Title:
Verfahren zum Verbinden von Silberpaste
Kind Code:
A1


Abstract:

Es wird ein Verfahren zum Verbinden von Silberpaste bereitgestellt, das das Herstellen einer Silberpaste umfasst, die eine Mehrzahl von Silberpulvern und Feststoff-Sintermediummaterialien umfasst, das jedes Silberpulver umgeben kann. Zusätzlich beinhaltet das Verfahren das Erhitzen der Silberpaste unter bei einem Sauerstoffteildruck, der höher als ein Atmosphärendruck ist, und Verbinden der Silberpulver.




Inventors:
Hong, Kyoung-Kook (Gyeonggi-do, Hwaseong-si, KR)
Kang, Su Bin (Busan, KR)
Application Number:
DE102014214496A
Publication Date:
07/02/2015
Filing Date:
07/24/2014
Assignee:
Hyundai Motor Company (Seoul, KR)
International Classes:



Foreign References:
KR20130167818A
Attorney, Agent or Firm:
isarpatent Patentanwälte Behnisch, Barth, Charles, Hassa, Peckmann & Partner mbB, 80801, München, DE
Claims:
1. Verfahren zum Verbinden einer Silberpaste, umfassend:
Herstellen einer Silberpaste, die eine Mehrzahl von Silberpulvern und Festphasen-Sintermediummaterialien enthält, die jedes Silberpulver umgeben können;
Erhitzen der Silberpaste bei einem Sauerstoffteildruck, der höher als ein atmosphärischer Sauerstoffteildruck ist; und Verbinden der Silberpulver.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erhitzen der Silberpaste bei einer Temperatur in einem Bereich von ungefähr 250°C bis ungefähr 900°C durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Sauerstoffteildruck mehr als ungefähr 0,21 und gleich oder weniger als ungefähr 1 beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Sintermediummaterial eine Glasfritte ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erhitzen der Silberpaste umfasst:
Umwandeln des Festphasen-Sintermediummaterials in ein Flüssigphasen-Sintermediummaterial.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Verbinden der Silberpulver umfasst:
In-Kontakt-Bringen des Flüssigphasen-Sintermediummaterials, das eine Oberfläche jedes Silberpulvers umgibt, mit dem angrenzenden Flüssigphasen-Sintermediummaterial; und
Diffundieren von Silberatomen und Silberionen des Silberpulvers durch das Flüssigphasen-Sintermediummaterial, um einen Verbindungsbereich zu bilden, der die Silberpulver verbindet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei beim Verbinden der Silberpulver das Flüssigphasen-Sintermediummaterial entfernt wird.

Description:
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG

Die Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2013-0167818, eingereicht beim Koreanischen Amt für Geistiges Eigentum am 30. Dezember 2013, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme mit aufgenommen wird.

TECHNISCHER BEREICH

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Silberpaste. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verbinden von Silberpaste zum Verbinden von Halbleitervorrichtungen bereit.

HINTERGRUND

Gemäß dem aktuellen Trend zur Steigerung der Größe und Kapazität von Anwendungsgeräten steigt die Nachfrage nach Halbleitervorrichtungen für elektrische Energie mit hoher Durchbruchspannung, hoher Stromstärke und einer Hochgeschwindigkeits-Schalteigenschaft. Unter den Halbleitervorrichtungen kann eine Siliziumcarbid-(SiC-)Halbleitervorrichtung vorteilhaft sein. Beispielsweise kann, da die Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung einen größeren Bandabstand als die herkömmliche Silizium-(Si-)Halbleitervorrichtung hat, eine Halbleitereigenschaft bei hohen Temperaturen stabiler implementiert werden.

Zusätzlich muss jedoch möglicherweise ein Verpackungsmaterial selbst bei erhöhten Temperaturen stabil angebracht werden, um eine Wirkungsweise bei vergleichsweise hohen Temperaturen zu erzielen. Insbesondere kann, da ein herkömmliches Lötmaterial, das zum Verbinden der Halbleitervorrichtungen verwendet wird, eine Schmelztemperatur von weniger als ungefähr 230°C hat, das Lötmaterial nicht bei einer Sperrschichttemperatur von ungefähr 250°C oder höher verwendet werden, bei der die Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung angebracht und betrieben werden kann.

