專利名稱：半導(dǎo)體組件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體組件的制造方法，所述半導(dǎo)體組件例如是功率
半導(dǎo)體模塊的組成部件。這種功率半導(dǎo)體模塊按照現(xiàn)有技術(shù)具有外殼， 帶有功率半導(dǎo)體構(gòu)件的基片，以及負(fù)載和輔助連接單元。以下所迷半
導(dǎo)體構(gòu)件例如是指作為功率半導(dǎo)體模塊的組成部件的組件，所述模塊
包括基片和與基片材料一體地相連的半導(dǎo)體構(gòu)件，或者包括半導(dǎo)體構(gòu) 件和材料一體相連的連接單元，或者包括它們的組合。這里不僅僅包 括基片，而且也包括連接裝置意義下的連接單元。
背景技術(shù)：
為了制造這種半導(dǎo)體組件，現(xiàn)有技術(shù)已公開了焊接和燒結(jié)方法。
DE19911887C1公開了一種軟熔焊接方法，其特點(diǎn)是增設(shè)了真空裝置。 這里在本來(lái)的氣相焊接過(guò)程之后焊接件被送入所述真空裝置。這樣有 效地避免了收縮凹孔的形成，因?yàn)榭赡苄纬傻氖湛s凹孔借助于真空從 焊劑中被排除。
已知的這種焊接方法的缺點(diǎn)例如是接在半導(dǎo)體組件的焊接之后 通常必須跟著一個(gè)清洗工序，以借助于清洗液去除焊劑殘留物。
DE102004019567B3公開了壓力燒結(jié)方法的最新改進(jìn)，其特點(diǎn)是 借助于承載薄膜上的霧狀涂層設(shè)置燒結(jié)膏的專用方法。在進(jìn)一步的工 序中預(yù)干燥的燒結(jié)膏從承栽薄膜被去除并且設(shè)置在要被結(jié)合的表面 上。已知的銀粉和諸如環(huán)己醇的焊劑的混合物被用作該燒結(jié)方法的燒 結(jié)膏。
這種借助于機(jī)械壓力的已知燒結(jié)方法的缺點(diǎn)在于，它們通常只能 同時(shí)形成一個(gè)燒結(jié)連接，并且/或者特別是在半導(dǎo)體構(gòu)件的結(jié)合時(shí)存在 構(gòu)件破損的危險(xiǎn)。用于半導(dǎo)體組件的連接裝置的新型實(shí)現(xiàn)方式例如在
DE102006015198A1中被公開。在此這種連接裝置被設(shè)計(jì)成特殊的有 柔韌性的印刷電路板的結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)具有由導(dǎo)電層和絕緣層交替排列 構(gòu)成的薄膜型層結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于改進(jìn)已知的在至少一個(gè)半導(dǎo)體構(gòu)件與至少一 個(gè)連接裝置之間采用材料一體連接的半導(dǎo)體組件制造方法，其中結(jié)合 雙方至少部分地沒有與施加莊力和/或溫度的介質(zhì)形成直接接觸。
上述任務(wù)按照本發(fā)明由具有權(quán)利要求1所述特征的方法完成。從 屬權(quán)利要求給出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
本發(fā)明所述的用于制造半導(dǎo)體組件的方法的出發(fā)點(diǎn)是上面所述 的功率半導(dǎo)體模塊。用于這種功率半導(dǎo)體模塊的半導(dǎo)體組件應(yīng)滿足多 個(gè)要求，這些要求在現(xiàn)有技術(shù)中至少部分地相互排斥。這些要求中包 括在半導(dǎo)體構(gòu)件與連接裝置之間形成在功率半導(dǎo)體模塊正常加載時(shí)也 能持久地保持和承載材料一體的連接。另一方面也要求半導(dǎo)體組件的 制造成本低廉且較為省時(shí)。
按照本發(fā)明，用于形成這種半導(dǎo)體組件的制造方法具有以下主要
步驟
