KR20160139006A - 각각 반도체 소자에 접속되기 위한 소결가능한 응고된 페이스트를 가진 캐리어 및 클립, 대응하는 소결용 페이스트, 및 대응하는 제조 방법 및 용도 - Google Patents

각각 반도체 소자에 접속되기 위한 소결가능한 응고된 페이스트를 가진 캐리어 및 클립, 대응하는 소결용 페이스트, 및 대응하는 제조 방법 및 용도 Download PDF

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토마스 크레브스
미카엘 샤퍼
볼프강 슈미트
안드레아스 힌리치
안드레아스 클레인
알렉산더 브란트
마틴 블레이퍼쓰
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헤레우스 도이칠란트 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 하나 이상의 반도체 (리드 프레임과 같은) 소자용 캐리어 및 클립에 관한 것으로서, 이 캐리어 및 클립은 반도체 소자 및 복수의 접속부(11)에 접속되기 위한 하나 이상의 기능면을 가진다. 본 발명은 캐리어의 재료 또는 클립의 재료가 금속을 포함하고, 응고된(건조된) 소결용 페이스트, 특히 은 및/또는 은 화합물을 포함하는 소결용 페이스트로 제조된 층(12)이 기능면(10) 상에 배치되고, 여기서 이 캐리어 또는 클립 및 소결용 페이스트로 제조된 층(12)은 반도체 소자에 접속될 수 있는 중간 생성물을 형성한다. 이 캐리어 및 클립은 하나의 공정 단계로 응고된 소결가능한 페이스트의 소결에 의해 칩에 접속됨으로써 리드 프레임(리드 프레임 패키지)을 가진 패키징을 제조하기 위해 사용된다.

Description

각각 반도체 소자에 접속되기 위한 소결가능한 응고된 페이스트를 가진 캐리어 및 클립, 대응하는 소결용 페이스트, 및 대응하는 제조 방법 및 용도{CARRIER AND CLIP EACH HAVING SINTERABLE, SOLIDIFIED PASTE FOR CONNECTION TO A SEMICONDUCTOR ELEMENT, CORRESPONDING SINTERING PASTE, AND CORRESPONDING PRODUCTION METHOD AND USE}
본 발명은 하나 이상의 반도체 소자용 캐리어에 관한 것으로서, 이 캐리어는 반도체 소자에 접속되기 위한 하나 이상의 기능면(functional surface)을 가진다. 더욱이 본 발명은 하나 이상의 반도체 소자용 클립(clip)에 관한 것으로서, 이 클립은 반도체 소자에 접속되기 위한 하나 이상의 기능면을 가진다. 더욱이 본 발명은 이러한 캐리어 또는 클립을 제조하기 위한 방법 뿐만 아니라 이 캐리어 또는 클립의 용도 및 소결용 페이스트에 관한 것이다.
서두에 언급된 유형의 캐리어는, 예를 들면, DE 10 2009 017 853 A1으로부터 공지되어 있다. 공지된 캐리어의 제조 중에, 먼저 소결용 페이스트가 반도체 소자의 하면 상에 도포된다. 다음에 반도체 소자는 캐리어의 기능면과 접촉되고, 일시적으로 고정된다. 다음에 이 페이스트를 이용하여 반도체 소자에 캐리어를 소결시킴으로써 실제의 접속이 행해진다. 이러한 방식으로, 반도체 부품으로서 더 가공되는 층 시스템이 제조된다.
캐리어는, 예를 들면, 소위 리드 프레임일 수 있고, 반도체 소자는 칩일 수 있다.
공지된 방법에서, 소결용 재료 또는 땜납은 별개의 공정으로 적용된다. 특히, 땜납의 사용은 고가이고, 공정 비용 및 재료 비용을 증가시킨다.
본 발명의 목적은 각각 반도체 부품의 제조를 단순화하는 각각 반도체 소자용인 캐리어 또는 클립을 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은 더 나이가 이러한 캐리어 또는 클립의 제조 방법 뿐만 아니라 용도 및 소결용 페이스트를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이 목적은 캐리어에 대해서는 청구항 1의 요지에 의해, 그리고 클립에 대해서는 청구항 5의 요지에 의해 달성된다. 이 목적은 방법에 대해서는 청구항 9의 요지에 의해, 용도에 대해서는 청구항 12의 요지에 의해, 소결용 페이스트에 대해서는 청구항 13의 요지에 의해 달성된다.