Unlängst wurde ein Hochtemperatur-Lötmaterial, umfassend Gold (Au) und dergleichen, als Alternative vorgeschlagen, um das herkömmliche Lötmaterial zu ersetzen, es wurde jedoch festgestellt, dass das Hochtemperatur-Lötmaterial teurer sein kann und eine weniger günstige Eigenschaft, wie die Verbindungsfestigkeit, aufweisen kann.

Die obige Information, die in diesem Hintergrundabschnitt offenbart ist, dient nur dem besseren Verständnis des Hintergrundes der Erfindung und kann daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der dem Fachmann hierzulande bereits bekannt ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Verbinden von Silberpaste ohne Erhitzen auf den Schmelzpunkt des Silbers bereit.

In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Verbinden von Silberpasten umfassen: Herstellen der Silberpaste, die eine Mehrzahl an Silberpulvern und Festphasen-Sintermediummaterialien umfasst, die jedes Silberpulver umgeben kann; Erhitzen der Silberpaste bei einem Sauerstoffteildruck, der höher ist als ein atmosphärischer Sauerstoffteildruck; und Verbinden der Silberpulver.

Das Erhitzen der Silberpaste kann bei einer Temperatur von ungefähr 250 bis ungefähr 900°C durchgeführt werden. Der Sauerstoffteildruck kann höher als 0,21 und gleich zu oder weniger als ungefähr 1 sein. Das Sintermediummaterial kann eine Glasfritte sein, ist jedoch nicht darauf begrenzt. Das Erhitzen der Silberpaste kann das Umwandeln des Festphasen-Sintermediummaterials in das Flüssigphasen-Sintermediummaterial beinhalten.

In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Verbinden der Silberpulver beinhalten: In-Kontakt-Bringen des Flüssigphasen-Sintermediummaterials, das eine Oberfläche jedes Silberpulvers umgibt, mit dem benachbarten Flüssigphasen-Sintermediummaterial; und Diffundieren der Silberatome und Silberionen des Silberpulvers durch das Flüssigphasen-Sintermediummaterial, um einen Verbindungsbereich zu bilden, der die Silberpulver miteinander verbindet. Beim Verbinden der Silberpulver kann das Flüssigphasen-Sintermediummaterial entfernt werden.

Wie oben beschrieben, kann gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das Erhitzen der Silberpaste bei einem Sauerstoffteildruck durchgeführt werden, der höher als ein atmosphärischer Sauerstoffteildruck ist, um die Silberpaste zu verbinden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung offensichtlicher werden. 1 und 4 sind Ansichten, die in Folge ein Verfahren zum Verbinden von Silberpaste gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.

1 stellt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen beispielhaften Zustand der Silberpaste dar, die Silberpulver 100 und Festphasen-Sintermediummaterialien 200, die die Silberpulver 100 umgeben, umfasst;

2 stellt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen beispielhaften Zustand der Silberpaste dar, in dem die Silberpaste erhitzt wird und die gebildeten Flüssigphasen-Sintermediummaterialien 210, die das Silberpulver umgeben, in Kontakt mit den angrenzenden Flüssigphasen-Sintermediummaterialien 210, die anderes Silberpulver umgeben, kommen;

3 stellt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen beispielhaften Zustand der Silberpaste dar, in dem ein Verbindungsbereich 110 zwischen den Silberpulvern 100 gebildet wird, die von den Flüssigphasen-Sintermediummaterialien 210 umgeben werden; und

4 stellt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen beispielhaften Zustand der Silberpaste dar, in dem Silberpulver 100 über den Verbindungsbereich verbunden werden, während die Flüssigphasen-Sintermediummaterialien vollständig entfernt werden.

