專利名稱：半導體組件裝置的熱接觸式反向電連接的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)半導體模塊的方法，例如，二極管激光組件，其中例如激光二極管條的半導體組件裝置的電連接方式是熱接觸。
背景技術：
激光二極管條的兩側的熱接觸和電接觸的方法已經(jīng)從Dirk Lorenzen等人發(fā)表的國際光學工程學會6104-04(2006)的項目“由銦與金錫封裝的二極管激光條的比較性能研究”獲知，其中，在每種情況中，形成作為冷卻組件的銅導電導熱體藉由銦焊接體被焊接至激光二極管條的每一個相反的電接觸表面。這種方法的優(yōu)點為僅需要少量的組件以生產(chǎn)二極管激光組件。價格合理并且高導熱的導熱體材料的使用也是有利的。這種方法的缺點為機械應力，該機械應力是在從焊錫的凝固溫度(157°C)冷卻至室溫時而被熱導性優(yōu)越的銅引進至激光二極管條，并負面地影響了其光學性能。從公告的歐洲專利申請第EP 1341275A2號獲知了激光二極管條的熱接觸的電連接的進一步方法，該專利申請實現(xiàn)了激光二極管條的機械低應力接觸的目的，其中省略了焊接層，激光二極管條在兩側上藉由在每種情況中的導電導熱體以摩擦鎖定的方式電接觸和熱接觸。這種方法的優(yōu)點以及用這種方法生產(chǎn)的裝置與用導熱體進行的焊錫連接相比較， 其優(yōu)點是低機械應力，以及透過激光二極管條的膨脹所造成熱不匹配確保了自激光二極管條的發(fā)射器的光輻射的功率的高均勻性。這種方法的缺點是激光二極管條的不充分的熱接觸，其體現(xiàn)在過低的光電轉換效率以及過低的光最大功率。這種方法的另一個缺點是需要提供固定的工具，以保證摩擦鎖定連接在二極管激光組件中不僅是為了形成連接而且是為了保持摩擦鎖定連接，并且必須保持。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是描述一種激光二極管條的熱接觸式電連接的方法，該方法不具有上面指出的缺點。這個目的通過根據(jù)權利要求1的用于生產(chǎn)半導體模塊的方法來實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的方法的發(fā)明是從屬權利要求的主題。根據(jù)本發(fā)明，在第一方法步驟中，對根據(jù)本發(fā)明的半導體模塊的生產(chǎn)必要的組件被提供為具有本發(fā)明的特定的特征。這些包括(i)半導體組件裝置，其在第一側上具有與至少一個第一電連接連接的第一接觸表面，并且在與第一側相對的第二側上具有與至少一個第二電連接連接的第二接觸表面，(ii)第一導熱體，(iii)至少一個第二導熱體，(iv)第一金屬層，(ν)至少一個第二金屬層，以及(Vi)至少一個接合工具。在最簡單的情況下，半導體組件裝置可以為單個的半導體組件，例如激光二極管組件，其中在半導體組件的第一側上通過至少一個第一導電接觸層，例如第一金屬層，以及在半導體組件的第二側上通過至少一個第二導電接觸層，例如第一金屬層而形成電連接， 并且第一接觸表面排列在背對半導體組件的第一導電接觸層的一側上，第二接觸表面排列在背對半導體組件的第二導電層的一側上。根據(jù)本發(fā)明的激光二極管組件包括具有單個發(fā)射器的激光二極管、具有數(shù)個并排排列及/或在每一個的頂部上排列的發(fā)射器的激光二極管、以及具有大量的連續(xù)并排排列的發(fā)射器的激光二極管條。或者，半導體組件裝置可以通過具有如一個或多個激光二極管組件的至少一個半導體組件而形成為如二極管激光子總成的半導體模塊的子總成，以及提供第一電連接的第一導電接觸體和提供第二電連接的第二導電接觸體。第一導電連接裝置的第一導電接觸體以材料鎖定的方式固定于半導體組件的第一側，第二導電接觸體憑借第二導電連接裝置以材料鎖定的方式固定于與半導體組件的第一側相對的半導體組件的第二側，其中，第一接觸表面排列在背對半導體組件的第一導電接觸體的一側上，第二接觸表面排列在背對半導體組件的第二導電接觸體的一側上。根據(jù)本發(fā)明，僅具有一個接觸體的子總成當然也是可能的，并且可用于實施根據(jù)本發(fā)明的方法。接觸體的導電性可以通過接觸體的核心體的導電材料或者通過電絕緣核心體上的導電層來提供，電絕緣核心體如由電絕緣材料制成的核心體。然而，在半導體組件裝置形成為半導體組件的情況下，第一接觸表面被提供為用于半導體組件的第一電接觸和第一熱接觸的第一電接觸表面，第二接觸表面被提供為用于半導體組件的第二電接觸和第二熱接觸的第二電接觸表面；在半導體組件裝置形成為半導體模塊的子總成的情況下，第一接觸體的第一接觸表面最初基本上被提供為用于子總成的第一熱接觸的第一熱接觸表面，但是也可以選擇結合電接觸，第二接觸體的第二接觸表面最初基本上被提供為用于子總成的第二熱接觸的第二熱接觸表面，但是也可以選擇結合電接觸。