본 발명은 하나 이상의 반도체 소자용 캐리어를 제공하는 개념에 기초하고, 이 캐리어는 반도체 소자에 접속되기 위한 하나 이상의 기능면을 가진다. 본 발명에 따르면, 캐리어의 재료는 금속을 포함한다. 기능면 상에는 은 및/또는 은 화합물 및 0.1% - 2%의 지방산 또는 유기 결합제를 포함하는 소결가능한 응고된 페이스트의 층이 배치된다. 캐리어 및 층은 반도체 소자에 접속될 수 있는 중간 생성물을 형성한다.
응고된 페이스트는 은 및/또는 은 화합물을 포함한다. 이 페이스트는 0.1% - 2%의 지방산 또는 유기 결합제를 더 포함한다. 다시 말하면, 은 및/또는 은 화합물 이외에, 이 페이스트는 0.1% - 2%의 지방산 또는 유기 결합제를 추가로 포함한다. 응고된 페이스트는 은 및/또는 은 화합물 뿐만 아니라 0.1% - 2%의 지방산 또는 유기 결합제를 포함한다.
이 지방산은, 예를 들면, 카프릴산(옥탄산) 및/또는 카프릭산(데칸산) 및/또는 라우르산(도데칸산) 및/또는 미리스트산(테트라데칸산) 및/또는 팔미트산(헥사데칸산) 및/또는 마르가르산(헵타데칸산) 및/또는 스테아르산(옥타데칸산) 및/또는 아라키딘산(에이코산산) 및/또는 베헨산(도코산산) 및/또는 리그노세르산(테트라코산산)일 수 있다. 응고된 페이스트는 바람직하게는 카프릴산(옥탄산) 및/또는 라우르산(도데칸산) 및/또는 미리스트산(테트라데칸산) 및/또는 팔미트산(헥사데칸산) 및/또는 마르가르산(헵타데칸산) 및/또는 스테아르산(옥타데칸산)을 포함한다.
유기 결합제는 바람직하게는 셀룰로오스 유도체, 예를 들면, 메틸 셀룰로오스 및/또는 에틸 셀룰로오스 및/또는 에틸 메틸 셀룰로오스 및/또는 카르복시메틸셀룰로오스 및/또는 하이드록시프로필 셀룰로오스와 같은 폴리머이다.
본 발명은 캐리어 및 층이 함께 제조될 수 있고, 이들이 소결가능한 중간 생성물을 형성한다는 장점을 갖는다. 이 소결가능한 중간 생성물은 추가의 제조자가 캐리어에 반도체 소자를 장비하기 위해 사용할 수 있으므로 캐리어와 반도체 소자 사이의 소결에 의한 접속만이 실시된다. 소결가능한 층과 함께 제조된 다음에 반도체 소자에 접속되는 이 캐리어 또는 리드 프레임은 비용이 더 저렴하다는 것이 밝혀졌다.
소결가능한 응고된 페이스트로 형성되는 층에서, 캐리어는 별개로 취급될 수 있는, 그리고 시간적으로 또는 공간적으로 별개의 공정으로 더 처리될 수 있는 중간 생성물을 형성한다.
바람직하게, 캐리어는 하나 이상의 단자를 갖고, 기능면 측의 단자 상에는 은 및/또는 은 화합물 및 0.1% - 2%의 지방산 또는 유기 결합제를 포함하는 소결가능한 응고된 페이스트의 층이 배치된다. 이 층은 클립, 특히 청구항 5에 청구된 바와 같은 클립에 접속될 수 있다. 이러한 실시형태는 하나의 작업 단계로 기능면 뿐만 아니라 단자 또는 복수의 단자에 소결가능한 층이 구비될 수 있으므로 제조 공정이 더 단순화되는 장점을 갖는다.
층의 두께는 5 μm 내지 100 μm, 특히 5 μm 내지 50 μm가 유리하다는 것이 입증되었다.
이 층은 200 nm 내지 20 μm의 입자 크기를 가진 은 입자를 포함할 수 있다.
