DE102019108977B4

DE102019108977B4 - Verfahren zur Verbindung zweier leistungselektronischer Verbindungspartner

Info

Publication number: DE102019108977B4
Application number: DE102019108977.8A
Authority: DE
Inventors: Christian Göbl; Heiko BRAML
Original assignee: Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Current assignee: Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Priority date: 2019-04-05
Filing date: 2019-04-05
Publication date: 2021-09-30
Anticipated expiration: 2039-04-06
Also published as: DE102019108977A1

Abstract

Verfahren zur Verbindung eines ersten mit einem zweiten Verbindungspartner, innerhalb einer leistungselektronischen Anordnung, wobei der jeweilige Verbindungspartner ausgebildet ist als leistungselektronisches Substrat (1) oder als Leistungshalbleiterbauelement (2) oder als leistungselektronische Verbindungseinrichtung (5), mit folgenden Verfahrensschritten:a) Bereitstellen des ersten Verbindungspartners;b) Sequentielles schichtweises Aufbringen eines als Sinterpaste mit Metallpartikeln ausgebildeten Verbindungsmittels in Form einer Verbindungsmittelanordnung (3) auf einer ersten Verbindungsfläche einer ersten Oberfläche des ersten Verbindungspartners mittels eines beabstandet vom ersten Verbindungspartner verfahrbaren Druckkopfes (6), der dazu ausgebildet ist selektiv aus einer Mehrzahl von Druckkopföffnungen (60) in einzelnen Dosierungsvorgängen pro Druckkopföffnung (60) jeweils einzelne Verbindungsmittelportionen (30) abzugeben; mehrfaches Wiederholen dieses Verfahrensschritts, wobei bei jeder Ausführung des Verfahrensschritts voneinander unterschiedliche Teilverbindungsmittelanordnungen erzeugt werden, die gemeinsam die Verbindungsmittelanordnung (3) mit einer minimalen Dicke (306) und einer maximalen Dicke (308) erzeugen, und wobei die Verbindungsmittelanordnung (3) eine dreidimensionale Oberflächenkontur (300) aufweist;c) Anordnen des zweiten Verbindungspartners derart, dass seine zweite Verbindungsfläche, zumindest teilweise, auf der Verbindungsmittelanordnung (3) zu liegen kommt;d) Ausbilden einer stoffschlüssigen Verbindung.

Description

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Verbindung eines ersten mit einem zweiten Verbindungspartner innerhalb einer leistungselektronischen Anordnung.
Für die Verbindung zweier beliebiger Verbindungspartner ist es fachüblich auf einem der Verbindungspartner eine meist plane Schicht eines Verbindungsmittels anzuordnen, danach den zweiten Verbindungspartner anzuordnen, ggf. noch mit Druck oder Temperatur beaufschlagt werden, und somit eine stoffschlüssige Verbindung auszubilden. Allgemein bekannt sind derartige Verbindungen in der Ausgestaltung als Klebeverbindung. Insbesondere auf dem technischen Gebiet der Leistungselektronik sind auch sog. Drucksinterverbindungen, beispielhaft beschrieben in der DE 10 2009 024 371 A1 , bekannt.
Aus der DE 10 2014 222 819 A1 ist weiterhin eine Leistungshalbleiterkontaktstruktur für Leistungshalbleitermodule bekannt, welche zumindest ein Substrat und einen Metallformkörper als Elektrode aufweist, welche mittels einer im Wesentlichen geschlossenen Sinterschicht mit Bereichen variierender Dicke aufeinander gesintert sind. Der Metallformkörper ist dabei in Form einer flexiblen Kontaktierungsfolie mit einer derartigen Dicke ausgebildet, dass diese mit ihrer der Sinterschicht zugewandten Seite im Wesentlichen vollständig an die Bereiche variierender Dicke der Sinterschicht angesintert ist. Des Weiteren wird ein Verfahren beschrieben zum Ausbilden einer Leistungshalbleiterkontaktstruktur in einem Leistungshalbleitermodul, welches ein Substrat und einen Metallformkörper aufweist. Das Ausbilden der Leistungshalbleiterkontaktstruktur erfolgt zunächst durch Aufbringen einer Schicht aus Sintermaterial mit lokal variierender Dicke auf entweder den Metallformkörper oder das Substrat, gefolgt von einem Zusammensintern der Kontaktierungsfolie mit dem Substrat über die verbindungsfördernden Eigenschaften der Sintermaterialschicht, wobei die Kontaktierungsfolie entsprechend der variierenden Dicke der Schicht des Sintermaterials ihre Form ausgeprägt bekommt.
