DE102023201314A1

DE102023201314A1 - Method for connecting at least one component to at least one substrate

Info

Publication number: DE102023201314A1
Application number: DE102023201314.2A
Authority: DE
Inventors: Raphael Baumann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2023-02-16
Filing date: 2023-02-16
Publication date: 2024-08-22

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Verbinden von zumindest einem Bauteil (1) mit zumindest einem Substrat (2) vorgeschlagen, wobei zumindest ein Sinterwerkstoff (3) anliegend an das Bauteil (1) und das Substrat (2) zwischen dem Bauteil (1) und dem Substrat (2) angeordnet wird, wobei der Sinterwerkstoff (3) gesintert wird, um das Bauteil (1) mit dem Substrat (2) zu verbinden, wobei das Sintern des Sinterwerkstoffs (3) in einer Überdruckatmosphäre durchgeführt wird.

A method for joining at least one component (1) to at least one substrate (2) is proposed, wherein at least one sintered material (3) is arranged adjacent to the component (1) and the substrate (2) between the component (1) and the substrate (2), wherein the sintered material (3) is sintered in order to join the component (1) to the substrate (2), wherein the sintering of the sintered material (3) is carried out in an overpressure atmosphere.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden von zumindest einem Bauteil mit zumindest einem Substrat. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auch auf ein in diesem Verfahren hergestelltes System und auf eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.The invention relates to a method for connecting at least one component to at least one substrate. Furthermore, the invention also relates to a system produced using this method and to a device for carrying out the method.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren, insbesondere Sinterprozesse, zum Verbinden von Bauteilen mit Substraten bekannt. Beispielsweise kann auf druckunempfindliche Bauteile während des Sinterns ein mechanischer Druck ausgeübt werden, um eine möglichst stabile Verbindung zu erreichen. Mechanisch druckempfindliche Bauteile können jedoch nur in einem drucklosen Sinterprozess mit einem Substrat verbunden werden, um diese nicht zu beschädigen. Dies führt allerdings zu einer hohen Porosität der so gebildeten Verbindungsschicht, was eine geringe elektrische Leitfähigkeit und eine geringe mechanische Festigkeit der Verbindungsschicht zur Folge hat.Various methods, in particular sintering processes, for connecting components to substrates are known from the prior art. For example, mechanical pressure can be exerted on pressure-insensitive components during sintering in order to achieve the most stable connection possible. However, mechanically pressure-sensitive components can only be connected to a substrate in a pressureless sintering process in order to avoid damaging them. However, this leads to a high porosity of the connecting layer formed in this way, which results in low electrical conductivity and low mechanical strength of the connecting layer.

Es wird ein Verfahren zum Verbinden von zumindest einem Bauteil mit zumindest einem Substrat vorgeschlagen. Zumindest ein Sinterwerkstoff wird anliegend an das Bauteil und das Substrat zwischen dem Bauteil und dem Substrat angeordnet. Der Sinterwerkstoff wird gesintert, um das Bauteil mit dem Substrat zu verbinden. Das Sintern des Sinterwerkstoffs wird in einer Überdruckatmosphäre durchgeführt.A method for connecting at least one component to at least one substrate is proposed. At least one sintered material is arranged adjacent to the component and the substrate between the component and the substrate. The sintered material is sintered in order to connect the component to the substrate. The sintering of the sintered material is carried out in an overpressure atmosphere.

Vorzugsweise ist das Verfahren zum Verbinden von zumindest einem mechanisch druckempfindlichen Bauteil mit dem Substrat vorgesehen. Bevorzugt ist das Verfahren zum mechanischen und/oder elektrischen Verbinden von dem Bauteil mit dem Substrat vorgesehen. Bevorzugt ist das Bauteil als ein elektrisches, insbesondere elektronisches, Bauteil ausgebildet. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, speziell ausgestattet und/oder speziell ausgelegt verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt die Funktion in zumindest einem Betriebszustand ausführt.The method is preferably provided for connecting at least one mechanically pressure-sensitive component to the substrate. The method is preferably provided for mechanically and/or electrically connecting the component to the substrate. The component is preferably designed as an electrical, in particular electronic, component. The term “provided” is to be understood in particular as being specially programmed, specially equipped and/or specially designed. The fact that an object is provided for a function is to be understood in particular as meaning that the object carries out the function in at least one operating state.

