(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
層結合体（１０）において、
少なくとも一つの支持体シート（１１）と、
前記支持体シート（１１）上に被着されている層系（１２）とを含み、
前記層系（１２）は、
前記支持体シート（１１）上に被着されており、且つ、少なくとも一種の金属粉末を含有する、少なくとも一つの焼結可能な層（１３）と、
該焼結可能な層（１３）上に被着されているはんだ層（１４）とを含み、
前記層系（１２）は前記支持体シート（１１）から取り外し可能である、
ことを特徴とする、層結合体（１０）。
【請求項２】
前記はんだ層（１４）の材料は、ＳｎＣｕ，ＳｎＡｇ，ＳｎＡｕ，ＳｎＢｉ，ＳｎＮｉ，ＳｎＺｎ，ＳｎＩｎ，ＣｕＮｉ，ＣｕＡｇ，ＡｇＢｉ，ＺｎＡｌ，ＢｉＩｎ，ＩｎＡｇ，ＩｎＧａ、又はそれらの混合物から成る３元合金又は４元合金のグループから選択されている、請求項１に記載の層結合体。
【請求項３】
前記はんだ層（１４）は、ベースはんだと、ＡｇＸ合金又はＣｕＸ合金又はＮｉＸ合金との混合物から成る反応はんだから形成される、但し、前記ＡｇＸ合金又は前記ＣｕＸ合金又は前記ＮｉＸ合金の成分Ｘは、Ｂ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｓｅ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｂａ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ａｕ，Ｂｉ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｓｍ，Ｅｒ，Ｔｂ，Ｅｕ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙｂ及びＬｕから成るグループから選択されており、且つ、前記ＡｇＸ合金又は前記ＣｕＸ合金又は前記ＮｉＸ合金の融点は前記ベースはんだの融点よりも高い、請求項１又は２に記載の層結合体。
【請求項４】
前記焼結可能な層（１３）は、銀又は銀合金、銅又は銅合金、並びに、溶剤から成る、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の層結合体。
【請求項５】
前記焼結可能な層（１３）は５μｍから３００μｍの間の層厚を有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の層結合体。
【請求項６】
前記焼結可能な層（１３）は５μｍから１００μｍの間の層厚を有する、請求項５に記載の層結合体。
【請求項７】
前記焼結可能な層（１３）は１０μｍから５０μｍの間の層厚を有する、請求項５又は６に記載の層結合体。
【請求項８】
前記支持体シート（１１）は、１０μｍから２００μｍの間の厚さを有する、ポリエステルシート、ＰＥＴシート、ＰＥシート又はＰＰシートである、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の層結合体。
【請求項９】
前記支持体シート（１１）は、１０μｍから１５０μｍの間の厚さを有する、ポリエステルシート、ＰＥＴシート、ＰＥシート又はＰＰシートである、請求項８に記載の層結合体。
【請求項１０】
前記支持体シート（１１）は、２０μｍから１００μｍの間の厚さを有する、ポリエステルシート、ＰＥＴシート、ＰＥシート又はＰＰシートである、請求項８又は９に記載の層結合体。
【請求項１１】
前記焼結可能な層（１３）は複数の別個の焼結可能な成形体（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，．．．）として前記支持体シート上に配置されており、前記複数の別個の焼結可能な成形体（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，．．．）の上にはそれぞれはんだ層（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，．．．）が配置されている、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の層結合体。
【請求項１２】
