TW201618627A - 用於產生焊接連接之方法 - Google Patents

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喬金 舒茲
喬治 托德勒
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Abstract

本發明係關於用於將電子組件牢固地黏合連接至基板之方法，其包含a)提供具有待連接之第一表面之電子組件及具有待連接之第二表面之基板；b)將銅膏施用於該等待連接之表面中之至少一者上，且乾燥該銅膏層；c1)將焊接劑施用於銅膏之該乾燥層上且適當地配置該電子組件及該基板，使得待連接之該電子組件之該第一表面與待連接的該基板之該第二表面藉助於乾燥銅膏及焊接劑之兩層組合彼此接觸；或c2)適當地配置該電子組件及該基板，使得待連接之該電子組件之該第一表面與待連接的該基板之該第二表面藉助於該乾燥銅膏彼此接觸，且緊鄰該乾燥銅膏層施用焊接劑；及d)焊接c1)或c2)中所生產之該配置，以便產生該電子組件與該基板之間的牢固黏合連接；其中該銅膏含有(i)66-99重量%之至少一種類型之顆粒，其各自包含0至□500wt-ppm之磷分率，且係選自由以下各者組成之群：銅 顆粒、富銅的銅/鋅合金顆粒及富銅的銅/錫合金顆粒，(ii)0-20重量%之至少一種類型之焊料顆粒，其選自由以下各者組成之群：錫顆粒、富錫的錫/銅合金顆粒、富錫的錫/銀合金顆粒及富錫的錫/銅/銀合金顆粒，及(iii)1-20重量%媒劑，其中金屬顆粒(i)及(ii)之平均顆粒直徑□15μm。

Description

用於產生焊接連接之方法
本發明係關於一種用於將電子組件牢固地黏合連接至基板之方法，及可以該方法獲得之配置。
WO 2011/009597 A1揭示用於將電子組件牢固地黏合連接至基板之方法，其包含a)提供具有待連接之第一表面之電子組件，及具有待連接之第二表面之基板，b)將焊料膏施用至待連接表面中之至少一者，c)適當地配置電子組件及基板，使得待連接之電子組件之第一表面與待連接的基板之第二表面藉助於焊料膏彼此接觸，及d)焊接來自c)之配置，以便產生電子組件與基板之間的牢固黏合連接。焊料膏之施用層的厚度為至少20μm。用於該方法之焊料膏含有(i)10-30重量%(重量百分比)銅顆粒，(ii)由選自由錫及錫-銅合金組成之群的至少一種物質製成的60-80重量%顆粒，及(iii)3-30重量%焊接熔劑，藉此銅顆粒及由選自由錫及錫-銅合金組成之群的至少一種物質製成的顆粒之平均顆粒直徑15μm。
在發佈於DVS-Berichte,Elektronische Baugruppen und Leiterplatten EBL 2014(ISBN 978-3-87155-573-2)中之文章「Standard-Reflowlöten für Anwendungen bis 300℃-ein Widerspruch？Ergebnisse aus dem Verbundprojekt HotPowCon」中，A.Fix等人報導一種焊接方法，其利用分別施用之兩種膏，亦即一種含有銅顆粒之膏及一種含有焊接金屬顆粒之膏。
根據方法(根據WO 2011/009597 A1)所產生之焊接連接獲得良好強度，但在本發明的開發工作期間，已證實在均勻性及不存在空室方面及最後亦在可靠性方面可改進，尤其在例如250至300℃範圍內之高溫條件下。
