TWI923552B - 燒結就緒銀膜 - Google Patents

Abstract

一種製造一經組合之燒結就緒銀膜與載體(1)的方法，其包含以下步驟： a) 產生包含經設計開口(5)的載體(2)； b) 將一銀膜層(7)澆鑄至該設計的開口(5)中；及 c) 乾燥該載體(2)及銀膜層(7)以形成該經組合之燒結就緒銀膜與載體(1)。 亦揭示一種使用該經組合之燒結就緒銀膜與載體(1)組裝一組件至一基材(10)的方法。

Description

燒結就緒銀膜

本說明書係關於接合電氣或機械組件之方法，且更具體地，係關於將電子組件及相關聯之裝置附接至電路板上的方法。

燒結就緒銀膜（其可用於附接晶粒）組合奈米銀粉末與化學配方之物理性質成產品，從而允許接合各種電子裝置以產生一熱及電氣傳導介面。

根據US20120114927A1之摘要，該案說明用於多晶片與單一組件的晶粒附接之方法，該方法可涉及在一基材上或一晶粒之背側上印刷一燒結膏。印刷可涉及模版印刷、網版印刷或施配程序。膏可在切粒之前印刷在整個晶圓之背側上，或在一個別晶粒之背側。燒結膜亦可經製造並轉移至一晶圓、晶粒或基材。一後燒結步驟可增加產出量。

在一第一態樣中，本揭露提供一種製造一經組合之燒結就緒銀膜與載體的方法，其包含以下步驟： a)      產生包含經設計開口的一載體； b)     將一銀膜層澆鑄至該等經設計開口中；及 c)      乾燥該載體及銀膜層以形成該經組合之燒結就緒銀膜與載體。

該方法可進一步包含以下步驟： d)      將該經組合之燒結就緒銀膜與載體滾軋或切割成就緒用於工業用途的個別片材。

在一些實施例中，該載體可包含一塑膠載體。

在一些實施例中，該載體可藉由永久黏合兩個塑膠膜而產生。在一些實施例中，該兩個塑膠膜可使用一電漿黏合程序予以黏合。在一些其他實施例中，可使用溫度穩定膠來黏合兩個塑膠膜。

該載體可包含一模版層及一背襯層。

在一些實施例中，該模版層可界定該等經設計開口。

在一些實施例中，該模版層可具有100至200微米、可選地150微米之一厚度。此外或替代地，該模版層可包含一聚對苯二甲酸乙二酯(PET)膜。

在一些實施例中，該模版層可經模切以產生該等經設計開口。在一些實施例中，該等經設計開口可係矩形或正方形。

該背襯層可經組態用於密封該等經設計開口之一底部。

在一些實施例中，該背襯層可具有50微米之一厚度。此外或替代地，該背襯層可包含一PET膜。

在一些實施例中，該背襯層可以氧電漿予以預處理。

一些實施例中，該模版層及該背襯層可使用可選地在5 MPa之一壓力下及150℃之一溫度的一層壓機(laminator press)予以黏合。

在步驟b)開始時，該等經設計開口之一頂部為開放以用於接收該澆鑄銀膜層。

在一些實施例中，澆鑄該銀膜層可包含澆鑄銀膏。

在一些實施例中，在步驟b)中之該銀膜層可包含一溶劑。在步驟c)之後，溶劑的量減少，且該溶劑較佳地實質上不存在於該經組合之燒結就緒銀膜與載體中。然而，該溶劑之一些殘留物仍可仍然存在。

