借助于等温凝固反应来连接接合配对件以形成In-Bi-Ag连接层的方法和接合配对件的相 ...的制作方法
【技术领域】
[0001]提出一种用于连接接合配对件的方法。此外，提出一种接合配对件的装置。
【背景技术】
[0002]出版物DE 102005029246描述一种用于在载体和半导体芯片之间构成焊接连接的方法。
【发明内容】
[0003]待实现的目的在于，提出一种用于连接两个接合配对件的方法，其中能够在相对小的温度下在接合配对件之间建立连接，其中这样制造的连接是特别温度稳定的。
[0004]根据方法的至少一个实施方式，首先提供第一接合配对件和第二接合配对件。接合配对件例如能够是下述元件中的至少一个:光电子半导体芯片、光电子半导体芯片的晶片、金属导体框、由塑料包封的金属导体框、陶瓷载体、电路板(印刷电路板)、由GaAs、Ge或Si构成的半导体晶片、由Si3N4或AlN或类似材料构成的陶瓷晶片等。例如，能够借助该方法将光电子半导体芯片、例如发光二极管芯片固定在电路板或金属导体框上。
[0005]根据方法的至少一个实施方式，将第一层序列施加到第一接合配对件上。第一层序列包括至少一个包含至少一种金属或由金属构成的层。例如能够通过物理气相沉积、如溅镀或蒸镀、电镀沉积或无电沉积将第一层序列施加到第一接合配对件上。
[0006]根据方法的至少一个实施方式，将第二层序列施加到第二接合配对件上。能够借助与施加第一层序列相同的方法施加第二层序列。第一和第二层序列能够是相同的。然而也可能的是，第一和第二层序列关于其构造、即在层序列中的层的顺序和/或关于为层序列的层所使用的材料彼此不同。此外可能的是，第一和第二层序列借助不同的沉积法产生。
[0007]根据方法的至少一个实施方式，在接合温度下，在预设的接合时间中，利用接合压强将第一层序列和第二层序列在其分别背离第一接合配对件和第二接合配对件的端面上挤压到一起。也就是说，将第一层序列以其背离第一接合配对件的端面首先与第二层序列的背离第二接合配对件的端面置于接触。然后，在接合温度下，在预设的时间段、接合时间中，利用接合压强将两个层序列在端面上挤压到一起。在此，第一层序列和第二层序列至少部分地或完全地熔化并且两个层序列的材料彼此混合。
[0008]根据方法的至少一个实施方式，第一层序列和第二层序列熔化成连接层，所述连接层直接邻接于第一接合配对件和第二接合配对件。也就是说，在接合时间之后，层序列组合成连接层，所述连接层因此位于两个接合配对件之间并且所述连接层促进接合配对件之间的机械连接。
[0009]根据方法的至少一个实施方式，第一层序列包括至少一个包含银或由银构成的层。因此，例如第一层序列也能够由所述银层构成。
[0010]根据方法的至少一个实施方式，第二层序列包括至少一个包含铟和铋的层，或者第二层序列包含至少一个包含铟的层和包含铋的层。换言之，第二层序列至少包含铟和铋作为金属。例如可能的是，第二层序列此外不包含其他金属。金属铟和铋能够在第二层序列中在唯一的共同的层中例如作为铟-铋合金存在。此外可能的是，第二层序列包含至少一个由铟构成的单层和由铋构成的单层。此外，可能的是，第一层和/或第二层不具有铅和/或锡。此外，第一层和/或第二层能够不具有金。
[0011]根据方法的至少一个实施方式，在接合期间将第一层序列和第二层序列加热到的接合温度最高为120°C。在所述温度下，第一层序列和第二层序列熔化或连接成连接层，所述连接层因此包含银、铟和铋并且在从大约260°C起的高得多的温度下才再次熔化。
[0012]根据用于连接接合配对件的方法的至少一个实施方式，所述方法包括下述步骤:
[0013]-提供第一接合配对件和第二接合配对件；
[0014]-将第一层序列施加到第一接合配对件上；
[0015]-将第二层序列施加到第二接合配对件上；
[0016]-在接合温度下，在预设的接合时间中，利用接合压强将第一层序列和第二层序列在其分别背离第一接合配对件和第二接合配对件的端面上挤压到一起，其中
[0017]-第一层序列包括至少一个包含银或由银构成的层；
[0018]-第二层序列包括至少一个包含铟和铋的层，或者第二层序列包括至少一个包含铟的层和包含铋的层；
[0019]-接合温度最高为120°C，并且