Mittels des Sinterns des Sinterwerkstoffs wird insbesondere eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Bauteil und dem Substrat hergestellt. Der Sinterwerkstoff kann insbesondere auf das Bauteil und/oder das Substrat, insbesondere als eine Sinterwerkstoff-Schicht, aufgetragen werden. Insbesondere können das Bauteil und das Substrat an einer mit dem Sinterwerkstoff versehenen Seite in Kontakt miteinander gebracht werden. Insbesondere wird der Sinterwerkstoff in direktem Kontakt mit dem Bauteil und dem Substrat angeordnet. Der Sinterwerkstoff kann vor dem Sintern insbesondere in pastöser Form, in zähflüssiger Form, in elastischer Form, in Pulverform o. dgl. vorliegen.By sintering the sintered material, a material-locking connection is created between the component and the substrate. The sintered material can be applied to the component and/or the substrate, in particular as a sintered material layer. In particular, the component and the substrate can be brought into contact with one another on a side provided with the sintered material. In particular, the sintered material is arranged in direct contact with the component and the substrate. Before sintering, the sintered material can be in pasty form, in viscous form, in elastic form, in powder form or the like.

Der Sinterwerkstoff umfasst insbesondere zumindest ein Material, das gesintert werden kann. Das Material kann beispielsweise als Silber, Kupfer oder als ein anderes, einem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Material ausgebildet sein. Das Material kann insbesondere in Form von Mikro- und/oder Nanopartikeln in einem Lösungsmittel gebunden sein. Das Sintern des Sinterwerkstoffs ist insbesondere ein wärmeinduzierter Diffusionsprozess von Partikeln des sinterbaren Materials. Insbesondere wird der Sinterwerkstoff beim Sintern erhitzt, beispielsweise auf mehr als 200° C, sodass die Partikel des sinterbaren Materials sich durch Diffusionsprozesse zu einer stabilen Verbindungsschicht, die insbesondere das Bauteil und das Substrat stoffschlüssig verbindet, verbinden. Vorzugsweise gast das Lösungsmittel während des Erhitzens aus, so dass die Verbindungsschicht aus dem sinterbaren Material gebildet ist.The sintered material comprises in particular at least one material that can be sintered. The material can be formed, for example, as silver, copper or as another material that appears appropriate to a person skilled in the art. The material can be bound in a solvent in particular in the form of micro and/or nanoparticles. The sintering of the sintered material is in particular a heat-induced diffusion process of particles of the sinterable material. In particular, the sintered material is heated during sintering, for example to more than 200° C, so that the particles of the sinterable material bond through diffusion processes to form a stable bonding layer that in particular bonds the component and the substrate in a material-locking manner. The solvent preferably outgasses during heating so that the bonding layer is formed from the sinterable material.