Aus de US 5 681 757 A r ist ein Verfahren zum Verbinden von Mikrochips mit integrierten Halbleiterschaltungen mit Klebstoff bekannt, der von Mikrojets in einem präzisen Muster abgeschieden wird. Zum Aufbringen der Klebstoffsubstanz (am häufigsten eines Epoxids) wird eine Druckkopftechnologie verwendet, die der in Tintenstrahldruckern verwendeten entspricht. Die Verwendung von Mikrojets in einem „Array-Druckkopf“ zum Abscheiden eines Klebemusters erweist sich dadurch vorteilhaft, dass diese Position und Größe der Klebstofftröpfchen mit einem hohen Maß an Präzision steuern kann. Das Verfahren sieht auch eine individuelle Betätigung der Mikrojets vor, wodurch die Möglichkeit besteht, schnell von Muster zu Muster zu wechseln, ohne dass Köpfe und Geräte gewechselt und gereinigt werden müssen oder mehrere Köpfe bereitgestellt werden müssen. Das Verfahren findet Anwendung sowohl bei standardmäßigem Verbinden als auch beim „Flip-Chip“ -Verfahren unter Verwendung von „Bumped-Dies“. Das hohe Maß an Präzision ermöglicht das Bedrucken von Klebstoff zwischen den Lötpunkten eines „Bumped Dies“, wodurch eine stärkere Verbindung und eine Unterfüllung erreicht werden, ohne die durch die Lötpunkte erzeugte elektrische Verbindung zu beeinträchtigen.
Aus der DE 10 2017 117 668 B3 ist ein Verfahren und eine hiermit hergestellte Anordnung bekannt, die ausgebildet ist mit einem Substrat, mit einem Leistungshalbleiterbauelement und einer dazwischen angeordneten Haftschicht, wobei das Substrat eine erste dem Leistungshalbleiterbauelement zugewandte Oberfläche aufweist, wobei das Leistungshalbleiterbauelement eine dritte dem Substrat zugewandte Oberfläche aufweist, wobei die Haftschicht eine zweite Oberfläche aufweist, die in, vorzugsweise vollflächigem, Kontakt mit der dritten Oberfläche steht und eine erste stetige Oberflächenkontur mit einer ersten Rauheit aufweist und wobei eine vierte Oberfläche des Leistungshalbleiterbauelement, die der dritten gegenüberliegt eine zweite Oberflächenkontur mit einer zweite Rauheit aufweist, wobei diese zweite Oberflächenkontur der ersten Oberflächenkontur folgt.
Aus der US 2017 / 0 309 549 A1 ist ein Chip mit integrierter Schaltung bekannt, der mehrere Kontakte aufweist. Auf jedem der mehreren Kontakte kann ein Metallpfosten ausgebildet sein. Eine Vielzahl von Höckern kann auf mehreren Kontaktbereichen eines Leadframes oder auf den Pfosten gebildet sein, in denen die Vielzahl der Höcker mit einem Material gebildet ist, das Metallnanopartikel enthält. Der IC-Chip kann an den Leadframe angebracht werden, indem die Metallpfosten an dem Leadframe ausgerichtet werden und die Metallnanopartikel in mehreren Höckern gesintert werden, um eine Sintermetallbindung zwischen jedem Metallpfosten und dem entsprechenden Kontaktbereich des Leadframes zu bilden.
Im Aufsatz „Development and Application by Ink-Jet Printing of Advanced Packaging Materials" (D.J. Hayes, M.E. Grove und W. R. Cox, Proceedings International Symposium on Advanced Packaging Materials. Processes, Properties and Interfaces, IEEE Cat. No.99TH8405, 1999, S. 88-93. IEEE Xplore [online]. DOI: 10.1109/isapm.1999.757293, In: IEEE werden Hochtemperatur-Tintendruck-Verfahren sowie maßgefertigte Polymerformulierungen für die Herstellung hoch-verdichteter mikroelektronischer und optoelektronischer Verpackungen vorgestellt.
