在電子工業(yè)中，將金屬燒結制備物(Metallsinterzubereitung)用于電子部件(諸如半導體芯片)的固定和電接觸并且用于從電子部件(諸如半導體芯片)散熱是公知的。例如，在WO2011/026623A1、EP2425920A1、EP2428293A2和EP2572814A1中公開了這種金屬燒結制備物。通常，這種金屬燒結制備物通過印刷(例如絲網(wǎng)印刷或者漏版印刷)被涂覆到支承體襯底上、必要時被干燥、裝上電子部件并且接著經(jīng)受燒結工序。不經(jīng)過液態(tài)，金屬顆粒(Metallteilchen)在燒結期間通過擴散在構造支承體與電子部件之間的固定的、導電和導熱的金屬連接的情況下相連。
也公知一種通過滴涂(Dispensen)的應用作為對金屬燒結制備物的印刷作業(yè)的替換方案。
該發(fā)明的任務曾是找到一種方法，所述方法能夠?qū)崿F(xiàn)將金屬燒結制備物的多個層碎片(Schichtfragment)同時應用(在一個工序步驟中應用)到不完全平的并且必要時部分地已經(jīng)裝上電子部件的支承體上，而且將對支承體或必要時已經(jīng)在該支承體上的電子部件的溫度要求保持得盡可能低。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明涉及一種用于將多個由經(jīng)干燥的金屬燒結制備物構成的分立的層碎片涂覆到用于電子部件的支承體的預先確定的、導電的表面部分(Oberflaechenanteil)上的方法。在按照本發(fā)明的方法中使用配備有經(jīng)干燥的金屬燒結制備物的、平的轉移襯底(Transfersubstrat)。該方法包括如下步驟：
(1)將多個由金屬燒結制備物構成的分立的層碎片涂覆到在與所述預先確定的、導電的表面部分對稱的裝置中的平的轉移襯底的一側上，
(2)在避免燒結的情況下使這樣被涂覆的金屬燒結制備物干燥，
(3)將具有由經(jīng)干燥的金屬燒結制備物構成的層碎片的轉移襯底朝向用于電子部件的支承體的表面而且在保證所述轉移襯底的配備有經(jīng)干燥的金屬燒結制備物的表面部分與所述用于電子部件的支承體的預先確定的、導電的表面部分的全等的(deckungsgleich)定位的情況下布置并且接觸(Inkontaktbringen)，
(4)對在步驟(3)中所建立的接觸裝置使用壓力，并且
(5)從所述接觸裝置除去轉移襯底，
其中所述經(jīng)干燥的金屬燒結制備物在步驟(4)結束之后相對于所述用于電子部件的支承體的預先確定的、導電的表面部分的附著力大于相對于所述轉移襯底的表面的附著力，
其中所述平的轉移襯底是不可燒結的并且必要時被涂層的金屬箔或者是熱塑性的塑料薄膜，
其中所述用于電子部件的支承體是具有平的、帶有一個或多個為10到500μm的凹處的表面的襯底，而且同時從包括引線框(Leadframe)、陶瓷襯底、DCB襯底和金屬復合材料的組中被選出，并且其中至少一個預先確定的、導電的表面部分在一凹處中。
本發(fā)明也涉及根據(jù)所述按照本發(fā)明的方法來制造的配備有經(jīng)干燥的金屬燒結制備物的用于電子部件的支承體。
針對電子部件的例子是有源部件(例如半導體芯片，如LED、二極管、IGBT、晶閘管、MOSFET、晶體管)和/或無源部件(例如電阻、電容、電感和憶阻器)和/或壓電陶瓷和/或珀耳帖部件(Peltierelement)。