導電接觸體最好具有不同于半導體組件且與其之差不大于2ppm/K的熱膨脹系數(shù)。考慮重量比、原子比、及/或體積比，如果導電接觸體包含鎢、鉬、碳、氮化硼及/或金剛砂，主要由砷化鎵、磷化銦、氮化鎵、氧化鋅或硅構成的半導體組件可選擇性地與較高的熱膨脹系數(shù)的金屬如銅、銀或鋁相結合。在這種方式中，就考慮半導體組件的膨脹而言，匹配的導電接觸體允許導電接觸體使用可靠的硬焊錫如金-錫焊錫以半導體組件的材料鎖定的方式進行低應力接觸。然而，出于成本的原因，導電接觸體在半導體模塊中不占用熱膨脹所需的足夠的空間。因此，制造者或用戶最好關注導熱體，更多地考慮其體積，尤其是導電接觸體或通常是半導體組件裝置。優(yōu)選地，第一導熱體在其延伸的至少其中之一方向上大于半導體組件裝置，半導體組件裝置在與第一及/或第二接觸表面平行的其中之一方向上延伸；同樣地，第二導熱體在其延伸的至少其中之一方向上大于半導體組件裝置，半導體組件裝置在與第一及/或第二接觸表面平行的其中之一方向上延伸。為了準備半導體組件裝置與導熱體的熱接觸，在根據(jù)本發(fā)明的第二方法步驟中， 半導體組件裝置排列在第一導熱體與第二導熱體之間，從而使第一導熱體的第一接觸部分位于與第一接觸表面相對，第二導熱體的第二接觸部分位于與第二接觸表面相對。較佳地， 第一導熱體具有第一連接部分，而第二導熱體具有第二連接部分，其中，第一導熱體的第一連接部分位于與遠離半導體組件裝置的第二導熱體的第二連接部分相對。根據(jù)本發(fā)明，至少部分第一金屬層排列在第一接觸部分與第一接觸表面之間，至少部分第二金屬層排列在第二接觸部分與第二接觸表面之間。遠離半導體組件裝置是指與半導體組件裝置的接觸表面垂直的投影的外部區(qū)域。 在這種程度上，導熱體的接觸部分不是遠離半導體組件裝置。在第一或第二方法步驟中，第一金屬層可被設置于第一接觸部分的第一接觸表面或面向半導體組件裝置的第一入熱表面，及/或第二金屬層可被設置于第二接觸部分的第二接觸表面或面向半導體組件裝置的第二入熱表面。這種設置的方式可以通過氣相淀積 (蒸發(fā)、濺射、化學氣相淀積)以及電解質等的電淀積等來實現(xiàn)。此外，可在每種情況中提供兩個表面，即分別為接觸表面和入熱表面，以及一個或多個金屬層。第一和第二金屬層也可交替地或選擇地單獨為箔或片，例如所謂的預成型品。在根據(jù)本發(fā)明的第三方法步驟中，至少有一個力產(chǎn)生，至少其組件在其它導熱體的方向中被兩個導熱體的其中之一有效地定位。這種力最好被應用為自外部至兩導熱體的至少其中之一上的外力，因此，至少其組件在其它導熱體的方向中被定位。然而，也可能造成產(chǎn)生內力，例如通過收縮導熱體之間插入的接合工具的體積來產(chǎn)生內力。根據(jù)本發(fā)明的力因此施加壓力于半導體組件裝置、第一金屬層以及第二金屬層上。當?shù)诙狍w以及其背對半導體組件裝置的一側位于支撐表面上時，該力可被應用為外力，例如在與背對半導體組件裝置的第一導熱體的一側上的第一接觸表面垂直的一側上。相反，當?shù)谝粚狍w以及其背對半導體組件裝置的一側位于支撐表面上時，該外力也可被施加于與第二導熱體的第二接觸表面垂直的一側上以及背對半導體組件裝置的一側。再者，兩個大小相等、方向相反的外力可被施加于第一和第二導熱體的背對半導體組件裝置的外側，所述第一和第二導熱體共同施加壓力于半導體組件裝置、第一金屬層以及第二金屬層上。根據(jù)本發(fā)明的典型的力位于自0. IN至IkN的范圍內，并且可以在該方法期間變化。此外，在根據(jù)本發(fā)明的第三方法步驟中，兩個導熱體的材料鎖定連接(膠接)通過接合工具的凝固而實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，所述接合工具明確地涉及形成連接，換句話說，對引起兩個導熱體的材料鎖定連接是必要的。在以上所述的連接部分存在的情況下，至少部分接合工具最好排列在第一連接部分與第二連接部分之間。第二方法步驟中，接合工具在第一與第二連接部分之間已經(jīng)可以被引進，S卩，在根據(jù)本發(fā)明的壓力已被施加于一個或兩個導熱體之前。然而，也可在第一與第二連接部分之間不施加壓力直至第三方法步驟，其中至少就質量而論，根據(jù)本發(fā)明的壓力可以在引進期間或在引進和保持之前已經(jīng)存在。在凝固之前，接合工具可以液態(tài)、糊狀或固態(tài)存在。如果以液態(tài)存在，然后，為了獲得濕潤的第一及/或第二連接部分，最好在物理及/或化學效應的基礎上暴露于力或熱，使其達到液態(tài)或糊狀，當所述力或熱被保持時或者在消除之后，其再次凝固。