In Kenntnis des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Verfahren vorzustellen, das möglichst große Freiheiten bei der konkreten Ausgestaltung von stoffschüssigen Verbindungen zweier leistungselektronischer Verbindungspartner ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Verbindung eines ersten mit einem zweiten Verbindungspartner, innerhalb einer leistungselektronischen Anordnung, wobei der jeweilige Verbindungspartner ausgebildet ist als leistungselektronisches Substrat oder als Leistungshalbleiterbauelement oder als leistungselektronische Verbindungseinrichtung, mit folgenden Verfahrensschritten:

a) Bereitstellen des ersten Verbindungspartners;
b) Sequentielles schichtweises Aufbringen eines als Sinterpaste mit Metallpartikeln ausgebildeten Verbindungsmittels in Form einer Verbindungsmittelanordnung auf einer ersten Verbindungsfläche einer ersten Oberfläche des ersten Verbindungspartners mittels eines beabstandet vom ersten Verbindungspartner verfahrbaren Druckkopfes, der dazu ausgebildet ist selektiv aus einer Mehrzahl von Druckkopföffnungen in einzelnen Dosierungsvorgängen pro Druckkopföffnung jeweils einzelne Verbindungsmittelportionen abzugeben; diese Verbindungsmittelportionen werden somit matrixartig angeordnet; mehrfaches wiederholen dieses Verfahrensschritts, wobei bei jeder Ausführung des Verfahrensschritts voneinander unterschiedliche Teilverbindungsmittelanordnungen erzeugt werden die gemeinsam die Verbindungsmittelanordnung mit einer minimalen Dicke und einer maximalen Dicke erzeugen und wobei die Verbindungsmittelanordnung eine dreidimensionalen Oberflächenkontur aufweist;
c) Anordnen des zweiten Verbindungspartners derart, dass seine zweite Verbindungsfläche, zumindest teilweise, auf der Verbindungsmittelanordnung zu liegen kommt;
d) Ausbilden einer stoffschlüssigen Verbindung.

Hierbei ist es vorteilhaft, wenn das leistungselektronisches Substrat eine Mehrzahl von Leiterbahnen aufweist; das Leistungshalbleiterbauelement als Leistungshalbleiterschalter ausgebildet ist; die leistungselektronische Verbindungseinrichtung folienbasierte ausgebildet ist.
Hier und im Folgenden wird der Begriff „Paste“ in Zusammenhang mit der Sinterpaste und der Lotpaste, aufgrund seiner fachüblichen Verwendung genutzt, obwohl, wie im Folgenden beschrieben das Verbindungsmittel vorteilhafterweise eine geringere Viskosität aufweist, als allgemein bekannt für Pasten. Der Begriff Paste wird hier also synonym für Suspension verwendet.
Vorteilhafterweise weist die Sinterpaste eine Viskosität von 1 bis 50 mPa s, vorzugsweise von 20 bis 40 mPa s auf.
Vorteilhafterweise beträgt die mittlere Größe der Metallpartikel der Sinterpaste zwischen 0,01 und 1 µm, vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,5 µm. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Durchmesser der jeweiligen Druckkopföffnung zwischen dem 20-bis 100-fachen der mittleren Partikelgröße beträgt.
Es kann zudem bevorzugt sein, wenn im Verfahrensschritt d) das Ausbilden der stoffschlüssigen Verbindung unter Einwirkung von Wärme oder mechanische Druck auf einen der Verbindungspartner oder unter einer Kombination von beiden erfolgt.
Im Rahmen der Erfindung kann der Druckkopf in einer Ebene parallel zu der ersten Oberfläche, auf der die erste Verbindungsfläche angeordnet ist, in ein oder zwei Achsen verfahrbar sein. Vorteilhafterweise ist der Druckkopf zusätzlich in einer Normalenrichtung der ersten Oberfläche verfahrbar.
Es ist häufig bevorzugt, wenn die relative Positionierung der Verbindungsmittelanordnung auf der ersten Oberfläche des ersten Verbindungspartners im Betrieb mittels einer Kontrolleinrichtung vor Ausführen des Verfahrensschritts b) erfolgt. Insbesondere kann der Verfahrensschritt c) und hierbei die relative Position des zweiten Verbindungspartners relativ zum ersten Verbindungspartner abhängig sein von der Position der Verbindungsmittelanordnung.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Druckkopföffnungen des Druckkopfs in einer Reihe oder in mehreren gegeneinander versetzten Reihen angeordnet sind und jede Druckkopföffnung unabhängig von den übrigen ansteuerbar ist.