術語“經(jīng)干燥的金屬燒結制備物”意味著不再濕的、完全或者基本上被去除了揮發(fā)性的組成部分的、沒有被燒結的金屬燒結制備物。例如，“經(jīng)干燥的金屬燒結制備物”意味著：最初包含在該金屬燒結制備物中的揮發(fā)性的組成部分的重量百分比98到100％已經(jīng)被除去，而且所述經(jīng)干燥的金屬燒結制備物也在重復使用被用在步驟(2)中的干燥條件之后以重量測定的方式被證明為質(zhì)量恒定的或者基本上質(zhì)量恒定的。所述經(jīng)干燥的金屬燒結制備物是凝固的并且在溫度＜70℃的情況下形狀穩(wěn)定的、仍可燒結的金屬燒結制備物。在進一步的過程中還探討在按照本發(fā)明的方法的步驟(1)中所應用的金屬燒結制備物本身。
用于電子部件的在按照本發(fā)明的方法中被干燥的金屬燒結制備物被涂覆到其上的支承體是在電子工業(yè)中常見的從包括引線框、陶瓷襯底、DCB襯底和金屬復合材料的組中選出的支承體襯底，其中所述用于電子部件的支承體同時是具有本身平的但是有一個或多個也被稱作空穴的為10到500μm的凹處的表面的襯底。所述支承體可以是平坦的襯底。所述用于電子部件的支承體具有導電的表面部分，用于對所述電子部件的電壓/電流供應。在此，術語“導電的表面部分”涉及該支承體的導電的表面部分的布局(Layout)或涉及該支承體的本身電絕緣的表面，因此例如意味著印刷導線(Leiterbahn)的圖案。而利用術語“預先確定的、導電的表面部分”來參考導電的表面部分的這種部分：經(jīng)干燥的金屬燒結制備物應該被涂覆到導電的表面部分的所述這種部分上或應該借助于經(jīng)干燥的金屬燒結制備物在導電的表面部分的所述這種部分固定并且電接觸電子部件。在此，至少一個預先確定的、導電的表面部分在為10到500μm的凹處中。換句話說，如下多個星座(Konstellation)都是可能的：
-支承體有一個為10到500μm的凹處，而且預先確定的、導電的表面部分在該凹處中，其中一個或多個其它的預先確定的、導電的表面部分在該凹處之外。
-該支承體有一個為10到500μm的凹處，而且多個預先確定的、導電的表面部分在該凹處中，其中一個或多個其它的預先確定的、導電的表面部分在該凹處之外。
-該支承體有一個為10到500μm的凹處，而且所有預先確定的、導電的表面部分都在該凹處中。
-該支承體有多個為10到500μm的凹處，而且所述預先確定的、導電的表面部分中的一個在所述凹處之一中，而所述一個或多個其它的預先確定的、導電的表面部分都在所述凹處之外。
-該支承體有多個為10到500μm的凹處，而且多個預先確定的、導電的表面部分在所述凹處之一中，而一個或多個其它的預先確定的、導電的表面部分在所述凹處之外。
-該支承體有多個為10到500μm的凹處，而且所有預先確定的、導電的表面部分都在所述凹處之一中。
-該支承體有多個為10到500μm的凹處，而且在每個所述凹處中都各有一個預先確定的、導電的表面部分，而沒有、有一個或多個其它的預先確定的、導電的表面部分在所述凹處之外。
-該支承體有多個為10到500μm的凹處，而且在一些所述凹處中各有一個預先確定的、導電的表面部分，而沒有、有一個或多個其它的預先確定的、導電的表面部分在所述凹處之外。
-該支承體有多個為10到500μm的凹處，而且在每個所述凹處中都各有多個預先確定的、導電的表面部分，而沒有、有一個或多個其它的預先確定的、導電的表面部分在所述凹處之外。
-該支承體有多個為10到500μm的凹處，而且在一些所述凹處中各有多個預先確定的、導電的表面部分，而沒有、有一個或多個其它的預先確定的、導電的表面部分在所述凹處之外。