本發明因此係關於一種將電子組件牢固地黏合連接至基板之方法，其包含a)提供具有待連接之第一表面之電子組件，及具有待連接之第二表面之基板；b)將銅膏施用於待連接表面中之至少一者上，且乾燥銅膏層；c1)將焊接劑施用於銅膏之乾燥層上，且適當地配置電子組件及基板，使得待連接之電子組件之第一表面與待連接的基板之第二表面藉助於乾燥銅膏及焊接劑之兩層組合彼此接觸；或c2)適當地配置電子組件及基板，使得待連接之電子組件之第一表面與待連接的基板之第二表面藉助於乾燥銅膏彼此接觸，且緊鄰乾燥銅膏層來施用焊接劑；及d)焊接c1)或c2)中所產生之配置，以便產生電子組件與基板之間的牢固黏合連接；其中銅膏含有(i)66-99重量%之至少一種類型之顆粒，各自包含0至500wt-ppm之磷分率，且選自由以下各者組成之群：銅顆粒、富銅的銅/鋅合金顆粒及富銅的銅/錫合金顆粒，(ii)0-20重量%之至少一種類型之焊料顆粒，其選自由以下各者組成之群：錫顆粒、富錫的錫/銅合金顆粒、富錫的錫/銀合金顆粒及富錫的錫/銅/銀合金顆粒，及(iii)1-20重量%媒劑，其中金屬顆粒(i)及(ii)之平均顆粒直徑15μm。
因此，第一實施例為用於將電子組件牢固地黏合連接至基板之方法，其包含 a)提供具有待連接之第一表面之電子組件，及具有待連接之第二表面之基板；b)將銅膏施用於待連接表面中之至少一者上，且乾燥銅膏層；c)將焊接劑施用於銅膏之乾燥層上，且適當地配置電子組件及基板，使得待連接之電子組件之第一表面與待連接的基板之第二表面藉助於乾燥銅膏及焊接劑之兩層組合彼此接觸；及d)焊接在c)中所產生之配置，以便產生電子組件與基板之間的牢固黏合連接；藉此銅膏含有(i)66-99重量%之至少一種類型之顆粒，各自包含0至500wt-ppm之磷分率，且選自由以下各者組成之群：銅顆粒、富銅的銅/鋅合金顆粒及富銅的銅/錫合金顆粒，(ii)0-20重量%之至少一種類型之焊料顆粒，其選自由以下各者組成之群：錫顆粒、富錫的錫/銅合金顆粒、富錫的錫/銀合金顆粒及富錫的錫/銅/銀合金顆粒，及(iii)1-20重量%媒劑，藉此金屬顆粒(i)及(ii)之平均顆粒直徑15μm。
因此，第二實施例為用於將電子組件牢固地黏合連接至基板之方法，其包含a)提供具有待連接之第一表面之電子組件，及具有待連接之第二表面之基板；b)將銅膏施用於待連接表面中之至少一者上，且乾燥銅膏層；c)適當地配置電子組件及基板，使得待連接之電子組件之第一表面與待連接的基板之第二表面藉助於乾燥銅膏彼此接觸，且緊鄰乾燥銅膏層來施用焊接劑；及d)焊接在c)中所產生之配置，以便產生電子組件與基板之間的牢固黏合連接；其中銅膏含有(i)66-99%重量之至少一種類型之顆粒，各自包含0至500wt-ppm之磷分率，且選自由以下各者組成之群：銅顆粒、富 銅的銅/鋅合金顆粒及富銅的銅/錫合金顆粒，(ii)0-20重量%之至少一種類型之焊料顆粒，其選自由以下各者組成之群：錫顆粒、富錫的錫/銅合金顆粒、富錫的錫/銀合金顆粒及富錫的錫/銅/銀合金顆粒，及(iii)1-20重量%媒劑，藉此金屬顆粒(i)及(ii)之平均顆粒直徑15μm。
在本發明之範疇中，術語電子組件應理解成意謂電及/或電子電路之組件。電子組件可例如為晶片，較佳為無外殼之裸晶片(半導體晶片)、半導體二極體、電晶體、電阻器或電容器。
在本發明之範疇中，術語基板應理解成意謂連接電子組件之本體。基板可例如為印刷電路板、直接黏合之銅(DBC或DCB)或引線框架。