優(yōu)選地，接合工具的特征在于較低的彈性以及較高的抗彎強度的凝固態(tài)，因此，其對內部剪切力和剝離應力保持抗龜裂性，因而可承受高剪切力和剝離應力。這種接合工具包括例如熱硬化，如含有環(huán)氧化物的黏合劑、金屬焊錫、玻璃焊錫以及膠合劑。尤其是，所指定的接合工具的其中之一因此在第二接觸部分與第二接觸表面之間的摩擦鎖定位置中被保持為凝固態(tài)，因此，即使在消除外力之后，在進一步的選擇方法步驟中，在第二接觸部分與第二接觸表面之間保持充分的熱接觸。對本發(fā)明的第三方法步驟必要的特征是在應用及/或外力的保持及/或接合工具的凝固期間，第二金屬層的金屬材料不熔化。這意味著第三方法步驟中的第二金屬層的溫度不超過第二金屬層的金屬材料的熔化溫度以及最低的熔化溫度。在材料鎖定連接形成于第二接觸部分與半導體組件裝置之間的情況下，這意味著通過固態(tài)地擴散第二金屬層的至少一個金屬材料至第二接觸部分及/或第二電連接的金屬表面區(qū)域，及/或通過固態(tài)地擴散第二接觸部分及/或第二電連接的表面區(qū)域的至少一個金屬材料至不具有第二金屬層的金屬材料、第二接觸部分或第二電連接的表面區(qū)域的金屬材料的其中之一的第二金屬層而進行，其形成的化合物的其中之一或者其形成的相互混合或與其形成的化合物的一個或多個混合的其中之一變?yōu)橐簯B(tài)。作為這種化合物的例子， 金屬間相是從金屬及/或其金屬間相中被指定作為這種化合物、共晶體的例子。因此，根據(jù)本發(fā)明的接觸方法用原理“由補償材料鎖定保持的金屬層支撐鉗制”表示，在下文縮寫為“鉗制”，它與根據(jù)現(xiàn)有技術的狀態(tài)的焊接的不同之處在于，包含在形成的連接中的金屬層在焊接的情況下熔化，而不是在根據(jù)本發(fā)明的鉗制的情況下熔化。本發(fā)明的優(yōu)點為當涉及第二金屬層形成力或材料鎖定連接時，第二金屬層的溫度，因此也為即將連接的組件的溫度低于在焊接材料變?yōu)橐簯B(tài)并且在固化溫度下凝固的焊接方法的情況的溫度，所述固化溫度高于根據(jù)本發(fā)明許可的溫度。因此，根據(jù)本發(fā)明，當在形成化合物之后，通過不同的熱膨脹系數(shù)冷卻時，對施加壓力有效的溫度差小于根據(jù)現(xiàn)有技術的狀態(tài)進行焊接期間的溫度差。當使用高于半導體組件裝置的熱膨脹系數(shù)的導熱體時，用本發(fā)明的方法施加的壓應力為橫向，即在半導體組件裝置沿與第一及/或第二接觸表面平行延伸的最大方向，有利地大體上低于焊接的情況。當將根據(jù)本發(fā)明的方法應用于激光二極管條時，發(fā)明者驚奇地發(fā)現(xiàn)，與通常的焊接方法(請參考第一實施例)相比較，當選擇相應的材料和工藝參數(shù)時，僅能獲得類似的光電轉換系數(shù)。雖然用于熱接觸的第二金屬層不熔化，可能獲得激光條的熱接觸，其在原理上等同于在焊接工藝中熔化的第二金屬層的情況。同時，還驚奇地發(fā)現(xiàn)，在橫向中被鉗制引進的壓應力僅僅在激光二極管條的發(fā)射的輻射的光學特性上具有負面的影響，所述橫向即為與第一及/或第二接觸表面垂直的方向。在另一方面，在鉗制的情況中，通過激光二極管條的發(fā)射器的功率的均勻性比相同情況下的焊接更加清晰地分布(請參考第一實施例)。此外，根據(jù)本發(fā)明的鉗制的有利效果是被如在兩連接部分之間藉由接合工具居間產(chǎn)生的材料鎖定，在第二導熱體與半導體組件裝置之間的熱連接上施加不可反轉的支撐效果，在一方面，一些對摩擦鎖定的鉗制是必要的，在另一方面，從有害的剝離應力中保存材料鎖定的鉗制所形成的柔軟的材料鎖定。再者，所述材料鎖定使摩擦鎖定連接及/或固定工具的使用是過時的，其以較小的結構表示并且降低了半導體模塊的成本?？傊?，本發(fā)明的必要的優(yōu)點在于，尤其是具有合理的價格、高導熱性的導熱體的銅及/或鋁，即使與半導體組件裝置相比較，其熱膨脹系數(shù)有很大地不同。此外，在激光二極管組件確保激光二極管條的各自的發(fā)射器的輻射的非常相同的光學特性的情況下，可以實現(xiàn)半導體組件裝置良好的、可靠的熱接觸。同時影響第二金屬層的溫度的接合工具的溫度的增加本質上當然也可以提供在根據(jù)本發(fā)明的第三方法步驟中，例如為了獲得接合工具的液化及/或凝固。然而，在接合工具的加工期間，根據(jù)本發(fā)明，第二層的溫度保持為低于其組分的每一個的熔點。即使超過延長的周期，例如1秒至10分鐘，接合工具的溫度高于第二層的材料的最低熔化溫度，通過冷卻第二層可以在接合工具與第二層之間建立固定的溫度梯度，其中第二層低于其材料的其中之一的最低熔點。在接合工具中，沒有這種冷卻的溫度可以保持在高于第二層的材料的最低熔化溫度一較短的周期，例如1毫秒至1秒，通過延遲的時間的熱擴散所形成的不穩(wěn)定的溫度梯度在第二層的任何區(qū)域從不具有高于連接的區(qū)域的熔點的溫度。