[发明专利]借助焊接连接来制造功率半导体器件的方法

说明书

技术领域

本发明描述了一种借助基板和底板之间的焊接连接来制造功率半导体器件的方法，以及一种用于制造在此使用的特殊改进的金属成型体的方法。

背景技术

这样的功率半导体器件能够例如形成为具有基板和金属底板的功率半导体模块。这样的功率半导体模块例如从DE 10 2005 055 713 A1中已知。

这样的功率半导体器件当然也能够形成为功率电子系统的子模块，例如从DE 10 2010 043 446 A1中已知的。在这种情况下，底板能够额外具有冷却装置且因此整体形成为冷却体。

从现有技术中同样已知的是，例如在公开文献DE1 226 715中已经公开的一样，在两个借助焊层相连的连接套件中在焊层中设置有间隔保持元件，从而保证焊层的最小厚度。

发明内容

在了解上述背景的情况下，本发明的任务是提出一种特别简单且高效的用于制造功率半导体器件(在基板和底板之间具有焊层，该焊层的厚度是受限制的且规定了最小厚度)的方法，以及一种用于制造在此使用的特殊改进的金属成型体的方法。

根据本发明通过具有权利要求1特征的方法、以及通过具有权利要求5特征的方法来解决该任务。在各个从属权利要求中描述优选的实施形式。

根据本发明用于制造半导体器件(具有金属底板，并且具有材料锁合地借助于焊层与底板连接的基板，该焊层的厚度是受限制的且规定了最小厚度)的方法具有以下步骤的时间流程：

A.提供底板和基板，其中两者分别具有连接表面，该连接表面形成基板和底板之间的后续焊接连接的各个接触表面；

B.在底板或基板的连接表面上设置改进的金属成型体，其中该改进的金属成型体具有一金属成型体，其具有从表面引入的颗粒，其中该颗粒具有最小直径，其相当于后续焊接连接的厚度的80％-100％；金属成型体能够以优选的方式形成为薄焊板，即由用作焊料的金属制成的平面体。

C.将底板设置为对着基板，其中改进的金属成型体位于连接平面之间；金属成型体在此位于一个连接平面上，而另一连接平面与至少一些颗粒接触。

D.以连接温度(其优选高于金属成型体的熔化温度最多100℃)来能功率半导体器件加载温度，其中金属成型体熔化，颗粒完全进入熔化的金属成型体中且从金属成型体中产生具有焊层的焊接连接，该焊层的厚度是受限制的且规定了最小厚度，该焊层材料锁合地紧贴在两个连接平面上。优选指位于100μm和600μm之间厚焊层。但原则上该方法并不限于该范围。同样能够通过该方法制造厚度为20μm-100μm或直到2mm的焊层。

最小直径在此应理解为那些区段长度，其具有所有延伸通过颗粒的重心的区段的区段长度的最小值。最大的直径以类似的方式来定义。

此外优选地，基板具有多个导体电路，其中在步骤A)之前在基板的导体电路上设置有至少一个或至少一个功率半导体组件且在内部借助于连接装置(32)以电路配合的方式连接。此外还优选地，设置功率半导体器件的连接元件且与基底和该至少一个半导体组件线路合理地连接。

有利地，基底的连接平面形成为基底的金属层的一部分。

根据本发明用于制造上述改进的金属成型体(具有从表面引入的具有最小直径的颗粒)的方法具有以下步骤的时间流程：

a)准备金属成型体；

b)在表面上放置颗粒；

c)将颗粒压入表面中，从而使颗粒至少以其最小直径的四分之一从表面进入金属成型体。在此有利地，颗粒至少以其最小直径的一半、尤其以其最小直径的60％进入金属成型体。

此外有利地，颗粒具有球或变形球(最小直径与最大直径的比例为2:3，特别是4:5)的形状。可选地，颗粒也可以具有规则多边形或不规则多边形(最小直径与最大直径的比例为2:3，特别是4:5)的形状。同样有利地，共同使用颗粒的两种构造，其具有适应于彼此的直径。

特别优选地，颗粒由金属材料或陶瓷材料或金属-陶瓷复合材料形成。当然，在此也能够同时使用不同的构造。此外，颗粒能够额外包括具有焊剂的表面涂层，从而特别地产生其表面的湿润性。

优选地且通常是足够地，金属成型体的表面的至少2％、特别是至少10％由待压入的或压入的颗粒覆盖。

在此及以下将“覆盖”理解为颗粒垂直投射到表面上的平面。

有利地，颗粒借助于轧制方法或借助于线性压制方法(其中优选为垂直于表面的，即在法向矢量方向上延伸的压力方向)从表面压入金属成型体。