본 발명의 범위 내에서, 반도체 소자 및 캐리어, 특히 청구항 1에 청구된 바와 같은 캐리어에 접속되기 위한 클립이 개시되고, 청구된다. 클립은 캐리어와 동일한 특징, 즉 반도체 소자에 접속되기 위한 하나 이상의 기능면을 갖고, 클립의 재료는 금속을 포함한다. 기능면 상에는 은 및/또는 은 화합물 및 0.1% - 2%의 지방산 또는 유기 결합제를 포함하는 소결가능한 응고된 페이스트의 층이 배치된다. 클립 및 층은 반도체 소자에 접속될 수 있는 중간 생성물을 형성한다. 캐리어와 관련하여 설명된 장점은 클립에도 적용된다.
페이스트는 은 및/또는 은 화합물을 포함한다. 이 페이스트는 0.1% - 2%의 지방산 또는 유기 결합제를 더 포함한다. 다시 말하면, 은 및/또는 은 화합물 이외에, 이 페이스트는 0.1% - 2%의 지방산 또는 유기 결합제를 추가로 포함한다. 응고된 페이스트는 은 및/또는 은 화합물 뿐만 아니라 0.1% - 2%의 지방산 또는 유기 결합제를 포함한다.
이 지방산은, 예를 들면, 카프릴산(옥탄산) 및/또는 카프릭산(데칸산) 및/또는 라우르산(도데칸산) 및/또는 미리스트산(테트라데칸산) 및/또는 팔미트산(헥사데칸산) 및/또는 마르가르산(헵타데칸산) 및/또는 스테아르산(옥타데칸산) 및/또는 아라키딘산(에이코산산) 및/또는 베헨산(도코산산) 및/또는 리그노세르산(테트라코산산)일 수 있다. 응고된 페이스트는 바람직하게는 카프릴산(옥탄산) 및/또는 라우르산(도데칸산) 및/또는 미리스트산(테트라데칸산) 및/또는 팔미트산(헥사데칸산) 및/또는 마르가르산(헵타데칸산) 및/또는 스테아르산(옥타데칸산)을 포함한다.
유기 결합제는 바람직하게는 셀룰로오스 유도체, 예를 들면, 메틸 셀룰로오스 및/또는 에틸 셀룰로오스 및/또는 에틸 메틸 셀룰로오스 및/또는 카르복시셀룰로오스 및/또는 하이드록시프로필 셀룰로오스와 같은 폴리머이다.
클립의 실시형태의 장점에 관하여, 캐리어에 관련하여 개시되고 설명된 장점이 참고된다.
하나 이상의 반도체 소자용 캐리어 또는 반도체 소자에 접속되기 위한 클립을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은 구조화된 특히 스템핑된 캐리어 또는 클립에 기초하고, 이 캐리어 또는 클립은 반도체 소자에 접속되기 위한 기능면을 가진다. 소결용 페이스트, 특히 은을 포함한 소결용 페이스트는 기능면 상에 도포되고, 건조 및 응고를 위해 가열된다. 그 결과, 캐리어 또는 클립의 기능면 상에 응고된 소결가능한 층이 형성된다. 이러한 방식으로 제조된 중간 생성물은 별개의 공정으로 반도체 소자에 접속된다.
바람직하게, 기능면은 소결용 페이스트가 도포되기 전에 결합제, 특히 은 또는 은 화합물로 코팅된다. 이 소결용 페이스트는 템플릿(template) 인쇄법에 의해, 특히 스프레이법 또는 분주(dispensing)법에 의해 도포될 수 있다.
더욱이, 청구항 1에 청구된 바와 같은 캐리어의 용도 및/또는 리드 프레임 패키지의 제조를 위한 청구항 5에 청구된 바와 같은 클립의 용도가 본 발명의 범위 내에 개시되고 청구된다. 또한, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 청구된 바와 같이 캐리어 상에 도포되거나, 및/또는 청구항 5 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 청구된 바와 같이 클립 상에 도포되는 점에서 구별되는 캐리어 및/또는 클립 상에 도포되기 위한 소결용 페이스트가 개시 및 청구된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 예시적 실시형태를 이용하여 본 발명을 더 상세히 설명한다.