前記はんだ層（１４）は前記焼結可能な層（１３）に少なくとも部分的に浸透している、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の層結合体。
【請求項１３】
前記層結合体（１０）は、結合相手としての電子コンポーネントを結合させるための層結合体である、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の層結合体。
【請求項１４】
層結合体（１０）を製造する方法において、
少なくとも一種の金属粉末を含有する焼結可能な層（１３）を支持体シート（１１）上に被着させるステップと、
前記焼結可能な層（１３）を乾燥させるステップと、
はんだ層（１４）を前記焼結可能な層（１３）上に被着させるステップと、
を備えており、
前記焼結可能な層（１３）及び前記はんだ層（１４）から成る層系（１２）は前記支持体シート（１１）から取り外し可能である、
ことを特徴とする、方法。
【請求項１５】
前記乾燥を、５０℃から２００℃の間の温度において実施する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記乾燥を、１００℃から１７５℃の間の温度において実施する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記乾燥を、３２５℃までの予備焼結と共に実施する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
層結合体（１０）を製造する方法において、
少なくとも一種の金属粉末を含有する焼結可能な層（１３）と、はんだ層（１４）とから成る層系（１２）の当該焼結可能な層（１３）を支持体シート（１１）上に被着させるステップ、
を備えており、
前記層系（１２）は前記支持体シート（１１）から取り外し可能である、
ことを特徴とする、方法。
【請求項１９】
前記焼結可能な層（１３）を、前記支持体シートへの被着の前又は後に、複数の別個の焼結可能な成形体（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，．．．）へと分割する、請求項１４乃至１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の層結合体（１０）を含む、回路装置。
【請求項２１】
前記回路装置は、自動車大量生産に関する電子回路装置のための回路装置である、請求項２０に記載の回路装置。
【請求項２２】
電子モジュールのための結合方法における、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の層結合体（１０）の使用方法において、
層結合体（１０）を少なくとも一つの電子モジュール（１５）上に被着させるステップと、
前記少なくとも一つのモジュール（１５）と前記層系（１２）との間の固着部を、加熱又は圧力供給によって形成するステップと、
前記少なくとも一つのモジュール（１５）を、該モジュール（１５）に固着されている前記層系（１２）と共に、前記支持体シート（１１）から取り外すステップと、
前記層系（１２）の、固着された前記モジュールとは反対側の面を、結合相手（１６）に被着させるステップと、
前記結合相手（１６）と前記層系（１２）との間に固着部を形成するステップと、
を備えていることを特徴とする、電子モジュールのための結合方法における、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の層結合体（１０）の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載されている層結合体、特に結合相手としての電子コンポーネントを結合させるための層結合体、請求項８に記載されているその種の層結合体の形成方法、請求項１１に記載されている回路装置、並びに、請求項１２に記載されている結合方法における使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーエレクトロニクスは科学技術の多くの分野に使用されている。特に、大電流が流れる電気機器又は電子機器においてはパワーエレクトロニクスの使用は必須である。パワーエレクトロニクスにおいて必要とされる電流によって、そこに含まれている電気的又は電子的なコンポーネントに熱負荷が生じる。その種の電気機器又は電子機器が、空間温度よりも遙かに高い温度を有する動作場所、それどころか場合によっては常に温度が変化する動作場所において使用されることによって更に熱負荷が加えられている。電気機器又は電子機器の例として、自動車の分野において機関室内に直接的に配置されている制御装置が挙げられる。
