Patent EP-4310905-A1 (EP)
Title: Sinterpreform mit einem massiven kern und sinterschichten auf beiden seiten des kerns, verfahren zur herstellung einer drucksinterverbindung von zwei fügepartnern damit und entsprechende anordnung umfassend eine drucksinterverbindung von zwei fügepartnern
Inventor: NACHTIGALL-SCHELLENBERG CHRISTIAN
IPC: H01L23/488
Filed: 2022-07-18
Abstract: Eine Sinterpreform (10) weist einem massiven Sinterkern (13) auf, wobei der Kern (13) wenigstens ein erstes Material (14) und beidseitig eine unverdichtete Sinterschicht (11a, 11b) aufweist, wobei das erste Material (14) einen Längenausdehnungskoeffizienten unter 20∙10<sup>-6</sup> K<sup>-1</sup> aufweist. Der Kern (13) kann auch wenigstens ein zweites Material (15) aufweisen, welches einen Längenausdehnungskoeffizienten unter 20∙10<sup>-6</sup> K<sup>-1</sup> aufweist. Das erste Material (14) kann aus der Gruppe der Metalle oder Übergangsmetalle, insbesondere aus den Gruppen 8 bis 13 des Periodensystems gewählt sein und/oder das zweite Material (15) kann aus der Gruppe der Metalle oder Übergangsmetalle, insbesondere aus den Gruppen 3 bis 8 des Periodensystems gewählt sein. Insbesondere können das erste Material (14) Kupfer und/oder das zweite Material (15) Molybdän umfassen. Der Kern (13) kann mehrere abwechselnde Schichten des ersten Materials (14) und des zweiten Materials (15) umfassen. Alternativ kann im Kern (13) das zweite Material (15) dispergiert im ersten Material (14) vorliegen, insbesondere als Matrix. Der Kern (13) kann das zweite Material (15) in veränderlichem Anteil zum ersten Material (14) umfassen, insbesondere so dass das zweite Material (15) graduell abnimmt, von der Grenze zur einen unverdichteten Sinterschicht (11a) hin zur Grenze zur anderen unverdichteten Sinterschicht (11b) hin. Die unverdichteten Sinterschichten (11a, 11b) können aus Silber sein, beziehungsweise Silber enthalten, können aber auch aus der Materialgruppe mit Längenausdehnungskoeffizienten unter 20∙10<sup>-6</sup> K<sup>-1</sup> gewählt sein. Die unverdichteten Sinterschichten (11a, 11b) können unterschiedliche Materialien umfassen. In einem Verfahren zur Herstellung einer Drucksinterverbindung von zwei Fügepartnern (16, 17) wie einem Substrat (16) (insbesondere einem DCB-Substrat) und einem Leistungshalbleiter (17) wird eine solche Sinterpreform (10) zwischen den zwei Fügepartnern (16, 17) und diese zwischen zwei Sinterwerkzeugen (19) angeordnet, so dass diese Sinterpreform (10) in einem Druck- und Temperaturschritt (p, T) eine Fügeschicht (101) zwischen den Fügepartnern (16, 17) ausbildet, mittels der die Fügepartner (16, 17) materialschlüssig miteinander verbunden sind. In einem vorbereitenden Schritt kann die Sinterpreform (10) hergestellt werden, welcher Schritt ein Bilden des Kerns (13) aus wenigstens einem ersten Material (14) und einem zweiten Material (15) umfasst, sowie ein Applizieren der unverdichteten Sinterschichten (11a, 11b) direkt auf den Sinterkern (13), insbesondere mittels Aufbringens als Partikelpaste. Eine Anordnung, insbesondere ein elektronisches Bauelement oder eine elektronische Baugruppe, umfasst eine Drucksinterverbindung von zwei Fügepartnern (16, 17), aufweisend eine Fügeschicht (101) zwischen den Fügepartnern (16, 17), mittels der die Fügepartner (16, 17) materialschlüssig miteinander verbunden sind, wobei die Fügeschicht (101) das erste Material (14) und das zweite Material (15) aufweist, welche vor dem Sinterschritt den Sinterkern (13) der Sinterpreform (10) bildeten oder von diesem umfasst waren, und wenigstens das dritte Material aufweist, welches vor dem Sinterschritt die wenigstens eine Sinterschicht (11a, 11b) bildete oder von diesen umfasst war und wobei das erste Material (14), das zweite Material (15) und das dritte Material einen Längenausdehnungskoeffizienten aufweisen, welcher an den oder die Längenausdehnungskoeffizienten der beiden Fügepartner (16, 17) angepasst ist, so dass die Differenz der Längenausdehnungskoeffizienten weniger als 16∙10<sup>-6</sup> K<sup>-1</sup>, insbesondere weniger als 12∙10<sup>-6</sup> K<sup>-1</sup>, bevorzugt weniger als 10∙10<sup>-6</sup> K<sup>-1</sup> beträgt. Die Anordnung kann auch ein viertes Material aufweisen, welches zusammen mit dem dritten Material vor dem Sinterschritt unterschiedliche Sinterschichten (11a, 11b) bildete, wobei die unterschiedlichen Materialien Längenausdehnungskoeffizienten aufweisen, welche an die Längenausdehnungskoeffizienten der beiden Fügepartner (16, 17) angepasst sind, so dass die Differenzen der Längenausdehnungskoeffizienten zwischen den Fügepartnern (16, 17) und angrenzender Sinterschicht (11a, 11b) beziehungsweise Sinterpreformoberfläche weniger als 16∙10<sup>-6</sup> K<sup>-1</sup>, insbesondere weniger als 12∙10<sup>-6</sup> K<sup>-1</sup> , bevorzugt weniger als 10∙10<sup>-6</sup> K<sup>-1</sup> betragen. Diese Ausführung der Sinterpreform (10) hat den Vorteil, Fehlanpassungen im Sinterprozess zu vermindern und gleichzeitig eine Beibehaltung der bevorzugten Fügezoneneigenschaften, insbesondere der Fügezonengröße beibehalten zu können. Dies ermöglicht daher im Gegensatz zu bisherigen Lösungsansätzen eine Beibehaltung oder sogar Vergrößerung des Prozessraums und auch eine Verbesserung der Funktionalitäten der Anbindungen innerhalb einer Baugruppe oder eines Bauteils. Die Sinterpreform (10) hat den weiteren Vorteil, eine ideale thermomechanische Anpassung an die Fügepartner (16, 17) zu gewährleisten und stellt demnach ein Eigenspannung minimierendes Sinterhalbzeug dar. Bei der Materialauswahl und Kerngestaltung der Sinterpreform (10) wird auf eine möglichst minimale Differenz der Längenausdehnungskoeffizienten von Fügepartner (16, 17) und Sinterpreform (10) geachtet.