Vorteilhafterweise beträgt die jeweilige Verbindungsmittelportion zwischen 1 und 100 pl, vorzugsweise zwischen 20 und 50 pl.
Grundsätzlich kann der Druckkopf derart angesteuert werden, dass ausschließlich eine definierte, nicht variable Verbindungsmittelportion pro Dosierungsvorgang abgegeben wird.
Es kann auch vorteilhaft sein, wenn der Druckkopf im Bereich der Druckkopföffnungen auf eine stabile Betriebstemperatur zwischen 40 und 120°C, vorzugsweise zwischen 60 und 80°C aufgeheizt wird.
Weitere Erläuterungen der Erfindung, vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale, ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den 1 bis 6 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung, oder von jeweiligen Teilen hiervon.

1 zeigt zwei Verbindungspartner unmittelbar vor dem Verfahrensschritt c) einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
2 zeigt den Abschluss des Verfahrensschritts b) der ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
3 zeigt den Verfahrensschritt b) einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
4 zeigt den Verfahrensschritt b) einer dritten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
5 zeigt den Verfahrensschritt b) einer vierten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
6 zeigt den Abschluss des Verfahrensschritts b) der vierten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt im Querschnitt zwei Verbindungspartner unmittelbar vor dem Verfahrensschritt c) einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dargestellt ist hier ein fachübliches leistungselektronisches Substrat 1 mit einem Isolierstoffkörper 10 und einer Leiterbahn 12. Fachüblich weisen derartige Substrate 1 eine Mehrzahl von gegeneinander elektrisch isoliert angeordneten Leiterbahnen auf.
Auf dieser Leiterbahn 12 und mit ihr elektrisch leitend verbunden ist ein Leistungshalbleiterbauelement 2, hier rein beispielhaft eine Leistungsdiode, angeordnet. Dieser Leistungsdiode 2 weist dem Substrat 1 gegenüberliegend eine Oberfläche 220 mit einer Lastanschlussfläche auf. Die Oberfläche 220 der Leistungsdiode bildet hier die erste Oberfläche des ersten Verbindungspartners aus. Die Lastanschlussfläche bildet die erste Verbindungsfläche aus.
Auf dieser Verbindungsfläche wurde im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens und durch die wiederholte Ausführung des Verfahrensschritts b), vgl. 2, ein Verbindungsmittel aufgebracht, das nun als Verbindungsmittelanordnung 3 vorliegt. In dieser Ausgestaltung liegt das Verbindungsmittel als Sinterpaste mit einer mittleren Größe der darin enthaltenen Metall-, hier genauer Silberpartikel, von 0,3 µm, vor. Diese Sinterpaste besteht fachüblich neben den Silberpartikeln noch aus einem Lösungsmittel.
In gleicher Weise, nämlich der mehrfachen Ausführung des Verfahrensschritts b), wurde ein Klebstoff umlaufend um die Leistungsdiode und diese im Randbereich diese auch bedeckend angeordnet. Dieser Klebstoff besteht somit aus einem weiteren Verbindungsmittel und bildet eine weitere Verbindungsmittelanordnung 4 aus.
Der zweite Verbindungspartner ist hier ausgebildet als ein fachüblicher Folienstapel 5 aus zwei elektrisch leitenden Folien 50,54 und einer dazwischen angeordneten elektrisch isolierenden Folie 52. Die beiden elektrisch leitenden Folien 50,54 sind in einem Abschnitt mittels Durchkontaktierungen durch die elektrisch isolierende Folie 52 elektrisch leitend miteinander verbunden. Die der Leistungsdiode 2 zugewandte elektrisch leitende Folie 50 weist einen Abschnitt 500 auf, dessen Oberfläche die zweite Verbindungsfläche des zweiten Verbindungspartners ausbildet.
Bei der Ausführung der nächsten Verfahrensschritte c) und d) kommt die zweite Verbindungsfläche 500 auf der Ihr zugewandten Oberfläche 300 der Verbindungsmittelanordnung 3, hier der Sinterpaste, zu liegen. Im Anschluss daran wird in fachüblicher Weise eine Sinterverbindung ausgebildet. Diese Sinterverbindung kann, aufgrund der geringen mittleren Größe der Silberpartikel, gänzlich ohne die sonst übliche Druckbeaufschlagung erfolgen. Eine Temperaturbeaufschlagung im rein beispielhaften Temperaturbereich um 120°C ist für die Ausbildung der Sinterverbindung hier bevorzugt. Grundsätzlich ist eine Ausgestaltung des Sinterverfahren nicht durch das erfinderische Verfahren, insbesondere in Bezug auf die Anordnung der Sinterpaste, eingeschränkt.
