WO2008006340A1 - Method for heat- and impact-resistant connection of a semiconductor by means of pressure sintering - Google Patents
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- WO2008006340A1 WO2008006340A1 PCT/DE2007/001174 DE2007001174W WO2008006340A1 WO 2008006340 A1 WO2008006340 A1 WO 2008006340A1 DE 2007001174 W DE2007001174 W DE 2007001174W WO 2008006340 A1 WO2008006340 A1 WO 2008006340A1
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Definitions
- the invention relates to a method for heat and impact resistant connection of a semiconductor by pressure sintering according to the preamble of the main claim.
- the increasingly high operating temperatures to which semiconductors are subjected in particular the operating temperatures which power semiconductors such as diodes, IGBTs or MOSFETs with a very high power loss, but also semiconductors and semiconductor sensors operating in very hot environments (eg an engine compartment of a motor vehicle) are calling for improved connection techniques.
- connection in particular of the power semiconductor itself, is the low-temperature connection technique (NTV), as used e.g. in DE 34 14 065 C2 or EP 0 242 626 Bl.
- NTV low-temperature connection technique
- Another disadvantage is the additional cost of the film and the additional process steps ("stamping" the metal powder layer of the carrier film), and the metal powder residues on the carrier film, which can not be used.
- the object of the invention has been found to eliminate the disadvantages of the individual methods represented in the prior art, in particular in the subsequent processing of a semiconductor wafer.
- the application of the metal powder suspension consisting essentially of a metal powder and a solvent, to the wafer back can be applied by various methods, such as screen / stencil printing, spraying or spin coating known in the semiconductor field.
- various methods such as screen / stencil printing, spraying or spin coating known in the semiconductor field.
- only small parts on the edge of the wafer
- metal powder suspension since the remainder of the wafer rear side simultaneously represents the connection of the individual semiconductors to be contacted. Therefore, a cost advantage over the method with the full-surface covered carrier film arises.
- the drying of the now bare surface of the metal powder suspension is effected by heating and flashing off, preferably between 100 ° C and 150 0 C. Subsequently, the wafer with the dried metal powder suspension is pre-compressed to a pressure of only 5 MPa - 10 MPa and a temperature of 120 ° C - 180 ° C. A sintering of the metal powder layer does not take place yet. Due to the precompression, however, the metal powder layer previously applied as a suspension adheres so well to the wafer that the metal powder layer does not dissolve again in the following process steps, even as described in the following, "sawable", but still fully sinterable during pressure sintering.
- the wafers Only after pre-compacting can the wafers be separated according to the usual methods known in semiconductor manufacturing by laminating the wafer with the back side onto a sawing foil, and separating the individual chips by a cut-off.
- UV-curable sawing foils can be particularly advantageous with thin waveguides.
- the coated grinding ("sawing") of the coated wafer is not possible in the previously existing methods since the metal powder layer would be detached from the wafer when the semiconductors were separated, and only the special method of precompression described here permits such a treatment.
- the metal powder layer is additionally protected by the sawing foil until it is processed.
- the placement of the components can also be carried out inexpensively without additional devices on standard "pick and place” machines, since the semiconductor brings with it the metal powder view on the rear side required for the printing sintering process, so it is not an additional process of "stamping" one Connection layer required.
- the actual pressure sintering process takes place above 220 ° C. and with more than 30 MPa within a few seconds.
- Fig. 3 the lifting of the sawing film.
- the compaction shown in FIG. 1 takes place at a temperature which is the same or slightly higher (30-70 ° C.) than the drying temperature.
- the electronic assembly to be formed, for example, a power module with a solid electrically and thermally well-conducting sintered compound of a semiconductor device on a connection partner, e.g. A substrate, further semiconductor or circuit carrier, is achieved by the sintering compound is carried out by pressure sintering as usual, but a sintered layer is previously generated as dried, at least on the wafer back side before the separation of the semiconductor devices and pre-compressed metal powder suspension 10, through the Pre-compaction step for sawing when singulating is mechanically immobilized.
- the wafer 14 is preferably provided with a metallization 12 below the metal powder.