A) 構(gòu)造一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)半導(dǎo)體構(gòu)件，至少一個(gè) 連接裝置和至少一種設(shè)置在它們之間的結(jié)合劑；這里最好是將多個(gè)功 率半導(dǎo)體構(gòu)件同時(shí)排列在一個(gè)基片上。其中結(jié)合劑，最好是焊接或燒 結(jié)骨例如借助于絲網(wǎng)印刷被設(shè)置到基板上，更確切地說(shuō)，設(shè)置到基片 的相應(yīng)連接面上，并且在連接面上設(shè)置分別材料一體連接的功率半導(dǎo)
體構(gòu)件o
B) 在下一步驟中按照A)構(gòu)造的結(jié)構(gòu)被可逆地且整個(gè)地、最好
是用塑料薄膜封裝起來(lái)；這里特別具有優(yōu)點(diǎn)的是此結(jié)構(gòu)被放入一個(gè)軟 管形構(gòu)造的塑料薄膜中，然后它被抽真空和封閉。這樣形成了對(duì)此結(jié) 構(gòu)的保護(hù)而不受其它制造工序影響。另一個(gè)優(yōu)選的封裝實(shí)現(xiàn)方式是用少量的粘膠材料，例如硅膠，它不是整個(gè)地包住此結(jié)構(gòu)。
c)形成至少一個(gè)半導(dǎo)體構(gòu)件單元與至少一個(gè)連接裝置的材料一 體連接；這種材料一體連接最好實(shí)現(xiàn)為焊接或燒結(jié)結(jié)合。這里特別優(yōu) 選的是借助于液體介質(zhì)在所述結(jié)構(gòu)上施加溫度和/或壓力。其中封裝起 到了相對(duì)液體介質(zhì)的保護(hù)層的作用。這樣不僅避免了結(jié)合劑的污染， 而且也避免了結(jié)合劑被沖刷掉的可能性。同時(shí)封裝只輕微影響溫度和/ 或壓力的施加。
D)在設(shè)計(jì)成可逆封裝的情況下封裝接著被去除。從而使半導(dǎo)體 組件、例如功率半導(dǎo)體模塊的后續(xù)處理可以不進(jìn)行其它的工序，例如 在焊接方法中經(jīng)常進(jìn)行的清洗工序。
所建議的制造半導(dǎo)體組件的方法避免了原理上已知的材料一體 連接方法的缺點(diǎn)，并可以采用液體介質(zhì)。這樣，特別是在燒結(jié)結(jié)合時(shí) 可以利用流體靜力學(xué)的壓力導(dǎo)入相對(duì)于機(jī)械加壓的優(yōu)點(diǎn)。此優(yōu)點(diǎn)首先 在于各向均勻的壓力導(dǎo)入，它特別避免了施壓時(shí)半導(dǎo)體構(gòu)件的破損危
險(xiǎn)，或者至少明顯降低了這種危險(xiǎn)。


在對(duì)實(shí)施例的相應(yīng)描述中列舉了這種制造方法的特別優(yōu)選的改 進(jìn)。下面借助圖1至6所示實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案。
圖1至3示出了本發(fā)明所述的半導(dǎo)體組件制造方法的第一實(shí)施例 的三個(gè)主要的相繼步驟。
圖4示出了本發(fā)明所述的制造方法的第二實(shí)施例的一個(gè)方法步
圖5示出了本發(fā)明所述的制造方法的第三實(shí)施例的一個(gè)方法步 圖6示出了本發(fā)明所述的制造方法的第四實(shí)施例的一個(gè)方法步
具體實(shí)施方式
圖l示出了本發(fā)明所述的半導(dǎo)體組件制造方法的第一個(gè)步驟。在
此連接裝置祐L設(shè)計(jì)為電絕緣的基片10，它按照現(xiàn)有技術(shù)具有絕緣基體 12和設(shè)置在至少一個(gè)主表面上的多個(gè)導(dǎo)體線路14以及在其上形成的 接觸面16。在燒結(jié)結(jié)合情況下按照現(xiàn)有技術(shù)接觸面16具有貴金屬表 面是具有優(yōu)點(diǎn)的?；琁O最好設(shè)計(jì)為常用的印刷電路板，IMS(隔離 金屬基片)或DBC (直接的銅連線)基片。作為基片10的連接裝置 的示例性實(shí)施例不限制以上說(shuō)明的普遍性。同樣也可設(shè)想連接單元(參 見圖4至6)用于結(jié)合一個(gè)基片或者一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體構(gòu)件，以實(shí)現(xiàn) 內(nèi)部和/或外部的接觸。