【０００３】
特に、電力半導体又は集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）相互間の多数の接続部、又はそれらと支持体基板との接続部は、今日において既に１７５℃までの持続的な温度負荷に晒されている。
【０００４】
通常の場合、電気的又は電子的なコンポーネントの接続、例えば支持体基板への接続は結合層を介して行われる。その種の結合層としてはんだ層が公知である。
【０００５】
大抵の場合、スズ銀合金又はスズ銀銅合金を基礎としている軟質はんだが使用される。しかしながら、特に融点に近い使用温度では、その種の結合層は、劣化した電気的及び機械的な特性を示し、それによってコンポーネントが故障する虞がある。
【０００６】
鉛含有はんだ結合部は、軟質はんだ結合部よりも高い温度において使用することができる。しかしながら、鉛含有はんだ結合部は法規によって、環境保護の理由から、許容される技術的な用途に関して大幅に制限されている。
【０００７】
その代わりに、高められた温度又は高い温度、特に２００℃を超える温度での使用には鉛フリーの硬質はんだが適している。鉛フリーの硬質はんだは一般的に、２００℃よりも高い融点を有している。しかしながら結合層を形成するために硬質はんだを使用する場合、硬質はんだの溶融時の高温に耐えることができる、結合相手としての電気的又は電子的なコンポーネントが非常に少ないことが問題である。
【０００８】
一つの解決策は低温結合技術であり、この低温結合技術では銀含有焼結結合部を、融点よりも遙かに低い温度において形成することができる。はんだの代わりに、化学的に安定化された銀粒子及び／又は銀化合物を含有しているペーストが使用される。焼結条件下、特に温度及び圧力の制御下では、安定化された成分が燃焼される、および／または、銀化合物が分解され、それにより、銀粒子又は放出された銀原子が相互に直接的に接触し、且つ、結合相手の材料と直接的に接触される。相互拡散及び／又は拡散によって、融点よりも遙かに低い温度において既に高温耐性のある結合部を形成することができる。その種の焼結結合は例えばEP 0 242 626 B1に記載されている。しかしながら、温度変化による酷使下では、その種の焼結結合部においては熱化学的な応力が生じる可能性があり、それどころか半導体素子に亀裂が生じる可能性があり、更には支持体基板にも亀裂が生じる可能性がある。
【０００９】
更に従来技術を背景として、特に工業界における鉛化合物の使用の禁止に関連する指示を考慮して、導電性及び／又は熱伝性であり、それと同時に結合相手の異なる熱膨張係数の非常に良好な補償調整を長期の動作期間にわたっても保証できる結合部を提供することについての要求が存在する。その上、特に電子素子においては、比較的高い損失電力及び小型化の進展によって、総じて使用温度が上昇している。電子素子に対するそのような高まった要求は、特に使用される結合技術及び結合材料がその要求に合わせて調整されており、且つ、大規模オートメーションにおいて処理できる場合にしか満たすことができない。
【００１０】
発明の概要
本発明の対象は、少なくとも一つの支持体シート及びその支持体シート上に被着されている層系を含んでいる層結合体、特に結合相手としての電子コンポーネントを結合させるための層結合体である。本発明によれば、層系は、支持体シート上に被着されており、且つ、少なくとも一種の金属粉末を含有する、少なくとも一つの焼結可能な層と、その焼結可能な層上に被着されているはんだ層とを含んでいる。
【００１１】