도 1은 층이 적층된 캐리어 또는 리드 프레임의 측면도를 도시하고;
도 2는 소결가능한 층이 적층된 클립의 측면도를 도시하고;
도 3은 도 1 및 도 2에 따른 리드 프레임 및 클립을 구비하는 반도체 부품을 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적 실시형태에 따른 캐리어 또는 리드 프레임의 측면도를 도시한다. 이 캐리어는 그 자체로 공지된 방법에 의해 제조되는 스템핑되거나 에칭된 부품이다. 캐리어는 중간 생성물을 형성하고, 이것은 추가의 별개의 방법 단계에서 반도체 소자, 예를 들면, 칩에 접속된다. 이 목적을 위해, 캐리어는 기능면(10)을 갖고, 이 기능면 상에 반도체 소자가 설치된다. 반도체 소자를 캐리어의 기능면(10)에 접속시키기 위해, 소결가능한 응고된 페이스트로 이루어지는 층(12)이 기능면(10) 상에 적층된다. 이 층(12)은 은 및/또는 은 화합물 및 0.1% - 0.2%의 지방산 또는 유기 결합제를 포함한다.
이 층(12)을 제조하기 위해, 예비 공정에서 기능면(10) 상에 소결용 페이스트가 도포된다. 다음에 이 소결용 페이스트는 건조된다. 이 경우 액체 성분은 실온에서 제거된다. 페이스트의 응고, 즉 건조는 이 페이스트의 완전한 소결이 발생되지 않도록 실시된다. 이러한 이유로, 응고된 페이스트, 또는 층(12)은 후속하여 실시되는 소결 공정을 위한 잔존 반응성을 갖는다.
페이스트의 건조는 가능한 최대의 정도까지 페이스트로부터 용매를 제거하기에 적절한 온도, 압력, 공기 습도 및 시간에서, 그러나 건조 후에 이 페이스트 내부에서 소결 공정이 이미 완전히 발생되지 않도록 실시되는 것이 바람직하다. 건조는, 예를 들면, 바람직하게 3 - 60 분의 시간 동안 200℃ 미만의 온도, 더 바람직하게는 150℃ 미만의 온도, 예를 들면,약 120℃의 온도에서 실시될 수 있다. 건조를 위해 종래의 건조 장치가 사용될 수 있다.
그러므로 도 1에 따른 층(12)을 구비하는 캐리어는 프리폼을 형성하고, 이것은 중간 생성물로서, 예를 들면, 다른 제조자에 의해 추가의 제조 공정에 공급된다. 이 중간 생성물은 전체적으로 안정하고, 추가의 공정을 위해 이송될 수 있는 방식으로 처리될 수 있다. 이것은 원래 습식의 소결용 페이스트가 응고된 다음에 상온에서 기하학적으로 안정하기 때문이다.
이 층의 C-Ag 비는 C : Ag = 1/(10)(00) - 2/(10)0의 범위에 있다. 이 층에 포함된 은 입자의 입자 크기는 200 nm 내지 20 μm이다.
도 2는 클립을 도시한 것으로, 이 클립은 도 1의 캐리어와 유사하게, 응고된 소결가능한 페이스트 또는 대응하는 층(12)을 구비한다. 이 클립의 구성 및 제조에 대해서는 도 1과 관련된 설명이 참조된다.
도 3은 공정 후의 리드 프레임 패키지를 도시한다. 다시 말하면, 도 1에 따른 리드 프레임 및 도 2에 따른 클립은 각각 특히 별개의 단계에서 도 3에 따른 패키지를 형성하기 위한 중간 생성물로서 추가로 처리된다. 이 목적을 위해, 도 3에 따른 클립은 도 3에 도시된 방식으로 리드 프레임 및 클립에 접속 및 소결된다.
소결은 액체상을 우회하면서 가열에 의해 2 개의 부품을 연결하는 것을 의미한다.
더욱이, 도 3에서, 리드 프레임은 하나 이상의 단자를 가질 수 있을 알 수 있고, 이것은 클립의 대응하는 단자에 접속된다. 이 접속은 응고된 소결가능한 페이스트를 이용하여 실시되고, 이 경우에 이 응고된 소결가능한 페이스트는 도 1 및 도 2에 따른 중간 생성물로서 도포된다. 이 경우, 소결용 페이스트 또는 응고된 층(12)은 리드 프레임의 단자(11) 상이나 클립의 단자(11) 상에 도포되어 각각의 중간 생성물의 일부를 형성할 수 있다. 클립, 칩 또는 반도체 소자 및 리드 프레임 또는 캐리어로 이루어지는 층 배열체는 추가의 단계에서 소위 몰드 화합물로 봉입되어 완전한 리드 패키지가 제조된다.
본 발명 및 위에서 설명된 예시적 실시형태는 공정 비용 및 재료 비용이 감소되는 장점을 갖는다.