在基片IO主表面上的接觸面16上按照現(xiàn)有技術(shù)設(shè)置結(jié)合劑20， 這里是燒結(jié)膏。對(duì)于焊接結(jié)合，其上設(shè)置的當(dāng)然是焊骨或者一個(gè)或多 個(gè)焊接片。這些焊接片由焊接材料構(gòu)成，此焊接片的形狀適配于待焊 接的半導(dǎo)體構(gòu)件30的大小，并且它被設(shè)計(jì)成平面狀的金屬體。
設(shè)置膏20的優(yōu)點(diǎn)還在于，它一方面貼在基片10上，另一方面也 貼在其上放置的半導(dǎo)體構(gòu)件30上。這樣通常不需要其它介質(zhì)來(lái)將結(jié)合 雙方10， 30相互固定。特別具有優(yōu)點(diǎn)的是采用絲網(wǎng)印刷方法將相應(yīng)的 膏20設(shè)置到基片IO主表面的接觸面16上。這樣在加工過(guò)程中結(jié)合劑 20被涂覆到所有需要的各個(gè)結(jié)合位置上。在半導(dǎo)體構(gòu)件單元30適當(dāng) 的主表面上設(shè)置結(jié)合劑在某些應(yīng)用情況下同樣是優(yōu)選的。
相應(yīng)的半導(dǎo)體構(gòu)件30以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的揀選或放置方法直接從 芯片復(fù)合體中被取出，在將其切割分開后放置到結(jié)合劑、即燒結(jié)膏30 上。
圖2示出了跟在圖l所示方法步驟之后的步驟。其中結(jié)構(gòu)1由多 個(gè)半導(dǎo)體構(gòu)件單元30、基片10和分別適當(dāng)涂覆在它們之間的燒結(jié)膏 20組成，此結(jié)構(gòu)用薄膜40形式的塑料封裝。對(duì)于燒結(jié)方法中后繼的 施壓來(lái)說(shuō)薄膜40必須整個(gè)封裝所述結(jié)構(gòu)1。
為外還可以應(yīng)用設(shè)計(jì)成皺縮軟管的塑料。此時(shí)結(jié)構(gòu)l被放入皺縮 軟管40中，接近完全地被封閉并接著如此加溫，使得皺縮軟管40適 配于此結(jié)構(gòu)的輪廓(參見圖3)。接著皺縮軟管40被完全封閉。另一個(gè)不受局限的可能性是應(yīng)用軟管形構(gòu)造的彈性塑料薄膜，在 其中放入所述結(jié)構(gòu)。軟管被接近完全地封閉并抽真空。在軟管接著被 完全封閉后所述結(jié)構(gòu)可以提供給下一方法步驟繼續(xù)處理。
圖3示出了形成材料一體連接的后續(xù)方法步驟，這里結(jié)合是燒結(jié) 結(jié)合。為此被塑料薄膜40封裝的結(jié)構(gòu)l被施加數(shù)量級(jí)為100MPa的壓 力46和數(shù)量級(jí)為100。C的溫度44。這里特別具有優(yōu)點(diǎn)的是，被封裝 的結(jié)構(gòu)40被置于用穩(wěn)壓硅油42填充的壓力池48中并在那里施加壓力 46 —段適當(dāng)?shù)臅r(shí)間。這種液體靜力學(xué)方式的壓力導(dǎo)入46導(dǎo)致對(duì)結(jié)合 雙方10， 30的施壓特別節(jié)省材料。
為了形成焊接結(jié)合，類似的已預(yù)先用塑料薄膜封裝的結(jié)構(gòu)被放入 加熱到焊接溫度的液體中。特別適用的是已知應(yīng)用于汽相焊接設(shè)備中 的液體。