焼結可能な層という語句は、特に、少なくとも一種の金属粉末を含有している、焼結可能な材料又は少なくとも部分的に既に焼結された材料から成る層であると解することができる。特に焼結可能な層を、既に成形された、例えば面状に形成されたシート状の成形体（焼結シート）として構成することができる。その種の事前成形された成形体を事前成形体（プリフォーム）又は焼結成形体とも称することができる。焼結可能な層の材料を、事前成形体を形成するために乾燥及び／又は焼結させることができる、及び／又は、既に完全に焼結させることができる。その種の焼結成形体は、開放気孔性を有するように形成することができるという利点を有している。この場合、焼結成形体に既に組み込まれている安定したガス通路を、例えばはんだによって形成されている結合部の換気及び空気抜きに使用することができる。これによって、特に大面積の結合相手、例えばシリコン電力半導体及び回路支持体又はヒートシンクが使用され、相互に結合される場合には、結合相手との非常に安定した結合部を形成することができる。焼結層、特に焼結成形体は、更に、結合部の設計の際の自由度を拡張することができる。何故ならば、例えば焼結成形体は結合相手の内の少なくとも一つよりも大きい面積を有することができる、及び／又は、金属ペーストによって直接的に焼結させる場合よりも、結合相手相互間の間隔を遙かに大きく取ることができるからである。従って、結果として得られる電子モジュールの温度変化耐性を高めることができる。
【００１２】
焼結可能な層の金属粉末としていわゆる金属フレークを使用することができ、またナノスケール金属粉末も使用することができる。例えば、銀フレーク又はナノスケール銀粉末を金属粉末として使用することができる。特に、銀材料から製造された焼結可能な層は、高い導電性及び高い熱伝性に関して有利である。焼結成形体内に開放気孔性を形成するためにも、銀は非常に良く適している。金属フレークは通常の場合、ナノスケール金属粉末よりも廉価である。これに対して、ナノスケール金属粉末は通常の場合、焼結成形体を製造する際に著しく低いプロセス圧力で処理することができるという利点を有している。
【００１３】
はんだ層とは、はんだ材料から成る層であると解される。例えば、はんだ材料として、はんだペースト、はんだ粉末又ははんだ成形体が考えられる。はんだ材料を温度作用及び／又は圧力作用によって液相に変化させるか、又は、拡散結合させることができ、また、例えば少なくとも一つの結合相手、例えば回路支持体と結合させることができる。特に、鉛フリーはんだ材料を使用することもできる。はんだ材料は電子モジュールの取り付け時に、通常の導電性接着剤よりも遙かに良好な冷却に寄与することができ、その際に更に、結合個所における電力損失はより低い電気抵抗によってより小さくなっている。
【００１４】
結合相手である電子モジュールとして、例えば半導体モジュール、特に電力半導体モジュール、ロジックを有している電力モジュール及びロジックを有していない電力モジュール、例えばブリッジ回路、受動素子、例えばコンデンサ及び抵抗、硬質の回路支持体及び軟質の回路支持体、例えば回路基板、軟質シート、金属化部を備えているセラミック基板及び金属化部を備えていないセラミック基板、セラミック金属結合基板、例えばＭＭＣ又はＤＢＣ、リードフレーム、ベースプレート又はケーシング部並びに冷却体が挙げられる。
【００１５】
支持体シートと、その支持体シート上に被着されており、且つ焼結層及びはんだ層から成る層系とから構成されている本発明による層結合体は、温度変化に対して非常に耐性のある、電子モジュールの結合部を簡単且つ廉価に形成することができるという利点を有している。層結合体をデバイス製造の既存のプロセスに問題無く組み込むことができる。この関係において、インライン能力が良好であることも言及しておく。更には、それに伴う結合相手の異なる熱膨張係数の良好な補償を、長い動作期間にわたっても保証することができる。換言すれば、本発明による層結合体を用いることにより、電子モジュールにおける特に電子モジュールの動作中の熱機械応力の妨害的な作用を著しく低減することができる。これによって、その種の電子モジュールの耐久性も総じて延長することができる。
【００１６】
一つの実施の形態の枠内では、はんだ層の材料は、ＳｎＣｕ，ＳｎＡｇ，ＳｎＡｕ，ＳｎＢｉ，ＳｎＮｉ，ＳｎＺｎ，ＳｎＩｎ，ＳｎＩｎ，ＣｕＮｉ，ＣｕＡｇ，ＡｇＢｉ，ＺｎＡｌ，ＢｉＩｎ，ＩｎＡｇ，ＩｎＧａ、若しくは、それらの混合物から成る３元合金又は４元合金のグループから選択されている。それらの材料は、電子モジュールの結合にとって非常に適していることが判明しており、また、既存の半導体素子との良好な適合性及び金属化部における良好な固着能力を示す。更には、それらのはんだ層を用いて形成される接合部は温度変化に対して非常に耐性があり、且つ、長寿命を実現する。
【００１７】
