[发明专利]由电子衬底和包括反应焊料的层布置组成的叠层复合结构

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的发明主题的、包括一个层组合和一个电子衬底的叠层复合结构，以及涉及根据权利要求15的发明主题的、包括一个叠层复合结构的电路布置。此外本发明涉及根据权利要求13的发明主题的用于构造叠层复合结构的方法。

背景技术

功率电子器件在许多技术领域中使用。正是在其中流过大电流的电气或者电子设备中功率电子器件的使用是不可避免的。功率电子器件中需要的电流强度导致包含的电气或者电子部件的热负荷。其它热负荷由于在具有相对于室温显著升高的和必要时甚至总是变化的温度的运行地点使用这种电气的或者电子的设备而产生。汽车领域中的控制设备为此可以作为例子，它们直接设置在发动机舱内。

在功率半导体或者集成电路(IC，英语：integrated circuit)相互之间以及在载体衬底上的许多连接当今已经特别地遭受持续的直到175摄氏度的温度负荷。

例如在载体衬底上的电气或者电子部件的连接通常通过一个连接层实现。作为一种这样的连接层公知的是钎焊连接。

多数使用基于锡-银合金或者锡-银-铜合金的软焊料。然而，特别在使用温度接近熔点温度的情况下这种连接层显现出波动的电气的或者机械的特性，这可能导致组件故障。

含铅的焊料连接可以在比软焊料连接更高的使用温度条件下使用。然而含铅的焊料连接出于环保的理由由于法律规定在其许可的技术使用方面强烈受限。

另外可选的方案是为在升高的温度或者高温、特别是超过200摄氏度时的使用提供无铅的硬焊料。无铅的硬焊料一般具有大于200℃的熔点。然而在为构造连接层使用硬焊料的情况下，仅很少电气或者电子部件能够作为可承受熔化硬焊料时的高温的结合对象。

低温连接技术(NTV)指出一种办法，其中可以在已经比熔点低很多的温度下形成含银的烧结化合物。代替焊料在这里使用膏剂，它包含化学上稳定的银粒子和/或银化合物。在烧结条件下、特别在施加温度和压力的情况下，稳定的成分在此被烧尽和/或银化合物被分裂，使得银粒子或者被释放的银原子互相接触以及与结合对象的材料直接接触。通过互扩散和/或扩散能够由此在已经比熔点温度低很多的温度条件下构成一种高温稳定的化合物。然而在要求温度变化时在这种化合物的情况下可能在半导体结构组件或者甚至在载体衬底内出现热机械的张力甚至形成裂缝。

在DE102009002065A1中描述了一种焊料，它包括一种具有低于450℃的熔点的软焊料，其内嵌入一定数目的粒子，这些粒子由金属间相构成，或者用金属间相涂敷。该焊料能够平整地将功率半导体模块的金属化的陶瓷衬底与基板连接。为建立基板和陶瓷衬底之间的焊料连接该焊料被加热到至少330℃的温度。

发明内容

本发明的主题是一种叠层复合结构，其包括至少一个电子衬底和一个层组合，该层组合由至少一个第一金属和/或第一金属合金构成的第一层和由一个与该第一层邻接的、第二金属和/或第二金属合金构成的第二层组成，其中第一层和第二层的熔点温度不同，并且其中在对层组合进行热处理后在第一层和第二层之间构成一个具有至少一种金属间相的区域。

根据本发明第一层或者第二层由反应焊料构成，该反应焊料由基焊料与AgX-、CuX-或者NiX-合金的混合物组成，其中AgX-、CuX-或者NiX-合金的组分x从由下述元素组成的组中选择：B、Mg、A1、Si、Ca、Se、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Sb、Ba、Hf、Ta、W、Au、Bi、La、Ce、Pr、Nd、Gd、Dy、Sm、Er、Tb、Eu、Ho、Tm、Yb和Lu，并且其中AgX-、CuX-或者NiX-合金的熔点温度高于基焊料的熔点温度。

这里合金AgX、CuX、或者NiX的组分特别地应该与相应的基焊料不相同。这意味着例如在SnCu基焊料中不能混入CuSn粒子。

由此能够以有利的方式提供从电子结构部件向其它结构部件或者衬底的导电和/或导热的连接，其同时在长的运行时间区间内也能够保证结合对象的不同的热膨胀系数的非常好的平衡。这尤其能够如下实现：反应焊料在热处理期间特别地促进构成一种大的金属间相的区域，直到由构成的金属间相的区域完全替换至少焊料层。

在一种实施方式的范围内，基焊料从SnCu、SnAg、SnAu、SnBi、SnNi、SnZn、SnIn、SnIn、CuNi、CuAg、AgBi、ZnA1、BiIn、InAg、InGa、或者由它们的混合物构成的三组分的、四组分的或者更多组分的合金的组中选择。