在一些實施例中，該乾燥該載體及銀膜層以形成該經組合之燒結就緒銀膜與載體可在一烘箱中予以執行，可選地在130℃執行20分鐘。

在一第二態樣中，本揭露提供一種經組合之燒結就緒銀膜與載體，其包含：包含經設計開口的一載體；及經澆鑄至該等經設計開口中的一銀膜層。

在一些實施例中，該載體可包含一塑膠載體。

在一些實施例中，載體可包含兩個永久黏合的塑膠膜。

該載體可包含一模版層及一背襯層。

在一些實施例中，該模版層可界定該等經設計開口。

在一些實施例中，該模版層可具有100至200微米、可選地150微米之一厚度。此外或替代地，該模版層可包含一PET膜。

在一些實施例中，該等經設計開口可係矩形或正方形。

該背襯層可密封該等經設計開口之一底部。

在一些實施例中，該背襯層可具有50微米之一厚度。此外或替代地，該背襯層可包含一PET膜。

可從澆鑄銀膏形成該銀膜層。當澆鑄時，該銀膜層可包含一溶劑。

在一第三態樣中，本揭露提供一種組裝一組件至一基材的方法，其包含以下步驟： a)      將屬於包含一載體及一銀膜層之類型的一經組合之燒結就緒銀膜與載體定位在該基材之頂部上，使得該銀膜層面向下，該載體包含經設計開口，該銀膜層經澆鑄至該等經設計開口中； b)     藉由層疊將該銀膜層轉移至該基材上； c)      移除該經組合之燒結就緒銀膜與載體的該載體； d)     置放該組件至該基材上而接觸該經轉移銀膜層以形成一總成；及 e)      燒結該總成以在該組件與該基材之間產生一銀接合面。

在一些實施例中，在步驟b)中，該層疊可使用在3至8 MPa、可選地在3至6 MPa、可選地在8 MPa之一壓力下及130至150℃、可選地在130℃之一溫度的一層壓機。

在一些實施例中，在步驟e)中，該燒結可在10 MPa之一壓力及250℃之一溫度。

在一些實施例中，該基材包含一直接黏合銅(DBC)、引線框架、夾子或夾子陣列、晶圓或用於組裝電子裝置且具有一金屬化表面之任何其他部件。

在一些實施例中，該組件包含一Si或SiC裝置及/或一晶粒。

在一些實施例中，該經組合之燒結就緒銀膜與載體可如前述第二態樣中所定義。

在一第四態樣中，本揭露提供一種藉由一經燒結銀接合面而接合在一起的一組件及一基材之總成，該總成可藉由前述第三態樣之方法中來獲得。

除非另有定義，否則本說明書中的所有技術及科學詞彙具有所主張主題所屬技術領域中具有通常知識者通常理解的相同意義。應理解，本揭露之前述發明內容及下列實例僅係例示性及說明性，且非限制所主張的任何主題。

以下描述係關於本揭露之實施例。實施例之說明不意欲包括隨附申請專利範圍中所主張之所有本揭露的所有實施例。在下列實施例中未明確敘述的許多修改、改進及均等物皆可落在隨附申請專利範圍之範疇內。描述為一項實施例之部分的特徵可與一或多項其他實施例之特徵組合，除非上下文另有明確需要。

在某些情況中，使用燒結就緒銀膜的較佳方法是將其等層壓至基材上，諸如直接黏合銅(DBC)、引線框架或夾子。本揭露描述現有燒結膜技術的延伸，以形成經獨特地圖案化的銀膜，以提供選擇性層壓至基材之特定區域上。該程序適用於透過燒結程序大量製造各種功率模組及離散封裝。該程序利用可燒結銀膜的能力及特殊圖案化程序以確保組件之準確定位及可靠連接。

圖1a至圖1c展示圖案化程序的示意圖。首先，藉由將永久兩個塑膠膜3、4黏合在一起而產生一載體2。在一些實施例中，載體2可包含黏合在一起的兩層聚對苯二甲酸乙二酯(PET)膜。

該兩個塑膠膜可包含一模版層3及一背襯層4，如圖1a所示。模版層3可稱為「層1」，且背襯層4可稱為「層2」。

根據一所欲圖案設計，頂部塑膠膜（即，模版層3）經預切穿以形成開口/孔5。開口/孔5亦可稱為經設計開口5。模版層3之本體在圖1a中以數字符號6予以參照。孔5可戳穿模版層3。開口/孔5可係正方形、矩形或其他形狀。模版層3可由PET形成且可具有100至200微米之一厚度。在一非限制性實施例中，載體2之模版層3包含150微米厚的PET膜，其經模切以產生13x13 mm2之正方形開口/孔5。