Die Überdruckatmosphäre ist insbesondere eine Atmosphäre, die einen Luftdruck aufweist, der höher ist als ein mittlerer Luftdruck der Erdatmosphäre auf Meereshöhe, insbesondere höher als 1 bar. Die Atmosphäre kann insbesondere einen Luftdruck von zumindest 2 bar, bevorzugt von zumindest 3 bar und besonders bevorzugt von zumindest 4 bar aufweisen. Vorzugsweise kann das Sintern in einem geschlossenen Raum, beispielsweise einer Dekompressionskammer, in dem/der die Überdruckatmosphäre herrscht, durchgeführt werden. Bevorzugt befinden sich während des Sinterns das Substrat, das Bauteil und der Sinterwerkstoff in der Überdruckatmosphäre. Insbesondere ist das Sintern als ein Überdrucksintern ausgebildet. The overpressure atmosphere is in particular an atmosphere that has an air pressure that is higher than an average air pressure of the earth's atmosphere at sea level, in particular higher than 1 bar. The atmosphere can in particular have an air pressure of at least 2 bar, preferably of at least 3 bar and particularly preferably of at least 4 bar. Preferably, the sintering can be carried out in a closed space, for example a decompression chamber, in which the overpressure atmosphere prevails. Preferably, the substrate, the component and the sintered material are in the overpressure atmosphere during sintering. In particular, the sintering is designed as overpressure sintering.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens kann vorteilhaft ein Bauteil mit einem Substrat verbunden werden. Vorteilhaft können mechanisch druckempfindliche Verfahren mit Substraten gebunden werden und gleichzeitig eine geringe Porosität einer Verbindungsschicht erreicht werden. Vorteilhaft kann ein Verfahren bereitgestellt werden, dass die Herstellung einer mechanisch festen und elektrisch hoch leitfähigen Verbindung zwischen einem mechanisch druckempfindlichen Bauteil und einem Substrat ermöglicht.The design of the method according to the invention advantageously allows a component to be connected to a substrate. Advantageously, mechanically pressure-sensitive processes can be bonded to substrates and at the same time a low porosity of a connecting layer can be achieved. Advantageously, a method can be provided that enables the production of a mechanically strong and electrically highly conductive connection between a mechanically pressure-sensitive component and a substrate.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass durch die Überdruckatmosphäre ein gleichmäßiger Luftdruck richtungsunabhängig auf das Bauteil, das Substrat und den Sinterwerkstoff einwirkt. Insbesondere herrscht in einem Raum, in dem sich das Bauteil, das Substrat und der Sinterwerkstoff während des Sinterns befinden, überall der gleiche Luftdruck, insbesondere Überdruck. Insbesondere wirkt der Luftdruck aus allen Richtungen gleich auf das Bauteil, das Substrat und den Sinterwerkstoff. Insbesondere wirkt der Luftdruck, anders als beispielsweise bei einem mechanischen Drucksintern, nicht nur senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Substrats auf das Bauteil. Unter einer „Haupterstreckungsebene“ eines Objekts soll insbesondere eine Ebene verstanden werden, welche parallel zu einer größten Seitenfläche eines kleinsten gedachten Quaders ist, welcher das Objekt gerade noch vollständig umschließt, und insbesondere durch den Mittelpunkt des Quaders verläuft. Vorteilhaft kann eine hohe Belastbarkeit des Bauteils, des Substrats und der Verbindungsschicht erreicht werden. Vorteilhaft kann das Verfahren unabhängig von einer Bauteilgeometrie und Toleranzen durchgeführt werden. Vorteilhaft kann eine gleichmäßige Belastung des Bauteils, des Substrats und des Sinterwerkstoffs ermöglicht werden.Furthermore, it is proposed that the overpressure atmosphere exerts a uniform air pressure on the component, the substrate and the sintered material regardless of direction. In particular, in a room in which the component, the substrate and the sintered material are located during sintering, the same air pressure, in particular overpressure, prevails everywhere. In particular, the Air pressure from all directions acts equally on the component, the substrate and the sintered material. In particular, unlike in mechanical pressure sintering, for example, the air pressure does not only act on the component perpendicular to a main extension plane of the substrate. A "main extension plane" of an object is to be understood in particular as a plane which is parallel to a largest side surface of a smallest imaginary cuboid which just completely encloses the object and in particular runs through the center of the cuboid. A high load-bearing capacity of the component, the substrate and the connecting layer can advantageously be achieved. The process can advantageously be carried out independently of component geometry and tolerances. A uniform load on the component, the substrate and the sintered material can advantageously be made possible.