Gleichzeitig mit der Sinterverbindung wird hier somit eine Klebeverbindung zwischen dem Substrat als ersten Verbindungspartner und dem Folienstapel als zweiten Verbindungspartner ausgebildet. Diese weitere Verbindung erfolgt durch den Klebstoff als weiteres Verbindungsmittel.
2 zeigt den Abschluss des Verfahrensschritts b) der ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Querschnitt dargestellt ist hier wiederum das Leistungshalbleiterbauelement 2, ausgebildet als Leistungsdiode, die den ersten Verbindungspartner ausbildet. Auf der ersten Verbindungsfläche 220, hier der Kathode der Leistungsdiode 2, ist die Verbindungsmittelanordnung 3 dargestellt. Diese ist durch schichtweises Aufbringen des Verbindungsmittels in einzelnen Teilverbindungsmittelanordnungen, entstanden. Hierzu ist der Druckkopf 6, vgl. auch 3, der hier eine Mehrzahl in einer Reihe angeordneter Druckkopföffnungen 60 aufweist mehrfach über die Leistungsdiode 2 verfahren worden und hat hierbei, jeweils sequentiell, das Verbindungsmittel aufgebracht. Rein schematisch sind hier einzelne Verbindungsmittelportionen 30 dargestellt, deren jeweiliges Volumen hier circa 40 pl, beträgt. Bei dieser Ausgestaltung des Druckkopfes 6 liegt die bevorzugte Partikelgröße im unteren einstelligen Prozentbereich des Durchmessers der Druckkopföffnung 60.
Da bei dem sequentiellen Auftrag mehrerer Schichten die Anzahl und Position der Verbindungsmittelportionen in Verfahrrichtung des Druckkopfes 6 variieren kann, entsteht eine Verbindungsmittelanordnung 3 mit, abhängig von der Viskosität der Sinterpaste, die hier bei 35 mPa s liegt, weitgehend beliebig ausgebildeter dreidimensionaler Oberfläche 300. Die dargestellte Oberflächenkontur ist somit rein beispielhaft.
Die Genauigkeit und Flexibilität des Auftrags der Sinterpaste als ein beispielhaftes Verbindungsmittel wird hier weiter gesteigert, indem der Druckkopf 6 nicht nur in der x-y-Ebene, sondern auch in z-Richtung also in Normalenrichtung N der Leistungsdiode, verfahrbar ist.
3 zeigt den Verfahrensschritt b) einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dargestellt ist ein Substrat, grundsätzlich ähnlich demjenigen aus 1, mit einem Isolierstoffkörper 10 und hier zwei Leiterbahnen 12, auf denen Leistungshalbleiterbauelemente angeordnet werden sollen.
Hierzu wird auf beiden Leiterbahnen 12, die hier den ersten Verbindungspartner ausbildet in einem jeweiligen Abschnitt, der somit die erste Verbindungsfläche ausbildet, ein Verbindungsmittel sequentiell angeordnet. Diese sequentielle Anordnung erfolgt mittels eines Druckkopfes 6, der eine Vielzahl von Druckkopföffnungen 60, dargestellt sind nur wenige, aufweist.
Der Druckkopf 6 wird in einer ersten Fahrt in x-Richtung über das Substrat und insbesondere über die ersten Verbindungsflächen bewegt, wobei jeweils erste Verbindungsmittelportionen 32 auf der ersten Verbindungsfläche abgeschieden werden. Diese einzelnen Verbindungsmittelportionen 32 überschneiden sich in x-Richtung und bilden hierbei jeweils eine Reihe aus Verbindungsmittel, also eine Teilverbindungsmittelanordnung, aus. In einer weiteren Fahrt in x-Richtung und mit einem Versatz des Druckkopfes 6 in y-Richtung um den halben Abstand der Druckkopföffnungen 60 werden zweite Verbindungsmittelportionen als weitere Reihen zwischen den bestehen Reihen abgeschieden. Auf diese Weise entsteht eine dünne, rechteckförmige Verbindungsmittelanordnung mit einer welligen Oberflächenkontur.