底部塑膠膜（即，背襯層4）可由PET所形成，且可具有50微米之一厚度。背襯層4可由在一輥上的PET膜所形成。

模版層3及背襯層4使用習知的電漿黏合程序或使用溫度穩定膠來黏合在一起以形成載體2，如圖1b中所示。圖3a展示載體2的非限制性實例。

在一些實施例中，可對背襯層4或對模版層3及背襯層4兩者執行氧電漿預處理。在一非限制性實施例中，氧電漿預處理係用氧電漿預處理達10分鐘。

在一些實施例中，模版層3及背襯層4可在壓力及溫度下黏合在一起。在一非限制性實施例中，該黏合係使用在5 MPa之一壓力下及在150℃之一溫度的一層壓機予以執行。

一旦形成載體2，便將特殊銀膏澆鑄至載體2的開口/孔5中。該銀膏可包含一溶劑。在一非限制性實施例中，銀膏可係Argomax®膏，其可購自Somerset, NJ, USA的MacDermid Alpha - Assembly Solutions。

將具有銀膏的載體2在烘箱中予以乾燥，以形成如圖1c所示之燒結就緒銀膜7之圖案。在一非限制性實施例中，將載體2及銀膏在130℃乾燥20分鐘。乾燥步驟可從銀膏驅離至少一些溶劑。在乾燥步驟完成之後，溶劑的量減少，且溶劑較佳地實質上不存在於燒結就緒銀膜7。然而，該溶劑之一些殘留物仍可仍然存在。

在本揭露中，載體2及燒結就緒銀膜7一起稱為經組合之燒結就緒銀膜與載體1。可將經組合之燒結就緒銀膜與載體1輥壓或切割成個別片材，以就緒用於工業用途。圖3b展示經組合之燒結就緒銀膜與載體1的非限制性實例。

在一非限制性實施例中，燒結就緒銀膜7之銀膜厚度係約100微米且跨整個圖案均勻，如圖3c之平整度輪廓所示。

為了在應用中使用經組合之燒結就緒銀膜與載體1，將經圖案化之燒結就緒銀膜7層壓至一基材10。基材10可係一DBC、引線框架、夾子或夾子陣列、晶圓或用於組裝電子裝置且具有金屬化表面的任何其他部件。一旦將燒結就緒銀膜7層壓至基材10，該部件便準備好使用燒結程序進行組裝。

在圖2a及圖2b中示意性展示實例層壓程序。層壓可使用層壓機予以執行，於圖2a中所示意性展示。層壓機可包含一頂部壓板11及一底部壓板12，該等壓板用於施加壓縮壓力至經組合之燒結就緒銀膜與載體1及基材10。頂部壓板11及底部壓板12可被加熱至130℃。

一石墨片材13可插置在上部壓板11與經組合之燒結就緒銀膜與載體1之間。經組合之燒結就緒銀膜與載體1被定位於基材10（例如，DBC）的頂部，其中燒結就緒銀膜7面朝下。在壓力為5 MPa、替代地8 MPa的壓力下及在130℃之溫度的層壓機中，將燒結就緒銀膜7從載體2轉移至基材10上，如圖2b中所示意性展示。在圖4a及圖4b中展示與燒結就緒銀膜7層壓的所得基材10（在此實例中，DBC）的非限制性實例。

然後可藉由燒結該燒結就緒銀膜以形成一銀接合面而將組件接合至基材10。圖5展示一非限制性實例，其中晶粒22安裝於經層壓之燒結就緒銀膜7上，並在10 MPa及250℃的燒結壓機中燒結到基材10上。產業利用性

經圖案化之經組合之燒結就緒銀膜與載體1可包含具有經設計開口5的一塑膠載體2及澆鑄至開口5中的一燒結就緒銀膜層7。有利地，藉由設計欲組裝之電子裝置來界定燒結就緒銀膜7之圖案的佈局。在兩步驟程序的生產中，使用經圖案化燒結就緒銀膜7。在第一步驟中，藉由在3至6 MPa的典型壓力及在130℃至150℃一溫度將燒結就緒銀膜7從載體2轉移至基材10上。所用的典型基材係陶瓷DBC、引線框架、夾子、及具有Si或SiC裝置的晶圓。在第二步驟中，將組件置放於基材10上，並在10 MPa的典型壓力及250℃之一溫度燒結組件，以產生高度可靠的銀接合面。有利地，該程序適合用於大量製造功率模組、離散組件、及各種其他裝置。

