用于制造功率模块的方法以及功率模块的利记博彩app
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于制造功率模块的方法。本发明还涉及一种功率模块。
【背景技术】
[0002]功率电子的领域通常致力于借助用于开关的功率电子器件对电能进行变型。这种功率电子器件例如能够是半导体功率器件、例如功率二极管、功率M0SFET或者IGBT。在此，能够将也称作为芯片的一个或多个功率电子器件设置在载体元件上进而形成所谓的功率模块。载体或载体元件也能够用于功率电子器件的电连接，在所述载体或载体元件上借助于连接工艺机械地固定一个或多个功率电子器件。这种载体元件例如能够是陶瓷衬底或陶瓷板，所述陶瓷衬底或陶瓷板为了电接触和机械固定功率电子器件能够用由铜制成的印制导线和接触面覆层。
[0003]与功率模块互联的功率电子器件例如能够满足整流器功能并且在电子机械化的领域中使用，例如使用在电子驱动器的驱动技术中。尤其在电子机械化的领域中存在对于功率模块的寿命和运行持续时间的高的要求。在此，首先，具有至今常见结构和至今常见的连接工艺的功率模块没有达到所需要的运动持续时间以及寿命。为了针对相应的应用实现所需要的寿命，模块的功率通常被过大设计。从中得到如下缺点:显著地提高模块成本。
[0004]在此，通常连接工艺不满足期望的要求。因为功率模块的失效机理中的一个例如是近芯片连接工艺部的破坏、例如器件或芯片的上侧上的接合线的破坏，所述接合线用于电接触芯片。另一失效机理是芯片下侧上的焊料部的破坏，借助所述焊料部将芯片固定在载体元件上，以及焊料的破坏，借助所述焊料将载体元件固定在底板上。为了防止所述失效，例如对于将芯片与载体元件的连接以及底板与载体元件的连接而言需要信息的工艺。可行的工艺是扩散焊接。在该工艺中使用锡膏，所述锡膏结合陶瓷衬底的铜形成金属间相，所述金属间相与标准SAC焊料(大约200°C )相比具有显著更高的熔点(大约400°C )。然而这仅借助极其薄的焊料层实现(大约10微米)，因为否则铜扩散到焊料体积中仅是受限可行的并且会持续极其长。然而在大面积额的系统连接中、即在底板和陶瓷衬底的连接中需要显著更厚的层(大约100微米)，以便补偿通过粗糙度和弯曲引起的高度差。
[0005]在会议报告“FoilBased Transient Liquid Phase Bonding as aDie-Attachment Method for High Temperature Devices，，(A.A.Bajwa, Y.Y.Qin, R.Zeiser, J.Wilde ；CIPS 2014，二月，25-27，2014，纽伦堡/德国)中描述扩散焊接的基于薄膜的方法。在此，薄膜用于将电子器件和载体衬底的连接，所述薄膜由多个层构成。层在此具有银铟或银锡材料体系。为了连接，将连接层加热到超过铟或锡熔点之上的温度上，使得在电子器件和载体衬底之间形成液态连接层。然而该方法具有高的材料和制造成本。
[0006]替选地，将具有大面积的银烧结面的所谓的银烧结用作为连接工艺。该方法也具有极其高的材料成本。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于:提供一种具有短的工艺时间的、用于制造具有高质量的连接层和高寿命的功率模块的成本适宜的方法。
[0008]所述目的根据本发明通过具有相应的独立权利要求的特征的用于制造功率模块的方法以及功率模块实现。本发明的有利的实施方案是从属权利要求、说明书和附图的主题。
[0009]根据本发明的方法用于制造功率模块。该方法包括:提供具有上侧和下侧的第一构件；将包括第一材料的第一层直接沉积到第一构件的上侧上；将包括与第一材料不同的第二材料的第二层直接沉积到第一层上；提供具有上侧和下侧的第二构件，将第二构件的下侧布置在第二层上并通过用预定的力加载到第一构件的下侧和/或第二构件的上侧将第一构件和第二构件材料配合地连接。
