[发明专利]用于扩散焊接的无铅的焊接薄膜和用于其制造的方法

说明书

本发明涉及用于扩散焊接的无铅的焊接薄膜和用于其制造的方法，藉由所述焊接薄膜，金属的结构部件和/或金属化的/以金属进行覆层的结构部件、也就是说相邻的结构部件的金属的表面层能够与彼此连接。本发明的任务是，提供经济的、环保的并且健康上不让人顾虑的、无铅的焊接薄膜用于扩散焊接，藉由所述焊接薄膜，在对于所述软焊接典型的工艺温度范围中，也就是说在大约240℃的情况下并且在低于5 min的焊接时间中，在没有接着的热处理和不在焊接期间施加压紧力的情况下，能够将待焊接的结构部件的表面层如下地与彼此连接，使得产生以具有高于400℃的再熔化温度的金属间的相的形式的高熔点的连接区域的连续的层。

技术领域

本发明涉及用于扩散焊接的无铅的焊接薄膜和用于其制造的方法，藉由所述焊接薄膜，金属的结构部件和/或金属化的/以金属进行覆层的结构部件、也就是说相邻的结构部件的金属的表面层能够与彼此连接。

背景技术

如今在电子学中并且在此尤其在功率电子学中，焊接位置的可靠性要求焊接材料以及藉由其产生的连接区域的十分良好的机械的、电的和热的性质，其中，其稳定性现在应该扩展到越来越高的温度范围上。

在此，出于环境保护和健康上不让人顾虑的原因，国际的趋势趋向使用环保的并且健康上不让人顾虑的无铅的焊料材料。

在转换到无铅的焊料的过程中已经开发了很多的、大部分基于锌的焊料变型方案，所述变型方案虽然相比于含铅的合金还具有良好的机械的、电的和热的性质，然而在大约214℃至250℃的范围中熔化，从而其良好的性质的稳定性被限制到至大约150℃的使用范围。

对于较高的工作/使用温度目前不存在将在功率电子学中所要求的性质的温度稳定性与必须的可靠性和经济性统一的无铅的焊料。

因此在高温度应用的情况下，也就是说尤其在还高于250℃的工作温度的情况下存在如下可能性，即开发新的成本适宜地待应用的无铅的焊料薄膜，所述焊料薄膜符合在功率电子学中需要的对于温度控制（Temperaturführung）的要求，以便一方面在焊接工艺期间不损害待连接的组合件并且另一方面，还在经济性的观察点下，得到高温度稳定的焊料连接，所述焊料连接保证在相邻的结构部件之间的连接区域的高的热的可靠性。

现在，在电子学和相近的工业分支中部分地使用具有280℃的熔化温度的成本高的低共熔的Au80Sn20焊料。

然而，如例如用于焊接在功率电子学的开关中的Si半导体电路的Au80Sn20焊料的广泛的应用出于高成本的原因对于焊料材料是不可行的。

就此而言，在US 7659614 B2中还在前描述了以金和/或银进行覆层的基层和电子的结构部件在应用含锌的金或铟焊料的情况下的接合。在使用所述材料时，构造有由带有具有比最初使用的焊料高的熔化温度的锌和/或铟连接区域的金属化层构成的金和/或银。接合工艺在至少250℃的情况下开始并且持续10 min至30 min，在此，然而轻的压紧力总是必须的，这然而还更消耗地设计焊接工艺。

因此，所述在专利US 7659614 B2中公开的教义的使用基于对于覆层和焊料的工艺的消耗和高的材料成本对于大规模的应用保持十分受限制。

因为在工业中迄今没有对于含金的合金的技术上和经济上可代替的无铅的备选方案供使用，尽管对于环保的和在健康上不让人顾虑的无铅的焊料材料的国际的需求公布例外规定，根据所述例外规定，在高熔点的焊料（也就是说，以铅为基础的具有至少85%铅的质量份额的焊接合金）中，铅至今还总是被允许，并且因此在实践中尽管有卫生的顾虑和关于环境保护的顾虑还经常得到应用。

由于具有宽的带间距的半导体（Wide-Band Gap-Halbleitern）、如例如由工作温度能够升高到远高于200℃的SiC或GaN构成的半导体的增加的使用，然而，强烈地开始有对于符合在高温度应用的范围中、也就是说在150℃至400℃的范围中的工作温度的技术的要求的焊料连接的需求。