此外，如果在第三方法步驟中，第二層的溫度至少有時高于室溫，可以是有利的。 由于大部分材料的強度特性隨著溫度的增加而降低，在第二接觸部分與第二接觸表面之間形成力鎖定連接的情況下，其之間的熱接觸可以通過增加的第二層的塑料變形而改善。這種情形類似于在第二接觸部分與半導體組件裝置之間通過固態(tài)地擴散而形成材料鎖定連接的情形。用于決定第一物質在第二物質中的擴散行為的擴散系數(shù)的行為與阿倫尼烏斯方程中的情形相似，即當溫度增加時，擴散增加及/或加速。因此，當溫度增加而形成材料鎖定的化合物時，也改善了熱接觸。為了改善半導體組件裝置的第二接觸表面上的第二金屬層的材料的濕度或者第二接觸部分與第二接觸表面相對的入熱側上的第二金屬層的材料的濕度，至少第三方法步驟最好應該在真空中或對于第一及/或第二金屬層的金屬材料不易發(fā)生化學反應或降低發(fā)生化學反應的概率的氣氛中進行。如果半導體組件裝置或導熱體在真空中被設置金屬層，然后在第二方法部分中彼此相關的組件的排列最好也在真空中進行，其不允許涂層與周圍的大氣接觸。為了在第二金屬層與半導體組件裝置之間及/或在第二金屬層與第二接觸部分之間形成材料鎖定，第二接觸表面及/或入熱表面最好具有無害擴散的金屬表面涂層，例如貴金屬。該擴散層最好為金層，其厚度最好在50nm至Ιμπι的范圍內。根據(jù)本發(fā)明不需要位于其下的擴散膜，例如鎳、鈀、鉬或耐熔金屬層，但可以提供，例如為了改善半導體組件裝置或第二接觸部分上的擴散層的黏著強度。根據(jù)本發(fā)明，至少半導體組件裝置的第二側的熱接觸遭受由不均勻材料鎖定保持的金屬層支撐鉗制。半導體組件裝置的第一側可以通過傳統(tǒng)的焊接接觸，尤其是，當半導體模塊操作時，如果這是半導體組件裝置的一側，在其上會產(chǎn)生大部分熱量。在激光二極管組件的情況下，這是半導體組件裝置的外延側，其中第二側對應基板側。在外延側上，在大多數(shù)情況下，關于熱、電及機械可靠性的需要較高，由于考慮熱最好是同時進行熱電接觸，例如，可被金-錫硬焊錫接觸，假若第一導熱體的熱膨脹系數(shù)與半導體組件裝置的熱膨脹系數(shù)的差異最好不超過2ppm/K。關于其重量/原子及/或體積比，這種第一導熱體最好主要由含有金屬的化合物如金剛石-銀化合物構成。在另一方面，半導體組件裝置的第一側也可以與第二側類似且與第二側一起通過由補償材料鎖定保持的金屬層支撐鉗制進行熱接觸，其中在第三方法步驟中，第一與第二金屬層的溫度最好不超過各自層中材料的熔化溫度以及各自的最低熔化溫度。在第三方法步驟中，可以發(fā)生在第二接觸部分與第二接觸表面之間摩擦鎖定連接的形成與在第一接觸部分與第一接觸表面之間摩擦鎖定連接的形成的形成物，其在第一與第二連接部分之間被固化的接合工具保持。在另一方面，在第三方法步驟中，在第二接觸部分與半導體組件裝置之間材料鎖定連接的形成可以通過固態(tài)地擴散第二金屬層的至少一個金屬材料至第二接觸部分及/ 或第二電連接的金屬表面區(qū)域，及/或通過固態(tài)地擴散第二接觸部分及/或第二電連接的表面區(qū)域的至少一個金屬材料至不具有第二金屬層的金屬材料、第二接觸部分或第二電連接的表面區(qū)域的金屬材料的其中之一的第二金屬層而進行，其形成的化合物的其中之一或者其形成的相互混合或與其形成的化合物的一個或多個混合的其中之一變?yōu)橐簯B(tài)；以及在第一接觸部分與半導體組件裝置之間材料鎖定連接的形成通過固態(tài)地擴散第一金屬層的至少一個金屬材料至第一接觸部分及/或第一電連接的金屬表面區(qū)域，及/或通過固態(tài)地擴散第一接觸部分及/或第一電連接的表面區(qū)域的至少一個金屬材料至不具有第一金屬層的金屬材料、第一接觸部分或第一電連接的表面區(qū)域的金屬材料的其中之一的第一金屬層而進行，其形成的化合物的其中之一或者其形成的相互混合或與其形成的化合物的一個或多個混合的其中之一變?yōu)橐簯B(tài)。優(yōu)選地，由第一金屬層或第二金屬層的材料所構成的連接部件的濕度是形成材料鎖定連接的條件。濕的表面具有材料易擴散性額外地支持材料鎖定連接的形成工藝。貴金屬以及相對柔軟的、低熔點的金屬是優(yōu)良的濕部件(wetting partners)。因此，第一及 /或第二層最好包含至少一個具有化學元素的材料，所述化學元素來自銦、錫、鉛、以及鎘群組。該材料在一方面可以僅僅由所述化學元素的其中之一構成，尤其是，關于重量、原子及/ 或體積比，第一及/或第二金屬層可以主要地或完全地由錫、鉛、鎘或者尤其是最好由銦構成。在另一方面，該材料可以由所述化學元素以及其它化學元素或指定的化學元素的共晶化合物構成，尤其是，關于重量、原子及/或體積比，第一及/或第二金屬層可以主要地或完全地由共晶的鉛-錫、鎘-錫或者尤其最好是銦-錫構成。為了改善在材料鎖定連接的情況或在第三方法步驟期間的情況中的濕度及/或擴散，第一及/或第二層的溫度至少有時超過室溫。在第三方法步驟期間，第一及/或第二層的溫度最好至少有時超過30°C。例如，其有時在50°C與100°C之間。該接合工具的凝固在這種溫度范圍中也可被促進，其中，在時間方面加速凝固及/或增加固化的接合工具的強度。


