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技術 少なくとも1つの電子部材を接続するための基板アレイおよび基板アレイの製造方法

出願人 ヘレウスドイチェラントゲーエムベーハーウントカンパニーカーゲー
発明者 ディートリヒペーターヒンリッヒアンドレアス
出願日 2019年7月19日 (1年5ヶ月経過) 出願番号 2019-133917
公開日 2020年3月26日 (9ヶ月経過) 公開番号 2020-047912
状態 未査定
技術分野 ダイボンディング プリント板への電気部品等の実装構造
主要キーワード 鉛フレーム 担体箔 欠陥割合 予備固定 隆起表面 焼結ペースト 電気化学的除去 生産場所
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年3月26日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

パワー半導体チップのような電子部材の接触表面上に配置されうるアダプタを提供する。

解決手段

第1面および第2面を有する少なくとも1つの基板を有する、電子部材5a〜5dの少なくとも1つの接触表面と接続するための基板アレイ1であり、基板の第1面上に少なくとも領域的に電子部材の接触表面7a〜7dと接続するために第1面の実質的に平らな表面内に少なくとも1つの隆起3a〜3dを形成する。

概要

背景

パワーエレクトロニクスでは以前から、例えばSICチップの使用などの高いエネルギーギャップを有する半導体を使用する傾向がある。ウェーハ中の欠陥割合による条件付きでこのパワー半導体は、それにより満足できる生産高保証するためにその最大の大きさが制限される。従来のアレイ匹敵しうる性能が達せられるように、複数のSICチップが並列に使用される。SICチップの上側の接触はその構造形式のために、接触表面が非常に小さく、多くの小さい平面から構成されることから、従来のアレイの接触より大幅に複雑で手数がかかる。したがって現存するモジュール型の使用は多くの場合不可能である。

接触を改善するために例えば特許文献1は、例えばパワー半導体チップのような電子部材の接触表面上に配置されうるアダプタを提案する。但し複数のチップ表面を共に接触させ共通の接触表面を製造するための満足な解決策は従来技術から知られていない。

概要

パワー半導体チップのような電子部材の接触表面上に配置されうるアダプタを提供する。第1面および第2面を有する少なくとも1つの基板を有する、電子部材5a〜5dの少なくとも1つの接触表面と接続するための基板アレイ1であり、基板の第1面上に少なくとも領域的に電子部材の接触表面7a〜7dと接続するために第1面の実質的に平らな表面内に少なくとも1つの隆起3a〜3dを形成する。

目的

本発明の課題は、市場で慣例のパワー半導体およびモジュール型の使用を可能にし、公知の方法による電子部材の接触表面の接触を認める改善された基板アレイおよび改善された基板アレイの製造方法を提供する

効果

実績

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請求項1

第1面および第2面を有する少なくとも1つの基板を有し、前記基板の前記第1面上に少なくとも領域的に電子部材の接触表面と接続するために前記第1面の実質的に平らな表面内に少なくとも1つの隆起が形成される、電子部材の少なくとも1つの接触表面と接続するための基板アレイ

請求項2

前記隆起が、少なくとも1つの部分的材料除去、好ましくは電気化学的除去または機械的除去によって領域内に少なくとも部分的に前記隆起が囲むように形成されるか、または前記隆起が、好ましくは前記基板と同じ材料を含む少なくとも1つの間隔保持器によって形成され、および/または前記間隔保持器が円形長方形正方形または多角形に形成される、請求項1に記載の基板アレイ。

請求項3

前記基板の前記第1面の実質的に平らな表面上に少なくとも2つの隆起が、少なくともそれぞれ1つの電子部材の少なくともそれぞれ1つの接触表面と接続するために形成される、請求項1または2に記載の基板アレイ。

請求項4

前記基板および/または前記隆起が、前記基板と前記電子部材との接続のときに前記基板の変形を低減するために少なくとも1つの開放構造を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の基板アレイ。

請求項5

前記開放構造が、少なくとも1つの開口または凹部、好ましくはスリット状、波形および/または雷文形の開口または凹部を有し、および/またはそのような開口または凹部の多数および/または組合せを有する、請求項4に記載の基板アレイ。