- the chip Before the actual sintering of the dried suspension layer, the chip is usually singulated from a wafer for the connection process by sawing in the respective dimensions of the relevant semiconductor chip.
- wafer-on-wafer applications are also conceivable in which, for example, sensors are used as stacked components in special products.
- a tradable intermediate product has been created by the method according to the invention, which is characterized by the precompressed layer. Therefore, the use of such an intermediate product for a Drucksin- wrestle can be addressed.
- the pre-compression leads on a microscopic level to a rounding of the grain boundaries, so it can be considered as the start phase of a sintering process, which leads to the diffusion of the metal atoms, so that grain boundaries are largely eliminated.
- FIG. 2 shows the wafer after sawing with the sawing foil 24 still connecting the singulated semiconductors 22, the sawing frame 20 being shown at the edge, and FIG. 3 schematically showing the lifting off of the sawing foil 24.
- the semiconductor prepared by the pre-compression according to the invention for a subsequent pressure sintering process is characterized in that prior to singulating a semiconductor wafer into individual building blocks, at least the areas of the individual sintered-to-be-connected individual semiconductor building blocks, a metal powder suspension was applied pasty, and the The suspension layer was dried with degassing of the volatile constituents and with the formation of a porous layer, after which the porous layer was precompacted with application of pressure and temperature for a wafer saw, and if this is not already done by the buyers of the intermediate product, the Semiconductor devices are separated with appropriately sized sintered material layers on top of them, the semiconductors are aligned on the connection pad, and finally the final sintering to form a solid connection by diffusion / introduction of sintered material To create atoms in the respective connection partners.
- the precompacting step leads, under pressure and at temperatures below the sintering temperature, to a compressed, dried, firmly adhering layer, in particular on the rear side of the semiconductor.
- a metal powder suspension and pre-compression with pressure and at temperature below the sintering temperature may also be the application of a metal powder suspension and pre-compression with pressure and at temperature below the sintering temperature to a compressed, dried layer on the front and back of a semiconductor for mounting contact terminals and / or heat sinks on the second side.
- the suspension is gray and insoluble in water, has a low flash point, so that when drying a sudden increase in temperature is to be avoided.
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- Die Bonding (AREA)
Abstract
Description
Danfoss Silicon Power GmbH D 5148 Danfoss Silicon Power GmbH D 5148
Verfahren zur hitze- und stoßfesten Verbindung eines Halbleiters durch DrucksinterungProcess for the heat and impact-resistant connection of a semiconductor by pressure sintering
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur hitze- und stoßfesten Verbindung eines Halbleiters durch Drucksinterung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a method for heat and impact resistant connection of a semiconductor by pressure sintering according to the preamble of the main claim.
Stand der TechnikState of the art
Die zunehmend steigenden Betriebstemperaturen denen Halbleiter ausgesetzt werden, insbesondere die Betriebstemperaturen, denen Leistungshalbleiter wie Dioden, IGBTs oder MOSFETs mit einer sehr hohen Verlustleistungen, aber auch Halbleiter und Halbleiter-Sensoren, die in sehr heißen Umgebungen (z.B. einem Motorraum ei- nes Kfz) betrieben werden, fordern verbesserte Verbindungstechniken.The increasingly high operating temperatures to which semiconductors are subjected, in particular the operating temperatures which power semiconductors such as diodes, IGBTs or MOSFETs with a very high power loss, but also semiconductors and semiconductor sensors operating in very hot environments (eg an engine compartment of a motor vehicle) are calling for improved connection techniques.
Eine Möglichkeit der Verbindung insbesondere des Leistungshalbleiters selbst ist die Nieder-Temperatur-Verbindungstechnik (NTV), wie sie z.B. in DE 34 14 065 C2 oder EP 0 242 626 Bl beschrieben wird.One possibility of the connection, in particular of the power semiconductor itself, is the low-temperature connection technique (NTV), as used e.g. in DE 34 14 065 C2 or EP 0 242 626 Bl.