一つの別の実施の形態の枠内では、はんだ層を、ベースはんだ、例えば上述のはんだ材料から成るベースはんだと、ＡｇＸ合金、ＣｕＸ合金又はＮｉＸ合金との混合物から成る反応はんだから形成することができ、ここでＡｇＸ合金、ＣｕＸ合金又はＮｉＸ合金の成分Ｘは、Ｂ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｓｅ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｂａ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ａｕ，Ｂｉ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｓｍ，Ｅｒ，Ｔｂ，Ｅｕ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙｂ及びＬｕから成るグループから選択されており、また、ＡｇＸ合金、ＣｕＸ合金又はＮｉＸ合金の融点はベースはんだの融点よりも高い。
【００１８】
この際、合金ＡｇＸ、ＣｕＸ又はＮｉＸは特に、各ベースはんだの組成と同一の組成を有しているべきである。つまり例えば、ＳｎＣｕベースはんだにおいてはＣｕＳｎ粒子を混入させることはできない。
【００１９】
有利には、電子モジュールと他の電子モジュールとの導電性及び／又は熱伝性の結合部を提供することができ、それと同時に、結合相手の異なる熱膨張係数の非常に良好な補償調整を長期の動作期間にわたっても保証することができる。このことを特に、反応はんだが特に熱処理時に、金属間相の大きい領域の形成を促進することによって達成することができる。そのような領域の形成は、少なくともはんだ層が金属間相の形成された領域に完全に置換されるまで行われる。
【００２０】
一つの実施の形態の枠内では、ベースはんだは、ＳｎＣｕ，ＳｎＡｇ，ＳｎＡｕ，ＳｎＢｉ，ＳｎＮｉ，ＳｎＺｎ，ＳｎＩｎ，ＳｎＩｎ，ＣｕＮｉ，ＣｕＡｇ，ＡｇＢｉ，ＺｎＡｌ，ＢｉＩｎ，ＩｎＡｇ，ＩｎＧａ、若しくは、それらの混合物から成る３元合金又は４元合金のグループから選択されている。
【００２１】
一つの別の実施の形態の枠内では、ＡｇＸ合金、ＣｕＸ合金又はＮｉＸ合金の平均粒径は、ベースはんだとの混合物において１ｎｍから５０μｍの間である。
【００２２】
平均粒径とは、特に、サンプルの５０体積％がそれよりも小さい粒子直径を有しており、且つ、サンプルの５０体積％がそれよりも大きい粒子直径を有している（いわゆるｄ５０値を有している）大きさと考えられる。粒径は、例えば、レーザ散乱及び散乱パターンの評価、例えばＭｉｅ理論による評価によって、また、他の光学的な分析方法、例えば顕微鏡による分析方法、若しくは、篩分析方法によって求めることができる。
【００２３】
一つの別の実施の形態の枠内では、焼結可能な層が銀又は銀合金、銅又は銅合金、また必要に応じて溶剤及び／又は添加剤から成る。それらの金属及び金属合金は非常に良好な導電性及び熱伝性を有している。それらの特性は、良好な冷却及び電力の僅かな損失に関して、特に電子モジュールの結合にとって好適である。更には上述の金属材料によって、融点が比較的高いことによって、又は、溶融領域が比較的大きいことによって、結合される電子モジュールの高い動作温度が実現される。例えば、銀は９６１℃の融点を有しており、１５０℃から２００℃の動作温度を問題無く許容でき、また約３００℃又はそれ以上のプロセス温度においても使用することができる。更には、金属及び金属合金、特に銀及び銀合金は貫通して開かれているガス通路を形成する多孔性を実現することに適しており、また、形成される焼結可能な層においては、一般的な全てのはんだ材料に対して良好な湿潤性が示され、それによって、それらの金属及び金属合金は特にロバストなはんだ結合部の合金に適している。
【００２４】
添加剤として、特に、レドックスパートナーとして使用される添加剤を使用することができる。
【００２５】
溶剤として例えばテルピネオール、ＴＤＡを使用することができる。
【００２６】
一つの別の実施の形態の枠内では、焼結可能な層は５μｍから３００μｍの間の層厚、有利には５μｍから１００μｍの間の層厚、特に有利には１０μｍから５０μｍの間の層厚を有することができる。
【００２７】
