JPH01255231A - 基板に電子デバイスを固着する方法及び装置 - Google Patents

基板に電子デバイスを固着する方法及び装置

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JPH01255231A
JPH01255231A JP1049742A JP4974289A JPH01255231A JP H01255231 A JPH01255231 A JP H01255231A JP 1049742 A JP1049742 A JP 1049742A JP 4974289 A JP4974289 A JP 4974289A JP H01255231 A JPH01255231 A JP H01255231A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属粉末及び溶剤からなるペーストをデバイ
スの接触層を備えた境界面上に及び／又は裁板の接触層
上に塗布し、この塗布したペーストを完全に乾燥し、次
いでデバイスをその境界面で基板の接触表面上に載せ、
この構造体を加圧機に装入し、この中で構造体を焼結温
度で少なくとも９０ＯＮ／ｃｄの圧力を用いて圧縮する
形式の加圧焼結法により電子デバイス、特に大表面のパ
ワー半導体を基板に固着する方法及びその装置に関する
。
〔従来の技術〕
この種の加圧焼結法は欧州特許出願公開第０２４２６２
６号明細書から公知である。この場合基板及びデバイス
からなる構造体を加圧機内に挿入する際にデバイスの上
側とプレスラムとの間にアルミニウムからなる第１中間
層及びモリブデンからなる第２中間層を設け、プレス工
程中デバイスの表面を機械的を員傷から保護する。しか
し表面が構造化された又は割れ目を有するデバイスの場
合、このプレス工程はこれらの中間層を用いた場合にも
半導体本体中に過度の応力をもたらし、その結果デバイ
スを破壊する可能性がある。
（発明が解決しようとする課題〕 本発明は、構造化された又は割れ目を有する上面を有す
るデバイスをも、そのデバイス又はその上面に機械的損
傷をきたすことなく、基板上に固着することのできる冒
頭に記載した形式の方法を提供することを課題とする。
（課題を解決するための手段） この課題は本発明によれば、 ａ）　基板上に載せたデバイスを底部及び側壁部からな
りかつ底部方向に移動可能のプレスラムによって閉鎖さ
れた収容室を構成する収容装置に装入し、その際底部自
体は第１のプレスダイに、また底部方向に移動可能のプ
レスラムは第２のプレスダイに支承されており、 ｂ）耐熱性で弾性変形可能の材料からなる変形可能の部
材を収容装置に一緒に装入し、 Ｃ）　変形可能の部材の容積を、ごれが上記圧力に達し
た際にデバイス及び）Ｓ＋反によって占められていない
収容室の内部空間をプレスラムとデバイス又は基板とが
直接接触するのを回避しながら完全に満たすような大き
さに調整することを特徴とする加圧焼結法によりＭ＋ｆ
ｆｌ上に電子デバイスを固着することにより達成される
。
請求項２ないし１０は本発明方法を実施するのに適した
装置に関するものである。
〔発明の効果〕
本発明により達成することのできる利点は特に、耐熱性
で弾性変形可能の材料からなる部材が、デバイスの上面
が著しく構造化されている場合にも、必要とされる圧力
を互いに接合すべき部分に完全に均一に施し、それによ
りデバイスを苓仮に均一かつ耐久的に接合し得るごとに
ある。
〔実施例〕
本発明を図面に基づき以下に詳述する。
第２図には例えば直径約２９．６　ｒｔｎのモリブデン
からなる厚さ１．５　ｍの円盤である基板１を示す。
これは全面に電着された厚さ約１〜３μｍで例えば銀か
らなる接触層２を備えている。構機１上に固着すべき半
導体デバイスは３で示されている。
これは例えばシリコン本体４を有するサイリスクからな
り、その側縁５は面取りされている。シリコン本体４の
上面にはサイリスクを点弧及び場合によっては消弧する
のに使用する電極６並びに陰極側電極７が設けられてい
る。デバイス３を基板１に接続した後基板１は陽極側電
極となる。シリコン本体４の下面８は個々に厚さ約１μ
翔のアルミニウム層、その上にＡ’ｆｒされた厚さ約１
１００ｎのチタン層、更にその上にある厚さ約５００ｎ
ｍの例えばニッケル又は白金からなる中間層及び最後に
この層を覆う厚さ約２００ｎｍの銀層からなる積層で被
