专利名称：半导体组件的制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体组件的制造方法，所述半导体组件例如是功率
半导体模块的组成部件。这种功率半导体模块按照现有技术具有外壳， 带有功率半导体构件的基片，以及负载和辅助连接单元。以下所迷半
导体构件例如是指作为功率半导体模块的组成部件的组件，所述模块
包括基片和与基片材料一体地相连的半导体构件，或者包括半导体构 件和材料一体相连的连接单元，或者包括它们的组合。这里不仅仅包 括基片，而且也包括连接装置意义下的连接单元。
背景技术：
为了制造这种半导体组件，现有技术已公开了焊接和烧结方法。
DE19911887C1公开了一种软熔焊接方法，其特点是增设了真空装置。 这里在本来的气相焊接过程之后焊接件被送入所述真空装置。这样有 效地避免了收缩凹孔的形成，因为可能形成的收缩凹孔借助于真空从 焊剂中被排除。
已知的这种焊接方法的缺点例如是接在半导体组件的焊接之后 通常必须跟着一个清洗工序，以借助于清洗液去除焊剂残留物。
DE102004019567B3公开了压力烧结方法的最新改进，其特点是 借助于承载薄膜上的雾状涂层设置烧结膏的专用方法。在进一步的工 序中预干燥的烧结膏从承栽薄膜被去除并且设置在要被结合的表面 上。已知的银粉和诸如环己醇的焊剂的混合物被用作该烧结方法的烧 结膏。
这种借助于机械压力的已知烧结方法的缺点在于，它们通常只能 同时形成一个烧结连接，并且/或者特别是在半导体构件的结合时存在 构件破损的危险。用于半导体组件的连接装置的新型实现方式例如在
DE102006015198A1中被公开。在此这种连接装置被设计成特殊的有 柔韧性的印刷电路板的结构。此结构具有由导电层和绝缘层交替排列 构成的薄膜型层结构。
发明内容
本发明的目的在于改进已知的在至少一个半导体构件与至少一 个连接装置之间采用材料一体连接的半导体组件制造方法，其中结合 双方至少部分地没有与施加庄力和/或温度的介质形成直接接触。
上述任务按照本发明由具有权利要求1所述特征的方法完成。从 属权利要求给出本发明的优选实施方式。
本发明所述的用于制造半导体组件的方法的出发点是上面所述 的功率半导体模块。用于这种功率半导体模块的半导体组件应满足多 个要求，这些要求在现有技术中至少部分地相互排斥。这些要求中包 括在半导体构件与连接装置之间形成在功率半导体模块正常加载时也 能持久地保持和承载材料一体的连接。另一方面也要求半导体组件的 制造成本低廉且较为省时。
按照本发明，用于形成这种半导体组件的制造方法具有以下主要
步骤
A) 构造一种结构，该结构具有至少一个半导体构件，至少一个 连接装置和至少一种设置在它们之间的结合剂；这里最好是将多个功 率半导体构件同时排列在一个基片上。其中结合剂，最好是焊接或烧 结骨例如借助于丝网印刷被设置到基板上，更确切地说，设置到基片 的相应连接面上，并且在连接面上设置分别材料一体连接的功率半导
体构件o
B) 在下一步骤中按照A)构造的结构被可逆地且整个地、最好
是用塑料薄膜封装起来；这里特别具有优点的是此结构被放入一个软 管形构造的塑料薄膜中，然后它被抽真空和封闭。这样形成了对此结 构的保护而不受其它制造工序影响。另一个优选的封装实现方式是用少量的粘胶材料，例如硅胶，它不是整个地包住此结构。
c)形成至少一个半导体构件单元与至少一个连接装置的材料一 体连接；这种材料一体连接最好实现为焊接或烧结结合。这里特别优 选的是借助于液体介质在所述结构上施加温度和/或压力。其中封装起 到了相对液体介质的保护层的作用。这样不仅避免了结合剂的污染， 而且也避免了结合剂被冲刷掉的可能性。同时封装只轻微影响温度和/ 或压力的施加。
D)在设计成可逆封装的情况下封装接着被去除。从而使半导体 組件、例如功率半导体模块的后续处理可以不进行其它的工序，例如 在焊接方法中经常进行的清洗工序。
所建议的制造半导体组件的方法避免了原理上已知的材料一体 连接方法的缺点，并可以采用液体介质。这样，特别是在烧结结合时 可以利用流体静力学的压力导入相对于机械加压的优点。此优点首先 在于各向均匀的压力导入，它特别避免了施压时半导体构件的破损危