一つの別の実施の形態の枠内では、支持体シートとしてプラスチックシート、特にポリエステルシート、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）シート、ポリエチレン（ＰＥ）シート又はポリプロピレン（ＰＰ）シートが考えられる。特に、支持体シートは１０μｍから２００μｍの間の厚さ、有利には１０μｍから１５０μｍの間の厚さ、特に有利には２０μｍから１００μｍの間の厚さを有するように形成することができる。前述の材料から成る支持体シートは、有利には、良好な印刷適性及び高い安定性を有している。支持体シートを非常に平滑な表面を有するように形成することができる。これによって、焼結可能な層との結合部における中空部を可能な限り十分に回避することができる、及び／又は、焼結可能な層が可能な限り中空部を有さないように（空孔なしで）その上に被着させることができる、及び／又は、形成することができる。有利には支持体シートに高い引張力を伝達することができ、その際に、支持体シートは非常に僅かな歪みを示す。このことは、大量生産に関して、特に連続的なプロセスにおいても好適である。例えば支持体シートのこの特性によって、より高速な処理速度が実現され、また支持体シートは亀裂の僅かな危険しか示さない。ロール・ツー・ロールのプロセスステップにおいては、支持体シートは比較的長いロールで使用することができ、このことは必要とされるロール交換の回数、従って持続的な生産における滞留時間を低減する。更なる利点は、上述のポリマー材料から成る支持体シートが、場合によっては発生する静電充電を誘導できることである。その他に、焼結可能な層を被着させる前に構造化された支持体シートも使用することができる。そのようにして焼結可能な層を構造化することができ、また選択的には別のはんだ層も同様に構造化することができ、このことは、完成したモジュールにおいてより良好な固着性及び電気的な接続部のより長い寿命を生じさせることができる。
【００２８】
一つの別の実施の形態の枠内では、焼結可能な層が、複数の別個の焼結可能な成形体として支持体シート上に配置されており、またそれらの成形体の上にはそれぞれはんだ層が配置されている。
【００２９】
換言すれば、そのようにしてマイクロエレクトロニクスにおける市販用の大量生産品に関して必要とされるような大きいパネルを提供することができる。これによって先ず、電子モジュールの持続的又は連続的な製造を、モジュール形式の構造において、モジュールと基板の電気的な接続に関しても達成することができる。それぞれにはんだ層が被着されている、提供される個々の成形体のインライン能力の他に、更には、簡略化された品質管理及び製造公差の簡単な維持の点において優れている。
【００３０】
一つの別の実施の形態の枠内では、はんだ層が焼結可能な層に少なくとも部分的に浸透している。
【００３１】
「浸透」という語句は、特に、はんだが少なくとも部分的に、焼結可能な層内に存在する孔内に配置されているか、又は焼結可能な層内の同等の中空部内に配置されていることと解することができる。熱処理によって、層間には少なくとも部分的に金属間相を形成することができる。特に二つの層の金属又は合金の相互拡散による金属間相のこの形成過程を、焼結可能な層にはんだが先行して浸透することによって簡略化することができ、また完全なものにすることができ、それによって、層が単純に接して配置されている場合に比べて、より短時間での熱処理又は金属間相のより大きい領域の形成が実現される。換言すれば、本発明による層系は、はんだ層の一部が少なくとも部分的に、有利には完全に多孔性の空間又は室、もしくは他の空間又は室を有している焼結可能な層に浸透して存在しており、はんだ層の残りの部分は焼結可能な層の上に配置されている。
【００３２】
基本的に金属間相の大きい領域の形成は、ベースはんだ内に有利には均一に分散して存在しているＡｇＸ合金、ＣｕＸ合金又はＮｉＸ合金によって更に支援されている。そのようにして、金属間相を形成するための拡散経路は短く維持されている。
【００３３】
更なる利点及び特徴に関しては、本発明による方法、本発明による回路装置、本発明による使用並びに図面と関連させた説明に明示する。
【００３４】
更に本発明は、層結合体を形成するための方法、特に、上記において種々の実施形態に関して説明したような層結合体を形成するための方法に関し、この方法は、
−少なくとも一種の金属粉末を含有する焼結可能な層を支持体シート上に被着させるステップと、
