制造電路載體和連接電導(dǎo)體與電路載體的金屬化層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于制造電路載體和用于將電導(dǎo)體與電路載體的金屬化層連接的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了制造功率半導(dǎo)體模塊通常將襯底用作為電路載體，所述襯底具有例如由陶瓷構(gòu)成的電絕緣層，所述電絕緣層設(shè)有金屬化層。金屬化層用于安裝和互連電器件。為了將例如電連接線路或其他導(dǎo)體與金屬化層導(dǎo)電地連接，通常使用超聲波焊接法。在此，導(dǎo)體通過超聲波發(fā)生器被擠壓向金屬化層并且借助于超聲波相對(duì)于金屬化層置于振動(dòng)中。這兩個(gè)焊接伙伴的相對(duì)運(yùn)動(dòng)結(jié)合起作用的擠壓力引起十分穩(wěn)固并且溫度變化穩(wěn)定的導(dǎo)電連接的構(gòu)造。
[0003]由于所需要的高的擠壓力，當(dāng)然存在如下危險(xiǎn):絕緣層被損壞并且其絕緣強(qiáng)度受損。該問題隨著要焊接的導(dǎo)體的橫截面增加而上升，因?yàn)楦叩膶?dǎo)體橫截面需要更高的擠壓力。因?yàn)榻^緣層不應(yīng)當(dāng)被損壞，所以超聲波焊接中的工藝參數(shù)通常必須在對(duì)于最佳的超聲波焊接結(jié)果而期望的參數(shù)空間之外來選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的任務(wù)在于:提供一種用于制造電路載體的方法，所述電路載體具有金屬化層和電絕緣層并且具有高的導(dǎo)體橫截面的導(dǎo)體能夠通過超聲波焊接在沒有損壞電絕緣層的情況下與該電路載體的金屬化層連接。本發(fā)明的另一任務(wù)在于，提供一種方法，借助所述方法也能夠通過超聲波焊接將具有高的導(dǎo)體橫截面的導(dǎo)體與電路載體的金屬化層連接，而在此沒有損壞電路載體的電絕緣層。
[0005]所述任務(wù)通過根據(jù)專利權(quán)利要求1的用于制造電路載體的方法或通過根據(jù)專利權(quán)利要求15的用于將電導(dǎo)體與電路載體的金屬化層連接的方法來解決。
[0006]為了制造電路載體而提供電絕緣的載體以及第一金屬薄膜和硬化材料。電絕緣的載體具有上側(cè)，以及與上側(cè)相對(duì)的下側(cè)。此外，產(chǎn)生上部的金屬化層，所述金屬化層布置在上側(cè)上并且具有硬化地帶。硬化地帶的至少一個(gè)區(qū)段通過硬化材料的至少一部分?jǐn)U散到第一金屬薄膜中產(chǎn)生。
[0007]為了將電導(dǎo)體與電路載體的金屬化層連接而提供電路載體，所述電路載體具有帶有上側(cè)和與上側(cè)相對(duì)的下側(cè)的電絕緣的載體；以及上部的金屬化層，所述金屬化層布置在上側(cè)上并且所述金屬化層具有帶有第一硬度的硬化地帶；以及與硬化地帶不同的地帶，所述地帶具有第二硬度，所述第二硬度小于第一硬度。在此，硬化地帶具有連續(xù)的區(qū)段。在上部的金屬化層的背離電絕緣的載體的側(cè)上確定連接部位。連接部位的位置被選擇成，使得硬化地帶布置在連接部位和電絕緣的載體之間。在連接部位上通過超聲波焊接在上部的金屬化層和導(dǎo)體之間建立導(dǎo)電的、材料配合的連接。