Claims (13)

  1. 하나 이상의 반도체 소자용 캐리어로서,
    상기 캐리어는 상기 반도체 소자에 접속되기 위한 하나 이상의 기능면(functional surface; 10)을 갖고,
    상기 캐리어의 재료는 금속을 포함하고, 은 및/또는 은 화합물 및 0.1-2%의 지방산 또는 유기 결합제를 포함하는 소결가능한 응고된 페이스트의 층(12)이 상기 기능면(10) 상에 배치되고, 상기 캐리어 및 상기 층(12)은 상기 반도체 소자에 접속될 수 있는 중간 생성물을 형성하는,
    반도체 소자용 캐리어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    하나 이상의 단자(11)를 포함하고, 상기 기능면(10) 측의 단자(11) 상에는 클립(clip), 특히 제 5 항에 청구된 바와 같은 클립에 접속될 수 있고, 은 및/또는 은 화합물 및 0.1-2%의 지방산 또는 유기 결합제를 포함하는 소결가능한 응고된 페이스트의 추가의 층(12)이 배치되는,
    반도체 소자용 캐리어.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 층(12)의 두께는 5 μm 내지 100 μm, 특히 5 μm 내지 50 μm인,
    반도체 소자용 캐리어.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 층(12)은 200 nm 내지 20 μm의 입자 크기를 가진 은 입자를 포함하는,
    반도체 소자용 캐리어.
  5. 반도체 소자 및 캐리어, 특히 제 1 항에 청구된 바와 같은 캐리어에 접속되기 위한 클립으로서,
    상기 클립은 반도체 소자에 접속되기 위한 하나 이상의 기능면(10)을 갖고,
    상기 클립의 재료는 금속을 포함하고, 은 및/또는 은 화합물 및 0.1-2%의 지방산 또는 유기 결합제를 포함하는 소결가능한 응고된 페이스트의 층(12)이 상기 기능면(10) 상에 배치되고, 상기 클립 및 상기 층(12)은 상기 반도체 소자에 접속될 수 있는 중간 생성물을 형성하는,
    반도체 소자 및 캐리어에 접속되기 위한 클립.
  6. 제 5 항에 있어서,
    하나 이상의 단자(11)를 포함하고, 상기 기능면(10) 측의 단자(11) 상에는 클립, 특히 제 1 항에 청구된 바와 같은 클립에 접속될 수 있고, 은 및/또는 은 화합물 및 0.1-2%의 지방산 또는 유기 결합제를 포함하는 소결가능한 응고된 페이스트의 추가의 층(12)이 배치되는,
    반도체 소자 및 캐리어에 접속되기 위한 클립.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 층(12)의 두께는 5 μm 내지 100 μm, 특히 5 μm 내지 50 μm인,
    반도체 소자 및 캐리어에 접속되기 위한 클립.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 층(12)은 200 nm 내지 20 μm의 입자 크기를 가진 은 입자를 포함하는,
    반도체 소자 및 캐리어에 접속되기 위한 클립.
  9. 반도체 소자에 접속되기 위한 하나 이상의 반도체 소자용 캐리어, 또는 클립을 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 캐리어 또는 상기 클립이 구성되고, 상기 반도체 소자에 접속되기 위한 기능면(10)이 형성되고,
    상기 기능면(10) 상에 소결용 페이스트, 특히 은을 포함하는 소결용 페이스트가 도포되고,
    상기 소결용 페이스트가 건조 및 응고를 위해 가열되는,
    반도체 소자용 캐리어 또는 클립의 제조 방법.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 기능면(10)은 상기 소결용 페이스트가 도포되기 전에 결합제, 특히 은 또는 은 화합물로 코팅되는,
    반도체 소자용 캐리어 또는 클립의 제조 방법
  11. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 소결용 페이스트는 템플릿(template) 인쇄법에 의해, 특히 스프레이법 또는 디스펜싱법에 의해 도포되는,
    반도체 소자용 캐리어 또는 클립의 제조 방법.
  12. 리드 프레임 패키지의 제조를 위한 제 1 항에 청구된 바와 같은 캐리어 및/또는 제 5 항에 청구된 바와 같은 클립의 용도.
  13. 캐리어 및/또는 클립 상에 도포되기 위한 소결용 페이스트로서,
    상기 소결용 페이스트는 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 캐리어 및/또는 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 클립 상에 도포될 수 있는,
    소결용 페이스트.
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