請求項6

前記隆起上に少なくとも部分的に接触材料層が塗布される、請求項1〜5のいずれか一項に記載の基板アレイ。

請求項7

前記基板と反対側の前記接触材料層の面上に少なくとも部分的に予備固定剤が塗布され、前記接触材料層の接触材料が焼結補助剤および金属粒子、特に銀粒子または銅粒子を含み、および/または前記予備固定剤が同じ焼結補助剤を含む、請求項6に記載の基板アレイ。

請求項8

前記基板が金属板または金属テープ部分、特に銅板または銅テープ部分であるか、または鉛フレームまたはDCB−、PCB−、AMB−、TFCB−もしくはTPC−基板であることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の基板アレイ。

請求項9

前記基板の少なくとも一面が、特に金(Au)またはニッケル−金(NiAu)または銀(Ag)またはニッケル−銀(NiAg)またはニッケル−パラジウム−金(NiPdAu)を含む材料で、特に電気めっきまたは化学的析出により被膜されることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の基板アレイ。

請求項10

特に担体箔として形成され、接触材料層および/または予備固定剤と少なくとも付着接続する担体を特徴とする、請求項6〜9のいずれか一項に記載の基板アレイ。

請求項11

第1面および第2面を有する少なくとも1つの基板を準備するステップと、前記基板の前記第1面上に電子部材の接触表面を接続するために前記第1面の実質的に平らな表面内に少なくとも領域的に少なくとも1つの隆起を形成するステップとを含む、電子部材の少なくとも1つの接触表面と接続するための基板アレイの製造方法。

請求項12

前記基板アレイと前記電子部材の接触表面とを、隆起を含む前記基板の第1面が前記電子部材側に配置されるように互いに位置付けるステップと、前記基板アレイと前記電子部材の接触表面とを接続するステップとを含む、少なくとも1つの電子部材と、請求項1〜10のいずれか一項に記載の基板アレイおよび/または請求項11に記載の方法にしたがって製造される基板アレイとを接続する方法。

請求項13

前記基板アレイと少なくとも第2の電子部材の接触表面とを、第2の隆起を含む前記基板の第1面が前記第2の電子部材側に配置されるように互いに位置付けるステップと、前記基板アレイと前記第2の電子部材の接触表面とを接続するステップとをさらに含む、請求項12に記載の方法。

請求項14

前記基板を塗布された接触材料層と共に前記基板アレイと前記電子部材とを互いに位置付ける前に担体から剥がすステップを特徴とする、請求項12または13のいずれか一項に記載の方法。

請求項15

前記基板アレイと前記電子部材の接触表面とを焼結、押圧ハンダ付けおよび/または接着によって接続するステップを特徴とする、請求項12〜14のいずれか一項に記載の方法。

技術分野

0001

本発明は少なくとも1つの電子部材を接続するための基板アレイに関する。さらに、本発明は少なくとも1つの電子部材を接続するための基板アレイの製造方法に関する。

背景技術

0002

パワーエレクトロニクスでは以前から、例えばSICチップの使用などの高いエネルギーギャップを有する半導体を使用する傾向がある。ウェーハ中の欠陥割合による条件付きでこのパワー半導体は、それにより満足できる生産高保証するためにその最大の大きさが制限される。従来のアレイに匹敵しうる性能が達せられるように、複数のSICチップが並列に使用される。SICチップの上側の接触はその構造形式のために、接触表面が非常に小さく、多くの小さい平面から構成されることから、従来のアレイの接触より大幅に複雑で手数がかかる。したがって現存するモジュール型の使用は多くの場合不可能である。

0003

接触を改善するために例えば特許文献1は、例えばパワー半導体チップのような電子部材の接触表面上に配置されうるアダプタを提案する。但し複数のチップ表面を共に接触させ共通の接触表面を製造するための満足な解決策は従来技術から知られていない。

先行技術

0004

独国特許出願公開第102014117245(A1)号明細書

課題を解決するための手段

0005

したがって本発明の課題は、市場で慣例のパワー半導体およびモジュール型の使用を可能にし、公知の方法による電子部材の接触表面の接触を認める改善された基板アレイおよび改善された基板アレイの製造方法を提供することである。