[0020]-第一层序列和第二层序列熔化成连接层，所述连接层直接邻接于第一接合配对件和第二接合配对件。
[0021]在此所描述的用于连接接合配对件的方法还利用下述考虑:
[0022]为了连接接合配对件、例如为了将半导体器件与壳体或印刷电路板组合或在将封装的电子器件安装到印刷电路板上时，能够使用软焊料并且将软焊用作连接法。为了将接合配对件的热负荷保持得小，在此力求低的接合温度。在此，已知的软焊料法例如基于Sn-Ag-Cu (SaC)材料体系或基于Sn-Pb材料体系。
[0023]在所述软焊料法中，液态的焊料在冷却到其熔点之下时凝固。当将连接再次加热到熔点的温度时，所述连接丧失其坚固性。因此，多个相继的集成步骤、例如将半导体芯片安装到陶瓷印刷电路板上和随后将陶瓷焊接到金属芯印刷电路板上不能够借助相同的焊料体系实现，而不损害首先建立的焊料连接的整体性。
[0024]该问题能够在使用具有分级的熔点的不同的焊料体系时克服。另一个可能性在于，代替在冷却时常规的低共熔的凝固，利用等温的凝固反应。在此，在接合温度保持恒定时，通过金属熔液与更高熔点的金属组分的反应形成持久牢固的连接，所述连接的熔点能够远远高于接合温度。为了在随后的接合步骤中不损害借助上文所述的SAC合金作为连接剂的连接，例如能够使用由焊料和粘接剂构成的混合物。对此的示例是TLPS膏(TransientLiquid Phase Sintering Pastes，瞬态液相烧结膏)，所述TLPS膏使在较低的温度下恪化的B1-SN合金与铜等温地凝固，以便不损害之前建立的SAC连接并且不排除随后的用于连接接合配对件的SAC连接。应确保由B1-Sn构成的非稀有的组分的反应性的熔剂嵌入到粘接基质中。
[0025]另一个替选方案是借助Au-Sn作为连接剂的等温凝固，然而这一方面由于对此必需的高的金份额是昂贵的并且由于锡的相对高的熔点或低共熔的Au-Sn合金需要比能用于多个接合配对件的工艺温度更高的工艺温度。
[0026]现在，在此所描述的方法还基于利用等温凝固工艺的思想，所述等温凝固工艺一方面利用与Sn或AuSn相比在较低的温度下熔化的组分，并且所述等温凝固工艺另一方面避免昂贵的贵金属金。因此，第一和/或第二层能够不具有通常用在连接法中的铅、锡和/或金。此外，将薄的层用于制造第一和第二层序列，由此能够实现层序列的特别简单的熔化。
[0027]作为低熔点的组分使用由铋和铟构成的混合物。在铋-铟体系中，在明显低于100°C时已经能够形成熔液。通过添加银，熔化温度因此能够大幅地提高。铋-铟与银的等温凝固反应在10°c时已经引起在银和铟之间形成金属间化合物。由此，铋-铟的铟的份额变小并且化合物的熔化温度升高到大约260°c，其中金属间的银-铟化合物保持固态。在此，低熔点的组分能够由铋-铟合金构成或其能够在原位在接合工艺中由纯的铋层和铟层彼此间的反应产生。
[0028]根据方法的至少一个实施方式，连接层具有包含铋或由铋构成的区域，其中所述区域完全地由包含铟和/或银的材料包围。在此已证实的是，当在接合工艺之后连接层的其中能够溶解有少量的铟和银的铋组分没有形成连续的、无中断的层时，连接层是特别稳定的，尤其是热稳定的。尤其，通过将银引入到连接层中例如与接合温度相比能够显著地提高熔化温度。例如，以。C为单位的熔化温度能够是以。C为单位的接合温度的至少两倍高。
[0029]尤其，经由选择接合时间能够实现，在第一或第二层序列中存在的连续的铋层中断。因此，连接层不再具有连续的铋层，而是不具有由铋构成的这种层或连接层不具有简单连续的由铋构成的层。因此，铋层例如能够网状地构成，也就是说所述铋层具有由层序列的其他金属填充的孔或穿口。借助较长的接合时间可能的是，在接合前可能在第一层序列或第二层序列中存在的铋层分解成单个颗粒，所述颗粒由层序列的其他金属的材料、即尤其由铟和银包围。
[0030]在此，通过接合工艺或补充地通过再次加热连接层的随后的回火步骤能够引起所述结构影响。从热学和机械角度来看，铋颗粒、即包含铋或由铋构成的区域在由银和铟的金属间化合物构成的基质中或在具有其中溶解有铟的银颗粒的银-铟合金中是接合区的进而连接层的特别有利的微结构。
[0031]根据方法的至少一个实施方式，在连接层的横截面中，横截