In der erstgenannten DE 3414065 C2 wird ein NTV- Verfahren vorgestellt wird, das folgende Verfahrensschritte aufweist:In the first-mentioned DE 3414065 C2 an NTV method is presented which has the following method steps:
Aufbringen einer Metallpulversuspension auf die zu verbindende Kontaktfläche des Bauelements oder das Substrat,Applying a metal powder suspension to the contact surface of the device to be connected or the substrate,
Aufbringen des Bauelements auf das Substrat, wobei die Metallpulversuspension zwischen den Bauelement und dem Substrat liegt, Trocknen der Schicht, - Drucksintern des Verbundes aus Bauelement und Substrat. Nachteil an diesem Verfahren ist, dass der Trocknungsvorgang nach dem Aufbringen des Bauelements durchgeführt wird. Da hier ein schnelles Ausgasen über große Oberflächen schlecht möglich ist (es bleibt nur die dünne Berandungsfläche zur -Trocknung nachdem das Bauelement auf die Oberfläche der Metallpulversuspension platziert wurde), ist das Verfahren durch sehr lange Prozesszeiten gekennzeichnet.Applying the component to the substrate, wherein the metal powder suspension is between the component and the substrate, drying the layer, - pressure sintering of the composite of the component and the substrate. Disadvantage of this method is that the drying process is carried out after the application of the device. Since a rapid outgassing over large surfaces is poorly possible here (only the thin boundary surface for drying remains after the component has been placed on the surface of the metal powder suspension), the process is characterized by very long process times.
Zusätzlich besteht das Prozessrisiko der ungenügenden Verflüchtigung der lösungs- mittel aus der Mitte der Verbindungsschicht, was zu Folge haben kann, dass sich Poren und/oder schlechte thermische und mechanische Anbindung ergeben.In addition, there is the process risk of insufficient volatilization of the solvent from the middle of the tie layer, which may result in pores and / or poor thermal and mechanical bonding.
In EP 0242626 Bl wird ein Verfahren vorgestellt, welches folgende Verfahrensschritte aufweist:In EP 0242626 Bl a method is presented which has the following method steps:
Aufbringen einer Metallpulversuspension auf die zu verbindende Kontaktfläche des Bauelements oder Substrat,Applying a metal powder suspension to the contact surface of the device or substrate to be connected,
Trocknen der Schicht,Drying the layer,
Aufbringen des Bauelements auf das Substrat, wobei die Metallpulversuspension zwischen den Bauelement und dem Substrat liegt, und Drucksintern des Verbundes aus Bauelement und SubstratApplying the component to the substrate, wherein the metal powder suspension is located between the component and the substrate, and pressure sintering of the composite of the component and the substrate
Die Hauptnachteile aus DE 3414065 C2 werden hier vermindert, jedoch handelt es sich auch in diesem Fall um einen rein seriellen Prozess, der eine ökonomische Fertigung ausschließt. Zudem ist die Metallpulverschicht nach dem Trocknen sehr leicht abzulösen, so dass ein erhebliches Risiko einer Beschädigung der Metallpulver- schicht bei der weiteren Verarbeitung des Bauelements oder Substrates bestehtThe main disadvantages of DE 3414065 C2 are reduced here, but also in this case it is a purely serial process which precludes economic production. In addition, the metal powder layer is very easy to remove after drying, so that there is a considerable risk of damage to the metal powder layer in the further processing of the component or substrate
(Transport, Bestücken, Vakuumgreifen, Abriebfestigkeit), welches zum späteren Ausfall der gesamten Baugruppe fuhren kann.(Transport, equipping, vacuum gripping, abrasion resistance), which can lead to the later failure of the entire assembly.
Eine Möglichkeit diese Nachteile zu verhindern wird in EP 1 599 078 A2 dargestellt. Dieses Verfahren zeichnet sich durch folgende Prozessschritte aus:One way to prevent these disadvantages is shown in EP 1 599 078 A2. This process is characterized by the following process steps:
Aufbringen einer Metallpulversuspension eine Trägerfolie, Trocknen der Schicht, Druckbeaufschlagung mindestens eines Bauelements auf die getrocknete Schicht, wodurch die Haftkraft der Metallpulverschicht am Bauelement stärker ist als zur Trägerfolie,Applying a metal powder suspension a carrier film, drying the layer, Pressurizing at least one component onto the dried layer, whereby the adhesion of the metal powder layer to the component is stronger than to the carrier film,
Aufbringen des Bauelements auf das Substrat, wobei die Metallpulversuspension zwischen den Bauelement und dem Substrat liegt, undApplying the device to the substrate, wherein the metal powder suspension is between the device and the substrate, and
Drucksintern des Verbundes aus Bauelement und Substrat.Pressure sintering of the composite of component and substrate.