Ferner wird vorgeschlagen, dass das Sintern frei von einem mechanischen Druck auf das Bauteil durchgeführt wird. Insbesondere wird bei einem Sintern mit mechanischem Druck ein Werkzeug, eine Form o. dgl. mit dem Bauteil in Kontakt gebracht und das Bauteil mechanisch an das Substrat gepresst. Vorzugsweise wird das Sintern unter Ausübung eines Luftdrucks auf das Bauteil durchgeführt. Vorteilhaft kann das Verfahren für mechanisch druckempfindliche Bauteile angewandt werden. It is further proposed that the sintering be carried out without mechanical pressure on the component. In particular, when sintering with mechanical pressure, a tool, a mold or the like is brought into contact with the component and the component is mechanically pressed onto the substrate. Preferably, the sintering is carried out by applying air pressure to the component. The method can advantageously be used for mechanically pressure-sensitive components.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass durch das Sintern des Sinterwerkstoffs in der Überdruckatmosphäre eine Verbindungsschicht zwischen dem Bauteil und dem Substrat gebildet wird, die eine geringere Porosität aufweist als eine durch druckloses Sintern gebildete Verbindungsschicht. Insbesondere bilden sich beim Sintern Poren in der Verbindungsschicht. Insbesondere kann durch die Poren zumindest ein Gas, beispielsweise ein Lösungsmittel-Gas, aus der Verbindungsschicht entweichen. Durch den in der Überdruckatmosphäre auf die Verbindungsschicht wirkenden Luftdruck wird/werden die Verbindungsschicht verdichtet, insbesondere die Poren komprimiert. Vorzugsweise weist die in der Überdruckatmosphäre gebildete Verbindungsschicht kleinere und/oder wenigere Poren auf als eine durch druckloses Sintern gebildet Verbindungsschicht. Insbesondere sind physikalische Eigenschaften, wie beispielsweise mechanische Stabilität und elektrische Leitfähigkeit, der Verbindungsschicht desto besser je geringer die Porosität der Verbindungsschicht ist. Vorteilhaft kann eine Verbindungsschicht hergestellt werden, die eine Anbindung von elektrisch und/oder thermisch hochbelasteten Bauteilen ermöglicht. Vorteilhaft kann eine hohe, insbesondere elektrische, Leistungsdichte des Bauteils ermöglicht werden.It is further proposed that by sintering the sintered material in the overpressure atmosphere, a connecting layer is formed between the component and the substrate, which has a lower porosity than a connecting layer formed by pressureless sintering. In particular, pores form in the connecting layer during sintering. In particular, at least one gas, for example a solvent gas, can escape from the connecting layer through the pores. The air pressure acting on the connecting layer in the overpressure atmosphere compacts the connecting layer, in particular compresses the pores. Preferably, the connecting layer formed in the overpressure atmosphere has smaller and/or fewer pores than a connecting layer formed by pressureless sintering. In particular, the physical properties of the connecting layer, such as mechanical stability and electrical conductivity, are better the lower the porosity of the connecting layer. Advantageously, a connecting layer can be produced that enables the connection of components subject to high electrical and/or thermal stress. Advantageously, a high, in particular electrical, power density of the component can be enabled.

Zudem wird vorgeschlagen, dass das Bauteil als ein Chip ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das Bauteil als ein Mikrochip ausgebildet. Das Bauteil kann insbesondere als ein Galliumnitrid (GaN)-Chip, als ein Silizium-Chip oder als ein anderer, einem Fachmann als sinnvoll erscheinender Chip ausgebildet sein. Der Chip kann insbesondere ein Mikroprozessor, ein Sensor, ein integrierter Schaltkreis o. dgl. sein. Vorzugsweise ist der Chip über die Verbindungsschicht mechanisch und elektrisch mit dem Substrat verbunden. Vorteilhaft kann ein Verfahren bereitgestellt werden, das eine Anbindung von Chips an ein Substrat ermöglicht.It is also proposed that the component is designed as a chip. Preferably, the component is designed as a microchip. The component can be designed in particular as a gallium nitride (GaN) chip, as a silicon chip or as another chip that appears appropriate to a person skilled in the art. The chip can in particular be a microprocessor, a sensor, an integrated circuit or the like. Preferably, the chip is mechanically and electrically connected to the substrate via the connecting layer. Advantageously, a method can be provided that enables chips to be connected to a substrate.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Substrat als eine Leiterplatte oder als ein DCB-Substrat ausgebildet ist. Ein DCB (Direct Copper Bond)-Substrat ist insbesondere eine Struktur, die eine enge elektrische und thermische Verbindung von elektronischen Bauteilen und Chips über Kupfer ermöglicht. Das DCB-Substrat kann beispielsweise eine Keramikplatte mit einer Kupferschicht umfassen. Insbesondere können aus und/oder auf der Kupferschicht Leiterbahn-Strukturen und Kontaktflächen hergestellt werden. Insbesondere kann das Bauteil auf einer Kontaktfläche mit dem DCB-Substrat verbunden werden. Vorteilhaft kann ein Verfahren bereitgestellt werden, das ein Überdrucksintern von Bauteilen an Leiterplatten oder DCB-Substraten ermöglicht.It is further proposed that the substrate is designed as a circuit board or as a DCB substrate. A DCB (Direct Copper Bond) substrate is in particular a structure that enables a close electrical and thermal connection of electronic components and chips via copper. The DCB substrate can, for example, comprise a ceramic plate with a copper layer. In particular, conductor track structures and contact surfaces can be produced from and/or on the copper layer. In particular, the component can be connected to the DCB substrate on a contact surface. A method can advantageously be provided that enables overpressure sintering of components on circuit boards or DCB substrates.