術語印刷電路板在本文中用作印刷電路卡、板或印刷電路之同義詞，且描述用於電子組件之載體。印刷電路板係由導電連接所黏附之電絕緣材料(印刷導體)組成。可例如使用纖維增強塑膠材料作為電絕緣材料。
直接黏合之銅為用以指陶瓷板(例如由氧化鋁、氮化鋁或氧化鈹製成)之術語，藉此一個表面或彼此平行之具有最大表面積之兩個表面透過氧化過程在高溫下經銅黏合。在選擇條件下，形成銅及氧之共晶混合物，其連接至銅及基板氧化物兩者上。
引線框架應理解成基本上僅由晶片載體及連接引線組成之IC(積體電路，微晶片)外殼。術語引線框架在本文中用作術語連接框架及晶片載體之同義詞。晶片載體包含構成其基座框架之基板，且係由例如以下金屬製造：銅、銅合金、銅及修整劑(例如，鎳、銀或金)之組合、鐵-鎳合金或其他鎳鋼合金。
電子組件包含至少一個第一表面，其經提供以藉助於接觸層將電子組件連接至基板表面，該接觸層係藉由步驟c1)中之乾燥銅膏及焊接劑之兩層組合或藉由步驟c2)中的乾燥銅膏產生。該表面可同樣 為較大表面的一部分。
基板包含至少一個第二表面，其經提供以藉助於接觸層將電子組件連接至基板表面，該接觸層係藉由步驟c1)中之乾燥銅膏及焊接劑之兩層組合或藉由步驟c2)中的乾燥銅膏產生。該表面亦可同樣為較大表面的一部分。
藉助於接觸層(藉由步驟c1)中之乾燥銅膏及焊接劑之兩層組合或藉由步驟c2)中的乾燥銅膏產生)連接至基板的電子組件之表面稱為「待連接之第一表面」，而藉助於相對應的接觸層連接至電子組件之基板表面稱為「待連接之第二表面」。
通常，金屬化層至少施用至待連接之電子組件之第一表面。亦通常，金屬化層至少施用至待連接之基板之第二表面。通常，電子組件及基板兩者具有至少於待連接表面上之金屬化層。因此通常，電子組件包含表面上之金屬化層，其位置與基板表面上之金屬化層相對，且該等金屬化層經由接觸層彼此連接。在本發明之範疇中，通常存在之電子組件之金屬化層為電子組件的一部分，且通常存在之基板之金屬化層為基板的一部分。
金屬化層(若存在)較佳占電子組件表面中之至少一者的至少50%、更佳至少70%、甚至更佳至少90%且尤佳至少95%(諸如100%)表面積分率。在基板上，金屬化層較佳占經由接觸層連接至電子組件之表面的至少50%、更佳至少70%、甚至更佳至少90%且尤佳至少95%(諸如100%)表面積分率。
較佳地，金屬化層為可焊接層。金屬化層較佳含有至少一種選自由銅、銀、金、錫及鈀組成之群的元素。金屬化層可完全由該等元素、該等元素之可焊接化合物或該等元素之混合物或合金組成。
在步驟b)中，銅膏施用至待連接之電子組件或基板的表面中之至少一者，且乾燥。
銅膏相對於其重量含有(i)66-99重量%、較佳68-95重量%且更佳70-92重量%之至少一種類型之顆粒，其包含以下數值之磷分率：0至500wt-ppm，例如>0至500wt-ppm，較佳0至100wt-ppm，更佳0至50wt-ppm且尤其0至10wt-ppm，且選自由以下各者組成之群：銅顆粒、富銅的銅/鋅合金顆粒及富銅的銅/錫合金顆粒，(ii)0-20重量%、較佳5-15重量%之至少一種類型之焊料顆粒，其選自由以下各者組成之群：錫顆粒、富錫的錫/銅合金顆粒、富錫的錫/銀合金顆粒及富錫的錫/銅/銀合金顆粒，及(iii)1-20重量%、較佳5-15重量%之媒劑，藉此金屬顆粒(i)及(ii)之平均顆粒直徑15μm。