Dieses Verfahren ermöglicht eine teilweise parallele Verarbeitung und somit geringere Prozesszeiten als in den oben genannten Patenten. Jedoch ist auch hier, ein er- hebliches Prozessrisiko beim Umgang mit der Metallpulverschicht auf der Trägerfolie und den Bauelementen gegeben, da diese ebenfalls mechanisch sehr empfindlich ist (Haftfestigkeit auf der Folie, Delamination / Rissbildung bei Biegung und Transport der Folie).This method allows partially parallel processing and thus lower process times than in the above-mentioned patents. However, here as well, there is a considerable process risk when handling the metal powder layer on the carrier film and the components, since this is also very sensitive mechanically (adhesion to the film, delamination / cracking during bending and transport of the film).
Weiter ist die US 5,169,804 zu nennen, die das bisher praktizierte Sintern einerFurther, the US 5,169,804 may be mentioned, the hitherto practiced sintering a
Schicht mit hoher Temperatur über bis zu 20 Minuten beschreibt, bevor die Schicht von einer Klebefolie getrennt wird.Layer at high temperature for up to 20 minutes before the layer is separated from an adhesive film.
Nachteilig sind zudem die zusätzlichen Kosten für die Folie und die zusätzlichen Prozessschritte („Abstempeln" der Metallpulverschicht von der Trägerfolie), sowie die Metallpulverrückstände auf der Trägerfolie, die nicht weiter verwendet werden können.Another disadvantage is the additional cost of the film and the additional process steps ("stamping" the metal powder layer of the carrier film), and the metal powder residues on the carrier film, which can not be used.
Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens zeigt sich besonders bei sehr empfindlichen Bauelemente, wie z.B. sehr dünnen Halbleiter (< lOOμm). Hier besteht die Gefahr einer weiteren Beschädigung (Rissfortpflanzung der beim Vereinzeln des Wafers entstehenden Mikrocracks) der Halbleiter bei einen nur punktuell angelegten Druck durch das Tool des „Pick and Place" Automaten beim Übertragen der Metallpulverschicht von der Trägerfolie zum Bauelement.Another disadvantage of this method is particularly noticeable in very sensitive devices, e.g. very thin semiconductor (<100μm). Here there is a risk of further damage (crack propagation of the microcracks resulting from the separation of the wafer) of the semiconductors during a pressure applied only at points by the tool of the "pick and place" machine when the metal powder layer is transferred from the carrier film to the component.
Auch das in der EP 1 599 078 A2 vorgestellte Verfahren einer zweiten Trägerfolie für die Halbleiter, die erst nach dem Drucksintern entfernt wird, birgt ein erhebliches Risko für lokale, unkontrollierte Kontamination der Oberfläche des Bauelements (insbesondere Halbleiter). Diese Kontamination kann in weiteren Prozessschritten zu - A -The method of a second carrier foil for the semiconductors, which is only removed after pressure sintering, presented in EP 1 599 078 A2, involves a considerable risk for local, uncontrolled contamination of the surface of the component (in particular semiconductor). This contamination can be increased in further process steps - A -
einer erheblichen Verschlechterung nachfolgender Prozessschritte fuhren (Druckkontakttechnik, Drahtbonden, Verguss, Umhüllung, Stapelmontage von Halbleitern).a significant deterioration of subsequent process steps lead (pressure contact technology, wire bonding, potting, wrapping, stack assembly of semiconductors).
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die im Stand der Technik dargestellten Nachteile der einzelnen Verfahren, insbesondere bei der nachfolgenden Verarbeitung eines Halbleiter- Wafers, zu beseitigen.The object of the invention has been found to eliminate the disadvantages of the individual methods represented in the prior art, in particular in the subsequent processing of a semiconductor wafer.