0006

この課題は、本発明にしたがって特許請求項1の対象に係る基板アレイ(Substratanordnung)によって解決される。

0007

少なくとも1つの電子部材と接続するための本発明の基板アレイは、ここでは第1面および第2面を有する少なくとも1つの基板を有し、基板の第1面上に少なくとも領域的に電子部材の接触表面と接続するための第1面の実質的に平らな表面内に少なくとも1つの隆起が形成される。

0008

この文脈で「電子部材」という概念は、電子的あるいは電気的構成要素を表すために使用されうる。そのため「電子部材」という概念は、例えばSICチップのようなパワーエレクトロニクスで使用される構成要素を含むことができる。一例では本発明の基板アレイは電子部材とともに使用されることができる。本発明のさらなる一例では本発明の基板アレイは電子部材を含むことができる。「接触表面」という概念は、それらによって導電接続が生成されうる電子部材に接した1つの領域または複数の領域を表すために使用されうる。

0009

本発明では基板の第1面上に少なくとも領域的に電子部材と接続するための第1面の実質的に平らな表面内に少なくとも1つの隆起が形成される。「隆起」という概念は、嵩上げ突起部または肥厚としても表されうる。例えば隆起は段状に鋳造されることができ、基板の表面から材料を取り除くことによって形成されうる。代替的に隆起は基板の表面上に配置される、例えばDTSスペーサのような間隔保持器でもありうる。隆起は本発明の例では0.15mm未満の隆起でありうる。

0010

一例では第1面の基板は少なくとも領域的に2つまたはそれ以上の電子部材の少なくとも2つまたはそれ以上の接触表面と接続するための第1面の実質的に平らな表面内に少なくとも2つまたはそれ以上の隆起を有する。2つまたはそれ以上の隆起の上にそれぞれ少なくとも部分的に1つの接触材料層が塗布されうる。「接触材料」という概念は、導電接続が生成されうる領域を表すために使用されうる。

0011

本発明は、複数のパワー半導体の接触表面を接続し、それにより従来技術から公知の方法、例えば銅線とのワイヤボンディングにより接触可能な共通の接触表面を生成することを可能にする。さらに有利には隆起によって接触電子部材の縁絶縁バイパスされない。本発明の基板アレイの使用によって、接触領域の拡大のためさらに高い電気容量ならびに改善された熱除去も保証され、それによりさらに高い信頼性が達せられる。

0012

一例では隆起が、好ましくは電気化学的除去または機械的除去による少なくとも1つの部分的材料除去によって、領域内に少なくとも部分的に隆起が囲むように形成される。

0013

例えば隆起は所望の使用に関連付けてエッチングフライス削りによって、レーザーを用いて、例えば深絞りまたは曲げのような変形によって製造されうる。隆起はその周りに配置された基板の高さの少なくとも50%となることができ、基板の表面の少なくとも10%上方に延在しうる。基板と反対側の隆起表面は、電子部材の接触表面に相応する形状を有しうる。

0014

これに対して代替的に、隆起はさらなる一例では好ましくは基板と同じ材料を含む少なくとも1つの間隔保持器を用いて形成され、および/または間隔保持器が円形長方形正方形または多角形に形成される。

0015

有利にはそのようにして基板の機械的または化学的加工無しに隆起が形成され、それによって様々な型が迅速かつ安価に実現されうる。

0016

さらなる一例では基板の第1面の実質的に平らな表面上に少なくとも2つの隆起が、少なくともそれぞれ1つの電子部材の少なくともそれぞれ1つの接触表面と接続するために形成される。

0017

有利にはこれにより隣り合って配置される複数の異なる電子部材に接した接触表面が互いに接続され、共通の接触表面が生成されうる。

0018

さらに一例では基板および/または隆起が、基板と電子部材との接続のときの基板の変形を低減するために少なくとも1つの開放構造を有する。

0019

「開放構造」は基板または隆起の材料中の凹部または開口と理解される。有利には開放構造の導入により少なくとも1つの接触表面への接続が改善され、それにより構造群のさらに高い信頼性が達成されうる。