Ferner wird vorgeschlagen, dass der Sinterwerkstoff zumindest ein elektrisch leitfähiges Material umfasst, um eine elektrische Kontaktierung des Bauteils an das Substrat zu bilden. Das elektrisch leitfähige Material kann insbesondere ein Metall, vorzugsweise Silber oder Kupfer, sein. Insbesondere ist die beim Sintern aus dem Sinterwerkstoff gebildete Verbindungsschicht elektrisch leitfähig. Vorteilhaft kann eine elektrische Verbindung zwischen dem Bauteil und dem Substrat ermöglicht werden.It is further proposed that the sintered material comprises at least one electrically conductive material in order to form an electrical contact between the component and the substrate. The electrically conductive material can in particular be a metal, preferably silver or copper. In particular, the connecting layer formed from the sintered material during sintering is electrically conductive. An electrical connection between the component and the substrate can advantageously be made possible.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Sinterwerkstoff Silber umfasst. Insbesondere kann der Sinterwerkstoff als eine Silberpaste ausgebildet sein. Vorzugsweise kann der Sinterwerkstoff ein Lösungsmittel und darin gebundene Silberpartikel, insbesondere Silber-Mikro- und/oder -Nano-Partikel, umfassen. Vorteilhaft kann ein besonders effizientes Sintern und eine besonders hohe elektrische Leitfähigkeit der Verbindungsschicht ermöglicht werden.It is further proposed that the sintered material comprises silver. In particular, the sintered material can be designed as a silver paste. The sintered material can preferably comprise a solvent and silver particles bound therein, in particular silver micro- and/or nano-particles. Particularly efficient sintering and a particularly high electrical conductivity of the connecting layer can advantageously be made possible.

Zudem wird ein System vorgeschlagen. Das System ist hergestellt in einem erfindungsgemäßen Verfahren. Das System umfasst zumindest ein Substrat. Das System umfasst zumindest ein mit dem Substrat verbundenes Bauteil. Das Bauteil ist mittels der Verbindungsschicht mit dem Substrat verbunden. Das System kann insbesondere eine Mehrzahl von Substraten und/oder Bauteilen umfassen. Beispielsweise kann eine Mehrzahl von Bauteilen mit dem Substrat verbunden sein. Das System kann insbesondere zu einem Einsatz in einem Fahrzeugbereich vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein Fahrzeug, insbesondere ein elektronisches Steuergerät des Fahrzeugs, das System umfassen. Alternativ oder zusätzlich ist vorstellbar, dass das System zu einem Einsatz in einem Industriebereich, beispielsweise einer Maschine, in einem Elektronikbereich, beispielsweise in einem PC, in einem Unterhaltungselektronikbereich, beispielsweise in einer Spielekonsole, o. dgl. vorgesehen ist. Vorteilhaft kann ein System mit einer mechanisch festen und elektrisch hoch leitfähigen Verbindung zwischen einem mechanisch druckempfindlichen Bauteil und einem Substrat bereitgestellt werden.In addition, a system is proposed. The system is produced using a method according to the invention. The system comprises at least one substrate. The system comprises at least one component connected to the substrate. The component is connected to the substrate by means of the connecting layer. The system can in particular comprise a plurality of substrates and/or components. In For example, a plurality of components can be connected to the substrate. The system can be provided in particular for use in a vehicle area. For example, a vehicle, in particular an electronic control unit of the vehicle, can comprise the system. Alternatively or additionally, it is conceivable that the system is provided for use in an industrial area, for example a machine, in an electronics area, for example in a PC, in an entertainment electronics area, for example in a game console, or the like. A system with a mechanically strong and electrically highly conductive connection between a mechanically pressure-sensitive component and a substrate can advantageously be provided.