-該支承體有多個為10到500μm的凹處，而且在兩個或多個所述凹處中有部分地一個而部分地多個預先確定的、導電的表面部分，而沒有、有一個或多個其它的預先確定的、導電的表面部分在所述凹處之外。
-該支承體有多個為10到500μm的凹處，而且在所述凹處中有部分地一個而部分地多個預先確定的、導電的表面部分，其中不存在沒有預先確定的、導電的表面部分的凹處，而且其中沒有、有一個或多個其它的預先確定的、導電的表面部分在所述凹處之外。
此外，在所述用于電子部件的支承體在按照本發(fā)明的方法中被配備所述由經(jīng)干燥的金屬燒結制備物構成的層碎片之前，所述用于電子部件的支承體還可以已經(jīng)裝上一個或多個電子部件。根據(jù)部件高度，在這些相鄰的部件之間例如為10到200μm或者在具有相對大的部件高度的情況下甚至例如為200到1000μm的深度或者總深度可占支配地位(vorherrschen)。所述總深度例如可以由所述被提到過的為10到500μm的凹處之一的深度加上所述一個或多個與這種凹處相鄰的或在這種凹處旁邊的電子部件的最高的部件高度組成。
尤其是，所述用于電子部件的支承體的導電的表面部分是金屬的。在后者的情況下涉及用于電接觸的常見的薄的金屬層或者金屬噴鍍(Metallisierung)，例如由銅、銀、黃金、鈀、鎳、鋁和這些金屬的適當?shù)暮辖饦嫵傻谋〉慕饘賹踊蛘呓饘賴婂?。也可以涉及例如敷上黃金層(Goldschicht)的鎳、敷上黃金外層和鈀層的鎳、敷上黃金層的銀/鈀合金。
在按照本發(fā)明的方法的步驟(1)中，以多個分立的層碎片的形式的金屬燒結制備物被涂覆到在與所述用于電子部件的支承體的預先確定的、導電的表面部分對稱的裝置(也就是說在與所述用于電子部件的支承體的預先確定的、導電的表面部分相對應的然而對稱的裝置)中的平的轉移襯底的一側上。在此，從實踐的角度來考慮，所述分立的層碎片在一個步驟中或者同時被涂覆。“分立的層碎片”意味著：不是涉及連續(xù)的層，而是涉及單個的彼此絕緣的由金屬燒結制備物構成的層形狀的被涂覆的元件。如已經(jīng)從更前面所給出的解釋得出的那樣，所述預先確定的、導電的表面部分也涉及單個的并且彼此絕緣的表面部分。
所述金屬燒結制備物是本身已知的金屬燒結制備物，如其在電子工業(yè)中得到應用用于電子部件的固定和電接觸并且用于從電子部件散熱的那樣。除了由一個或多個金屬或者金屬合金構成的顆粒和/或在燒結工序中形成金屬的金屬化合物之外，所述金屬燒結制備物除了可能的添加劑之外尤其是也還包含揮發(fā)性的有機溶劑。所述金屬顆粒例如涉及這種由銅、鎳、鋁構成的或者尤其是由銀構成的分別具有在例如為1到10μm的范圍內(nèi)的平均的顆粒大小(d50，用激光衍射來確定)的金屬顆粒。例如，對于添加劑來說是用于金屬顆粒的涂層(Coating)(諸如C8-C28脂肪酸、C8-C28脂肪酸鹽、C8-C28脂肪酸酯)、常見的燒結助劑和聚合物粘合劑。WO2011/026623A1、EP2425920A1、EP2428293A2和EP2572814A1代表了如下文獻的例子，在所述文獻中公開了可應用的金屬燒結制備物、尤其是金屬燒結糊劑。
所述平的轉移襯底是不可燒結的并且必要時被涂層的金屬箔或者是例如由聚酯、含氟聚合物(諸如聚四氟乙烯)、聚酰亞胺、硅膠或者聚烯烴構成的熱塑性的塑料薄膜。該塑料薄膜可以在質(zhì)量中或者在所述要配備有金屬燒結制備物的一側上配備(例如被涂層)減附的(haffvermindernd)材料。針對減附的材料的例子包括基于硅膠或含氟聚合物的物質(zhì)。優(yōu)選地，所述平的轉移襯底是透明的塑料薄膜。