Die in den 14 festgelegten Bezugszeichen beziehen sich auf die folgenden Elemente, wie weiter unten diskutiert:

Bezugszeichenliste

100
Silberpulver
110
Verbindungsbereich
200
Festphasen-Sintermediummaterial
210
Flüssigphasen-Sintermediummaterial

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck des Beschreibens von speziellen Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht begrenzen. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen ”ein, eine” und ”der, die, das” ebenso die Pluralformen umfassen, wenn es der Zusammenhang nicht deutlich anders aufzeigt. Es ist ferner offensichtlich, dass die Ausdrücke ”umfasst” und/oder ”umfassend”, wenn sie in dieser Patentschrift verwendet werden, das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bestandteile spezifizieren, jedoch nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder deren Gruppen ausschließen. Der Ausdruck ”und/oder”, wie er hierin verwendet wird, beinhaltet sämtliche Kombinationen eines oder mehrerer der zugehörigen aufgeführten Begriffe.

Wenn nicht spezifisch aufgeführt oder aus dem Kontext offensichtlich, ist der Ausdruck ”ungefähr”, wie er hierin benutzt wird, als innerhalb eines Bereiches normaler Toleranz im Stand der Technik zu verstehen, beispielsweise innerhalb von 2 Standardabweichungen des Mittels. ”Ungefähr” kann als innerhalb 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des aufgeführten Wertes verstanden werden. Wenn nicht anderweitig aus dem Kontext ersichtlich, sind alle numerischen Werte, die hierin bereitgestellt werden, durch den Ausdruck ”ungefähr” modifiziert.

Hier nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Wie Fachleute erkennen würden, können die beschriebenen Ausführungsformen auf verschiedene Art und Weise modifiziert werden, ohne von dem Geist oder Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Im Gegenteil sind die hier vorgestellten beispielhaften Ausführungsformen bereitgestellt, um den offenbarten Inhalt genau und vollständig darzustellen und Fachleuten den Geist der vorliegenden Erfindung ausreichend zu vermitteln.

In den Zeichnungen werden die Dicke der Schichten, Filme, Panels, Bereiche etc. der Klarheit wegen übertrieben dargestellt. Es wird offensichtlich sein, dass eine Schicht, wenn auf sie als ”auf” einer anderen Schicht oder einem anderen Substrat liegend Bezug genommen wird, direkt auf der anderen Schicht oder dem anderen Substrat liegen kann, oder sie kann auch dazwischen liegen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen über die gesamte Spezifikation hinweg gleiche Elemente.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Silberpaste ein Silberpulver 100 und ein Sintermediummaterial 200 umfassen, und das Sintermediummaterial 200 kann eine Oberfläche des Silberpulvers 200 umgeben. Insbesondere kann das Sintermediummaterial 200 eine Glasfritte sein, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Siliziumcarbid-(SiC-)Halbleitervorrichtungen können mit Hilfe der Silberpaste verbunden werden. Wenn die Halbleitervorrichtungen verbunden sind, kann die Silberpaste auf der Halbleitervorrichtung eines Verbindungsziels gebildet werden, und die Halbleitervorrichtungen können verbunden werden, indem die Silberpaste und die Silberpaste verbunden werden. Folglich können, wenn die Silberpaste und die Silberpaste verbunden sind, die Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtungen verbunden werden.

Hier nachfolgend wird ein Verfahren zum Verbinden der Silberpaste in verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen beschrieben werden. 1 bis 4 stellen in Folge das Verfahren zum Verbinden der Silberpaste gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.

In 1 kann die Silberpaste hergestellt werden. Die Silberpaste kann ein Silberpulver 100 und ein Material eines Sintermittels 200 umfassen. Das Sintermediummaterial 200 kann eine feste Phase sein und kann eine Oberfläche des Silberpulvers 200 umgeben. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Silberpulver in Form eines Partikels vorliegen. Ein Durchmesser des Silberpulvers 100 kann im Bereich von ungefähr 1 μm bis ungefähr 10 μm liegen.