圖4示出了本發(fā)明所述制造方法的第二實(shí)施例的一個(gè)方法步驟。 這里此步驟與圖2所示方法步驟相當(dāng)。與圖2所示步驟的區(qū)別在于， 這里是為一個(gè)功率半導(dǎo)體構(gòu)件30與基片10的導(dǎo)體線路14、并同時(shí)與 金屬形體50的輪廓中的負(fù)載連接單元進(jìn)行焊接結(jié)合而準(zhǔn)備的。
負(fù)載連接單元50具有與焊膏20的接觸面52，焊骨禎:設(shè)置在半導(dǎo) 體構(gòu)件30上。此外它還具有作為彎曲邊緣的鑄坑54和用于外部接觸 的孔56。為了位置固定和位置控制，在孔的區(qū)域內(nèi)，在負(fù)載連接單元 50與基片10之間設(shè)置了定位輔助體60。在結(jié)構(gòu)被封裝40后接著可借 助于合適的液體完成焊接結(jié)合。
圖5示出了本發(fā)明所述制造方法的第三實(shí)施例的一個(gè)方法步驟。 這里此步驟與圖2所示步驟相當(dāng)。與圖2所示步驟的區(qū)別在于，連接 裝置被構(gòu)造成具有柔韌性的印刷電路板70。按照現(xiàn)有技術(shù)已知的，此 印刷電路板例如被構(gòu)造成多層的，它分別由導(dǎo)電層72， 76和絕緣層 74組成，圖中所示為三層結(jié)構(gòu)。同樣像已知的那樣在導(dǎo)電層72， 76 之間設(shè)置了電路所需的穿孔接觸。
應(yīng)用具有柔韌性的印刷電路板70的主要優(yōu)點(diǎn)在于，在一個(gè)方法 步驟中半導(dǎo)體構(gòu)件30不僅可以與基片10的第一導(dǎo)體線路14相連接，而且也可以與具有柔韌性的印刷電路板70相連接，同樣，具有柔韌性 的印刷電路板70可以與基片10的其它導(dǎo)體線路14相連接。對(duì)于這種 半導(dǎo)體組件實(shí)現(xiàn)方式特別有利的是，燒結(jié)骨20作為相應(yīng)的結(jié)合劑，并 且借助于上面已說(shuō)明的加壓燒結(jié)方法實(shí)現(xiàn)結(jié)合。這里基片10的導(dǎo)體線 路14的表面16、半導(dǎo)體構(gòu)件30的接觸面以及具有柔韌性的印刷電路 板70的待結(jié)合的導(dǎo)電層72的接觸面78當(dāng)然應(yīng)附著合適的金屬，最好 是貴金屬。
圖6示出了本發(fā)明所述制造方法的第四實(shí)施例的 一個(gè)方法步驟。 這里此步驟與圖2所示步驟相當(dāng)。與圖5相比，連接裝置也被構(gòu)造成 作為一個(gè)變體的具有柔韌性的印刷電路板70，它具有用于與功率半導(dǎo) 體構(gòu)件30或與基片的連接面14電氣連接的接觸突點(diǎn)。
本發(fā)明所述方法的這個(gè)實(shí)施例的特別的優(yōu)點(diǎn)在于，硅膠軟管作為 封裝40，它在現(xiàn)有技術(shù)中常期以來(lái)作為功率半導(dǎo)體模塊中的絕緣材 料。此硅橡膠軟管40—方面用作后續(xù)制造的功率半導(dǎo)體模塊的絕緣， 另一方面在加壓燒結(jié)方法中作為結(jié)構(gòu)1的保護(hù)封裝40，在此它僅構(gòu)成 部分封裝。通過(guò)在壓力池48中施加壓力實(shí)現(xiàn)液體靜力學(xué)方式的壓力導(dǎo) 入到硅膠軟管40上，軟管繼續(xù)傳導(dǎo)壓力到結(jié)構(gòu)1的待結(jié)合的部分上， 而軟管本身位置沒有明顯的改變。
權(quán)利要求