Gelöst wird dies durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen wieder. Insbesondere wird ein Verfahren vorge- stellt, welches eine Beschichtung eines Halbleiter - Wafers mit einer Metallpulverschicht vorsieht, bei Vermeidung von unbeabsichtigten Beschädigungen / Ablösungen der Metallpulverschicht in weiteren Prozessschritten. Insbesondere das Vereinzeln des Wafers geschieht nun durch einen „Säge-Schritt" (Trennschleifen) und erst dann folgt ein „Pick and Place" Prozess. Das im Patent dargestellte Verfahren kann also durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet werden:This is achieved by the features of the main claim. The dependent claims give advantageous embodiments again. In particular, a method is provided, which provides a coating of a semiconductor wafer with a metal powder layer, while avoiding unintentional damage / detachment of the metal powder layer in further process steps. In particular, the separation of the wafer is now done by a "sawing step" (cut-off grinding) and only then follows a "pick and place" process. The process represented in the patent can thus be characterized by the following process steps:
Aufbringen einer Metallpulversuspension auf die Waferrückseite, Trocknen der Schicht,Applying a metal powder suspension to the wafer back, drying the layer,
Beaufschlagung des Wafer mit Druck und Temperatur, - Vereinzeln der Halbleiter,Applying pressure and temperature to the wafer, - separating the semiconductors,
Positionieren des Halbleiters auf dem Substrat oder Schaltungsträger, und Drucksintern des Verbundes aus Halbleiter und Substrat.Positioning of the semiconductor on the substrate or circuit carrier, and pressure sintering of the composite of semiconductor and substrate.
Das Aufbringen der Metallpulversuspension, im wesentlichen bestehend aus einem Metallpulver und einem Lösungsmittel, auf die Wafer-Rückseite kann durch verschiedene Methoden, wie Sieb- / Schablonendruck, Sprühen oder im Halbleiterbereich bekanntes Aufschleudern (Spin - Coating), aufgebracht werden. Hierbei werden nur geringe Teile (am Waferrand) unnötigerweise mit Metallpulversuspension beschichtet, da der Rest der Wafer - Rückseite gleichzeitig den zu kontaktierenden An- Schluss der einzelnen Halbleiter darstellt. Daher entsteht gegenüber der Methode mit der ganzflächig bedeckten Trägerfolie ein Kostenvorteil.The application of the metal powder suspension, consisting essentially of a metal powder and a solvent, to the wafer back can be applied by various methods, such as screen / stencil printing, spraying or spin coating known in the semiconductor field. In this case, only small parts (on the edge of the wafer) are unnecessarily coated with metal powder suspension, since the remainder of the wafer rear side simultaneously represents the connection of the individual semiconductors to be contacted. Therefore, a cost advantage over the method with the full-surface covered carrier film arises.
Das Trocken der nun unbedeckten Oberfläche der Metallpulversuspension erfolgt durch Erwärmung und Ablüften, vorzugsweise zwischen 100°C und 1500C. Anschließend wird der Wafer mit der getrockneten Metallpulversuspension einem Druck von nur 5Mpa - 10 MPa und einer Temperatur von 120°C - 180°C vorverdichtet. Eine Versinterung der Metallpulverschicht findet dabei noch nicht statt. Durch das Vorverdichten haftet die vorhergehend als Suspension aufgetragene Me- tallpulverschicht jedoch so gut am Wafer, dass sich die Metallpulverschicht in den folgenden Prozessschritten nicht wieder löst, sogar wie in dem nachfolgenden beschrieben „sägefähig" ist, jedoch noch beim Drucksintern noch voll sinterfähig ist.The drying of the now bare surface of the metal powder suspension is effected by heating and flashing off, preferably between 100 ° C and 150 0 C. Subsequently, the wafer with the dried metal powder suspension is pre-compressed to a pressure of only 5 MPa - 10 MPa and a temperature of 120 ° C - 180 ° C. A sintering of the metal powder layer does not take place yet. Due to the precompression, however, the metal powder layer previously applied as a suspension adheres so well to the wafer that the metal powder layer does not dissolve again in the following process steps, even as described in the following, "sawable", but still fully sinterable during pressure sintering.