险，或者至少明显降低了这种危险。
在对实施例的相应描述中列举了这种制造方法的特别优选的改 进。下面借助图1至6所示实施例进一步说明根据本发明的技术方案。
图1至3示出了本发明所述的半导体组件制造方法的第一实施例 的三个主要的相继步骤。
图4示出了本发明所述的制造方法的第二实施例的一个方法步
图5示出了本发明所述的制造方法的第三实施例的一个方法步 图6示出了本发明所述的制造方法的第四实施例的一个方法步
具体实施方式
图l示出了本发明所述的半导体组件制造方法的第一个步骤。在
此连接装置祐L设计为电绝缘的基片10，它按照现有技术具有绝缘基体 12和设置在至少一个主表面上的多个导体线路14以及在其上形成的 接触面16。在烧结结合情况下按照现有技术接触面16具有贵金属表 面是具有优点的。基片IO最好设计为常用的印刷电路板，IMS(隔离 金属基片)或DBC (直接的铜连线)基片。作为基片10的连接装置 的示例性实施例不限制以上说明的普遍性。同样也可设想连接单元(参 见图4至6)用于结合一个基片或者一个或多个半导体构件，以实现 内部和/或外部的接触。
在基片IO主表面上的接触面16上按照现有技术设置结合剂20， 这里是烧结膏。对于焊接结合，其上设置的当然是焊骨或者一个或多 个焊接片。这些焊接片由焊接材料构成，此焊接片的形状适配于待焊 接的半导体构件30的大小，并且它被设计成平面状的金属体。
设置膏20的优点还在于，它一方面贴在基片10上，另一方面也 贴在其上放置的半导体构件30上。这样通常不需要其它介质来将结合 双方10， 30相互固定。特别具有优点的是采用丝网印刷方法将相应的 膏20设置到基片IO主表面的接触面16上。这样在加工过程中结合剂 20被涂覆到所有需要的各个结合位置上。在半导体构件单元30适当 的主表面上设置结合剂在某些应用情况下同样是优选的。
相应的半导体构件30以根据现有技术的拣选或放置方法直接从 芯片复合体中被取出，在将其切割分开后放置到结合剂、即烧结膏30 上。
图2示出了跟在图l所示方法步骤之后的步骤。其中结构1由多 个半导体构件单元30、基片10和分别适当涂覆在它们之间的烧结膏 20组成，此结构用薄膜40形式的塑料封装。对于烧结方法中后继的 施压来说薄膜40必须整个封装所述结构1。
为外还可以应用设计成皱缩软管的塑料。此时结构l被放入皱缩 软管40中，接近完全地被封闭并接着如此加温，使得皱缩软管40适 配于此结构的轮廓(参见图3)。接着皱缩软管40被完全封闭。另一个不受局限的可能性是应用软管形构造的弹性塑料薄膜，在 其中放入所述结构。软管被接近完全地封闭并抽真空。在软管接着被 完全封闭后所述结构可以提供给下一方法步骤继续处理。
图3示出了形成材料一体连接的后续方法步骤，这里结合是烧结 结合。为此被塑料薄膜40封装的结构l被施加数量级为100MPa的压 力46和数量级为100。C的温度44。这里特别具有优点的是，被封装 的结构40被置于用稳压硅油42填充的压力池48中并在那里施加压力 46 —段适当的时间。这种液体静力学方式的压力导入46导致对结合 双方10， 30的施压特别节省材料。
为了形成焊接结合，类似的已预先用塑料薄膜封装的结构被放入 加热到焊接温度的液体中。特別适用的是已知应用于汽相焊接设备中 的液体。
图4示出了本发明所述制造方法的第二实施例的一个方法步骤。 这里此步骤与图2所示方法步骤相当。与图2所示步骤的区别在于， 这里是为一个功率半导体构件30与基片10的导体线路14、并同时与 金属形体50的轮廓中的负载连接单元进行焊接结合而准备的。
负载连接单元50具有与焊膏20的接触面52，焊骨禎:设置在半导 体构件30上。此外它还具有作为弯曲边缘的铸坑54和用于外部接触 的孔56。为了位置固定和位置控制，在孔的区域内，在负载连接单元 50与基片10之间设置了定位辅助体60。在结构被封装40后接着可借 助于合适的液体完成焊接结合。