本揭露之經組合之燒結就緒銀膜與載體1可有利地經定位以適配於現有製造設備及程序以實現大量製造。在一個實例中，可將燒結就緒銀膜7層壓至個別晶粒或晶圓，後續接著進行切粒。然後，可將該層壓晶粒置於基材上並在施加的熱與壓力下予以燒結。該晶粒與該基材之間的所得接合面為具有以下所示結構與性質的金屬銀：典型 Argomax® 接合面 組成物：經燒結銀粒子 密度：85%至95% 導熱率：約200 WmK 導電率：約3 μΩ.cm 楊氏模數：約20 GPa

本揭露之經組合之燒結就緒銀膜與載體1可用於附接從用於電氣與汽車設備的大面積閘流體及電力模組至用於行動技術及LED照明的微型離散組件的各式各樣裝置以及應用中的組件。相較於傳統接合技術，本揭露之技術可藉由使功率或光輸出或可靠度增加5至30倍來改善現有裝置之效能。該等膜實現使用產生運用現有技術無法達成之電氣效率的新高溫SiC及GaN半導體及新裝置設計。

本揭露之進一步態樣係在下列條項中提出。

條項： 條項1.    一種製造一經組合之燒結就緒銀膜與載體之方法，其包含以下步驟： a)       產生包含經設計開口的一載體； b)      將一銀膜層澆鑄至該等經設計開口中；及 c)       乾燥該載體及銀膜層以形成該經組合之燒結就緒銀膜與載體。