下面參考5個實施例對本發(fā)明進行詳細描述。所附圖式為示意性地顯示，并且對尺寸是沒有必要的。圖式中圖Ia為根據(jù)本發(fā)明，用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的二極管激光組件的第一實施例的第二方法步驟中組件的布置的側視圖；圖Ib為根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的第三方法步驟中組件的布置的側視圖；圖Ic為焊接的二極管激光組件的電流-光圖以及電流-電壓圖；圖Id為根據(jù)第一實施例生產(chǎn)的二極管激光組件的電流-光圖以及電流-電壓圖；圖Ie為焊接的二極管激光組件的發(fā)射器的光功率分布的近場分布圖；圖If為根據(jù)第一實施例生產(chǎn)的二極管激光組件的發(fā)射器的光功率分布的近場分布圖；圖加為根據(jù)本發(fā)明，通過用于實現(xiàn)生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明二極管激光組件的第二實施例的第二方法步驟的第一部分的組件的布置的側視圖；圖2b為根據(jù)本發(fā)明，通過用于實現(xiàn)第二實施例的第二方法步驟相對于第一部分而時間延遲的第二部分的組件的布置的側視圖；圖2c為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的第三方法步驟中的組件的布置的側視圖；圖3a為根據(jù)本發(fā)明，用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明二極管激光組件的第三實施例的第二方法步驟中的組件的布置的主視圖；圖北為根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的第三方法步驟的第一部分中組件的布置的主視圖；圖3c為根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的第三方法步驟中通過第一部分而時間延遲的第二部分中組件的布置的主視圖；圖如為根據(jù)本發(fā)明的方法的第四實施例，在生產(chǎn)二極管激光組件中使用的二極管激光子組件的組件的側視圖；圖4b為圖如的二極管激光子組件的側視圖；圖如為根據(jù)本發(fā)明，用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明二極管激光組件的第四實施例的第二方法步驟中的組件的布置的側視圖；圖4d為根據(jù)本發(fā)明第四實施例的第三方法步驟中的組件的布置的側視圖；圖如為根據(jù)本發(fā)明的方法的第五實施例，在生產(chǎn)二極管激光組件中使用的二極管激光子組件的組件的主視圖；圖恥為圖fe的二極管激光子組件的主視圖；圖5c為根據(jù)本發(fā)明，用于生產(chǎn)本發(fā)明二極管激光組件的第五實施例的第二方法步驟中的組件的布置的側視圖；圖5d為根據(jù)本發(fā)明第五實施例的第三方法步驟中的組件的布置的主視圖。使用的陰影表示連接方式，并且不被解釋為剖視圖。在激光二極管組件10的相對側上作為鍍金屬17和18而形成的接觸層僅在第一實施例的圖Ia和圖Ib中顯示，并且為了清晰起見，在所有其它的圖式中均被省略。相同的附圖標記表示相同或相似的物體。關于說明書中未說明的附圖標記可參考下面的附圖標記表。
具體實施方式
第一實施例根據(jù)本發(fā)明的方法的第一實施例，提供銅制的第一導熱體20與銅制的第二導熱體30，用于生產(chǎn)二極管激光組件。第一導熱體20和第二導熱體30的外部均涂布鎳與金層。 第一導熱體20具有第一連接部分沈、第一接觸部分25、以及第一連接表面21。第二導熱體 30具有第二連接部分36、第二接觸部分35、以及第二連接表面31。第一銦層51被涂布于第一連接表面21，第二銦層52被涂布于第二連接表面31。第一導熱體20在第二方法步驟中相對于第二導熱體30被定向，以使第一連接表面21與第二連接表面31彼此相對(圖la)。此外，在第一方法步驟中，激光二極管條10被提供為半導體組件裝置，其中所述激光二極管條10在第一側具有第一金屬層17以及鍍金的外部電接觸表面11，在第二側具有第二金屬層18以及鍍金的外部接觸表面12。