覆されている。第１図には接触層として利用する銀層の
みが符号９で示されている。
裁令反１．ｈにデバイス３を固着するため、Ｉ妾ＭＩＳ
２上にペーストＩＯを層状に、すなわち約１０〜１００
μ陶、有利には約２０μ−の層厚で塗布する。ペースト
１０を製造するための出発材料としては、粒径が１５μ
樽以下及び嵩密度約１．９ｇ／ｄの薄片状粉末粒子の銀
粉末を使用する。この銀粉末を溶剤としてのシクロヘキ
サノール中に約２；ｌの重量圧で懸濁させる。引続きこ
うして製造したスクリーン印刷可能のペーストＩＯを、
乾燥時に空洞が生じるのを阻止するため真空中でガス抜
きする。ペースト１０を、塗布後溶剤を除去することに
より乾燥する。乾燥時間は室温で約３０分であるが、こ
れより高い温度では数分に過ぎない。
ベース）１０の乾燥後、基板１及びデバイス３を少なく
とも１００°Ｃの温度に加熱して、ペーストを完全に乾
燥させる。この予備加熱の前又は後にデバイス３をその
接触層９で基板１の完全に乾燥したペースト１０上に載
せる。
重ね合わされた基板１及びデバイス３からなる構造体を
金属製のなべ型収容装置（第１図）中に装入するが、こ
れは底部１１ａ及び側壁部１１ｂからなり、詳細には図
示されていない特に水圧加圧機に所属するプレスダイ１
３の凹部１２に収納されている。耐熱性の弾性変形可能
の材料例えばシリコンゴム又は他の耐熱性の特にフッ化
エラストマーからなる例えば環状に成形された部材１４
は、収容袋！１１ａ、１１ｂ内に、第２図に示すように
構造体ｌ、３を囲み、有利には中心にＩ居えるように一
緒に装入される。
次に部材１４と同じ材料からなるか又は異なる弾性変形
可能の材料からなる更にもう１つの円盤として成形され
た部材１５を、収容袋Ｗ１１ａ、１１ｂの内部空間にこ
れを上から密閉するように装入する。その際部材１５は
部材１４の上面に支承される０部材１５の環状凹部１６
中に例えば金属、セラミック又はプラスチックからなる
パツキンリング１７が装入されるが、これは側壁部１１
ｂの内側に密着して存在する１次いで収容装置ｔ１ａ、
１１ｂは金属製プレスラム１８をパツキンリング１７又
は部材１５の上面に載せることによって閉鎖された収容
室を構成する。その際プレスラム１８は底部１１ａの方
向に移動可能に取り付けられている。このプレスラム１
８はプレスダイ１３と相対するもう１つのプレスダイ１
９を支承している。
プレスダイ１３を加熱することにより、構造体１．３を
例えば２３０°Ｃの所望の焼結温度に加熱する。プレス
ダイ１３及び１９は加圧機の作動により対向移動し、そ
の結果プレスラム１８が収容装置１１ａ、１１ｂの内部
空間に深く押し入れられ、部材１４及び１５は弾性変形
する。第３図には、構造部材１及び３上に焼結温度の保
持下に焼結に必要な少なくとも９０ＯＮ／ｃ−の圧力を
及ぼすプレスダイ１３及び１９の箇所が示されている。
その際部材１４及び１５の容積は、デバイス３及びＷ仮
ｌによって占められていない収容室１１ａ、１１ｂ、１
８の内部空間を、プレスラム１８とデバイス３とが直接
接触するのを回避しながら、完全に塞ぐように算出され
ている。こうして高さの異なる電掻６及び７によってま
た面取り部５によってもたらされるデバイス表面の構造
化にもかかわらず、構造部材ｌ及び３は、それらが互い
に接合されている面２０の全体にわたってコンスタント
な圧力で互いに押し付けられ、これにより各部材は完全
に均一に接続される０部材１４及び１５の弾性変形の程
度は、デバイス表面上への圧力伝達が完全に均一である
ような大きさであるが、この場合弾性変形可能の材料か
らなる部材が、構造部材１及び３の間に存在する圧縮さ
れたペースト１０により満たされた間隙内に入り込むこ
とばない、これにより構造部材ｌ及び３の申し分のない
接合がこの間隙の末端域にも得られる０弾性変形可能の
材料からなる部材が側壁部１１ｂとプレスラム１８との
間から漏出することはパツキンリン５　グ１７によって
適切に阻止される。上記の弾性変形可能の部材１４及び
１５の特性は“準−静水圧的”と表現とすることができ
る。
加圧焼結法による構造部材１及び３の良好な接合は、構
造体ｌ、３上に例えば２３０　’Ｃの焼結温度で少なく
とも９０ＯＮ／ｃｄの圧力を焼結時間約１分間施すこと
によって得られる。しかしこれに関してはすでに数秒の
焼結時間で十分な結果が得られることまた圧力を１〜２
ｔ／ｃ＋ｊに上げることもできることを指摘しておく、