1. 用于制造半導(dǎo)體組件的方法，具有以下主要步驟A)形成結(jié)構(gòu)(1)，該結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)半導(dǎo)體構(gòu)件(30)，至少一個(gè)連接裝置(10，50，70)和至少一種設(shè)置在它們之間的結(jié)合劑(20)；B)整個(gè)地或部分地封裝(40)所述結(jié)構(gòu)(1)；C)形成至少一個(gè)半導(dǎo)體構(gòu)件(30)與至少一個(gè)連接裝置(10，5)的材料一體的連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中結(jié)合劑(20)被實(shí)現(xiàn)為焊接 片或焊膏，并且它借助于絲網(wǎng)印刷工藝被涂覆到半導(dǎo)體構(gòu)件(30)或 連接裝置(10， 50)的主表面(16， 32)上。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中結(jié)合劑(20)被實(shí)現(xiàn)為燒結(jié) 膏，并且它借助于絲網(wǎng)印刷工藝被涂覆到半導(dǎo)體構(gòu)件(30)或連接裝 置(10， 50， 70)的主表面(16， 32)上。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中在形成結(jié)合之后接著再將封 裝(40)從所述結(jié)構(gòu)(1)去除。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中連接裝置是基片(10)和/或 以功率半導(dǎo)體模塊(30)的金屬形體(50)的形式實(shí)現(xiàn)的連接單元。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中連接裝置是具有由導(dǎo)電層(72， 76)和絕緣層(74)構(gòu)成的層結(jié)構(gòu)的具有柔韌性的印刷電路板(70)。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中封裝(40)被實(shí)現(xiàn)為軟管形 薄膜，它在封裝后被封閉，接著被抽真空，或者通過(guò)加溫被皺縮，從 而貼在所述結(jié)構(gòu)上。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中封裝(40)借助于少量粘膠 材料實(shí)現(xiàn)。
9. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中材料一體連接的形成借 助于加熱到焊接溫度的液體(42)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且為此將所述結(jié)構(gòu)(1) 放入該液體(42) —段時(shí)間。
10.如權(quán)利要求1和3所述的方法，其中材料一體連接的形成借 助于位于壓力池(48)中的液體(42)，即一種穩(wěn)壓硅油來(lái)實(shí)現(xiàn)，并 且為此將所述結(jié)構(gòu)(1)放入該液體(42 ) —段時(shí)間，而且接著從外部 對(duì)該液體(42)施加壓力(46)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造半導(dǎo)體組件的方法，具有以下主要步驟形成一個(gè)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)半導(dǎo)體構(gòu)件、至少一個(gè)連接裝置和至少一種設(shè)置在它們之間的結(jié)合劑；整個(gè)地或部分地封裝此結(jié)構(gòu)，形成至少一個(gè)半導(dǎo)體構(gòu)件單元與至少一個(gè)連接裝置的材料一體的連接。
文檔編號(hào)H01L25/00GK101436556SQ20081017617
公開日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2008年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月16日
發(fā)明者C·戈布爾, H·海爾布倫爾, T·斯托克梅爾 申請(qǐng)人:塞米克朗電子有限及兩合公司