在第二方法步驟中，激光二極管條10插入第一接觸部分25與第二接觸部分35之間，以使其第一電接觸表面11與第一連接表面21 相對，其與第一電接觸表面11相對的第二電接觸表面12與第二連接表面31相對。接合工具55插入第一連接部分沈與第二連接部分36之間，所述接合工具55在插入時不需要必須地表現(xiàn)為層，而是可以被應用為滴落至第一連接部分沈及/或與各自的其它連接部分相對的第二連接部分36的表面上的滴狀物或滴狀場。在這種情況中，填充有陶瓷顆粒的環(huán)氧樹脂黏合劑(簡稱為“環(huán)氧”)被用作為電絕緣接合工具陽。在背對接合工具的一側，激光二極管條10具有與兩電接觸表面11和12垂直的輻射發(fā)射表面13。在第三方法步驟中，壓應力53施加于背對第二接觸部分35的激光二極管條的一側。第一導熱體20及其側22在圖Ib未顯示的靜止的或未被移動的反向件上背對激光二極管條，并且作為阻擋物。在該阻擋物中，建立與壓應力53相對的反作用力，并且該反作用力與壓應力53 —起確保銦層51與52的壓力負荷。裝置的溫度從室溫增加至70°C，以影響、 支持、或加速接合工具陽的固化以及凝固，并且增加金屬層51和52的銦的趨勢，以擴散至鍍金屬17和18的金。在第三方法步驟期間，銦層的溫度不超過70°C，直至完成作為半導體模塊的二極管激光組件80。然而，激光二極管條10與導熱體20和30的材料鎖定連接通過將固態(tài)銦擴散至固態(tài)金而實現(xiàn)。二極管激光組件80的生產(chǎn)通過接合工具55的凝固而完成，其在遠離激光二極管組件10的第一導熱體20與第二導熱體30之間形成穩(wěn)定的材料鎖定連接，并且將裝置的溫度冷卻至室溫。通過接合工具55而形成的材料鎖定在銦層51與 52上至少部分地保持導熱體20與30的壓力負荷，因此，銦層51與52被保護，以免受張力、 剪切力以及剝離應力，并且在二極管激光組件80的操作期間，也可保證激光二極管組件10 的充分的電接觸和熱接觸。為了在操作中冷卻二極管激光組件，在背對第一導熱體的激光二極管條10的一側上，冷卻組件(圖未示)與接觸表面22連接。在操作期間發(fā)射的二極管激光輻射的發(fā)射方向為圖Ib中的箭頭15所示的方向。由于銦層51與52也可為焊接層，但是在本發(fā)明中未被用作為焊接層，因為在二極管激光模塊的生產(chǎn)期間，沒有一點是銦的熔化溫度，即157°C，該溫度超過了兩銦層51與52 的任意一個，這種生產(chǎn)方法可以被描述為激光二極管條10的鉗制。相比之下，一種生產(chǎn)方法被描述為激光二極管條10的焊接，其中一個或兩個銦層 51與52的溫度超過熔化溫度。作為規(guī)定，焊接應該具有比鉗制更好的二極管激光組件的熱學特性，例如熱阻。焊接的缺點是在焊錫的熔化溫度(最好是凝固溫度)產(chǎn)生的材料鎖定，特別是在兩銦層51與52的兩側的焊接，尤其利用超過從發(fā)射器至發(fā)射器的激光二極管條 10的寬度的不均勻的過程，將高機械應力導入于激光二極管條10。由于發(fā)射器的輻射的光學特性很大程度上取決于各自的發(fā)射器中的壓力狀態(tài)，相應的激光二極管條10的不同區(qū)域的不均勻的輻射特性是可以被預期的。將在兩側上用銦焊錫焊接的激光二極管條10與在兩側上用在940nm區(qū)域中的發(fā)射波長的銦層51和52焊接的激光二極管條10進行比較，兩種變換的數(shù)個二極管激光組件 80被生產(chǎn)并且相互比較。圖Ic至圖If再現(xiàn)了在每種變換的120W的光學功率用最高的光電效率表示的各自的特性。圖Ic顯示了在兩側焊接的相應的二極管激光組件80的電流-光圖以及電流-電壓圖，圖Id顯示了在根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的兩側上鉗制的相應二極管激光組件 80的電流-光圖以及電流-電壓圖。兩種變換的光電特性、機械特性以及熱學特性的比較結果如表1所示
權利要求
1.一種用于生產(chǎn)半導體模塊(80)的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟a)提供i)半導體組件裝置(10/40)，其中-在第一側上具有與至少一個第一電連接(16/41)連接的第一接觸表面(11/45)；以及 -在與所述第一側相對的第二側上具有與至少一個第二電連接(17/4 連接的第二接觸表面(12/46)， )第一導熱體(20)；iii)至少一個第二導熱體(30)；iv)第一金屬層(51)；ν)至少一個第二金屬層(52)；以及 vi)至少一個接合工具(55)；b)將所述半導體組件裝置(10/40)排列在所述第一導熱體00)與所述第二導熱體 (30)之間，以使所述第一導熱體00)的第一接觸部分0 與所述第一接觸表面(11/45) 相對，使所述第二導熱體(30)的第二接觸部分(3 與所述第二接觸表面(12/46)相對，其中至少一部分的所述第一金屬層(51)排列在所述第一接觸部分0 與所述第一接觸表面 (11/45)之間，而至少一部分的所述第二金屬層(5 排列在所述第二接觸部分(3 與所述第二接觸表面(12/46)之間；c)產(chǎn)生至少一個力(53)，藉由所述第一導熱體00)及所述第二導熱體(30)的其中之一在所述第一導熱體00)及所述第二導熱體(30)中另一個的方向中，將至少一組件有效地定位；以及藉由所述接合工具(5 的固化來產(chǎn)生所述第一導熱體00)及第二導熱體(30)的材料鎖定連接， 其中，在步驟c)中，所述第二金屬層(5 的溫度不超過具有最低熔化溫度的所述第二金屬層(52)的金屬材料的熔化溫度。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟c)中，在所述材料鎖定連接生成的同時產(chǎn)生至少一個力(53)。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一導熱體00)的第一連接部分 (26)設置于與遠離所述半導體組件裝置(10/40)的所述第二導熱體(30)的第二連接部分 (36)相對，并且至少一部分的所述接合工具(5 排列在所述第一連接部分06)與所述第二連接部分(36)之間。
4.如上述權利要求的任意一項所述的方法，其特征在于，在方法步驟c)中產(chǎn)生的力(5 為自外部施加于所述第一導熱體OO)及所述第二導熱體(30)的至少其中之一上的外力，并且至少一組件在所述第一導熱體OO)及所述第二導熱體(30)的另一個的方向上被定位，其中，方法步驟d)在方法步驟c)之后進行，其中所述外力(5 部分或完全地被消除。
5.如上述權利要求的任意一項所述的方法，其特征在于，在方法步驟b)中，所述材料鎖定連接發(fā)生在所述第一接觸部分0 與所述半導體組件裝置(10/40)之間，所述半導體組件裝置(10/40)包含在所述第一接觸部分0 與所述半導體組件裝置(10/40)之間排列的所述第一金屬層(51)的至少一個金屬材料。
6.如上述權利要求的任意一項所述的方法，其特征在于，在方法步驟c)中，在所述第二接觸部分(3 與所述第二接觸表面(12/46)之間形成被固化的所述接合工具(5 保持的力鎖定連接。
7.如權利要求1至5的任意一項所述的方法，其特征在于，在方法步驟c)中，所述第二接觸部分(3 與所述半導體組件裝置(10/40)之間所述材料鎖定連接的形成通過固態(tài)地擴散所述第二金屬層(5 的至少一個金屬材料至所述第二接觸部分(3 及/或所述第二電連接(17/46)的金屬表面區(qū)域，及/或通過固態(tài)地擴散所述第二接觸部分(3 及/或所述第二電連接(17/42)的表面區(qū)域的至少一個金屬材料至不具有所述第二金屬層(5 的金屬材料、所述第二接觸部分(3 或所述第二電連接 (17/42)的表面區(qū)域的金屬材料的其中之一的所述第二金屬層(5 而進行，其形成的化合物的其中之一或者其形成的相互混合或與其形成的化合物的一個或多個混合的其中之一變?yōu)橐簯B(tài)。
8.如權利要求1至7的任意一項所述的方法，其特征在于，在方法步驟c)中，所述第一金屬層(51)和所述第二金屬層(5 的溫度不超過所述第一金屬層(51)和所述第二金屬層(5 中各自的材料的熔化溫度以及各自的最低熔化溫度。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，在方法步驟c)中，發(fā)生在所述第二接觸部分(3 與所述第二接觸表面(12/46)之間摩擦鎖定連接的形成與在所述第一接觸部分0 與所述第一接觸表面(11/4 之間摩擦鎖定連接的形成的形成物，所述摩擦鎖定連接的形成均被固化的所述接合工具(5 保持。
10.如權利要求8所述的方法，其特征在于，在方法步驟c)中，所述第二接觸部分(3 與所述半導體組件裝置(10/40)之間所述材料鎖定連接的形成通過固態(tài)地擴散所述第二金屬層(5 的至少一個金屬材料至所述第二接觸部分(3 及/或所述第二電連接(17/46)的金屬表面區(qū)域，及/或通過固態(tài)地擴散所述第二接觸部分(3 及/或所述第二電連接(17/42)的表面區(qū)域的至少一個金屬材料至不具有所述第二金屬層(5 的金屬材料、所述第二接觸部分(3 或所述第二電連接 (17/42)的表面區(qū)域的金屬材料的其中之一的所述第二金屬層(5 而進行，其形成的化合物的其中之一或者其形成的相互混合或與其形成的化合物的一個或多個混合的其中之一變?yōu)橐簯B(tài)，以及所述第一接觸部分0 