Des Weiteren wird eine Vorrichtung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen. Die Vorrichtung ist dazu vorgesehen, zumindest während eines Sinterns eine Überdruckatmosphäre zu erzeugen. Die Vorrichtung kann insbesondere zumindest teilweise als eine Dekompressionskammer ausgebildet sein. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung zumindest ein druckfestes Gehäuse zur Aufnahme des Substrats, des Bauteils und des Sinterwerkstoffs. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung zumindest eine Pumpe o. dgl., um die Überdruckatmosphäre in dem Gehäuse herzustellen. Insbesondere kann die Vorrichtung zumindest eine Heizeinheit umfassen, um den Sinterwerkstoff zum Sintern zu erhitzen. Vorteilhaft kann eine Vorrichtung bereitgestellt werden, die ein Überdrucksintern ermöglicht.Furthermore, a device for carrying out a method according to the invention is proposed. The device is intended to generate an overpressure atmosphere at least during sintering. The device can in particular be designed at least partially as a decompression chamber. The device preferably comprises at least one pressure-resistant housing for accommodating the substrate, the component and the sintered material. The device preferably comprises at least one pump or the like in order to generate the overpressure atmosphere in the housing. In particular, the device can comprise at least one heating unit in order to heat the sintered material for sintering. A device can advantageously be provided which enables overpressure sintering.

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel in den folgenden Figuren verdeutlicht. Es zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung und ein erfindungsgemäßes System in einer schematischen Darstellung,
2 einen Teil einer Verbindungsschicht des erfindungsgemäßen Systems aus 1 in einer schematischen Darstellung und
3 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer schematischen Darstellung.

The invention is illustrated by an embodiment in the following figures. They show:

1 a device according to the invention and a system according to the invention in a schematic representation,
2 a part of a connecting layer of the system according to the invention 1 in a schematic representation and
3 a flow chart of a method according to the invention in a schematic representation.

1 zeigt eine Vorrichtung 7 und ein System 6 in einer schematischen Darstellung. Zumindest die Vorrichtung 7 in einer Schnittansicht dargestellt. Die Vorrichtung 7 ist zur Durchführung eines in 3 gezeigten Verfahrens vorgesehen. Die Vorrichtung 7 umfasst zumindest ein druckfestes Gehäuse 8. Das System 6 ist in dem Gehäuse 8 aufgenommen. Das System 6 ist in dem in 3 gezeigten Verfahren herstellbar. In 1 ist das System 6 während der Herstellung gezeigt. Das System 6 umfasst zumindest ein Substrat 2. Das System 6 umfasst zumindest ein mit dem Substrat 2 verbundenes Bauteil 1. Das Bauteil 1 ist mittels einer Verbindungsschicht 4 mit dem Substrat 2 verbunden. 1 shows a device 7 and a system 6 in a schematic representation. At least the device 7 is shown in a sectional view. The device 7 is designed to carry out a 3 The device 7 comprises at least one pressure-resistant housing 8. The system 6 is accommodated in the housing 8. The system 6 is in the 3 shown processes. In 1 the system 6 is shown during production. The system 6 comprises at least one substrate 2. The system 6 comprises at least one component 1 connected to the substrate 2. The component 1 is connected to the substrate 2 by means of a connecting layer 4.

Die Verbindungsschicht 4 wird durch ein Sintern eines Sinterwerkstoffs 3 gebildet. Das Sintern des Sinterwerkstoffs 3 wird in einer Überdruckatmosphäre durchgeführt. Die Vorrichtung 7 ist dazu vorgesehen, zumindest während des Sinterns die Überdruckatmosphäre zu erzeugen.The connecting layer 4 is formed by sintering a sintered material 3. The sintering of the sintered material 3 is carried out in an overpressure atmosphere. The device 7 is provided to generate the overpressure atmosphere at least during the sintering.