Das hier verwendete Verbindungsmittel ist eine Sinterpaste, kann aber ebenso eine Lotpaste oder ein Klebstoff sein. In einem nächsten Schritt wird dann ein Leistungshalbleiterbauelement auf der jeweiligen Verbindungsmittelanordnung 3 angeordnet und mit dieser verbunden.
4 zeigt den Verfahrensschritt b) einer dritten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der hierbei verwendete Druckkopf 6 weist eine Mehrzahl von Reihen von Druckkopföffnungen 60 auf. Dieser Druckkopf 6 hat den Vorteil, dass hierbei im Gegensatz zu Ausgestaltung gemäß 3 bei einer Fahrt des Druckkopfes 6 in x-Richtung bereits eine Fläche nicht nur voneinander beabstandete Reihen aus Verbindungsmittel entsteht. Im Grunde ähneln sich die somit erzeugten einlagigen Verbindungsmittelanordnungen 3 aus 3 und 4. Beim Wunsch nach größeren Schichtdicken kann der Verfahrensschritt mehrfach ausgeführt werden.
5 zeigt den Verfahrensschritt b) einer vierten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der erste Verbindungspartner ist hier wie auch bei 2 ein Leistungshalbleiterbauelement 2, hier ein Leistungstransistor mit einer großflächigen Emitteranschlussfläche 222 und einer kleinere Gateanschlussfläche.
Weiterhin, allerdings rein schematisch dargestellt, sind die einzelnen in verschiedenen Durchläufen, also Fahrten, des Druckvorgangs erzeugten Verbindungsmittelportionen auf den Anschlussflächen des Leistungstransistors 2. Diejenigen Verbindungsmittelportionen der ersten Fahrt sind als schwarze Kreise 32 dargestellt, diejenigen der zweiten Fahrt als Kreise 34 mit enger Schraffur, diejenigen der dritten Fahrt als Kreise 36 mit weiter Schraffur und schließlich diejenigen der vierten Fahrt als Kreise 38 ohne Schraffur.
Selbstverständlich sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht alle Verbindungsmittelportionen dargestellt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird während der ersten und zweiten Fahrt die gesamte Emitteranschlussfläche 222 mit einer Teilverbindungsmittelanordnung bedruckt, während bei der dritten und vierten Fahrt nur jeweils unterschiedlich breit nur die Randbereiche der Emitteranschlussfläche 222 mit einer Teilverbindungsmittelanordnung bedruckt werden. Durch die vier Fahrten entsteht entlang der Linie A-A ein Profil gemäß 6. Diese Ausgestaltung ist ebenso rein beispielhaft, da durch das Druckverfahren als solches grundsätzlich jegliche dreidimensionale Oberflächenkontur 300 möglich ist. Diese ist letztendlich nur durch die Viskosität des verwendeten Verbindungsmittels begrenzt. Abhängig von der Viskosität des Verbindungsmittels verlaufen, selbstverständlich auch beabsichtigt um eine gewisse Homogenität der Oberfläche zu erreichen, die ohne Berücksichtigung dieses Verlaufeffekts erzeugten Strukturen.
6 zeigt den Abschluss des Verfahrensschritts b) der vierten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das unter 3 beschriebene Verlaufen ist hier insbesondere in mittleren Bereich klar zu erkennen.
Ansonsten ist hier rein grundsätzlich dargestellt, dass eine annährend beliebige Oberflächenkontur 300 der Verbindungsmittelanordnung 3 durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich ist. Insbesondere erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren auch im Falle mehrere zu bedruckender erster Verbindungsflächen, für jede dieser ersten Verbindungsflächen eine individuelle Ausgestaltung der Verbindungsmittelanordnung und insbesondere deren Oberflächenkontur 300.
Die 5 und 6 zeigen noch einige typische technische Größen: Der Abstand 302 in y-Richtung entspricht bei einem einreihigen Druckkopf, der also nur eine Reihe von Druckkopföffnungen aufweist, dem Abstand dieser Druckkopföffnungen. Der Abstand 304 in x-Richtung wird bestimmt aus der Geschwindigkeit der Bewegung des Druckkopfes in x-Richtung und der Fähigkeit des Druckkopfes nach Abgabe einer Verbindungsmittelportion eine weitere abzugeben. Die minimale Dicke 306 einer Verbindungsmittelanordnung ist nur durch die mittlere Größer der Partikel des Verbindungsmittels bestimmt und damit aus technische Sicht annährend beliebig klein. Die maximale Dicke 308 einer Verbindungsmittelanordnung ist durch die mittlere Größe der Partikel des Verbindungsmittels sowie durch dessen Viskosität bestimmt. Die Rauheit 310 der Oberfläche 300 der Verbindungsmittelanordnung 3 liegt in der Größenordnung der oben genannten Abstände der Verbindungsmittelportionen in x- und y- Richtung. Der Höhenunterschied 312 zwischen der minimalen und der maximalen Dicke 306,308 einer Verbindungsmittelanordnung 3 bestimmt sich letztendlich ebenso nur aus der mittleren Größe der Partikel und der Viskosität des Verbindungsmittels.