條項2.   如條項1之方法，其進一步包含以下步驟： d)      將該經組合之燒結就緒銀膜與載體滾軋或切割成就緒用於工業用途的個別片材。

條項3.   如條項1或條項2之方法，其中該載體包含一塑膠載體。

條項4.   如前述條項中任一項之方法，其中該載體係藉由永久黏合兩個塑膠膜而產生。

條項5.   如條項4之方法，其中該兩個塑膠膜係使用一電漿黏合程序予以黏合。

條項6.   如條項4之方法，其中該兩個塑膠膜係使用溫度穩定膠黏合。

條項7.   如前述條項中任一項之方法，其中該載體包含一模版層及一背襯層。

條項8.   如條項7之方法，其中該模版層界定該等經設計開口。

條項9.   如條項7或條項8之方法，其中該模版層具有100至200微米、可選地150微米之一厚度。

條項10. 如條項7至9中任一項之方法，其中該模版層包含一PET膜。

條項11. 如條項7至10中任一項之方法，其中該模版層經模切以產生該等經設計開口。

條項12. 如條項7至11中任一項之方法，其中該等經設計開口係矩形或正方形。

條項13. 如條項7至12中任一項之方法，其中該背襯層經組態用於密封該等經設計開口之一底部。

條項14. 如條項7至13中任一項之方法，其中該背襯層具有50微米之一厚度。

條項15. 如條項7至14中任一項之方法，其中該背襯層包含一PET膜。

條項16. 如條項7至15中任一項之方法，其中該背襯層係以氧電漿予以預處理。

條項17. 如條項7至16中任一項之方法，其中該模版層及該背襯層可使用可選地在5 MPa之一壓力下及150℃之一溫度的一層壓機予以黏合。

條項18. 如條項7至17中任一項之方法，其中在步驟b)開始時，該等經設計開口之一頂部為開放以用於接收該澆鑄銀膜層。

條項19. 如前述條項中任一項之方法，其中澆鑄該銀膜層包含澆鑄銀膏。

條項20. 如前述條項中任一項之方法，其中該銀膜層包含一溶劑。

條項21. 如前述條項中任一項之方法，其中該乾燥該載體及銀膜層以形成該經組合之燒結就緒銀膜與載體在一烘箱中予以執行，可選地在130℃執行20分鐘。

條項22. 一種經組合之燒結就緒銀膜與載體，其包含：包含經設計開口的一載體；及澆鑄至該等經設計開口中的一銀膜層。

條項23. 如條項22之經組合之燒結就緒銀膜與載體，其中該載體包含一塑膠載體。

條項24. 如條項22或條項23之經組合之燒結就緒銀膜與載體，其中該載體包含兩個永久黏合塑膠膜。

條項25. 如條項22至24中任一項之經組合之燒結就緒銀膜與載體，其中該載體包含一模版層及一背襯層。

條項26. 如條項25之經組合之燒結就緒銀膜與載體，其中該模版層界定該等經設計開口。

條項27. 如條項25或條項26之經組合之燒結就緒銀膜與載體，其中該模版層具有100至200微米、可選地150微米之一厚度。

條項28. 如條項25至27中任一項之經組合之燒結就緒銀膜與載體，其中該模版層包含一PET膜。

條項29. 如條項25至28中任一項之經組合之燒結就緒銀膜與載體，其中該等經設計開口為矩形或正方形。

條項30. 如條項25至29中任一項之經組合之燒結就緒銀膜與載體，其中該背襯層密封該等經設計開口之一底部。

條項31. 如條項25至30中任一項之經組合之燒結就緒銀膜與載體，其中該背襯層具有50微米之一厚度。

條項32. 如條項25至31中任一項之經組合之燒結就緒銀膜與載體，其中該背襯層包含一PET膜。

條項33. 如條項22至32中任一項之經組合之燒結就緒銀膜與載體，其中該銀膜層係從澆鑄銀膏所形成。

條項34. 如條項22至33中任一項之經組合之燒結就緒銀膜與載體，其中該銀膜層包含一溶劑。

條項35. 一種組裝一組件至一基材的方法，其包含以下步驟： a)   將屬於包含一載體及一銀膜層之類型的一經組合之燒結就緒銀膜與載體定位在該基材之頂部上，使得該銀膜層面向下，該載體包含經設計開口，該銀膜層經澆鑄至該等經設計開口中； b)   藉由層疊將該銀膜層轉移至該基材上； c)    移除該經組合之燒結就緒銀膜與載體的該載體； d)   置放該組件至該基材上而接觸該經轉移銀膜層以形成一總成；及 e)    燒結該總成以在該組件與該基材之間產生一銀接合面。

條項36. 如條項35之方法，其中在步驟b)中，該層壓使用在3至8 MPa、可選地在3至6 MPa、可選地在8 MPa之壓力下及130℃至150℃、可選地在130℃之溫度的一層壓機。

條項37. 如條項35或條項36之方法，其中在步驟e)中，該燒結係在10 MPa之壓力及250℃之溫度進行。

條項38. 如條項35至37中任一項之方法，其中該基材包含一直接黏合銅(DBC)、引線框架、夾子或夾子陣列、晶圓或用於組裝電子裝置且具有一金屬化表面之任何其他部件。

條項39. 如條項35至38中任一項之方法，其中該組件包含一Si或SiC裝置及/或一晶粒。

條項40. 如條項35至39中任一項之方法，其中該經組合之燒結就緒銀膜與載體係如條項22至34中任一項所定義。

條項41. 一種藉由一經燒結銀接合面而接合在一起的一組件及一基材之總成，該總成可藉由條項35至40中任一項之方法來獲得。

應瞭解，本揭露之圖式及說明之至少一些已簡化以聚焦在與清楚理本揭露解有關的元件，雖然為了清楚起見而排除，然而所屬技術領域中具有通常知識者將理解到，亦可需要其他元件。因為此類元件已為所屬技術領域中具有通常知識者所熟知，且因為其等不必然促進對本揭露之較佳理解，因此本文未提供此類元件之描述。

1:經組合之燒結就緒銀膜與載體 2:載體 3:塑膠膜；模版層 4:塑膠膜；背襯層 5:開口/孔 6:本體 7:燒結就緒銀膜 10:基材 11:頂部壓板；上部壓板 12:底部壓板 13:石墨片材 22:晶粒