焼結温度は下限値約１５０°Ｃ及び上限値約２５０°Ｃ
の範囲にあってもよい、更に加圧焼結を標準大気中で、
すなわち保護ガスを使用することな〈実施し得ることは
特筆すべきことである。
焼結後、構造体１及び３を収容室１１ａ、１１ｂ、１８
から取り出すが、その際部材１４及び１５は再び第２図
に示したその元の形状をとる。これらは更に以後の多く
のデバイス−基板−構造体の加圧焼結処理に使用できる
。環状及びプレート状に構成されている上記の各部材１
４及び１５の代わりに、本発明の枠内で同じ材料からな
る単一の部材を使用することもできるが、この場合その
容積は先の２つの部材１４及び１５の容積に相当するこ
とを前提とする。
第４図は第１図及び第３図に基づく装置の変形を示すも
のであるが、この場合底部１１ａの方向に移動可能のプ
レスラム１８は、収容装置の側壁部１１ｂを取り囲む突
出縁２１を有する。第４図には第２図に相当するプレス
ダイ１３及び１９のそれぞれの位置が示されている。す
なわちこの図の場合収容装置１１ａ、１１ｂ内に装入さ
れた２個の構造体ｌ、３及び１′、３′には焼結圧はま
だ加えられていない、この場合もう１つの別の基板は１
゛でまたもう１つの半導体デバイスは３′で示されてい
る。構造体１３及び１′、３゛は、例えばデバイス３及
び３′がそれぞれその上部境界面の範囲でもう１つの益
讐反１ａ並びに基板１ａ′と接合されている点で第１図
とは異なっているが、この相違点は絶対的なものではな
い、基ｆｌｉｌａ及びｌａ′の接合は同様に加圧焼結法
により、間隙２０゛を境とする接触層上に塗布しかつ乾
燥される相応するペーストを用いて行われる。第４図に
は変形されていない状態で図示されている部材１４及び
１５の弾性により、デバイスの寸法、特にデバイスの高
さが異なるこの種の構造体ｌ、３及び１′、３′をプレ
ス工程で加圧焼結することも可能である。第４図に基づ
く装置の場合、プレートとして形成された部材１５は、
突出縁２１により構成された移動可能のプレスラム１８
の内部空間に装入し、凹部１６ａ内にあるパツキンリン
グＩＴａによりその位置に保持することが有利である。
この場合部材１４は有利には構造体ｌ、３及び１′、３
′用の凹部を有する環状円盤として形成されている。有
利には第４図に基づく装置は、底部１１ａの方向に移動
可能のプレスラム１８がプレスダイ１９の一部からなる
ように形成されている。
上記の加圧焼結工程は液相を生じない固体反応として行
われる。その場合上記方法は特に大表面のＭＯ３技術に
おいて製造されるか、またはＭＯ３構造を備えているパ
ワー半導体を基板に固着するのに適している。これ以外
にも本発明方法により他の電子デバイスを基板に固着す
る場合にも多大の利点が得られる。
本発明方法の上記実施態様の他に金属粉末及び溶剤から
なるペーストＩＯを基板ｌの接触層２上に施す代わりに
、デバイス３の接触層９上または両層２及び９上に塗布
することもできる。これらすべての変形にあっても、構
造部材ｌ及び３は、ペースト１０が完全に乾燥した後に
初めて重ね合わせ、加圧焼結することが重要である。そ
れというのもこうすることによって初めて接合部に高い
接着強度が得られまた電気接触抵抗も小さくすることが
できるからである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明方法を実施するのに適した装置の部分断
面図、第２図は半導体デバイス及び裁板の横断面図、第
３図は基板及び半導体デバイスからなる構造体への加圧
状態を示す第１図に基づく装置の部分断面図、第４図は
本発明方法を実ｈｌｉするのに適した他の適当な装置の
部分断面図である。 ｌ・・・塞板 ２・・・接触層 ３・・・デバイス ４・・・シリコン本体 ５・・・側縁 ６・・・Ｎ極 ７・・・陰極側電掻 ８・・・下面 ９・・・接触層 ＩＯ・・・ペースト ＋１ａ・・・底部 １１ｂ・・・側壁部 １２・・・四部 １３・・・プレスダイ １４．１５・・・変形可能の部材 １６．１６ａ・・・環状凹部 １７．１７ａ・・・パツキンリング １８・・・プレスラム １９・・・プレスダイ ２０．２０゛・・・間隙 ２１・・・突出縁

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）金属粉末及び溶剤からなるペースト（１０）をデバ
    イス（３）の接触層（９）を備えた境界面上に及び／又