Erst nach dem Vorverdichten können nun die Wafer nach den üblichen, in der HaIb- leiter-Fertigung bekannten Verfahren, vereinzelt werden, indem der Wafer mit der Rückseite auf eine Säge-Folie laminiert wird, und die einzelnen Chips durch ein Trennschleifen vereinzelt werden.Only after pre-compacting can the wafers be separated according to the usual methods known in semiconductor manufacturing by laminating the wafer with the back side onto a sawing foil, and separating the individual chips by a cut-off.
Der Einsatz von UV-verhärtbaren Säge-Folien kann insbesondere bei dünnen HaIb- leitern von Vorteil sein. Das Trennschleifen („Sägen") des beschichteten Wafers ist in den bisher bestehenden Verfahren nicht möglich, da sich beim Vereinzeln der Halbleiter die Metallpulverschicht vom Wafer lösen würde. Erst das hier beschriebene besondere Verfahren des Vorverdichtens erlaubt eine solche Behandlung.The use of UV-curable sawing foils can be particularly advantageous with thin waveguides. The coated grinding ("sawing") of the coated wafer is not possible in the previously existing methods since the metal powder layer would be detached from the wafer when the semiconductors were separated, and only the special method of precompression described here permits such a treatment.
Nach dem Vereinzeln ist die Metallpulverschicht bis zur Verarbeitung zusätzlich durch die Sägefolie geschützt. Das Plazieren der Bauelemente kann ebenfalls ohne zusätzliche Vorrichtungen an Standard „Pick and Place" - Automaten kostengünstig erfolgen, da der Halbleiter die für den Drucksinterprozess nötige Metallpulversicht auf der Rückseite mit sich bringt. Es ist somit kein zusätzlicher Prozess des „Ab- stempelns" einer Verbindungsschicht erforderlich.After separation, the metal powder layer is additionally protected by the sawing foil until it is processed. The placement of the components can also be carried out inexpensively without additional devices on standard "pick and place" machines, since the semiconductor brings with it the metal powder view on the rear side required for the printing sintering process, so it is not an additional process of "stamping" one Connection layer required.
Nachdem die Halbleiter - Bauelemente auf dem Substrat, welches zur besseren Taktzeit vorgeheizt sein kann, plaziert sind, erfolgt der eigentliche Drucksinter- Vorgang oberhalb 220°C und mit mehr als 30MPa innerhalb weniger Sekunden.After the semiconductor components are placed on the substrate, which may be preheated at a better cycle time, the actual pressure sintering process takes place above 220 ° C. and with more than 30 MPa within a few seconds.
Auf diese Weise ist es möglich die Nieder-Temperatur- Verbindungstechnik ohne große Änderungen des eigentlichen Standard-Verbindungsprozesses (Löten oder Kleben) zu integrieren, indem der Lötofen oder der Aushärteofen gegen eine beheizbare Presse ausgetauscht wird. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung der Zeichnungen. Dabei zeigt :In this way, it is possible to integrate the low-temperature connection technique without major changes to the actual standard connection process (soldering or gluing) by replacing the soldering oven or the curing oven with a heatable press. Further advantages and features of the invention will become apparent from the following description of the drawings. Showing:
Fig. 1 den Wafer beim Vorverdichten mit Rückseite nach oben,1 shows the wafer during pre-compression with the back up,
Fig. 2 den Wafer nach dem Sägen mit der die vereinzelten Halbleiter noch verbindenden Sägefolie, wobei die beschichtete Rückseite auflaminiert ist,2 shows the wafer after sawing with the sawing foil still connecting the separated semiconductors, the coated rear side being laminated,
Fig. 3 das Abheben von der Sägefolie.Fig. 3, the lifting of the sawing film.
Das in der Fig. 1 dargestellte Verdichten erfolgt bei einer gegenüber der Trockentemperatur gleichen oder geringfügig (30-70° C höheren) Temperatur.The compaction shown in FIG. 1 takes place at a temperature which is the same or slightly higher (30-70 ° C.) than the drying temperature.
