている。 本発明によるはんだプリフォームの別の実施形態の部分断面図を示し、ここでは、第２の相は、粒子によって形成されている。 本発明による方法の一実施形態の選択された製造工程（層の積み重ね）の部分断面図を示す。 本発明による方法の一実施形態の選択された製造工程（層の積み重ね）の部分断面図を示す。 本発明による方法の一実施形態の選択された製造工程（層の積み重ね）の部分断面図を示す。 本発明による方法の別の実施形態（はんだ材料の浸透）の選択された工程の部分断面図を示す。 本発明による方法の別の実施形態（はんだ材料の浸透）の選択された工程の部分断面図を示す。 本発明の方法の別の実施形態（空間グリッドのを浸漬する）の選択された工程の部分断面図を示す。 本発明の方法の別の実施形態（空間グリッドのを浸漬する）の選択された工程の部分断面図を示す。 本発明による方法の別の実施形態の選択された工程（はんだペーストの印刷）の部分断面図を示す。 本発明による方法の別の実施形態の選択された工程（はんだペーストの印刷）の部分断面図を示す。 本発明による方法の別の実施形態の選択された工程（はんだペーストの印刷）の部分断面図を示す。 本発明による方法の別の実施形態の選択された工程（はんだペーストの印刷）の部分断面図を示す。 本発明による方法の別の実施形態の選択された工程（はんだペーストの印刷）の部分断面図を示す。
図１にははんだプリフォーム１１が示されている。これは、第１の接合面１２と第２の接合面１３とを有する。第１の接合面１２を介してはんだプリフォーム１１は、第１の接合パートナー１４の第１の金属化面１５に接続される。接合パートナー１４は、電子デバイスとして形成される。第２の接合面１３は、第２の接合パートナー１７の第２の金属化面１６に接続されている。第２の接合パートナー１７は、プリント回路基板の形態の回路基体によって形成される。
はんだプリフォーム１１の構造は概略表示である。図１は、完成したはんだプリフォーム１１が、第１の接合パートナー１４と第２の接合パートナー１７との間に配置されているが、まだはんだ付けされていない状態を示している。はんだプリフォーム１１は、銅などの金属材料から形成された第２の相１８の複数の層からなる。この第２の相１８の各層の間もしくはとこれらの層と接して、スズベースのはんだ材料を含む拡散ゾーン１９があり、このゾーンに第２の相１８から銅が拡散される。これははんだプリフォームの熱処理によって行われるが、この熱処理は拡散ゾーン１９が全体的に形成される前に中断され、金属間化合物相は部分的には勿論既に形成されている。さらに、拡散ゾーン１９は、まだ第１の接合面１２および第２の接合面１３までには達していないため、拡散ゾーンはスズ含有はんだ材料の第１の相２０によって形成される。
拡散ゾーンにおける金属間化合物は示されていない（これは図２を参照）。これらの金属間化合物は、第１の接合パートナー１４および第２の接合パートナー１７がはんだプリフォーム１１にはんだ付けされてはんだ接合を形成する、後続のはんだ付けプロセス中にさらに形成される。この場合、第１の金属化面１５および第２の金属化面１６からの材料、ならびにはんだプリフォームの第２の相１８からの材料がはんだプリフォームの第１の相２０内におよび拡散ゾーン１９内に拡散し、それによって、形成される拡散ゾーン内の銅原子の濃度は、金属間化合物を形成するのに十分となる。これにより、第１の接合パートナー１４と第２の接合パートナー１７との間に拡散はんだ接合が生じる。はんだプリフォーム１１内の拡散プロセスが既に開始されているので、拡散はんだ接合の最終形成に必要なエネルギーは、この目的のために使用される従来のはんだプリフォームの場合よりも少なくて済む。
図２によるはんだプリフォームでは、第２の相１８は第１の相２０に粒子の形で含まれている。第２の相１８の周囲には、既に拡散領域１９が（少なくとも部分的に）金属間化合物として形成されている。勿論（温度および持続時間などの熱処理のプロセスパラメータによって規定される）第１の相における第２の相の拡散経路を考慮して選択された第２の相１８と第１の接合面１２および第２の接合面１３との間隔により、これらの接合面にはんだ材料の第１の相２０が存在することが保証され、これにより接合パートナー（図示せず）との後続の拡散プロセスが保証される。
図２によるはんだプリフォームは、例えば、図３〜図５の方法によって製造することができる。図３は、はんだ箔の形態の第１の相２０が、粒子の形態の第１の相１８と交互に積層され得ることを示す。この場合、第１の相１８は、図示のバインダ２０ａによって第２の相２０に固定することができ（図示のように、第２の相の層の片側または両側）、または単に散在させることができる（図示せず）。この場合、第１の相２０のそれぞれ最上層および最下層は、第２の相１８が後に形成される第１の接合面１２および第２の接合面１３から間隔を置いて配置されることを保証する。