    は基板（１）の接触層（２）上に塗布し、この塗布した
    ペースト（１０）を完全に乾燥し、次いでデバイス（３
    ）をその境界面で基板（１）の接触表面上に載せ、この
    構造体を加圧機に装入し、この中で構造体を焼結温度で
    少なくとも９００Ｎ／ｃｍ＾２の圧力を用いて圧縮する
    形式の加圧焼結法により、電子デバイスを基板上に固着
    する方法において、 ａ）基板（１）上に載せ、デバイス（３）を底部（１１
    ａ）及び側壁部（１１ｂ）から なりかつ底部（１１ａ）方向に移動可能の プレスラム（１８）によって閉鎖された収 容室を構成する収容装置（１１ａ、１１ｂ）に装入し、
    その際底部（１１ａ）自体は第 １のプレスダイ（１３）に、また底部方向 に移動可能のプレスラム（１８）は第２プ レスダイ（１９）に支承されており、 ｂ）耐熱性で弾性変形可能の材料からなる変形可能の部
    材（１４、１５）を収容装置（ １１ａ、１１ｂ）に一緒に装入し、 ｃ）変形可能の部材（１４、１５）の容積を、ごれが上
    記圧力に達した際にデバイス（３）及び基板（１）によ
    って、占められていない収容室（１１ａ、１１ｂ、１８
    ）の内部空 間をプレスラム（１８）とデバイス（３） 又は基板とが直接接触するのを回避しなが ら完全に満たすような大きさに調整するこ とを特徴とする加圧焼結法により基板に電子デバイスを
    固着する方法。 ２）基板（１）上に載せたデバイス（３）及び変形可能
    の部材（１４、１５）を装入可能の収容装置（１１ａ、
    １１ｂ）を備えており、この収容装置が底部（１１ａ）
    及び側壁部（１１ｂ）からなりかつ底部方向に移動可能
    のプレスラム（１８）により閉鎖された収容室を構成し
    、またこの収容室が焼結圧をもたらす加圧機内に装入さ
    れ、その際底部（１１ａ）自体は第１のプレスダイ（１
    ３）に、また底部方向に移動可能のプレスラム（１８）
    は第２のプレスダイ（１９）に支承されていることを特
    徴とする請求項１記載の方法を実施する装置。 ３）底部方向に移動可能のプレスラム（１８）が収容装
    置の側壁部（１１ｂ）によって包囲されており、側壁部
    （１１ｂ）の内側に接してプレスラム（１８）の縁部を
    支承するパッキンリング（１７）が設けられていること
    を特徴とする請求項２記載の装置。 ４）底部方向に移動可能のプレスラム（１８）が収容装
    置の側壁部（１１ｂ）を囲む突出縁（２１）を有し、こ
    の突出縁（２１）の内側に接して収容装置の側壁部（１
    １ｂ）の縁部を支承するパッキンリング（１７ａ）が設
    けられていることを特徴とする請求項２記載の装置。 ５）変形可能の部材（１４、１５）が２つの部分から構
    成されており、その際第１の部材（４）は環状で収容装
    置（１１ａ、１１ｂ）内にデバイス（３）を囲むように
    配設されており、第２の部材（１５）は収容装置（１１
    ａ、１１ｂ）の内部空間で半導体デバイス（３）の上部
    に装入可能のプレートからなることを特徴とする請求項
    ３記載の装置。 ６）変形可能の部材（１４、１５）が２つの部分から構
    成されており、その際第１の部材（１４）は環状で収容
    装置（１１ａ、１１ｂ）内にデバイス（３）を囲むよう
    に配設されており、第２の部材（１５）は突出縁（２１
    ）により形成された底部方向に移動可能のプレスラム（
    １８）の内部空間に配設されたプレートからなることを
    特徴とする請求項４記載の装置。 ７）底部（１１ａ）自体を支承するプレスダイ（１３）
    が焼結温度を発生するために加熱可能であることを特徴
    とする請求項２ないし６の１つに記載の装置。 ８）底部方向に移動可能のプレスラム（１８）が第２の
    プレスダイ（１９）の一部からなることを特徴とする請
    求項２ないし７の１つに記載の装置。 ９）変形可能の部材（１４、１５）がシリコンゴムから
    なることを特徴とする請求項２ないし８の１つに記載の
    装置。 １０）変形可能の部材（１４、１５）が耐熱性のエラス
    トマーからなることを特徴とする請求項２ないし８の１
    つに記載の装置。
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