重要的是，所述經(jīng)干燥的金屬燒結制備物在步驟(4)結束之后相對于所述用于電子部件的支承體的預先確定的、導電的表面部分的附著力大于相對于所述轉移襯底的表面的附著力。例如，如果按照DIN EN 14099(2002年10月)用具有附著強度為220g/cm的粘合帶來確定，該附著力大了0.4N/cm或者更多，則足夠。
在實施方式中，所述轉移襯底是非剛性的熱塑性的塑料薄膜，所述非剛性的熱塑性的塑料薄膜即使在熱負荷之后也在很大程度上是尺寸穩(wěn)定的。優(yōu)選地，所述非剛性的熱塑性的塑料薄膜在30分鐘120℃目標溫度(Objekttemperatur)的熱負荷之后具有在長度和寬度上≤1.5％(ASTM D 1204)的尺寸變化，也就是說優(yōu)選地在所述條件下在長度和寬度方向上沒有或者各有為最大到1.5％的尺寸變化(ASTM D 1204)。
針對可用作按照本發(fā)明的方法中的轉移襯底的熱塑性的塑料薄膜的例子是在貿(mào)易中可得到的三菱公司(Mitsubishi)的 RN75塑料薄膜、杜邦公司(DuPont)的 A 50μm或75μm塑料薄膜和東麗公司(Toray)的40.01塑料薄膜。
將金屬燒結制備物涂覆到轉移襯底上通常通過在例如為5到200μm的干燥層厚度中印刷(例如絲網(wǎng)印刷或者漏版印刷)來進行。在足夠稀薄的金屬燒結制備物的情況下，所述涂覆也可以通過噴涂作業(yè)(Spruehauftrag)來進行，其中采取用于保護不應該與金屬燒結制備物發(fā)生接觸的區(qū)域的措施可以是適宜的。針對這種措施的例子是膠帶或者利用漏版來覆蓋。
在按照本發(fā)明的方法的步驟(2)中，在步驟(1)中被涂覆的、濕的金屬燒結制備物在避免燒結的情況下被干燥、也就是說在步驟(1)中被涂覆的、濕的金屬燒結制備物的揮發(fā)性的組成部分(諸如有機溶劑)被去除。所述金屬燒結制備物的干燥優(yōu)選地在適合于從金屬燒結制備物中除去揮發(fā)性的組成部分的條件、尤其是溫度條件下進行，然而在干燥之后，在金屬燒結制備物之內(nèi)的燒結工序完全不曾進行。對此，配備有該金屬燒結制備物的轉移襯底可以例如在爐子(例如空氣循環(huán)加熱爐)中被加熱到80到150℃例如10到30分鐘。在此，必要時可以例如借助于氮氣氣氛使爐子惰化(inertisieren)。
如已經(jīng)說明的那樣，所述經(jīng)干燥的金屬燒結制備物的揮發(fā)性的組成部分(如有機溶劑)至少基本上被去除，而且所述經(jīng)干燥的金屬燒結制備物除了金屬顆粒和/或在稍后的燒結工序中形成金屬的金屬化合物之外例如仍包含不揮發(fā)的添加劑。所述經(jīng)干燥的金屬燒結制備物凝固，然而沒有被燒結或者只部分地被燒結、也就是說所述凝固的金屬燒結制備物仍是可燒結的。
因此，具有在其上的經(jīng)干燥的金屬燒結制備物的轉移襯底形成如下預成形品(Vorform)，所述預成形品可以作為中間產(chǎn)品被輸送給其它的、包括步驟(3)到(5)的制造工序。所述其它的、包括步驟(3)到(5)的制造工序可以在實施步驟(1)和(2)的制造商處或者在另一制造商處進行。該中間產(chǎn)品總體上是穩(wěn)定的并且是可操作的(handhabbar)，使得該中間產(chǎn)品可以被運輸用于進一步處理。原因在于：所述經(jīng)干燥的金屬燒結制備物是凝固的并且是形狀穩(wěn)定的。