−焼結可能な層を乾燥させるステップと、
−はんだ層を焼結可能な層上に被着させるか、
又は、
−はんだ層を焼結可能な層上に、特に少なくとも一種の金属粉末を含有する焼結成形体上に被着させるステップと、
−焼結可能な層及びはんだ層から成る層系を支持体シート上に被着させるステップとを備えている。
【００３５】
換言すれば、本発明による方法の一つのヴァリエーションにおいては、先ず焼結可能な層を支持体シート上に被着させ、続いて乾燥させることができる。焼結可能な層の被着を、例えば、印刷方法、例えばシルクスクリーンによって行うことができるか、又は計量分配によって行うことができる。後続のステップにおいては、はんだ層を焼結可能な層上に例えば印刷技術、特にシルクスクリーンによって、又は計量分配によって被着させることができる。この方法のヴァリエーションは、焼結可能な層を既に支持体シートによって安定化させることができ、従って、後続のはんだ層の被着の際に保護することができるという利点を有している。
【００３６】
その代わりに、先ず層系を形成することもできる。その場合、焼結可能な層、例えば焼結成形体部、特に焼結シートとしての焼結可能な層を準備し、その上にはんだペーストを被着させることができる。続いて、焼結可能な層及びはんだ層から成る層装置が支持体シート上に被着される。この方法のヴァリエーションは、例えば光学的な検査によって欠陥のある層系が、支持体シートへの被着の前に既に選別され、最終製品としての電子モジュールの接合部に欠陥があることによる故障の回数を低減することができるという利点を有している。
【００３７】
本方法の一つの実施の形態の枠内では、焼結可能な層の乾燥が５０℃から２００℃の間の温度、特に１００℃から１７５℃の間の温度において実施されるか、又は３２５℃までの予備焼結と共に実施される。選択的に、予備焼結を乾燥の前又は後に実施することもできる。
【００３８】
本方法の一つの別の実施の形態の枠内では、焼結可能な層を支持体シートへの被着の前又は後に、複数の別個の焼結可能な成形体へと分割することができる。
【００３９】
更なる利点及び特徴に関しては、本発明による層結合体、本発明による回路装置、本発明による使用並びに図面と関連させた説明に明示する。
【００４０】
更に本発明は、特に自動車大量生産に関する電子回路装置のための、上述の本発明の実施の形態の内の一つによる層結合体、又は前述の種々の実施の形態の組み合わせによる層結合体を備えている回路装置に関する。
【００４１】
更なる利点及び特徴に関しては、本発明による層結合体、本発明による方法、本発明による使用並びに図面と関連させた説明に明示する。
【００４２】
更に本発明は、上述の本発明の実施の形態の内の一つに対応する本発明による層結合体、又は前述の種々の実施の形態の組み合わせに対応する本発明による層結合体の、電子モジュールのための結合方法における使用に関し、この方法は、
−層結合体を少なくとも一つの電子モジュール上に被着させるステップと、
−少なくとも一つのモジュールと層系との間の固着部を、加熱及び／又は圧力供給によって形成するステップと、
−少なくとも一つのモジュールを、そのモジュールに固着されている層系と共に、支持体シートから取り外すステップと、
−層系の、固着されたモジュールに対向する面を結合相手に被着させるステップと、
−結合相手と層系との間に固着部を形成し、オプションとして、モジュールと層系との間の固着部を熱処理及び／又は圧力供給によって厚くするステップと、
を備えている。
【００４３】
例えば電子的な電力モジュールと基板との間の結合部を形成するために、本発明により形成された、支持体シートを備えている層結合体上には、先ず電力モジュールがはんだ層上に載置される。はんだ層及び焼結可能な層から成る層結合体と電力モジュールとの間に固着部を形成するために、緩い結合体が、例えば２０ＭＰａから８０ＭＰａの間の圧力、及び／又は、例えば４０℃から８０℃の間の温度に晒される。総じて、支持体シートと結合体との間の固着部よりも大きい、層結合体とモジュールとの間のその種の固着部が得られ、それにより、モジュールの離層が生じることなく支持体シートを取り外すことができる。例えば大量生産においては「ピック・アンド・プレイスオートマン」として公知であるような取り外し装置によって支持体シートが取り外された後に、層系及びモジュールから成る結合体を、例えば基板のような結合相手上に載置することができる。この場合、基板の結合が行われる表面には、オプションとして同様に焼結可能な層又ははんだ層を設けることができる。続く方法ステップにおいては、基板と、モジュールを有する結合体との間の固着部が、圧力及び／又は温度の印加によって形成される。その場合、金属間相をモジュール表面、はんだ層、焼結可能な層及び基板表面との間に形成することができ、これは、結合すべき二つの構成要素の大きく異なる熱膨張係数に関して傑出した導電特性及び補償特性を有する、高温耐性があり且つ機械的に安定している電気的な接続部を実現する。