較佳地，銅膏由相對於其重量以下各者組成：(i)66-99重量%、較佳68-95重量%且更佳70-92重量%之至少一種類型之顆粒，其包含以下數值之磷分率：0至500wt-ppm，例如>0至500wt-ppm，較佳0至100wt-ppm，更佳0至50wt-ppm，且尤其0至10wt-ppm，且選自由以下各者組成之群：銅顆粒、富銅的銅/鋅合金顆粒及富銅的銅/錫合金顆粒，(ii)0-20重量%、較佳5-15重量%之至少一種類型之焊料顆粒，其選自由以下各者組成之群：錫顆粒、富錫的錫/銅合金顆粒、富錫的錫/銀合金顆粒及富錫的錫/銅/銀合金顆粒，及(iii)1-20重量%、較佳5-15重量%之媒劑，藉此金屬顆粒(i)及(ii)之平均顆粒直徑15μm。
含於銅膏中之銅顆粒之銅的純度較佳為至少99.9%(3N)，且更佳為至少99.99%(4N)。在顆粒由富銅的銅/鋅合金及/或富銅的銅/錫合金製成之情況下，組成為例如60至99.5重量%銅，且相對應地0.5至40重量%鋅及/或錫。在每一情況下，所有顆粒之磷分率為0至500wt-ppm，例如>0至500wt-ppm，較佳為0至100wt-ppm，更佳為0至50wt-ppm且尤其為0至10wt-ppm。較佳地，顆粒為在惰性氣體氛圍中藉由霧化產生之顆粒，或換言之，於惰性氣體氛圍中藉 由液體(熔融)銅之霧化及/或任一特定銅合金的熔融產生的顆粒。
如上文所提及，在一實施例中，銅膏可含有至少一種類型之焊接金屬顆粒(ii)，其選自由以下各者組成之群：錫顆粒、富錫的錫/銅合金顆粒、富錫的錫/銀合金顆粒及富錫的錫/銅/銀合金顆粒。
若銅膏含有由富錫的錫/銅、錫/銀及/或錫/銅/銀合金製成之焊接金屬顆粒，則其錫分率較佳在95-99.5重量%範圍內，而銅及/或銀分率因此在0.5-5重量%範圍內。
金屬顆粒(i)及(ii)之平均顆粒直徑15μm，較佳13μm，更佳11μm，且甚至更佳8μm。較佳地，平均顆粒直徑在2-15μm範圍內，更佳在2-13μm範圍內，甚至更佳在2-11μm範圍內，且又甚至更佳在2-8μm範圍內。
本文中所用之術語「平均顆粒直徑」意謂可用光學顯微鏡測定之平均粒度(d50)。此類型之量測可利用光學顯微鏡(例如在200倍放大率下)結合常用數位影像處理系統(CCD數位相機及分析軟體)進行，例如利用來自Microvision Instruments之量測系統。
舉例而言，15μm之平均顆粒直徑可意謂至少90%之顆粒的顆粒直徑15μm，且小於10%之顆粒的顆粒直徑大於15μm。因此，2-15μm範圍內之平均顆粒直徑意謂至少90%之顆粒的顆粒直徑在2-15μm範圍內，且小於10%之顆粒的顆粒直徑小於2μm或大於15μm。
根據本發明可較佳地，小於1%之顆粒(i)及(ii)超過一特定顆粒直徑。小於1%之顆粒(i)及(ii)可超過之該顆粒直徑較佳為15μm，更佳為11μm，且甚至更佳為8μm。
顆粒(i)及(ii)可具有不同的幾何形狀。然而，顆粒(i)及(ii)的形狀較佳為球形。然而，熟習此項技術者顯而易見，由於生產原因，當前所使用之少部分顆粒(i)及(ii)的形狀可為非球形。然而，較佳至少90重量%、更佳至少95重量%、甚至更佳至少99重量%或100重量%之顆 粒(i)及(ii)以球形形狀存在。亦較佳地，銅膏含有小於5重量%、更佳小於1重量%、甚至更佳小於0.1重量%(例如0重量%)之呈薄片形狀之顆粒(i)及(ii)。
除類型(i)及(若適用)(ii)之金屬顆粒之外，銅膏包含所謂的媒劑(iii)，其包含一或多種可能經改質之天然增稠劑(例如明膠、澱粉、果膠、纖維素醚、天然有機油之酯類)及有機溶劑(例如乙二醇、丙三醇、萜品醇、脂族烴)或由其組成。媒劑之增稠劑分率為例如0.5-15重量%，較佳為2-10重量%，且更佳為4-7重量%，而溶劑分率為85-99.5重量%，較佳為90-98重量%，且更佳為93-96重量%。
