[發明專利]具有借助于有較高密度和較低密度的交替區域的燒結層結合在一起的兩個部分的電子夾層結構以及對應的制造方法

有效

• 申請號: 201580072487.7
• 申請日: 2015-10-30
• 公開（公告）號: CN107112304B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 馬汀·貝克爾;羅納德·艾西爾;加賽克·魯茨基;弗蘭克·奧斯特瓦爾德
• 申請（專利權）人: 丹佛斯硅動力有限責任公司
• 主分類號: H01L23/488
• 分類號: H01L23/488;H01L21/60
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 趙金強

描述了至少具有第一待結合部分(1)和第二待結合部分(2)的電子夾層結構，該第一待結合部分和該第二待結合部分借助于燒結層(3)燒結在一起。燒結層(3)形成為基本上不間斷的連接層，該連接層的密度變化的方式使得至少一個較高密度的區域(4a)和至少一個較低密度的區域(4b)彼此交替。還描述了用于形成電子夾層結構的燒結層(3)的方法，其中首先，將燒結材料層(3)基本上連續地施加到第二待結合部分(2)上作為連接層(3)，隨后使這個燒結材料層(3)干燥，并且最終，通過將具有該燒結層(3)的該第二待結合部分(2)燒結在第一待結合部分(1)上來產生該連接層(3)的較高密度(4a)和較低密度(4b)的交替區域。燒結材料可以呈點或條紋來施加。該第一待結合部分(1)和該第二待結合部分(2)的有待結合表面可以被安排成平面平行，在這種情況下，燒結層(3)形成為其表面有規律地不均勻，即，它尤其具有呈限定圖案的較大厚度的區域(3a)和較小厚度的區域(3b)，這具有的效果是，在燒結工藝之后，在較厚的燒結糊漿施加區域(3a)中存在較高密度的區域(4a)并且在較薄的燒結糊漿施加區域(3b)中存在較低密度的區域(4b)。替代地，該第一待結合部分(1)和該第二待結合部分(2)的有待結合表面可以至少在某些區域中沒有被安排成平面平行，其中，通過最初完全均勻的燒結糊漿施加，在待結合部分(1，2)燒結之后具有較小距離的區域(4a)中獲得較薄的燒結層，而在距離較大的區域(4b)中形成較厚的燒結層，這最終具有的效果是，與在待結合部分(1，2)之間的距離較大的區域(4b)中相比，在這兩個待結合部分(1，2)距彼此有較小距離的區域(4a)中形成較大的密度。尤其在用于功率電子器件的部件中，即便對于具有不同熱膨脹系數的待結合部分(1，2)，也實現了高壽命的通過燒結連接的電子夾層結構。

本發明涉及一種具有第一待結合部分和第二待結合部分的電子夾層結構，該第一待結合部分和該第二待結合部分借助于燒結層燒結在一起。

這種電子夾層結構被用于多種電子部件、尤其用于功率電子器件的部件。無論是哪種情況要必須確保高電流或高電流密度、非常好的熱傳遞(即，高的熱流動)以及可靠的機械承載能力，都使用銀燒結連接。為了這個目的，有待被燒結在一起的待結合部分通過銀燒結層以材料鍵合彼此連接，銀燒結層是盡可能均勻地薄的(典型地具有10μm至50μm的厚度)并且或多或少地被壓緊實。除了均勻的層厚度之外，旨在實現在燒結連接層中銀顆粒和其他填充物有盡可能均勻的分布。具體地，所謂的低溫連接技術對此已經變為已知。這尤其用于大面積雙極型半導體的生產。此外，這種技術還用于IGBT模塊生產。對于低溫連接技術，在約20MPa至30MPa的高機械負載下約230℃的適當溫度下的銀粉和化學添加劑被用作連接材料，并且使用燒結條件來用于將兩個待結合部分燒結在一起。在這種情況下，在襯底與半導體之間創建多孔連接層。這種燒結連接通常相對堅固并且代表在半導體與襯底之間的均勻連接。尤其關于批量生產，這種連接方法的缺點是高的材料成本、與現今的軟焊技術不兼容、相當極端的工藝參數、相對較長的燒結工藝、使用貴金屬的必要性以及復雜的工具和機器。

除此之外，存在的事實是有待被燒結在一起的待結合部分還通常由不相似材料構成。這也具有的優點是，金屬以及金屬化的非導體和半導體金屬可以可靠地連接。然而，這種有待結合的不相似材料總體上也具有不同的熱膨脹系數(CTE)。這具有的效果是，在結合之后，在材料復合物中存在熱機械應力，這在一些情況下可能導致電子夾層結構在使用過程中受到損害。

WO 2013/053420 A1披露了一種功率半導體芯片，該功率半導體芯片在上側具有多個電勢表面，金屬模制本體以良好導電并良好導熱的方式固定在這些電勢表面上。將這樣的金屬模制本體借助于連接層、通過低溫燒結技術或通過擴散軟焊或粘合劑結合的方式緊固到半導體的金屬化層上。

在WO 2013/053419 A1中描述了一種用于在金屬模制本體與功率半導體芯片之間提供連接的方法。