將僅舉實例而言參考附圖來描述本揭露之一或多項實施例，圖中： ［圖1a至圖1c］係根據本揭露的經組合之燒結就緒銀膜與載體的製造程序的示意圖； ［圖2a及圖2b］係層壓程序的示意圖； ［圖3a］係由PET膜所形成的含正方形開口之載體的照片； ［圖3b］係在澆鑄銀膜層至開口中之後的圖3a之載體的照片； ［圖3c］展示銀膜層之一平整度輪廓； ［圖4a及圖4b］展示根據本揭露之經層壓有一經圖案化銀膜的直接黏合銅(DBC)基材；及 ［圖5］係展示置放在圖4a及圖4b之銀膜上且燒結至DBC基材的晶粒。

1:經組合之燒結就緒銀膜與載體

3:塑膠膜；模版層

4:塑膠膜；背襯層

6:本體

7:燒結就緒銀膜

Claims (17)

1. 一種製造一經組合之燒結就緒銀膜與載體之方法，其包含以下步驟：a)產生包含經設計開口的一載體；b)將一銀膜層澆鑄至該等經設計開口中；c)乾燥該載體及銀膜層以形成該經組合之燒結就緒銀膜與載體；及d)將該經組合之燒結就緒銀膜與載體滾軋或切割成就緒用於工業用途的個別片材。
2. 如請求項1之方法，其中該載體係藉由永久黏合兩個塑膠膜而產生。
3. 如請求項1或2之方法，其中該載體包含一模版層及一背襯層。
4. 如請求項3之方法，其中該模版層界定該等經設計開口。
5. 如請求項3之方法，其中該背襯層經組態用於密封該等經設計開口之一底部。
6. 如請求項3之方法，其中在步驟b)開始時，該等經設計開口之一頂部為開放以用於接收該澆鑄銀膜層。
7. 如請求項1或2之方法，其中澆鑄該銀膜層包含澆鑄銀膏。
8. 一種經組合之燒結就緒銀膜與載體，其包含：包含經設計開口的一載體；及經澆鑄至該等經設計開口中的一銀膜層，該經組合之燒結就緒銀膜與載體可藉由如請求項1至7中任一項之方法來獲得，其中該載體包含兩個永久黏合之塑膠膜。
9. 如請求項8之經組合之燒結就緒銀膜與載體，其中該載體包含一模版層及一背襯層。
10. 如請求項9之經組合之燒結就緒銀膜與載體，其中該模版層界定該等經設計開口。
11. 如請求項9之經組合之燒結就緒銀膜與載體，其中該模版層具有100至200微米之一厚度。
12. 一種組裝一組件至一基材的方法，其包含以下步驟：a)將屬於包含一載體及一銀膜層之類型的一經組合之燒結就緒銀膜與載體定位在該基材之頂部上，使得該銀膜層面向下，該載體包含經設計開口，該銀膜層經澆鑄至該等經設計開口中；b)藉由層疊將該銀膜層轉移至該基材上；c)移除該經組合之燒結就緒銀膜與載體的該載體；d)置放該組件至該基材上而接觸該經轉移銀膜層以形成一總成；及e)燒結該總成以在該組件與該基材之間產生一銀接合面。
13. 如請求項12之方法，其中在步驟b)中，該層壓使用在3至8MPa之壓力下及130至150℃之溫度的一層壓機。
14. 如請求項12之方法，其中在步驟e)中，該燒結係在10MPa之壓力及250℃之溫度進行。
15. 如請求項12至14中任一項之方法，其中該基材包含一直接黏合銅(DBC)、引線框架、夾子或夾子陣列、晶圓或用於組裝電子裝置且具有一金屬化表面的任何其他部件。
16. 如請求項12至14中任一項之方法，其中該組件包含一Si或SiC裝置及/或一晶粒。
17. 如請求項12至14中任一項之方法，其中該經組合之燒結就緒銀膜與載體係如請求項8至11中任一項所述。