図４は、図３による複合体が、セラミックプレートの形態の２つの保持装置２１の間に保持され得ることを示している。第１の相２０と第２の相１８とは、押圧力２２によって互いに結合され、一時的に固定されている。
図５は、熱処理が行われた後のはんだプリフォーム１１を示しており、熱処理は、図４に示す形成中のプリフォームが保持装置２１に固定されている間に行うことができる。第１の相１８の周囲には拡散ゾーン１９が形成されており、第１の接合面１２および第２の接合面１３に接して第１の相２０が設けられる。
図６及び図７には、はんだプリフォームを形成するための別の方法が示されている。図６に示すように、第２の相１８は、保持装置２１の間に均一に積み重ねられた球の形態を有する。はんだ材料の第１の相２０はプリフォームによって形成され、これは同様に保持装置２１の間に保持され、後に形成されるはんだプリフォームの縁部に位置するようにされる。さらに、形成すべきはんだプリフォームの高さを画定するスペーサ２３が設けられている。
図７は、図６による装置が、第１の相２０が溶融するまで加熱されることを示している。第１の相２０のボール間の空間によって生成される毛細管力のために、はんだ材料は第１の相１８に浸透する。第２の相１８の隙間にちょうど入り込んでいるはんだ材料の前面２４を図７に見ることができる。
はんだ材料は液状であるので、第２の相１８の材料（例えば銅）の第１の相２０への拡散が直ちに起こり、これにより金属間化合物の拡散ゾーン１９が生じる。このゾーンは、第２の相のボールを取り囲む構造２５を形成し、完成したはんだプリフォームを機械的に安定させ、その結果このプリフォームは、後のはんだ接合の形成中に安定したままであり、一方、第１の相２０の残りの部分は再溶融される。第１の相２０の残りの部分は、特に保持装置２１との境界面にあり、保持装置はセラミックから成るので第１の相２０では拡散プロセスが生じないか、または液状の第１の相２０によって濡らされる。
図８及び図９にははんだプリフォームを製造する別の方法が示されている。この方法では、第２の相は、３次元空間構造２６、ここではワイヤメッシュから形成される。この空間構造２６からはんだプリフォームを形成するために、空間構造は容器２８内に用意される液状のはんだ２７に浸漬される。
図９に示されているように、図８のワイヤメッシュ２６が、完成したはんだプリフォーム１１では第２の相１８を形成している。この相は拡散ゾーン１９により囲まれており、第２の相１８との間隔が増加するにつれて、第１の相２０が拡散ゾーン１９を溶解するので、第１の接合面１２および第２の接合面１３が第１の相２０によって形成されることになる。
図１０〜図１４は、はんだペースト印刷によりはんだプリフォーム１１を製造する方法を示している。図１０に示すように、第１の型版２９が、セラミックプレートの形態の保持装置２１上に配置され、特定の厚さのはんだペーストの形態の第２の相２０が、ドクターブレード３０によって塗布される。図１１から分かるように、銅箔の形態の第２の相１８が、このように施された第１の相２０の上に載置される。続いて、図１２に示すように、第１の型版２９がより大きな高さを有する第２の型版３１により置き換えられる。代替的に（図示せず）、第１の型版２９を保持デバイス２１上に残し、第１の型版２９の上に、別の型版を配置してもよい。いずれにせよ、これにより第２のテンプレート３１によって生じる空洞の深さが大きくなり、その結果、ドクターブレード３０によって第１の相２０を生成するために、さらにはんだペーストを供給することができる。このようにして、第１の相１８は第２の相２０の中に封止される。このプロセスは、はんだプリフォームの所望の厚さに達するまで、数回繰り返すことができる。
図１３は、後続の工程において、図１０〜図１２に従って製造されたはんだプリフォーム１１が、第２の保持装置２１を備え、熱処理を受けることができることを示している。この場合、金属間化合物を有する拡散ゾーン１９が第２の相１８の周囲に形成され、第１の相２０は拡散ゾーン１９を介して存在することになる。
図１０〜図１３によるデバイスとして、図１４に示すように個々のはんだプリフォーム１１の代わりに、製造すべきはんだプリフォーム１１よりもはるかに大きい面積を有するプレート３２を製造することもできる。このプレート３２は、切断装置３３によって、例えば打ち抜きによって個別化することができ、すなわち、はんだプリフォーム１１を個々に分離（一点鎖線に沿っての分離）することができる。はんだプリフォームに必要な構造が存在しないか、または水平公差が作用するエッジ領域３４は、分離して廃棄することができる。

Claims (12)

  1. ・第１の接合パートナー（１４）のための第１の接合面（１２）と、第２の接合パートナー（１７）のための第２の接合面（１３）とを備え、
    ・はんだ材料から成る第１の相（２０）と、金属材料から成る第２の相（１８）とを含む構造から成る、