Durch die Überdruckatmosphäre wirkt ein gleichmäßiger Luftdruck richtungsunabhängig auf das Bauteil 1, das Substrat 2 und den Sinterwerkstoff 3 ein. Innerhalb des Gehäuses 8, in dem sich das Bauteil 1, das Substrat 2 und der Sinterwerkstoff 3 während des Sinterns befinden, herrscht überall der gleiche Luftdruck, insbesondere Überdruck. Der Luftdruck wirkt aus allen Richtungen gleich auf das Bauteil 1, das Substrat 2 und den Sinterwerkstoff 3. Wirkrichtungen des Luftdrucks sind in 1 schematisch durch Pfeile 9 angedeutet. Das Sintern wird frei von einem mechanischen Druck auf das Bauteil 1 durchgeführt. Das Sintern wird unter Ausübung eines Luftdrucks auf das Bauteil 1 durchgeführt.Due to the overpressure atmosphere, a uniform air pressure acts on the component 1, the substrate 2 and the sintered material 3 regardless of direction. Inside the housing 8, in which the component 1, the substrate 2 and the sintered material 3 are located during sintering, the same air pressure, in particular overpressure, prevails everywhere. The air pressure acts equally on the component 1, the substrate 2 and the sintered material 3 from all directions. The directions of action of the air pressure are in 1 indicated schematically by arrows 9. Sintering is carried out without mechanical pressure on component 1. Sintering is carried out by exerting air pressure on component 1.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Bauteil 1 beispielhaft als ein Chip, insbesondere als ein Mikrochip, ausgebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Substrat 2 beispielhaft als eine Leiterplatte ausgebildet. Alternativ ist vorstellbar, dass das Substrat als ein DCB-Substrat ausgebildet ist.In the present embodiment, the component 1 is designed as a chip, in particular as a microchip. In the present embodiment, the substrate 2 is designed as a circuit board. Alternatively, it is conceivable that the substrate is designed as a DCB substrate.

Der Sinterwerkstoff 3 umfasst zumindest ein elektrisch leitfähiges Material, um eine elektrische Kontaktierung des Bauteils 1 an das Substrat 2 zu bilden. Die beim Sintern aus dem Sinterwerkstoff 3 gebildete Verbindungsschicht 4 ist elektrisch leitfähig. Der Sinterwerkstoff 3 umfasst Silber. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Sinterwerkstoff 3 beispielhaft als eine Silberpaste ausgebildet. Der Sinterwerkstoff 3 umfasst ein Lösungsmittel und darin gebundene Silberpartikel, insbesondere Silber-Mikro- und/oder -Nano-Partikel.The sintered material 3 comprises at least one electrically conductive material in order to form an electrical contact between the component 1 and the substrate 2. The connecting layer 4 formed from the sintered material 3 during sintering is electrically conductive. The sintered material 3 comprises silver. In the present exemplary embodiment, the sintered material 3 is designed as a silver paste. The sintered material 3 comprises a solvent and silver particles bound therein, in particular silver micro- and/or nano-particles.

2 zeigt einen Teil einer Verbindungsschicht 4 des Systems 6 aus 1 in einer schematischen Darstellung (rechts). Weiterhin ist in 2 ein Teil einer weiteren, durch druckloses Sintern gebildeten Verbindungsschicht 5 dargestellt (links). Durch das Sintern des Sinterwerkstoffs 3 in der Überdruckatmosphäre wird die Verbindungsschicht 4 zwischen dem Bauteil 1 und dem Substrat 2 gebildet, die eine geringere Porosität aufweist als die durch druckloses Sintern gebildete Verbindungsschicht 5. 2 shows a part of a connection layer 4 of the system 6 from 1 in a schematic representation (right). Furthermore, in 2 a part of a further connecting layer 5 formed by pressureless sintering is shown (left). By sintering the sintered material 3 in the overpressure atmosphere, the connecting layer 4 is formed between the component 1 and the substrate 2, which has a lower porosity than the connecting layer 5 formed by pressureless sintering.

Beim Sintern bilden sich Poren 10, 11 in der Verbindungsschicht 4, 5. Durch die Poren 10, 11 kann zumindest ein Gas, beispielsweise ein Lösungsmittel-Gas, aus der Verbindungsschicht 4, 5 entweichen. Durch den in der Überdruckatmosphäre auf die Verbindungsschicht 4 wirkenden Luftdruck wird/werden die Verbindungsschicht 4 verdichtet, insbesondere die Poren 10 komprimiert. Die Poren 10 der in der Überdruckatmosphäre gebildeten Verbindungsschicht 10 sind kleiner und/oder weniger als die Poren 11 der durch druckloses Sintern gebildeten Verbindungsschicht 5. Physikalische Eigenschaften, wie beispielsweise mechanische Stabilität und elektrische Leitfähigkeit, der Verbindungsschicht 4, 5 sind desto besser je geringer die Porosität der Verbindungsschicht 4, 5 ist.During sintering, pores 10, 11 form in the connecting layer 4, 5. Through the pores 10, 11 at least one gas, for example a solvent gas, can escape from the connecting layer 4, 5. The air pressure acting on the connecting layer 4 in the overpressure atmosphere compacts the connecting layer 4, in particular compresses the pores 10. The pores 10 of the connecting layer 10 formed in the overpressure atmosphere are smaller and/or fewer than the pores 11 of the connecting layer 5 formed by pressureless sintering. The physical properties, such as mechanical stability and electrical conductivity, of the connecting layer 4, 5 are better the lower the porosity of the connecting layer 4, 5.