與所述半導體組件裝置(10/40)之間所述材料鎖定連接的形成通過固態(tài)地擴散所述第一金屬層(51)的至少一個金屬材料至所述第一接觸部分05)及 /或所述第一電連接(16/41)的金屬表面區(qū)域，及/或通過固態(tài)地擴散所述第一接觸部分 (25)及/或所述第一電連接(16/41)的表面區(qū)域的至少一個金屬材料至不具有所述第一金屬層(5 的金屬材料、所述第一接觸部分0 或所述第一電連接(16/41)的表面區(qū)域的金屬材料的其中之一的所述第一金屬層而進行，其形成的化合物的其中之一或者其形成的相互混合或與其形成的化合物的一個或多個混合的其中之一變?yōu)橐簯B(tài)。
11.如上述權利要求的任意一項所述的方法，其特征在于，至少方法步驟c)在真空中進行或在對于所述第一金屬層(51)及/或所述第二金屬層 (52)的所述第一及/或第二金屬材料不易發(fā)生化學反應或降低的氣氛中進行。
12.如上述權利要求的任意一項所述的方法，其特征在于，所述第一導熱體00)和所述第二導熱體(30)由至少一個金屬材料所構成，而所述接合工具(5 為硬塑料和膠接劑的群組所形成的電絕緣接合工具。
13.如上述權利要求的任意一項所述的方法，其特征在于，在方法步驟a)或b)中，所述第一金屬層(51)設置于面向所述半導體組件裝置 (10/40)的所述第一接觸部分0 的所述第一接觸表面(11/4 或第一入熱表面；及 /或所述第二金屬層(5 設置于面向所述半導體組件裝置(10/40)的所述第二接觸部分 (35)的所述第二接觸表面(12/46)或第二入熱表面(31)。
14.如上述權利要求的任意一項所述的方法，其特征在于，所述第一金屬層(51)及/或所述第二金屬層(5 的至少一個材料包含自銦、錫、鉛、 以及鎘群組的化學元素。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于，考慮重量、原子及/或體積比，所述第一金屬層(51)及/或所述第二金屬層(5 主要由銦構成，并且在方法步驟c)期間，所述第一金屬層(51)及/或所述第二金屬層(52)的溫度至少有時超過30°C。
16.如上述權利要求的任意一項所述的方法，其特征在于，所述半導體組件裝置(10)形成為半導體組件(10)，并且所述第一電連接(16)和所述第二電連接(17)通過在所述半導體組件(10)的第一側上的至少一個第一金屬層(16)以及在所述半導體組件(10)的第二側上的至少一個第二金屬層(17)而形成，其中所述第一接觸表面(11)排列在背對所述第一金屬層(16)上的所述半導體組件(10)的一側上，而所述第二接觸表面(1 排列在背對所述第二金屬層(17)上的半導體組件(10)的一側上。
17.如權利要求1至15的任意一項所述的方法，其特征在于，所述半導體組件裝置GO)具有至少一個半導體組件(10)；所述第一電連接Gl)形成為至少一個第一導電接觸體(41)，其藉由第一導電接合工具以材料鎖定的方式固定于所述半導體組件(10)的第一側，以及所述第二電連接0 形成為第二導電接觸體(42)，其藉由第二導電接合工具以材料鎖定的方式固定于與所述半導體組件(10)的所述第一側相對的所述半導體組件(10)的第二側。
18.如權利要求17所述的方法，其特征在于，所述第一導電接合工具及/或所述第二導電接合工具包含金與錫，并且所述第一導電接觸體Gl)及/或所述第二導電接觸體0 包含鎢、鉬、碳、氮化硼及/或金剛砂。
19.如權利要求16至18的任意一項所述的方法，其特征在于，考慮重量、原子及/或體積比，所述第一導熱體00)和所述第二導熱體(30)主要由銅及/或鋁構成。
20.如上述權利要求的任意一項所述的方法，其特征在于，所述第一導熱體00)及/或所述第二導熱體(30)為冷卻組件。
21.如上述權利要求的任意一項所述的方法，其特征在于，所述第一導熱體00)及/或所述第二導熱體(30)為貼附至少一個冷卻組件。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種熱接觸式半導體組件裝置(10/40)，其藉由金屬層(52)在力(53)的作用下使設置在半導體組件裝置(10/40)的相對側上的兩個導熱體(20，30)的至少其中之一(20/30)與半導體組件裝置(10/40)的接觸表面(12/46)接觸，其中，金屬層(52)在接合劑的凝固期間不熔化，以在其全部區(qū)域之上兩個導熱體(20，30)之間形成黏合鍵結。
文檔編號H01S5/024GK102576975SQ201080040173
公開日2012年7月11日 申請日期2010年9月8日 優(yōu)先權日2009年9月9日
發(fā)明者佩翠拉·赫靈格, 多明尼·蕭羅德爾, 馬特思亞斯·蕭羅德爾 申請人:詹諾普蒂克激光有限公司