    拡散はんだ接合を形成するためのはんだプリフォームであって、
    前記はんだプリフォーム内に、前記第１の相（２０）の材料と前記第２の相（１８）の材料とから成る拡散ゾーン（１９）が形成され、
    ・前記第１の接合面（１２）と前記第２の接合面（１３）は、前記第１の相（２０）によって全体的にまたは部分的に形成され、
    ・前記拡散ゾーン（１９）は金属間化合物を有し、
    前記拡散ゾーン（１９）と前記第１の接合面（１２）との間、および前記拡散ゾーン（１９）と前記第２の接合面（１３）との間には、少なくとも１μｍ〜最大１０μｍの範囲の間隔があり、
    前記第１の相（２０）および前記第２の相（１８）は、はんだプリフォームに層として形成され、
    それぞれの前記層の間に前記拡散ゾーン（１９）が中間層として形成されることを特徴とするはんだプリフォーム。
  2. ・前記拡散ゾーン（１９）と前記第１の接合面（１２）との間、および前記拡散ゾーン（１９）と前記第２の接合面（１３）との間の前記間隔は、前記接合面（１２）の下側の範囲の少なくとも５０％を占める、
    ことを特徴とする、請求項１に記載のはんだプリフォーム。
  3. ３００秒未満のはんだ付け時間において、前記第１の接合面（１２）から前記第２の接合面（１３）までの前記拡散ゾーンを通るはんだプリフォームの完全な浸透が形成されるように前記金属間化合物が形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載のはんだプリフォーム。
  4. ２７０℃未満の温度範囲において、前記第１の接合面（１２）から前記第２の接合面（１３）までの前記拡散ゾーンを通るはんだプリフォームの完全な浸透が行われるように前記金属化合物が形成されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のはんだプリフォーム。
  5. 前記第２の相（１８）は、前記第１の相（２０）のマトリックスによって取り囲まれた一体型の空間構造（２６）を形成することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のはんだプリフォーム。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のはんだプリフォーム（１１）を製造する方法において、
    はんだプリフォームに熱処理を施し、その際
    ・熱処理中に、前記第２の相（１８）の金属材料が前記第１の相（２０）のはんだ材料中に拡散して、前記第１の相（２０）と前記第２の相（１８）との間に金属間化合物を有する拡散ゾーン（１９）を形成し、
    ・第１の接合パートナー（１４）のための第１の接合面（１２）および第２の接合パートナー（１７）のための第２の接合面（１３）に、前記第１の相（２０）が全体的にまたは部分的に形成されたままである、
    はんだプリフォームの製造方法。
  7. 前記はんだプリフォーム（１１）は、前記熱処理中に、前記第１の接合面（１２）と前記第２の接合面（１３）とに係合する２つの保持装置（２１）の間に挿入されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
  8. プレート（３２）が中間生成物として形成され、前記プレート（３２）を分割することにより多数のはんだプリフォームが得られることを特徴とする、請求項６または７に記載の方法。
  9. ・前記第２の相（１８）は、前記保持装置（２１）間の一体型の空間構造の形態で配置され、
    ・前記第２の相（１８）は、溶融した前記第１の相（２０）によって浸透される、
    ことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
  10. ・前記第２の相（１８）は、前記保持装置（２１）の一方の上に一体型の空間構造の形態で配置され、
    ・前記第２の相（１８）は、はんだペーストの形態で前記第１の相（２０）に埋め込まれ、
    ・前記保持装置（２１）の他方は、製造すべきはんだプリフォーム上に配置される、
    ことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
  11. 前記はんだペーストの２つの層間に前記一体型の空間構造（２６）が埋め込まれることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
  12. ・第２の相（１８）は、一体型の空間構造（２６）の形態で使用され、
    ・前記空間構造（２６）は、溶融した前記第１の相（２０）に浸漬される、
    ことを特徴とする、請求項６から８のいずれか１項に記載の方法。
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