In 2 kann die Silberpaste, die Silberpulver 100 und ein Sintermediummaterial 210 umfasst, erhitzt werden. Ein Erhitzungstemperatur kann im Bereich von ungefähr 250°C bis ungefähr 960°C liegen. Das Erhitzen der Silberpaste kann bei atmosphärischem Druck durchgeführt werden und kann in einem Zustand durchgeführt werden, wo ein Sauerstoff-(O2-)Teildruck höher als der Sauerstoffteildruck in einer Atmosphäre ist. Insbesondere kann der Sauerstoffteildruck mehr als ungefähr 0,21 und gleich oder weniger als ungefähr 1 betragen. Wenn die Silberpaste erhitzt ist, kann das Festphasen-Sintermediummaterial 200 schmelzen und in ein Flüssigphasen-Sintermediummaterial 210 umgewandelt werden. Da die Schmelztemperatur von Silber ungefähr 962°C beträgt, kann ein Pulverzustand des Silberpulvers 100 trotz Erhitzung der Silberpaste aufrechterhalten werden. Zusätzlich kann eine chemische Reaktion zwischen dem Flüssigphasen-Sintermediummaterial 210 und dem Silberpulver 100 in einem Pulverzustand auftreten. Folglich kann sich das Flüssigphasen-Sintermediummaterial 210, das die Oberfläche des Silberpulvers 100 umgibt, einander annähern und mit dem angrenzenden Flüssigphasen-Sintermediummaterial 210 in Kontakt treten, und die Flüssigphasen-Sintermediummaterialien 210, die das Silberpulver 100 umgeben, können in direktem Kontakt miteinander stehen. Zusätzlich können die Silberatome und Silberionen (Ag*) des Silberpuders 100 durch das Flüssigphasen-Sintermediummaterial 210 diffundiert werden.

In 3, wenn das Erhitzen der Silberpaste fortschreitet, kann die Diffusion der Silberatome und der Silberionen des Silberpulvers 100 aktiviert werden, um einen Verbindungsbereich 110, der die Silberpulver 100 verbinden kann, zu bilden, und somit kann das Flüssigphasen-Sintermediummaterial 210 allmählich entfernt werden.

In 4 kann das Flüssigphasen-Sintermediummaterial 210, das das Silberpulver 100 umgibt, vollständig entfernt werden, und die Silberpulver 100 in der Silberpaste können an zumindest einem oder mehreren anderen Silberpulvern über den Verbindungsbereich 110 verbunden werden. Dementsprechend kann die Silberpaste verbunden werden, und die Halbleitervorrichtungen, auf denen die Silberpaste gebildet wird, können aufgrund der Verbindung der Silberpaste verbunden werden.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Verbindungszeit durch das Durchführen des Verbindens der Silberpaste bei dem Sauerstoffteildruck, der höher als der atmosphärische Sauerstoffteildruck ist, verringert werden. Dementsprechend kann, wenn die Halbleitervorrichtungen verbunden sind, die Zeit, während der die Halbleitervorrichtungen vergleichsweise hohen Temperaturen ausgesetzt sind, verringert werden, wodurch Schäden an den Halbleitervorrichtungen minimiert werden können.

Im Stand der Technik kann das Verbinden der bestehenden Silberpaste durch Sintern durchgeführt werden, und das Sintern kann auf einer Temperatur, einer Sinterzeit und insbesondere einer Größe des Silberpulvers beruhen. Jedoch kann gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Silberpulver mit im Wesentlichen großen Partikeln verwendet werden, da das Erhitzen in einem Temperaturbereich durchgeführt werden kann, der niedriger als der Schmelzpunkt von Silber ist.

Während diese Erfindung in Verbindung mit dem, was gegenwärtig als verschiedene beispielhafte Ausführungsformen betrachtet wird, beschrieben wurde, sollte davon ausgegangen werden, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass sie im Gegenteil beabsichtigt, verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abzudecken, die im Geist und Umfang der angehängten Ansprüche mit umfasst sind.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • KR 10-2013-0167818 [0001]