在製程步驟b)中銅膏之施用可經由根據先前技術已知的方法中之任一者實現，例如網板印刷方法、模板印刷方法、噴射或分配技術。
對於銅膏而言不需要覆蓋電子組件或基板之整個表面。相反地，銅膏可僅同樣施用至電子組件或基板之表面中之部分，例如施用至所選焊接表面。在例如20-200μm層厚度下施用銅膏，且接著在50-160℃目標溫度下乾燥例如10-60分鐘。接著遵循製程步驟c1)或c2)。
製程步驟c1)或c2)中所使用之焊接劑可為焊料膏或由焊接金屬製成之一或多種焊接模製部件。
關於呈焊料膏形式之焊接劑，焊料膏相對於其重量可含有(a)80-99重量%、較佳85-95重量%且更佳87-92重量%之至少一種類型之焊接金屬顆粒，其選自由以下各者組成之群：錫顆粒、富錫的錫/銅合金顆粒、富錫的錫/銀合金顆粒及富錫的錫/銅/銀合金顆粒，及(b)1-20重量%、較佳5-15重量%且更佳8-13重量%之焊接熔劑或媒劑。較佳地，焊料膏由相對於其重量以下各者組成：(a)80-99重量%、較佳85-95重量%且更佳87-92重量%之至少一種類型之焊接金屬顆粒，其選自由以下各者組成之群：錫顆粒、富錫的錫/銅合金顆粒、富錫的錫/銀合金顆粒及富錫的錫/銅/銀合金顆粒，及(b)1-20重量%、較佳5-15重 量%、且更佳8-13重量%之焊接熔劑或媒劑。
若焊料膏含有由富錫的錫/銅、錫/銀及/或錫/銅/銀合金製成的焊接金屬顆粒，則其錫分率較佳在95-99.5重量%範圍內，而銅及/或銀分率因此在0.5-5重量%範圍內。
關於錫顆粒或富錫顆粒之平均顆粒直徑，應與上文關於金屬顆粒(i)及(ii)之平均顆粒直徑所指定者一樣適用。
若焊料膏含有焊接熔劑，則焊接熔劑在焊接過程((亦即以去氧化)期間應能夠還原基板及/或電子組件之表面，在焊接過程之前及之後防止重新氧化物形成，且減少外來物質之包含。此外，焊接熔劑之添加應降低液體焊接之表面張力。舉例而言，以下各者可用作焊接熔劑：松香、基於松香之樹脂系統、基於水之樹脂系統，或基於羧酸(例如羧酸，諸如檸檬酸、己二酸、肉桂酸及二苯基乙醇酸)、胺(例如，三級胺)及溶劑(例如，含有水及諸如乙二醇或丙三醇之多元醇之極性固體)的系統。
此外，焊料膏可含有其他成分，諸如醇、脂肪酸(例如飽和脂肪酸，諸如油酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、十七烷酸、硬脂酸或花生酸)、聚矽氧烷化合物或磷化物化合物。
如上文所提及，焊料膏可含有所謂的媒劑來替代焊接熔劑。為了避免不必要的重複，應參考關於媒劑之資訊，其已在上文對銅膏之描述之情形中提供。
在製程步驟c1)或c2)中焊料膏之施用可經由根據先前技術已知的方法中之任一者實現，例如網板印刷方法、模板印刷方法或噴射或分配技術。在包含製程步驟c1)之根據本發明之方法的實施例中，焊料膏施用於乾燥銅膏上，然而在包含製程步驟c2)之實施例中其緊鄰乾燥銅膏施用。後一情況中之程序可使得焊料膏自側面觸碰乾燥銅膏，或位於離乾燥銅膏例如至多2mm之短距離處；在隨後製程步驟d)中 之焊接期間，焊料膏開始流動，且藉由毛細管作用支持，浸潤乾燥銅膏基質。在例如20-200μm濕層厚度下施用焊料膏，且接著在50-160℃目標溫度下乾燥(若適用)例如10-60分鐘。