[0010]为了将功率模块的第一构件和第二构件彼此连接，首先将由第一材料构成的第一层直接沉积到第一构件的上侧上。在第一层上直接沉积由第二材料构成的第二层。将第二构件的下侧设置到第二层上。因此，在如此形成的功率模块中沿着一个空间方向彼此堆叠第一构件、第一层、第二层和第二构件。为了现在实现第一构件和第二构件之间的材料配合的连接，第一构件的下侧和/或第二构件的上侧加载预定的力。该力例如能够是法向力或力的法向分量，所述法向力或力的法向分量基本上垂直地相反于空间放方向作用于第二构件的上侧上和/或沿空间方向作用于第一构件的下侧上。换而言之这表示:第一构件和第二构件在压强下共同挤压。在共同挤压时，材料分子例如能够从第一材料扩散到第二材料中。通过该扩散工艺形成第一构件和第二构件之间的材料配合的连接。在此，该压强能够为几兆帕斯卡，在所述压强下将第一和第二构件共同挤压。借助于根据本发明的方法能够尤其有利地在功率模块的至少两个构件之间实现大面积的连接。通过共同挤压还能够补偿存在的非平坦性，由此在接合配对、即构件之间实现内部接触。
[0011]在一个实施方式中，提供载体元件作为第一构件并且提供器件作为第二构件。器件尤其能够构成为电子器件或构成为功率电子器件。器件也能够称作为芯片。器件例如能够是IGBT、功率M0SFET或者功率二极管。载体元件能够是衬底或例如能够构成为陶瓷衬底或陶瓷板的电路板。陶瓷板能够为了机械地固定和电接触功率电子器件用印制导线和接触面覆层，所述印制导线和接触面例如能够由铜制成。在此，一个或多个器件能够设置在载体元件上。器件、尤其半导体器件也能够称作为“管芯”。将器件设置在载体元件上也称作为“管芯贴装”。
[0012]有利地，提供具有上侧和下侧的底板，其中将底板的上侧与载体元件的下侧材料配合地连接。已经描述的层堆又能够用于将底板与能够构成为陶瓷板的载体元件连接。在此，例如将由第一材料构成的第一层沉积到底板的上侧上。将由第二材料构成的第二层沉积到第一层上。也能够将由第一材料构成的第三层沉积在第二层上并且沉积任意多的另外的层，所述另外的层交替地具有第一材料和第二材料。已经能够与器件材料配合地连接的载体元件和底板在压强下共同挤压。为了加速扩散工艺，能够将功率模块加热到预定温度上、例如小于250°C。
[0013]在另一实施方式中，提供底板作为第一构件并且提供载体作为第二构件。上述连接方法也能够用于将底板和载体元件材料配合地彼此连接。
[0014]尤其优选地，方法包括将由第一材料构成的至少一个第三层直接沉积到第二层上，其中第二构件的下侧施加到至少一个第三层上。因此，能够将层堆形成作为连接层，所述层堆包括第一层、第二层、第三层和任意多个另外的层。在此，层交替地具有第一材料和第二材料。这表示:第一层具有第一材料，第二层具有第二材料，第三层具有第一材料并且可能设置的第四层具有第二材料。因此，能够实现几乎任意厚度的连接层并且匹配于期望的要求。
[0015]优选地，沉积包括作为第一材料的锡的层作为第一层，和/或沉积包括作为第二材料的铜的层作为第二层。因此，形成层堆，所述层堆交替地具有锡层和铜层。在共同挤压时，铜层的铜分子能够扩散到锡层中并且借助该金属间相构成。该层堆具有尤其高的熔点。由此，功率模块也能够在运行温度高的情况下可靠地工作。此外，提供功率模块的寿命。
[0016]能够提出:应用物理和/或化学气相沉积方法和/或电镀沉积方法和/或液相中的无电流沉积方法用于沉积每个层。也称作为CVD方法(chemical vapour deposit1n)的化学气相沉积法由于化学作用从气相将固体成分沉积在衬底的表面上。在物理气相沉积法中，待沉积的材料、即在此例如铜和/或锡以固体形式存在。物理气相沉积法尤其包括蒸镀法，例如电子束蒸镀、分子束外延、溅射或离子电镀。此外，能够提出从液相的无流的沉积方法。替选于此，能够提出从液相的有电流的沉积方法、尤其电镀沉积方法。该方法允许尤其简单地实现具有可控层厚度的沉积工艺。
[0017]在方法的一个有利的设计方案中，功率模块在材料配合地接合时加热到预定的温度上。通过加热能够加速扩散工艺、即加速铜层的铜分子扩散到锡层中。温度在此能够选择小于250°C。连接工艺、即第一构件借助层堆与第二构件连接也能够称作为扩散焊接。
[0018]在方法的一个实施方式中，每个层沉积成使得层的相应的层厚度最大为10微米。通过该小的层厚度，铜的扩散路径保持小。因此，同分子能够以尤其简单的方式扩散到锡层中并且与所述锡层构成金属间相。此外，金属间相的显著提高的熔点显著地提高了连接层的使用寿命，进而功率模块的寿命。