[0008]就本說明書而言，只要不另作說明，關(guān)于材料硬度的說明涉及根據(jù)DIN ΕΝ ISO14577的測(cè)量(“金屬材料-用于確定硬度和其他材料參數(shù)的儀器滲透檢查”)，更確切地說與利用具有貝爾科維奇針的納米壓頭和20秒的檢查持續(xù)時(shí)間的情況下的檢查參數(shù)“直至9mN的最大力的力受控的實(shí)驗(yàn)”相結(jié)合。
【附圖說明】
[0009]下面，根據(jù)實(shí)施例參考附圖闡述本發(fā)明。其中:
圖1A至1C示出用于制造電路載體的方法的不同步驟。
[0010]圖2示出通過超聲波焊接制造根據(jù)圖1C的電路載體的上部的金屬化層和電導(dǎo)體之間的導(dǎo)電連接。
[0011]圖3A至3C示出用于制造電路載體的另外的方法的不同步驟。
[0012]圖4示出通過超聲波焊接制造根據(jù)圖3C的電路載體的上部的金屬化層和電導(dǎo)體之間的導(dǎo)電連接。
[0013]圖5A至5C示出用于制造電路載體的方法的不同步驟。
[0014]圖6示出通過超聲波焊接制造根據(jù)圖5C的電路載體的上部的金屬化層和電導(dǎo)體之間的導(dǎo)電連接。
[0015]圖7A至7B示出用于制造電路載體的方法的不同步驟，所述電路載體的硬化地帶具有至少兩個(gè)彼此隔開的分別連續(xù)的區(qū)段。
[0016]圖8A至8B示出用于制造電路載體的另外的方法的不同步驟，所述電路載體的硬化地帶具有至少兩個(gè)彼此隔開的分別連續(xù)的區(qū)段。
[0017]圖9示出具有上部的金屬化層的電路載體的俯視圖，所述金屬化層具有硬化地帶。
[0018]只要不另作說明，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記就表示相同的或起相同作用的元件。
【具體實(shí)施方式】
[0019]圖1A示出具有電絕緣的載體1的裝置。載體1具有上側(cè)It以及與上側(cè)It相對(duì)的下側(cè)lb并且具有厚度dl。厚度dl原則上能夠任意地選擇，該厚度例如能夠?yàn)橹辽?.2mm和/或至多2_。可選地，載體1能夠被構(gòu)造為平面的、薄層，當(dāng)然其原則上能夠任意地成形。
[0020]載體1例如能夠被構(gòu)造為陶瓷。所述載體例如能夠具有下述陶瓷材料中的一種或組合或者由下述陶瓷材料中的一種或組合構(gòu)成:氧化鋁(A1203);氮化鋁(A1N);氧化鈹(BeO);氧化錯(cuò)(Zr02);氧化乾(Y203);氧化IWCaO);氧化鎂(MgO);碳化硼(B4C);氮化娃(Si3N4);氮化硼(BN);金剛石；作為金剛石的其他的碳改性物。
[0021]可選地，載體1能夠全部由陶瓷構(gòu)成，其中玻璃就本發(fā)明而言不視作為陶瓷。載體1能夠具有至少90重量％ (重量百分比)的陶瓷含量。
[0022]將第一金屬薄膜21施加到上側(cè)It上并且材料配合地與載體1連接。在此，第一金屬薄膜21能夠如所示出那樣直接地鄰接于上側(cè)lt，但是在載體1和第一金屬薄膜21之間也能夠存在一個(gè)或多個(gè)金屬的或非金屬的中間層。
[0023]如在全部設(shè)計(jì)方案中，可選地能夠?qū)⑾虏康慕饘倩瘜?施加到下側(cè)lb上并且材料配合地與載體1連接。下部的金屬化層4能夠如所示出那樣直接地鄰接于下側(cè)lb。但是在載體1和下部的金屬化層4之間也能夠存在一個(gè)或多個(gè)金屬的或非金屬的中間層。