呈由焊接金屬製成之至少一種模製部件形式之焊接劑為例如珠、箔、線或圓柱體。模製部件係選自由以下各者組成之群：錫模製部件、富錫的錫/銅合金模製部件、富錫的錫/銀合金模製部件及富錫的錫/銅/銀合金模製部件。在富錫的錫/銅、錫/銀及/或錫/銅/銀合金之情況下，其錫分率例如在95-99.5重量%範圍內，而銅及/或銀分率因此在0.5-5重量%範圍內。
至少一種焊接金屬模製部件之施用通常由簡單地置放部件組成。在包含製程步驟c1)之根據本發明之方法的實施例中，至少一種焊接金屬模製部件置放於乾燥銅膏上，然而在包含製程步驟c2)之實施例中，其緊鄰乾燥銅膏置放。後一情況中之程序可使得至少一種焊接金屬模製部件自側面觸碰乾燥銅膏，或位於離乾燥銅膏例如至多2mm之短距離處；在隨後製程步驟d)中之焊接期間，至少一種焊接金屬模製部件開始流動，且藉由毛細管作用支持，浸潤乾燥銅膏基質。
銅膏及焊接劑均不含有鉛且因此為無鉛的。在本發明之範疇中，無鉛應理解成意謂銅膏及焊接劑不含鉛，但其中由於技術原因污染鉛可能存在。因此，無鉛應理解成意謂鉛含量按銅膏及/或焊接劑之重量計小於1，較佳小於0.5，更佳小於0.1，甚至更佳小於0.01重量%且尤其0重量%。
根據本發明，電子組件及基板經由焊接以牢固黏合方式彼此連接。因此，牢固黏合連接為連接搭配物經由原子或分子力保持在一起之連接。其較佳為可僅藉由破壞連接構件分離之不可分離的連接。
根據本發明，配置首先形成，該配置由基板、電子組件以及位於基板與電子組件之間的乾燥銅膏及焊接劑之兩層組合組成，或由基 板、電子組件及位於基板與電子組件之間的乾燥銅膏層(其中焊接劑緊鄰該乾燥銅膏層施用)組成。因此，配置基板及電子組件，使得待連接之基板之第一表面及待連接之電子組件之第二表面按以下方式彼此接觸：經由乾燥銅膏及焊接劑之兩層組合或經由乾燥銅膏(焊接劑緊鄰其施用)。
通常，該兩層組合或乾燥銅膏較佳接觸通常存在的基板之金屬化層，及通常存在的電子組件之金屬化層。
在包含製程步驟c1)之根據本發明之方法的實施例中，為此目的，首先如上文所描述，較佳地將兩層組合(由乾燥銅膏及焊接劑製成)施用於待連接之基板表面上，較佳施用於包含金屬化層之基板表面上。隨後，將電子組件之表面、較佳包含金屬化層之表面置放於由乾燥銅膏及焊接劑製成的兩層組合上。
在包含製程步驟c2)之根據本發明之方法的實施例中，為此目的，較佳地首先如上文所描述將乾燥銅膏層施用於待連接之基板表面上，較佳施用於包含金屬化層之基板表面上。接著，如上文所描述，緊鄰乾燥銅膏層施用焊接劑。隨後，將電子組件之表面、較佳包含金屬化層之表面置放於乾燥銅膏上。
在根據本發明之方法之兩種替代方式中，亦即在包含製程步驟c1)之根據本發明之方法的實施例以及包含製程步驟c2)之實施例中，製程步驟d)涉及最後焊接電子組件、基板及兩層組合之配置，該兩層組合由位於電子組件與基板之間的乾燥銅膏及焊接劑及/或乾燥銅膏層(焊接劑緊鄰其施用)製成(亦即使焊接劑自側面觸碰乾燥銅膏或位於離乾燥銅膏例如至多2mm之短距離處)；同時形成電子組件、基板及位於兩者之間的接觸層的配置。根據一般定義，焊接應理解成意謂在未達至材料之固相線溫度之情況下用於牢固黏合連接材料的熱方法。
對於焊接，較佳地均勻加熱上文所描述之配置，直至達至實際 焊接溫度。根據一較佳實施例，加熱在3℃/s之速率下進行。
較佳地，焊接溫度為大約10-50℃，更佳為大約15-45℃，且甚至更佳為25-35℃，例如大約30℃，高於含於焊接劑中之焊接金屬之熔融溫度。根據另一較佳實施例，焊接溫度低於280℃，例如在240-260℃範圍內。
