[发明专利]脂肪族碳氢化合物和石蜡作为银烧结膏中的溶剂的用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种将电子元件固定在基底上的方法以及一种在该方法中所使用的膏体。

背景技术

在电力电子学领域，将基底与元件(诸如对压力和温度敏感度极高的LED或非常薄的硅芯片)固定，是具有挑战性的任务。由于这个原因，经常通过粘接的手段将基底与这样的对压力和温度敏感的元件相连。适宜的导体粘合剂通常包括银颗粒、热固性聚合物和活性稀释剂。然而，粘接技术的缺点在于，由此在基底和元件之间形成的接触位置的热导率和电导率不足。

为解决该问题，提出了这样的方法，即通过烧结将基底与电子元件彼此相连。

然而，传统的烧结方法需要较高的过程压力或者较高的过程温度。这样的条件经常会导致待连接元件的损伤，以至于传统烧结方法对许多应用不适用。

文献DE 10 2007 046 901A1提出了这样一种烧结技术，通过其实现了，为电力电子学构建出导电和导热优良的连接层。在该烧结方法中使用了这样的金属膏，该金属膏除了含酒精溶剂之外还包括银化合物，该化合物在低于300℃的条件下分解出元素银。金属膏实现了将过程压力降低至低于3bar，并将过程温度降低至低于250℃。在将基底与对压力和温度敏感的元件连接方面，该烧结技术是一个巨大的质量飞跃。

如果还能将过程温度进一步降低，而不必担心会对产生的接触位置的抗剪强度造成损害，则对许多应用是值得期待的。这一点会导致待连接元件的更小的负载以及在电力电子学领域元件的进一步的质量提升。另外，可以在进一步降低过程温度的条件下大幅度地节省能源成本。

由现有技术已知的将电子元件固定在基底上的方法在另一方面还可以改进。尽管在个别情况下有可能，在电子元件和基底之间形成具有高抗剪强度的接触层；但是在系列生产中却经常出现这样的问题，即，抗剪强度在各个接触层之间差别很大。迄今为止还没有可能，鉴于接触位置的抗剪强度以同样的质量在电子元件和基底之间生成接触层。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种烧结方法，该方法允许了，以稳定的方式将电子元件与基底相连，其中，过程温度低于250℃。在此，优选应当以同样的质量制成基底和待连接元件之间的接触位置，该接触位置具有高抗剪强度、低孔隙率和高的导电和导热性能。

本发明的另一目的在于，提供一种可以在本发明的烧结方法中使用的膏体。

通过独立权利要求实现了本发明的目的。

因此，本发明提供了一种将电子元件与基底相固定的方法，在该方法中：

(i)提供电子元件和基底；

(ii)形成三明治结构，该三明治结构具有电子元件、基底和置于其间的层，该层包括膏体，该膏体含有(a)具有涂层的金属颗粒，该涂层具有至少一种这样的化合物，该化合物选自组：脂肪酸、脂肪酸盐和脂肪酸酯；膏体还包括(b)至少一种脂肪族碳氢化合物；而且

(iii)烧结该三明治结构。

本发明该提供了一种膏体，其包括(a)具有涂层的金属颗粒，该涂层具有至少一种这样的化合物，该化合物选自组：脂肪酸、脂肪酸盐和脂肪酸酯；和(b)至少一种脂肪族碳氢化合物。

由现有技术已知的膏体通常包括经涂层的金属颗粒，以避免金属颗粒在膏体中聚集。采用例如氧化硅、氧化金属、金属合金、聚合物或脂肪酸作为涂层化合物。用该涂层化合物可以有效避免聚集。然而在烧结过程中这是个缺点，即，涂层化合物显著减慢了扩散速度，这就需要高的过程温度。因此，在燃尽涂层化合物、并暴露金属颗粒表面之后，再进行烧结过程。

令人惊讶地发现了，当膏体中含有的金属颗粒具有由脂肪酸(或脂肪酸衍生物)构成的涂层时，而且膏体额外还包括脂肪族碳氢化合物时，能够显著降低了烧结温度。

不必联系理论，脂肪族碳氢化合物看起来具有这种能力，在温度低于250℃的条件下就有助于将金属颗粒的脂肪酸燃尽。估计在温度低于250℃的条件下，脂肪族碳氢化合物被引至金属颗粒表面和位于其上的脂肪酸层之间，以至于脂肪酸被脂肪族碳氢化合物包围并被其溶解。鉴于防止金属颗粒聚集，该过程中未显示出任何负面效应，这明显会导致在温度低于250℃的条件下就将脂肪酸燃尽，从而在该温度条件下金属颗粒的表面就可以用于烧结过程。进一步，在该烧结过程中、在电子元件和基底之间形成接触层，该接触层具有高抗剪强度和鉴于抗剪强度均匀的、可重现的质量。此外，通过使用脂肪族碳氢化合物，与使用含有传统溶剂的膏体相比，实现了膏体组分的更为均质的分布。此外，这导致了本发明的膏体相对于现有技术已知的膏体具有更好的可加工性。

本发明所使用的膏体含有金属颗粒。