在按照本發(fā)明的方法的步驟(3)中，將具有由經(jīng)干燥的金屬燒結制備物構成的層碎片的轉移襯底朝向所述用于電子部件的支承體的表面而且在保證所述轉移襯底的配備有經(jīng)干燥的金屬燒結制備物的表面部分與所述用于電子部件的支承體的預先確定的、導電的表面部分的全等的定位的情況下布置并且接觸。以這種方式來保證：利用所述針對電子部件的支承體的被提到過的預先確定的、導電的表面部分來覆蓋在轉移襯底上具有所述經(jīng)干燥的金屬燒結制備物的部位，經(jīng)干燥的金屬燒結制備物應該被涂覆到所述表面部分上或稍后應該借助于之前被涂覆的經(jīng)干燥的金屬燒結制備物在所述表面部分固定并且電接觸電子部件?？梢砸匀我獾奈恢?、例如以垂直的位置或者水平的位置來實現(xiàn)在步驟(3)中的裝置。例如可以以水平的位置將轉移襯底布置在所述用于電子部件的支承體之下或者反之亦然。
在按照本發(fā)明的方法的步驟(4)、即真正的轉移步驟中，或者整面地或者至少完全地在所述經(jīng)干燥的金屬燒結制備物所在的位置上對在步驟(3)中所建立的接觸裝置施加壓力。例如，為0.5到10MPa的壓緊力(Anpressdruck)可以在例如為1到30秒的持續(xù)時間內(nèi)得以使用。在此使用被提到的為直至150℃的目標溫度可以是適宜的；例如可以借助于壓緊工具(Presswerkzeug)的底面供熱和/或頂面供熱來進行該加熱。為了執(zhí)行方法步驟(4)可以應用常見的設備，例如層壓壓機、尤其是可供熱的層壓壓機。附加地，例如在沖壓機(Pressstempel)與配備有經(jīng)干燥的金屬燒結制備物的轉移襯底之間可以采用具有被適配的硬度、例如為50到70的邵爾A硬度(Shore-A-Haerte)的硅膠板。尤其是在非整面地施加壓緊力的情況下也可以采用如下助劑，所述助劑根據(jù)在所述經(jīng)干燥的金屬燒結制備物所在的位置上的沖壓機的類型來起作用。尤其是當支承體已經(jīng)裝上電子部件、特別是裝上具有相對大的結構高度的電子部件時，這種做法是有利的。此外，如果所述轉移襯底具有用于這種已經(jīng)存在的電子部件的相對應的凹陷部，使得所述轉移襯底可以完全與所述用于電子部件的支承體的表面發(fā)生接觸，那么可以是適宜的。
在步驟(4)結束之后，在按照本發(fā)明的方法的步驟(5)中除去轉移襯底，其中所述經(jīng)干燥的金屬燒結制備物留在所述用于電子部件的支承體的預先確定的、導電的表面部分上?，F(xiàn)在，所述經(jīng)干燥的金屬燒結制備物的之前附著在轉移襯底上的、通過所述轉移被去除的表面被確定用于容納電子部件或用于與電子部件的連接，這留待另一制造工序去做。
步驟(3)至(5)可以作為批量工序(Batchprozess)或者例如就滾輪層壓工序而言連續(xù)地來執(zhí)行。從實踐的角度來考慮，在步驟序列(3)至(5)中，所述分立的層碎片在一個步驟中或者同時從轉移襯底被轉移到用于電子部件的支承體上。
在實施方式中，可以執(zhí)行所述按照本發(fā)明的方法，使得所述用于電子部件的支承體在兩側都配備有經(jīng)干燥的金屬燒結制備物。在此，以如下區(qū)別來進行相同的方法步驟(1)至(5)：所述用于電子部件的支承體在步驟(3)至(4)中被布置在兩個相對應地配備有經(jīng)干燥的金屬燒結制備物的轉移襯底之間并且經(jīng)受壓緊過程，而且緊接著在步驟(5)中將所述用于電子部件的支承體的兩側的轉移襯底除去。