0020

一例では開放構造は少なくとも1つの開口または凹部、好ましくはスリット状、波形および/または雷文形の開口または凹部を有し、および/またはそのような開口または凹部の多数および/または組合せを有する。

0021

さらなる一例では隆起上に少なくとも部分的に接触材料層が塗布される。

0022

接触材料は例えば焼結可能材料あるいは焼結材料でありうる。接触材料は焼結ペーストおよび/または焼結箔であり、焼結材料および/または焼結ペーストおよび/または焼結箔は例えば銀および/または銀化合物を含みうる。代替的に接触材料はハンダおよび/または導電性接着剤でありうる。接触材料の塗布は印刷、特にスクリーン印刷および/または型板印刷および/または凹版印刷および/または噴霧および/または噴射によって実施されあるいは行われうる。

0023

さらに一例では基板と反対側の接触材料層の面上に少なくとも部分的に予備固定剤が塗布され、接触材料層の接触材料は焼結補助剤および金属粒子、特に銀粒子または銅粒子を含み、および/または予備固定剤は同じ焼結補助剤を含む。

0024

予備固定剤は予備固定のためあるいは基板を電子部材にまたは電子部材を基板に一時的に付着させるためにのみ用いられる。予備固定あるいは付着に基づいて装着場所から焼結場所への部材の十分な輸送性が生じる。予備固定剤は暫定的な固定剤である。言い換えると予備固定剤は、基板アレイあるいは基板と電子部材との一時的な固定を可能にする固定剤である。

0025

一例では基板が金属板または金属テープ部分、特に銅板または銅テープ部分を含むか、または鉛フレームまたはDCB−、PCB−、AMB−、TFCB−もしくはTPC−基板である。

0026

さらなる一例では基板の少なくとも一面が、特に金(Au)またはニッケル−金(NiAu)または銀(Ag)またはニッケル−銀(NiAg)またはニッケル−パラジウム−金(NiPdAu)を含む材料で、特に電気めっきまたは化学的析出により被膜される。

0027

さらに一例では基板アレイが、特に担体箔として形成される担体を含み、この担体は接触材料層および/または予備固定剤と少なくとも付着接続している。

0028

担体は、基板アレイを第1の生産場所からさらなる生産場所へあるいは第1の製造装置からさらなる製造装置へ搬送できるようにするために用いられる。担体は例えば担体箔であり、特に粘着力の小さい担体箔でありうる。さらに担体を製造するためにウェーハフレームUVテープ上張りすることができる。接触材料層と予備固定剤とを具備する基板がこのUVテープ上に接着されうる。

0029

本発明は、電子部材の少なくとも1つの接触表面と接続するための基板アレイの製造方法をも提案し、この方法は、
第1面および第2面を有する少なくとも1つの基板を準備するステップと、
基板の第1面上に電子部材の接触表面を接続するために第1面の実質的に平らな表面内に少なくとも領域的に少なくとも1つの隆起を形成するステップとを含む。

0030

さらに本発明は、少なくとも1つの電子部材と本発明の基板アレイおよび/または本発明の方法にしたがって製造される基板アレイとの接続方法を提案し、これは、
基板アレイと電子部材の接触表面とを、隆起を含む基板の第1面が電子部材側に配置されるように互いに位置付けるステップと、
基板アレイと電子部材の接触表面とを接続するステップとを含む。

0031

一例では、この方法がさらに、
基板アレイと少なくとも第2の電子部材の接触表面とを、第2の隆起を含む基板の第1面が第2の電子部材側に配置されるように互いに位置付けるステップと、
基板アレイと第2の電子部材の接触表面とを接続するステップとを含む。

0032

一例では、この方法がさらに、
基板を塗布された接触材料層と共に基板アレイと電子部材とを互いに位置付ける前に担体から剥がすステップを含む。

0033

さらなる一例では、この方法が、
基板アレイと電子部材の接触表面とを焼結、押圧ハンダ付けおよび/または接着によって接続するステップを含む。

図面の簡単な説明

0034

図1aは、本発明の一実施形態に係るまだ組み立てられない状態の基板アレイ、電子部材および導電板の斜視図である。図1bは、図1aに示した本発明の実施形態に係る組み立てられた状態の基板アレイ、電子部材および導電板の斜視図である。
図2aは、本発明のさらなる実施形態に係る基板アレイの隆起の概略平面図である。図2bは、本発明のさらなる実施形態に係る基板アレイの隆起の概略平面図である。図2cは、本発明のさらなる実施形態に係る基板アレイの隆起の概略平面図である。図2dは、本発明のさらなる実施形態に係る基板アレイの隆起の概略平面図である。