【００４４】
このことは温度変化耐性にとって、また、本発明による層結合体が結合相手、特に電子モジュールを結合するために使用されている大電力製品のクリティカルな結合温度にとって非常に有利である。
【００４５】
更なる利点及び特徴に関しては、本発明による層結合体、本発明による方法、本発明による回路装置並びに図面と関連させた説明に明示する。
【００４６】
以下では図面を参照しながら、本発明の更なる利点及び有利な実施の形態を説明する。図面は単に説明を目的としたものに過ぎず、本発明を何ら制限するものではないことを言及しておく。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明による層結合体の第１の実施の形態の概略的な断面図を示す。
【図２】本発明による層結合体の第２の実施の形態の概略的な断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１には、少なくとも一つの支持体シート１１及びその支持体シート１１上に被着されている層系１２を含んでいる層結合体１０が示されている。支持体シートとしてプラスチックシート、特にポリエステルシートが考えられる。本発明によれば、層系１２は、支持体シート１１上に被着されており、且つ、少なくとも一種の金属粉末を含有する、少なくとも一つの焼結可能な層１３と、その焼結可能な層上に被着されているはんだ層１４とを含んでいる。焼結可能な層１３は銀又は銀合金、銅又は銅合金、また必要に応じて溶剤から成るものである。また必要に応じて、特にレドックスパートナーとして使用することができる添加剤も使用することができる。はんだ層１４の材料は、ＳｎＣｕ，ＳｎＡｇ，ＳｎＡｕ，ＳｎＢｉ，ＳｎＮｉ，ＳｎＺｎ，ＳｎＩｎ，ＳｎＩｎ，ＣｕＮｉ，ＣｕＡｇ，ＡｇＢｉ，ＺｎＡｌ，ＢｉＩｎ，ＩｎＡｇ，ＩｎＧａ又はそれらの混合物から成る３元合金又は４元合金のグループから選択されている。層結合体１０を特に、結合相手としての電子モジュールの結合に使用することができる。
【００４９】
図２には、焼結可能な層１３が、複数の別個の焼結可能な成形体１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄとして支持体シート１１上に配置されており、またそれらの成形体１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ上にはそれぞれはんだ層１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが配置されている、本発明による層結合体の実施の形態が示されている。見易くするために、ここでは単に四つの焼結可能な成形体（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）と、その上に被着されているはんだ層１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄのみが示されている。勿論、それよりも多くの数の焼結可能な成形体を支持体シート１１上に配置し、それらを共通して処理することも可能である。層結合体の製造を、特に廉価に行なうことができ、また高い製造容量でもって行うことができ、更にはデバイス製造の既存のプロセスに問題なく組み込むことができる。この関係において、インライン能力が良好であることも言及しておく。このことは特に、電子デバイスの大量生産にとって有利である。
【図１】
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【図２】
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