图5示出了本发明所述制造方法的第三实施例的一个方法步骤。 这里此步骤与图2所示步骤相当。与图2所示步骤的区别在于，连接 装置被构造成具有柔韧性的印刷电路板70。按照现有技术已知的，此 印刷电路板例如被构造成多层的，它分别由导电层72， 76和绝缘层 74组成，图中所示为三层结构。同样像已知的那样在导电层72， 76 之间设置了电路所需的穿孔接触。
应用具有柔韧性的印刷电路板70的主要优点在于，在一个方法 步骤中半导体构件30不仅可以与基片10的第一导体线路14相连接，而且也可以与具有柔韧性的印刷电路板70相连接，同样，具有柔韧性 的印刷电路板70可以与基片10的其它导体线路14相连接。对于这种 半导体组件实现方式特别有利的是，烧结骨20作为相应的结合剂，并 且借助于上面已说明的加压烧结方法实现结合。这里基片10的导体线 路14的表面16、半导体构件30的接触面以及具有柔韧性的印刷电路 板70的待结合的导电层72的接触面78当然应附着合适的金属，最好 是贵金属。
图6示出了本发明所述制造方法的第四实施例的 一个方法步骤。 这里此步骤与图2所示步骤相当。与图5相比，连接装置也被构造成 作为一个变体的具有柔韧性的印刷电路板70，它具有用于与功率半导 体构件30或与基片的连接面14电气连接的接触突点。
本发明所述方法的这个实施例的特别的优点在于，硅胶软管作为 封装40，它在现有技术中常期以来作为功率半导体模块中的绝缘材 料。此硅橡胶软管40—方面用作后续制造的功率半导体模块的绝缘， 另一方面在加压烧结方法中作为结构1的保护封装40，在此它仅构成 部分封装。通过在压力池48中施加压力实现液体静力学方式的压力导 入到硅胶软管40上，软管继续传导压力到结构1的待结合的部分上， 而软管本身位置没有明显的改变。
权利要求
1. 用于制造半导体组件的方法，具有以下主要步骤A)形成结构(1)，该结构具有至少一个半导体构件(30)，至少一个连接装置(10，50，70)和至少一种设置在它们之间的结合剂(20)；B)整个地或部分地封装(40)所述结构(1)；C)形成至少一个半导体构件(30)与至少一个连接装置(10，5)的材料一体的连接。
2. 如权利要求1所述的方法，其中结合剂(20)被实现为焊接 片或焊膏，并且它借助于丝网印刷工艺被涂覆到半导体构件(30)或 连接装置(10， 50)的主表面(16， 32)上。
3. 如权利要求1所述的方法，其中结合剂(20)被实现为烧结 膏，并且它借助于丝网印刷工艺被涂覆到半导体构件(30)或连接装 置(10， 50， 70)的主表面(16， 32)上。
4. 如权利要求1所述的方法，其中在形成结合之后接着再将封 装(40)从所述结构(1)去除。
5. 如权利要求l所述的方法，其中连接装置是基片(10)和/或 以功率半导体模块(30)的金属形体(50)的形式实现的连接单元。
6. 如权利要求1所述的方法，其中连接装置是具有由导电层(72， 76)和绝缘层(74)构成的层结构的具有柔韧性的印刷电路板(70)。
7. 如权利要求1所述的方法，其中封装(40)被实现为软管形 薄膜，它在封装后被封闭，接着被抽真空，或者通过加温被皱缩，从 而贴在所述结构上。
8. 如权利要求1所述的方法，其中封装(40)借助于少量粘胶 材料实现。
9. 如权利要求1或2所述的方法，其中材料一体连接的形成借 助于加热到焊接温度的液体(42)来实现，并且为此将所述结构(1) 放入该液体(42) —段时间。
10.如权利要求1和3所述的方法，其中材料一体连接的形成借 助于位于压力池(48)中的液体(42)，即一种稳压硅油来实现，并 且为此将所述结构(1)放入该液体(42 ) —段时间，而且接着从外部 对该液体(42)施加压力(46)。
全文摘要
本发明涉及一种用于制造半导体组件的方法，具有以下主要步骤形成一个结构，该结构具有至少一个半导体构件、至少一个连接装置和至少一种设置在它们之间的结合剂；整个地或部分地封装此结构，形成至少一个半导体构件单元与至少一个连接装置的材料一体的连接。
文档编号H01L25/00GK101436556SQ20081017617
公开日2009年5月20日 申请日期2008年11月14日 优先权日2007年11月16日
发明者C·戈布尔, H·海尔布伦尔, T·斯托克梅尔 申请人:塞米克朗电子有限及两合公司