Die sich zu bildende elektronische Baugruppe, zum Beispiel ein Leistungsmodul mit fester elektrisch und thermisch gut leitender Sinterverbindung eines Halbleiter- Bausteins auf einem Verbindungspartner, z.B. einem Substrat, weiterem Halbleiter oder Schaltungsträger, wird erreicht, indem die Sinterverbindung durch Drucksintern wie üblich erfolgt, aber eine Sinterschicht zuvor erzeugt wird, die als getrocknete, wenigstens auf die Waferrückseite vor dem Vereinzeln der Halbleiter-Bausteine aufgebrachten und vorverdichtete Metallpulversuspension 10, durch den Vorverdichtungsschritt für ein Sägen beim Vereinzeln mechanisch immobilisiert ist. Der Wafer 14 wird bevorzugt noch mit einer Metallisierung 12 unterhalb des Metallpulvers versehen.The electronic assembly to be formed, for example, a power module with a solid electrically and thermally well-conducting sintered compound of a semiconductor device on a connection partner, e.g. A substrate, further semiconductor or circuit carrier, is achieved by the sintering compound is carried out by pressure sintering as usual, but a sintered layer is previously generated as dried, at least on the wafer back side before the separation of the semiconductor devices and pre-compressed metal powder suspension 10, through the Pre-compaction step for sawing when singulating is mechanically immobilized. The wafer 14 is preferably provided with a metallization 12 below the metal powder.
Vor der eigentlichen Sinterung der getrockneten Suspensionsschicht wird üblicherweise durch Sägen in den betreffenden Abmessungen des betreffenden Halbleiter- Bausteins der Chip aus einem Wafer für den Verbindungsprozess vereinzelt. Es sind aber auch Anwendungen denkbar („Wafer-auf-Wafer") in denen zum Beispiel Sen- soren als gestapelte Bauelemente in speziellen Produkten Verwendung finden.Before the actual sintering of the dried suspension layer, the chip is usually singulated from a wafer for the connection process by sawing in the respective dimensions of the relevant semiconductor chip. However, applications are also conceivable ("wafer-on-wafer") in which, for example, sensors are used as stacked components in special products.
Weiter ist durch das erfindungsgemäße Verfahren auch ein handelbares Zwischenprodukt geschaffen worden, das sich durch die vorverdichtete Schicht auszeichnet. Daher kann auch die Verwendung eines solchen Vorproduktes für eine Drucksinte- rang beanspracht werden. Das Vorverdichten führt dabei auf mikroskopischer Ebene zu einem Verrunden der Korngrenzen, kann also als Startphase eines Sinterprozesses betrachtet werden, der zum Eindiffundieren der Metallatome führt, wobei Korngrenzen also weitestgehend aufgehoben sind.Furthermore, a tradable intermediate product has been created by the method according to the invention, which is characterized by the precompressed layer. Therefore, the use of such an intermediate product for a Drucksin- wrestle can be addressed. The pre-compression leads on a microscopic level to a rounding of the grain boundaries, so it can be considered as the start phase of a sintering process, which leads to the diffusion of the metal atoms, so that grain boundaries are largely eliminated.
Fig. 2 zeigt den Wafer nach dem Sägen mit der die vereinzelten Halbleiter 22 noch verbindenden Sägefolie 24, wobei am Rand der Sägerahmen 20 dargestellt ist, und Fig. 3 zeigt schematisch das Abheben von der Sägefolie 24.FIG. 2 shows the wafer after sawing with the sawing foil 24 still connecting the singulated semiconductors 22, the sawing frame 20 being shown at the edge, and FIG. 3 schematically showing the lifting off of the sawing foil 24.