[0024]就本說明書而言，只要不另作說明，關(guān)于材料硬度的說明涉及根據(jù)DIN ΕΝ ISO14577的測(cè)量(“金屬材料-用于確定硬度和其他材料參數(shù)的儀器滲透檢查”)，更確切地說與利用具有貝爾科維奇針的納米壓頭和20秒的檢查持續(xù)時(shí)間的情況下的檢查參數(shù)“直至9mN的最大力的力受控的實(shí)驗(yàn)”相結(jié)合。
[0025]第一金屬薄膜21具有第一硬度H21。為了至少局部地提高第一金屬薄膜21的硬度H21，硬化材料20被施加到第一金屬薄膜21的背離載體1的側(cè)上并且在退火步驟期間完全地或至少部分地?cái)U(kuò)散到第一金屬薄膜21中，在所述退火步驟中第一金屬薄膜21和硬化材料20被加熱到至少350°C的溫度上。溫度在此選擇得比第一金屬薄膜21的熔化點(diǎn)低。因此，硬化材料20與第一金屬薄膜21的材料相協(xié)調(diào)，使得在第一金屬薄膜21中如在圖1B的結(jié)果中示出那樣至少局部地形成硬化地帶25的構(gòu)造，所述硬化地帶具有高于第一金屬薄膜21的初始硬度H21的硬度H25。硬化地帶25的形成基于由硬化材料20的擴(kuò)散決定的沉淀硬化?？蛇x地，硬度H25能夠比原始硬度H21大至少10%。
[0026]例如下述物質(zhì)中的一種或多種對(duì)于待硬化的金屬薄膜、例如由銅構(gòu)成的第一金屬薄膜21適合作為硬化材料20:鈹(Be)、銀(Ag)、錳(Mn)、鐵(Fe)、磷(P)、鋅(Zn)、鎳(Ni)、錫(Sn)、鋁(A1)、鋯(Zr)、鉻(Cr)。
[0027]此外，例如下述物質(zhì)中的一種或多種對(duì)于待硬化的金屬薄膜、例如由鋁構(gòu)成的第一金屬薄膜21適合作為硬化材料20:銅(Cu)、鋅(Zn)、鎂(Mg)、硅(Si )、錳(Μη)。
[0028]硬化地帶25無論如何都引起第一金屬薄膜21的機(jī)械穩(wěn)定性提高，由此機(jī)械保護(hù)載體1的位于硬化地帶25之下的區(qū)段11。如果現(xiàn)在通過超聲波焊接將電導(dǎo)體在硬化地帶25之上焊接到第一金屬薄膜21上，那么能夠?qū)⒂糜诔暡ê附拥墓に噮?shù)(例如擠壓力，超聲波發(fā)生器借助所述擠壓力將電導(dǎo)體相對(duì)于上部的金屬化層2擠壓)選擇成，使得所實(shí)現(xiàn)的超聲波焊接結(jié)果(即焊接連接的強(qiáng)度)比在除了沒有硬化地帶25之外相同的常規(guī)的裝置中更好。
[0029]以該方式制造的電路載體10已經(jīng)能夠用于安裝一個(gè)或多個(gè)有源的和/或無源的電子器件。直接在制造具有硬化地帶25的上部的金屬化層2之后，電路載體10能夠完全地是未裝配的，特別是該電路載體能夠不利用有源和/或無源的電子構(gòu)件來裝配，而是此后才利用所述有源和/或無源的電子構(gòu)件裝配。
[0030]可選地，在上部的金屬化層2被裝配之前(圖1Β和1C)，該上部的金屬化部2能夠被結(jié)構(gòu)化成帶狀導(dǎo)線和/或安裝面51、52、53、54，這例如在圖1C中示出。結(jié)構(gòu)化能夠以任意的方式進(jìn)行，例如通過刻蝕或銑削或激光加工。
[0031]如同樣從圖1C中得知，硬化地帶25能夠具有一個(gè)或多個(gè)連續(xù)的區(qū)段250。
[0032]如在圖2中以根