對於焊接，將溫度保持高於含於焊接劑中之焊接金屬之液相線溫度，持續至少15秒、較佳至少20秒且甚至更佳至少30秒之時間段。
推測起來，將焊接配置冷卻至低於焊接劑之焊接金屬的液相線溫度與將源自銅膏之顆粒(i)之銅擴散於焊接過程期間已經生成之共晶錫-銅相中相關。
在焊接過程後，可有利地使由電子組件、基板及焊接過程期間所獲得之介入接觸層製成之配置經受熱處理。熱處理應理解成意謂用低於焊接之液相線溫度之熱來處理配置。
熱處理較佳在以下溫度下進行，高於40℃，例如在40-217℃範圍內，更佳在100-210℃範圍內，且甚至更佳在150-205℃範圍內。熱處理較佳進行1分鐘至24小時之持續時間，更佳10分鐘至10小時，且甚至更佳20分鐘至1小時。熱處理之持續時間通常與溫度相關，且愈長，用於熱處理之溫度愈低。
根據本發明之方法使得無需昂貴代價即可對用於產生由電子組件、基板及介入接觸層構成之配置之慣例方法作出修改。詳言之，根據本發明之方法不與關於用於習知焊接方法之機制的特殊需求相關聯。根據本發明之方法可因此例如在習知條件下且使用現有機制(若存在)進行。
根據一較佳實施例，根據本發明之配置可或係藉助於上文所描述之方法產生。
根據本發明之配置中，電子組件與基板之間的距離為例如20至 200μm。該距離應理解成待連接之電子組件與基板之表面之間的距離，藉此通常存在之金屬化層為電子組件及/或基板的一部分。該距離因此對應於電子組件與基板之間的接觸層厚度，亦即在焊接後。
根據本發明，可在上文所描述之焊接過程中適當地調節焊接條件、銅膏之施用層之厚度、焊接劑之施用層之隆起及/或厚度、溫度及時間及(若適用)熱處理條件，尤其溫度及時間，以便獲得上文所描述之接觸層。具有所需特性之接觸層之形成可經由相對應顯微切片之分析易於示蹤。
實例 本發明實例1：
製備銅膏，其包含平均顆粒直徑為8μm且磷分率為5wt-ppm之91重量%銅顆粒，且含有9重量%媒劑(在有機溶液中之乙基纖維素)。
經由金屬模板將銅膏施用於銅片上。銅膏之施用層的厚度為80μm。隨後，藉由機器，用包含由鎳/銀製成之金屬化層之大小為3mm×3mm的裸晶片組態具備銅膏之銅片之表面。為此目的，將裸晶片適當地置放於銅膏上，使得裸晶片之金屬化層經由銅膏接觸銅片。將焊接模製部件(由SnAg3.0Cu0.5合金製成之焊接電線，直徑為0.5mm且長度為3mm)施用於此配置旁邊的銅片上。
接著，將銅片、裸晶片、位於兩者之間之銅膏及焊接模製部件(施用至其上)的該配置置放於腔室焊接爐中，在0.5克耳文(Kelvin)/秒之速率下加熱至60℃之溫度，且在此溫度下在惰性氣體氛圍中乾燥1小時。隨即，將溫度增加至200℃且藉助於甲酸-飽和氮氣氛圍活化/還原反應表面，亦即焊接模製部件之反應表面，由乾燥銅膏製成之介入層中銅顆粒之反應表面，及銅片表面之反應表面。接著，在相同焊接爐中將溫度增加至260℃，且在真空(1毫巴)中焊接該配置，持續10分鐘焊接時間。
本發明實例2：
程序與實例1中相同，唯一例外為銅顆粒之磷分率為500wt-ppm。
參考實例3：
程序與實例1中相同，唯一例外為銅顆粒之磷分率為1100wt-ppm。
參考實例4：
類似於實例1，產生相似配置；但此在不使用銅膏之情況下進行。
根據3mm×3mm之裸晶片大小，自SnAg3.0Cu0.5合金產生呈厚度為0.1mm之片形式之焊接模製部件，且施用至銅片且將裸晶片置放於其上。在相同活化參數及240℃降低之焊接溫度下，該配置如實例1中所焊接，但無其中所描述之乾燥步驟。