Claims

Verfahren zur Verbindung eines ersten mit einem zweiten Verbindungspartner, innerhalb einer leistungselektronischen Anordnung, wobei der jeweilige Verbindungspartner ausgebildet ist als leistungselektronisches Substrat (1) oder als Leistungshalbleiterbauelement (2) oder als leistungselektronische Verbindungseinrichtung (5), mit folgenden Verfahrensschritten: a) Bereitstellen des ersten Verbindungspartners; b) Sequentielles schichtweises Aufbringen eines als Sinterpaste mit Metallpartikeln ausgebildeten Verbindungsmittels in Form einer Verbindungsmittelanordnung (3) auf einer ersten Verbindungsfläche einer ersten Oberfläche des ersten Verbindungspartners mittels eines beabstandet vom ersten Verbindungspartner verfahrbaren Druckkopfes (6), der dazu ausgebildet ist selektiv aus einer Mehrzahl von Druckkopföffnungen (60) in einzelnen Dosierungsvorgängen pro Druckkopföffnung (60) jeweils einzelne Verbindungsmittelportionen (30) abzugeben; mehrfaches Wiederholen dieses Verfahrensschritts, wobei bei jeder Ausführung des Verfahrensschritts voneinander unterschiedliche Teilverbindungsmittelanordnungen erzeugt werden, die gemeinsam die Verbindungsmittelanordnung (3) mit einer minimalen Dicke (306) und einer maximalen Dicke (308) erzeugen, und wobei die Verbindungsmittelanordnung (3) eine dreidimensionale Oberflächenkontur (300) aufweist; c) Anordnen des zweiten Verbindungspartners derart, dass seine zweite Verbindungsfläche, zumindest teilweise, auf der Verbindungsmittelanordnung (3) zu liegen kommt; d) Ausbilden einer stoffschlüssigen Verbindung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das leistungselektronische Substrat (1) eine Mehrzahl von Leiterbahnen (12) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Leistungshalbleiterbauelement (2) als Leistungshalbleiterschalter ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die leistungselektronische Verbindungseinrichtung (5) folienbasiert ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sinterpaste eine Viskosität von 1 bis 50 mPa s, vorzugsweise von 20 bis 40 mPa s aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die mittlere Größe der Metallpartikel der Sinterpaste zwischen 0,01 und 1 µm, vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,5 µm beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Verfahrensschritt d) das Ausbilden der stoffschlüssigen Verbindung unter Einwirkung von Wärme oder mechanische Druck auf einen der Verbindungspartner oder unter einer Kombination von beiden erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druckkopf (6) in einer Ebene parallel zu der ersten Oberfläche auf der die erste Verbindungsfläche angeordnet ist in ein oder zwei Achsen verfahrbar ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Druckkopf (6) in einer Normalenrichtung (N) der ersten Oberfläche verfahrbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die relative Positionierung der Verbindungsmittelanordnung (3) auf der ersten Oberfläche des ersten Verbindungspartners im Betrieb mittels einer Kontrolleinrichtung vor Ausführen des Verfahrensschritts b) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Verfahrensschritt c) und hierbei die relative Position des zweiten Verbindungspartners relativ zum ersten Verbindungspartner abhängig ist von der Position der Verbindungsmittelanordnung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Druckkopföffnungen (60) des Druckkopfs (6) in einer Reihe oder in mehreren gegeneinander versetzten Reihen angeordnet sind und jede Druckkopföffnung (60) unabhängig von den übrigen ansteuerbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die jeweilige Verbindungsmittelportion (30) zwischen 1 und 100 pl, vorzugsweise zwischen 20 und 50 pl, beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druckkopf (6) derart angesteuert wird, dass ausschließlich eine definierte, nicht variable Verbindungsmittelportion (30) pro Dosierungsvorgang abgegeben wird.