Der durch das erfmdungsgemäße Vorverdichten für einen nachfolgenden Drucksin- terprozeß vorbereitete Halbleiter, ist dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Vereinzeln eines Halbleiterwafers in einzelne Bausteine auf wenigstens die Bereiche der später sinter-zu-verbindenden einzelnen Halbleiter-Bausteine eine Metallpulversuspension pastös aufgebracht wurde, und die Suspensionsschicht unter Ausgasen der flüchtigen Bestandteile und unter Erzeugung einer porösen Schicht getrocknet wur- de, anschließend die poröse Schicht unter Aufbringung von Druck und Temperatur für eine Wafer-Säge sägefest vorverdichtet wurde, und - wenn nicht schon dies die Käufer des Zwischenprodukts erledigen -, die Halbleiter-Bausteine mit auf ihnen befindlichen passend großen Sintermaterial-Schichten vereinzelt werden, die Halbleiter auf der Verbindungsunterlage ausgerichtet werden, um schließlich die Endsinterung unter Ausbildung einer festen Verbindung durch Eindiffusion/Einbringen von Sintermaterial-Atomen in die jeweiligen Verbindungspartner zu erzeugen.The semiconductor prepared by the pre-compression according to the invention for a subsequent pressure sintering process is characterized in that prior to singulating a semiconductor wafer into individual building blocks, at least the areas of the individual sintered-to-be-connected individual semiconductor building blocks, a metal powder suspension was applied pasty, and the The suspension layer was dried with degassing of the volatile constituents and with the formation of a porous layer, after which the porous layer was precompacted with application of pressure and temperature for a wafer saw, and if this is not already done by the buyers of the intermediate product, the Semiconductor devices are separated with appropriately sized sintered material layers on top of them, the semiconductors are aligned on the connection pad, and finally the final sintering to form a solid connection by diffusion / introduction of sintered material To create atoms in the respective connection partners.
Der Vorverdichtungsschritt führt mit Druck und bei Temperaturen unterhalb der Sintertemperatur zu einer komprimierten, getrockneten, fest anhaftenden Schicht insbe- sondere auf der Rückseite des Halbleiters.The precompacting step leads, under pressure and at temperatures below the sintering temperature, to a compressed, dried, firmly adhering layer, in particular on the rear side of the semiconductor.
Es kann aber auch das Aufbringen einer Metallpulversuspension und Vorverdichten mit Druck und bei Temperatur unterhalb der Sintertemperatur zu einer komprimierten, getrockneten Schicht auf Vorder- und Rückseite eines Halbleiters zur Montage von Kontaktanschlüssen und/oder Wärmesenken auf der zweiten Seite erfolgen.However, it may also be the application of a metal powder suspension and pre-compression with pressure and at temperature below the sintering temperature to a compressed, dried layer on the front and back of a semiconductor for mounting contact terminals and / or heat sinks on the second side.
Dies erlaubt die Verwendung eines Halbleiter-Bausteins mit zwei getrockneten, auf die Wafer-Vorder- und Rückseite vor dem Vereinzeln der Halbleiter-Bausteine aufgebrachten, in einem Vorverdichtungsschritt für ein Sägen beim Vereinzeln mecha- nisch immobilisierten Metallpulversuspension zur Aufsinterung auf einem Schal- tungsträger oder Substrat bei gleichzeitiger Aufsinterung eines weiteren Wärmesenken- oder Kontaktsanschlusses.This allows the use of a semiconductor module with two dried metal powder suspensions applied to the wafer front and rear sides before the singulation of the semiconductor components, which are mechanically mechanically immobilized in a precompacting step for sawing on singulation, for sintering on a circuit board. carrier or substrate while sintering another heat sink or contact terminal.
Die Suspension zur Versinterung besteht vorteilhafterweise aus einer Edelmetall- Alkohol-Mischung mit Pflanzenöl oder Terpen oder Balsam oder Harz-The suspension for sintering advantageously consists of a noble metal-alcohol mixture with vegetable oil or terpene or balsam or resinous
Komponenten. Versuche mit Silber (CAS-Nr. 7440-22-4 in Konzentration 50%-90%, EG-Nr. 231-131-3) mit Butan-1-ol (CAS-Nr. 71-36-3) und 10-17,5% Terpineol (CAS-Nr. 800-41-7) waren erfolgreich.Components. Tests with silver (CAS No. 7440-22-4 in concentration 50% -90%, EC No. 231-131-3) with butan-1-ol (CAS No. 71-36-3) and 10 -17.5% terpineol (CAS # 800-41-7) was successful.
Die Suspension ist grau und wasserunlöslich, hat einen niedrigen Flammpunkt, so daß beim Trocknen eine schlagartige Erhöhung der Temperatur zu vermeiden ist. The suspension is gray and insoluble in water, has a low flash point, so that when drying a sudden increase in temperature is to be avoided.
Claims
Applications Claiming Priority (2)
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