在根據實例1至4所產生之焊接連接及/或焊接配置之穩定性的各種測試中，顯而易見，在200℃下，根據本發明實例1及2所產生之配置的焊接連接顯著地展示比根據參考實例3或根據參考實例4所產生之配置高的剪切強度。

Claims (15)

  1. 一種用於將電子組件牢固地黏合連接至基板之方法，其包含a)提供具有待連接之第一表面之電子組件及具有待連接之第二表面之基板；b)將銅膏施用於該等待連接之表面中之至少一者上，且乾燥該銅膏層；c1)將焊接劑施用於該銅膏之乾燥層上，且適當地配置該電子組件及該基板，使得待連接之該電子組件之該第一表面與待連接的該基板之該第二表面藉助於乾燥銅膏及焊接劑之兩層組合彼此接觸；或c2)適當地配置該電子組件及該基板，使得待連接之該電子組件之該第一表面與待連接的該基板之該第二表面藉助於該乾燥銅膏彼此接觸，且緊鄰該乾燥銅膏層施用焊接劑；及d)焊接c1)或c2)中所產生之配置，以便產生該電子組件與該基板之間的牢固黏合連接；其中該銅膏含有(i)66-99重量%之至少一種類型之顆粒，其各自包含0至500wt-ppm之磷分率，且係選自由以下各者組成之群：銅顆粒、富銅的銅/鋅合金顆粒及富銅的銅/錫合金顆粒，(ii)0-20重量%之至少一種類型之焊料顆粒，其選自由以下各者組成之群：錫顆粒、富錫的錫/銅合金顆粒、富錫的錫/銀合金顆粒及富錫的錫/銅/銀合金顆粒，及(iii)1-20重量%媒劑，其中金屬顆粒(i)及(ii)之平均顆粒直徑15μm。
  2. 如請求項1之方法，其中該磷分率為0至100wt-ppm。
  3. 如請求項1之方法，其中該等富銅的銅/鋅合金或富銅的銅/錫合金之組成為60至99.5重量%銅及0.5至40重量%鋅或錫。
  4. 如請求項1之方法，其中該等類型(i)之顆粒為在惰性氣體氛圍中藉由霧化產生之顆粒。
  5. 如請求項1之方法，其中該等富錫的錫/銅合金、錫/銀合金或錫/銅/銀合金之組成為95-99.5重量%錫及0.5-5重量%銅、銀或銅加銀。
  6. 如請求項1之方法，其中該媒劑包含0.5-15重量%之一或多種可能經改質之天然增稠劑及85-99.5重量%有機溶劑，或由0.5-15重量%之一或多種可能經改質之天然增稠劑及85-99.5重量%有機溶劑組成。
  7. 如請求項1之方法，其中製程步驟c1)或c2)中所使用之該焊接劑為焊料膏或由焊接金屬製成之一或多種焊接模製部件。
  8. 如請求項1之方法，其中製程步驟c2)中之該焊接劑係適當地緊鄰該乾燥銅膏施用，使得其自側面觸碰該乾燥銅膏，或位於離該乾燥銅膏至多2mm之短距離處。
  9. 如請求項1之方法，其中該電子組件為晶片、半導體二極體、電晶體、電阻器或電容器。
  10. 如請求項1之方法，其中該基板為印刷電路板、直接黏合之銅或引線框架。
  11. 如請求項1之方法， 其中該銅膏係藉由網板印刷方法、模板印刷方法、噴射或分配技術施用。
  12. 如請求項7至11中任一項之方法，其中該焊料膏係藉由網板印刷方法、模板印刷方法、噴射或分配技術施用。
  13. 如請求項1之方法，其中該焊接溫度係在240-260℃範圍內。
  14. 如請求項1之方法，其中使步驟d)完成後所獲得之配置在40-217℃範圍內之溫度下經熱處理，持續1分鐘至24小時之時間段。
  15. 一種配置，其係根據如前述請求項中任一項之方法獲得。
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