[发明专利]用于建立材料锁合连接和功率半导体模块的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于建立材料锁合连接(stoffschlüssige Verbindung)的方法，该方法此外也能够用于建立功率半导体模块。

背景技术

在功率半导体模块中在两个接合对象例如电路载体和耗能件之间的连接经常借助于超声波焊接方法来实施。这样的方法相对于常规方法不仅从制造技术方面而且关于电气和机械特性具有优点。后者特别是在可靠性方面在更高的运行温度下适用。

在借助于超声波发生器实施焊接连接的情况下一个接合对象处于摆动，而另一接合对象保持静止。两个接合对象的相对移动结合压紧力形成了机械固定的连接的构成，其中通过压紧力将两个接合对象相互压紧。

通过工艺根据方法地产生在两个接合对象之间以及在接合对象之一与超声波发生器之间的摩擦。取决于此将产生机械微粒，这些机械微粒能够源于一个或两个接合对象以及超声波发生器。这些微粒能够例如由铜、铜合金、镍、铝、钢、金、银等等组成。这样的微粒能够具有例如灰尘(直径<0.01毫米)至切屑形(直至5毫米长度)的大小。

然而，例如在功率半导体模块或其他电子装置中自由的机械微粒能够引起严重的损害。机械微粒能够直接或在随后的时刻在运行期间导致故障(例如导致在不同的电位之间的短路、导致绝缘故障或者导致部分放电)。因此避免这样的问题是高度重要的。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种用于建立在第一接合对象与第二接合对象之间的材料锁合连接的方法，其中避免所述问题的出现或者至少显著地减少所述问题出现的频率。

该任务通过依据本发明的方法解决。本发明的设计方案和改进是优选的实施例的对象。

为了建立在第一接合对象与第二接合对象之间的材料锁合连接，提供第一接合对象和第二接合对象以及提供超声波发生器。在第二接合对象的表面上确定焊接位置。通过以超声波频率来回摆动的或来回旋转的超声波发生器将第一接合对象在焊接位置相对于第二接合对象挤压来在第一接合对象与第二接合对象之间建立在第一接合对象与第二接合对象之间的材料锁合的超声波焊接连接，，其中法向量的方向与重力的方向偏差小于90°的角，该法向量在焊接位置垂直于表面朝超声波发生器的方向延伸。

可选择地，也能够如此选择法向量，以使得该法向量的方向与重力的方向偏差小于45°的角，或者该法向量能够完全朝向重力的方向。

法向量——其在焊接位置上垂直于第二接合对象的表面朝超声波发生器的方向延伸——也具有一个朝向重力的方向的分量，可选择地也具有垂直于重力的方向的分量，然而没有相反于重力的方向的分量。由此机械或其他微粒——通过该微粒污染第一接合对象和/或第二接合对象和/或超声波发生器或者在制造期间污染超声波焊接连接——通过重力作用从第一接合对象、第二接合对象或超声波发生器落下。相对于常规超声波焊接方法，在本发明中实现宛如“过头”(über Kopf)的超声波焊接连接。协同的作用在于，微粒通过超声波的作用从接合对象除去并且由此更容易地落下。

可选择地能够设置抽吸装置，以抽吸装置抽吸在建立超声波焊接连接期间由第一接合对象和/或第二接合对象和/或超声波发生器落下的微粒。由此能够避免环境污染，如果在洁净室中实现加工那么这是特别重要的。

同样可选择地能够提供风扇，以风扇吹走位于第一接合对象和/或第二接合对象和/或超声波发生器上的微粒。

另一种选择在于，提供电场并且给位于第一接合对象和/或第二接合对象和/或超声波发生器上的微粒静电充电，从而微粒在电场作用下从第一接合对象、第二接合对象和超声波发生器除去。

这样的方法此外也能够用于建立功率半导体模块，其中第一接合对象构成为功率半导体模块的导电连接件，而第二接合对象构成为电路载体，该电路载体具有绝缘载体，金属化层施加到绝缘载体上，金属化层形成表面，焊接位置位于表面上。在建立超声波焊接连接之前或之后，电路载体能够配备半导体芯片。

附图说明

随后根据实施例参照附图进一步阐明本发明。在附图中相同的附图标记表示具有相同功能的元件。其中：

图1示出了用于以线性摆动的超声波发生器建立在功率半导体模块的金属耗能件与电路载体之间的超声波焊接连接的例子；

图2示出了用于以旋转摆动的超声波发生器建立在功率半导体模块的金属耗能件与电路载体之间的超声波焊接连接的例子；

图3示出了按照图1的装置，其中附加地提供用于抽吸落下的微粒的抽吸装置；