3 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Verbinden des Bauteils 1 mit dem Substrat 2 in einer schematischen Darstellung. In einem ersten Verfahrensschritt 12 wird der Sinterwerkstoff 3 anliegend an das Bauteil 1 und das Substrat 2 zwischen dem Bauteil 1 und dem Substrat 2 angeordnet. Der Sinterwerkstoff 3 kann auf das Bauteil 1 und/oder das Substrat 2, insbesondere als eine Sinterwerkstoff-Schicht, aufgetragen werden. In einem zweiten Verfahrensschritt 13 wird der Sinterwerkstoff 3 gesintert, um das Bauteil 1 mit dem Substrat 2 zu verbinden. Das Sintern des Sinterwerkstoffs 3 wird in der Überdruckatmosphäre durchgeführt. Durch das Sintern des Sinterwerkstoffs 4 wird die Verbindungsschicht 4 zwischen dem Bauteil 1 und dem Substrat 2 gebildet. Mittels des Sinterns des Sinterwerkstoffs 3 wird eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Bauteil 1 und dem Substrat 2 hergestellt. 3 shows a flow chart of the method for connecting the component 1 to the substrate 2 in a schematic representation. In a first method step 12, the sintered material 3 is arranged adjacent to the component 1 and the substrate 2 between the component 1 and the substrate 2. The sintered material 3 can be applied to the component 1 and/or the substrate 2, in particular as a sintered material layer. In a second method step 13, the sintered material 3 is sintered in order to connect the component 1 to the substrate 2. The sintering of the sintered material 3 is carried out in the overpressure atmosphere. The sintering of the sintered material 4 forms the connecting layer 4 between the component 1 and the substrate 2. By sintering the sintered material 3, a material-to-material connection is produced between the component 1 and the substrate 2.

BezugszeichenReference symbols

11: BauteilComponent
22: SubstratSubstrat
33: SinterwerkstoffSintered material
44: VerbindungsschichtConnection layer
55: VerbindungsschichtConnection layer
66: Systemsystem
77: Vorrichtungdevice
88: GehäuseHousing
99: PfeilArrow
1010: Porepore
1111: Porepore
1212: VerfahrensschrittProcess step
1313: VerfahrensschrittProcess step

Claims

Method for joining at least one component (1) to at least one substrate (2), wherein at least one sintered material (3) is arranged adjacent to the component (1) and the substrate (2) between the component (1) and the substrate (2), wherein the sintered material (3) is sintered in order to join the component (1) to the substrate (2), wherein the sintering of the sintered material (3) is carried out in an overpressure atmosphere.

Procedure according to Claim 1 , whereby the overpressure atmosphere exerts a uniform air pressure independent of direction on the component (1), the substrate (2) and the sintered material (3).

Procedure according to Claim 1 or 2 , wherein the sintering is carried out free of mechanical pressure on the component (1).

Method according to one of the preceding claims, wherein the sintering of the sintered material (3) in the overpressure atmosphere forms a connecting layer (4) between the component (1) and the substrate (2) which has a lower porosity than a connecting layer (5) formed by pressureless sintering.

Method according to one of the preceding claims, wherein the component (1) is designed as a chip.

Method according to one of the preceding claims, wherein the substrate (2) is designed as a printed circuit board or as a DCB substrate.

Method according to one of the preceding claims, wherein the sintered material (3) comprises at least one electrically conductive material in order to form an electrical contact between the component (1) and the substrate (2).

Method according to one of the preceding claims, wherein the sintered material (3) comprises silver.

System manufactured in a method according to one of the preceding claims, comprising at least one substrate (2) and at least one component (1) connected to the substrate (2).

Device for carrying out a method according to one of the Claims 1 until 8 which is intended to create an overpressure atmosphere at least during sintering.