[發明專利]連接組件的方法、電路組件的組合體和電路

有效

• 申請號: 201010571777.5
• 申請日: 2010-10-05
• 公開（公告）號: CN102131353A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發明（設計）人: C·劉;S·基西恩;N·舒爾茨
• 申請（專利權）人: ABB研究有限公司
• 主分類號: H05K3/36
• 分類號: H05K3/36;H05K3/40;H05K1/11;H05K1/14;H01L21/607;H01L23/488
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 湯春龍;王忠忠

技術領域

本發明涉及為了建立電路模塊的至少兩個組件之間的機械和電氣相互連接(interconnect)而連接(join)這些組件的方法。本發明進一步涉及電路組件的對應組合體(composite)和電路模塊。

背景技術

在例如電子電路模塊的電路模塊或諸如微電子封裝、功率電子封裝、甚至LED封裝的半導體封裝中需要在組件之間有多個接頭(joints)或相互連接/接合。管芯粘接(Die-attach)、引線接合(wire?bonding)是第一層封裝，這些接頭通常是整個封裝中最重要也是最薄弱的點。功率電子的趨勢是向更高功率密度、更高操作溫度和更高可靠性需求方向發展，并且諸如例如SiC、GaN的新的寬帶隙半導體材料也需要用于更高操作溫度和更高可靠性的先進的封裝。半導體封裝現在正在變成高功率和高性能功率電子系統的瓶頸。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種連接電路模塊組件的方法，電路模塊組件的對應組合體和相比傳統電路允許更高操作溫度和更高可靠性的電路模塊。

通過獨立權利要求的特征實現了該目的。優選的實施例通過從屬權利要求給出。

通過用于燒結組件之間的金屬接頭的燒結過程實現該連接，其中為了支持所述燒結過程在燒結過程期間至少臨時地提供超聲波振動能量。與使用焊接和引線接合技術的傳統電路模塊相比，諸如例如Ag?燒結接頭的金屬燒結接頭提供了高得多的操作溫度和更高的可靠性。與焊接的(管芯-)接合和引線接合相比，Ag燒結接頭顯示了更好的電氣、熱和機械特性，其導致更高的功率密度能力、更高的操作溫度能力和更高的可靠性。然而，由于在這種燒結過程期間需要燒結壓力(1-40MPa)和燒結溫度或燒結熱量(大約200℃-350℃)，通過諸如Ag的金屬的燒結過程的連接或接合是繁重的。通常使用具有集成的加熱的壓力機(press)來完成這種燒結。由于必須要保持熱量數分鐘，因而單個接合裝置的處理量受到限制。

燒結接頭提供了相比使用焊接和引線接合技術的傳統封裝高得多的操作溫度和更高的可靠性。然而，由于熱量和壓力必須同時保持數分鐘，通常包括施加高壓和熱量的燒結過程對于大規模生產難以實現。因此，根據本發明的燒結過程由施加的燒結壓力、燒結溫度并且另外由感應的(induced)超聲波振動能量來推動。為了減少需要的燒結壓力、燒結時間和/或燒結溫度，通過感應高頻超聲波將超聲波振動能量提供到金屬接頭。對于本發明，術語“金屬接頭”涉及至少兩個組件之間的機械和電氣相互連接(或接合)。

超聲波技術和超聲波設備在半導體產業已經很好地建立和使用了很多年。在金屬中，由于表面氧化物的高壓擴散、材料的局部運動以及還有局部加熱而發生超聲波燒結。例如在功率電子封裝中使用超聲波振動能量的Al引線接合和甚至Cu端子(terminate)到襯底的超聲波焊接。到目前為止，超聲波設備是非常快的，并且能夠輕松地實現自動化，也能夠實現干凈和精確的接頭。

根據本發明的第一實施例，金屬是Ag或至少包括Ag。Ag燒結是眾所周知的低溫接合方法。

根據本發明的另一實施例，用于施加燒結壓力和/或溫度的工具進一步用于提供超聲波振動能量到新出現接頭(emergingjoint)。裝置尤其是超聲波設備的施壓工具的頂端。施壓工具優選包括超聲波焊機(sonotrode)，其受到超聲波振動，并且傳送超聲波振動能量到組件的連?接區域中。

根據本發明的另一實施例，金屬粒子，特別是納米尺寸金屬粒子，被燒結來形成燒結金屬接頭。粒子，特別是Ag和/或納米Ag粒子，其被燒結來形成Ag燒結接頭。

根據本發明的另一實施例，該方法進一步包括印刷和/或配送(dispense)包括至少一個組件的連接區域上的金屬粒子、用于將這些組件相鄰連接(adjacent?joining)的懸浮物(suspension)的步驟

根據本發明的又一實施例，通過一個燒結過程產生至少兩個燒結金屬接頭。

根據本發明的優選實施例，電路模塊是電子電路模塊，優選的是微電子模塊，功率電子模塊，LED模塊(LED：發光二極管)或類似模塊，尤其是諸如微電子封裝、功率電子封裝或甚至是LED封裝的半導體封裝。

根據本發明的另一優選實施例，至少一個組件是半導體裝置。

根據本發明的又一優選實施例，至少一個組件在形成燒結接頭的區域中在其外表面上包括貴金屬涂層。該區域基本位于連接區域中。