実施例

0035

本発明のさらなる特徴および利点は、概略図を参照しながら本発明の好ましい実施形態において説明される以下の説明から明らかになる。

0036

図1aには、本発明の一実施形態に係るまだ組み立てられない状態の基板アレイ(Substratanordnung)1、電子部材5a〜5dおよび導電板11の斜視図が示される。

0037

図1aに示される4つの電子部材5a〜5dは、例えば導電板11上に並んで配置されるSICダイオードでありうる。図示された電子部材5a〜5dは、それぞれ破壊電圧を上げるガードリング9a〜9dにより囲まれる接触表面7a〜7dをそれぞれ有する。接触表面7a〜7dはそれぞれ電子部材5a〜5dの第1接続を形成し、電子部材5a〜5dの対向側は第2接続を形成する。図1aに示される実施形態では4つの電子部材5a〜5dが正方形に配置され、導電板11上のそれらの第2接続と固定される。

0038

図1aの電子部材5a〜5dの上方に示される、電子部材5a〜5dの接触表面7a〜7dと接続するための基板アレイ1は、基板アレイ1の基板の第1面の実質的に平らな表面内に4つの隆起3a〜3dを有する。当業者は、接触表面7a〜7dが使用された電子部材5a〜5dに応じて、電子部材5a〜5dの異なる領域上に配置され計画された使用に応じて異なる形状を有しうる比較的大きい面または比較的小さい面を有しうることを知ることができる。図1aには、隆起3a〜3dが正方形の隆起として示される。図示されない実施形態では、隆起3a〜3dはまた、円形、楕円形、長方形、四角形または前述の形状の組合せによって形成されうる。基板アダプタ上の隆起はそれぞれ相応の相補的形状を有し、隆起の高さは0.15mm未満でありうる。隆起上に、基板アレイ1と電子部材5a〜5dとを接続できるように接触材料層が塗布されうる。ここでは接触材料層の接触材料が焼結補助剤および金属粒子、特に銀粒子または銅粒子を含みうる。

0039

さらに図1aには、基板アレイ1および電子部材5a〜5dの向かい側および隣接して従来技術から公知の電子部材および基板アレイが示される。ここではそれぞれ1つの基板アレイが電子部材の接触面上に配置される。従来技術から公知の基板アレイは隆起を有さない。

0040

図1bは、図1aに示された本発明の実施形態に係る基板アレイ1、電子部材5a、5cおよび導電板11の組み立てられた状態の斜視図を示す。図1bでは基板アレイ1の隆起3a、3cが電子部材5a、5cと接続している。図1bに示されるように、電子部材5a、5cと隆起3a、3cとの上側の接触は焼結、ハンダ付けおよび/または接着され、基板の第2面はボンディングワイヤ13a〜13n、例えば銅ボンディングワイヤと接触している。

0041

図2a〜2dは、本発明のさらなる実施形態に係る基板アレイの隆起の概略平面図をそれぞれ示す。

0042

基板および/または(複数の)隆起上に、基板と電子部材との接続のときに基板の変形を低減するために開放構造が導入されうる。開放構造は少なくとも1つの開口または凹部によって形成されうる。例えば開放構造は基板アレイの材料内の貫通口であるかまたは基板アレイの材料内の特定の深さに限定された凹部でありうる。図2aには開放構造が雷文形の開口または凹部として示され、図2bには波形、図2cには円形、および図2dにはスリット状に示される。

0043

本発明のさらなる特徴および利点は概略図を参照しながら本発明の好ましい実施形態において説明される以下の説明から明らかになる。

0044

1基板アレイ
3a〜3d隆起
5a〜5d電子部材
7a〜7d 接触表面
9a〜9dガードリング
11導電板
13a〜13n ボンディングワイヤ

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