所述一個或多個為了容納電子部件并且與電子部件連接而進行的步驟屬于另一制造工序，所述制造工序例如也可以在另一制造商處進行。所述另一制造工序包括真正的燒結步驟。在此，首先建立常見的由具有依照按照本發(fā)明的方法被轉移到其上的經(jīng)干燥的金屬燒結制備物的用于電子部件的支承體和電子部件構成的三明治裝置。接著，所述三明治裝置經(jīng)受燒結工序，在所述燒結工序的過程中從所述經(jīng)干燥的金屬燒結制備物中形成被燒結的金屬燒結制備物并且在支承體與電子部件之間形成機械的、電的和導熱的連接。
包括步驟(1)至(5)的按照本發(fā)明的方法的以配備有經(jīng)干燥的金屬燒結制備物的用于電子部件的支承體的形式的產(chǎn)品形成預成形品，所述預成形品可以作為中間產(chǎn)品被輸送給在上述段落中所解釋的另一制造工序。
該中間產(chǎn)品總體上是穩(wěn)定的并且是可操作的，使得該中間產(chǎn)品可以被運輸用于進一步處理。原因在于：所述被轉移的、經(jīng)干燥的金屬燒結制備物是凝固的并且是形狀穩(wěn)定的。
所述按照本發(fā)明的方法允許在一個步驟中將以層碎片為形式的經(jīng)干燥的金屬燒結制備物涂覆到用于電子部件的支承體上，而且沒有用在干燥金屬燒結制備物時占支配地位的溫度來使支承體或者電子部件承受負荷。在此，所述按照本發(fā)明的方法允許將經(jīng)干燥的金屬燒結制備物涂覆在所述支承體的表面上的凹處中并且必要時涂覆在已經(jīng)存在于所述支承體上的電子部件之間，這用傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷或者漏版印刷是不可能的。
在下文，依據(jù)實施例來解釋本發(fā)明，然而所述實施例不應該被理解為受限制的。
具體實施方式
實施例(在作為用于電子部件的支承體的500μm厚的銀制薄板中將2個二極管(IFX IDC73D120T6H)燒結到150μm深的空穴中)：
賀利氏哈瑙公司(Fa.Heraeus，Hanau)的燒結糊劑ASP 043-04借助于DEK Horizon03iX漏版印刷機在應用科能公司(Fa.Koenen)的75μm厚的鋼制漏版(Stahlschablone)的情況下被印到作為轉移襯底的三菱公司的 RN7525JK型PET膜上(印刷速度20mm/s、刮板壓力(Rakeldruck)2kg)，其中所印上的燒結糊劑的布局與在銀制薄板中的空穴的布局對稱地布置。
被印刷的轉移薄膜在空氣循環(huán)加熱爐(賓德公司(Fa.Binder))中在100℃的情況下被干燥15min。
為了將燒結糊劑轉移到所述銀制薄板的空穴中，被印刷的并且配備有經(jīng)干燥的燒結糊劑的轉移薄膜利用被印刷的一側以燒結糊劑與空穴全等的對齊被放置到所述銀制薄板上。
為了壓力分布(Druckverteilung)，硅膠膜(阿爾法技術貿(mào)易公司(Fa.Alpha Tectrade)，“Silikon 60 rot Basic”型)被布置在所述轉移薄膜的未被印刷的一側上。
在層壓壓機(勞費爾公司(Fa.Laufer))的情況下，燒結糊劑被轉移到銀制薄板上到空穴中(在所述銀制薄板的一側上在100℃的溫度情況下在5MPa的壓緊力的情況下10秒，不在轉移薄膜的一側上加熱)。在結束轉移之后除去所述轉移薄膜，而且所述銀制薄板可以在配備有經(jīng)干燥的燒結糊劑的空穴中裝上二極管并且接著被輸送給印刷燒結工序。