[發明專利]導電性接合材料、采用它的接合方法、以及由其接合的半導體裝置

無效

• 申請號: 201010171726.3
• 申請日: 2010-04-28
• 公開（公告）號: CN101875158A
• 公開（公告）日: 2010-11-03
• 發明（設計）人: 保田雄亮;守田俊章;井出英一;稻田禎一
• 申請（專利權）人: 日立化成工業株式會社
• 主分類號: B23K35/22
• 分類號: B23K35/22
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 王永紅

技術領域

本發明涉及導電性接合材料、采用它的接合方法、以及由其接合的半導體裝置，例如，涉及半導體模塊中使用的接合材料及接合方法。

背景技術

換流器等中使用的動力半導體裝置之一的非絕緣型半導體裝置中，固定半導體元件的構件也是半導體裝置的電極之一。例如，動力晶體管在固定構件上用Sn-Pb系焊錫材料安裝的半導體裝置中，固定構件(基材)變成動力晶體管的集電極。該集電極，在半導體裝置啟動時，有數安培以上的電流流過，晶體管芯片發熱。為了避免起因于該發熱的特性不穩定或壽命降低，必須確保焊錫焊接部位的放熱性、長期可靠性(耐熱性)。因此，為了確保該焊錫焊接部位的耐熱性及放熱性，有必要采用高放熱性的材料。

既使在絕緣型半導體裝置中，為使半導體元件安全而穩定地運行，有必要確保半導體裝置運行時產生的熱有效發散至半導體裝置外，另外，有必要確保焊錫焊接部位的連接可靠性。例如，汽車的發動機室多數處于高溫的狀態下，即使在該環境下，接合部分的可靠性也不能有問題。

為了提高接合部分的耐熱性，可以使用高熔點的接合材料，但此時，接合溫度也上升。當接合溫度達到高溫時，固定的構件因熱受到損傷，在接合后冷卻時，因基板與構件的應力差，整個半導體裝置有時也發生變形。即，要求接合材料的耐熱性提高而接合溫度降低。

例如，如專利文獻1所述，作為具有高放熱性與可靠性的連接材料，已知有采用含粒子狀銀化合物的導電性組合物的導電性粘接劑。

另外，專利文獻2中報告一種把1～100μm大小的粒子在接合層中燒結的方法。

另外，已知，當金屬粒子的粒徑小到100nm以下的尺寸時，構成原子數變少，表面積相對粒子的體積之比急激增大，燒結溫度，與體積狀態相比，大幅降低(燒結性提高、或表面能量加大)。例如，專利文獻3記載有，利用該低溫焙燒功能，用有機物被覆表面的平均粒徑100nm以下的金屬粒子作為接合材料使用，通過加熱使有機物分解，使金屬粒子彼此燒結而進行接合。在該接合方法中，接合后的金屬粒子向整體金屬變化，同時在接合界面通過金屬結合進行接合，故具有非常高的耐熱性、可靠性及高放熱性。

專利文獻

專利文獻1特開2003-309352

專利文獻2特開2005-129303

專利文獻3特開2004-107728

專利文獻4特開2008-161907

專利文獻5特開2008-178911

發明內容

發明要解決的課題

但是，專利文獻1及2所述的接合材料(導電性粘接劑)，由于在界面的接合機構是采用由樹脂構成的粘結劑的方法，與界面中形成金屬結合的情況相比，從放熱性及接合可靠性這點看，變差。

另外，在專利文獻3所述的接合材料中，采用平均粒徑100nm以下的金屬粒子，如上所述，因在接合界面通過金屬結合進行接合，故具有高耐熱性與可靠性及高放熱性。反之，當平均粒徑在100nm以下時，非常細微的金屬粒子易發生凝聚，為使這種金屬粒子穩定化，有必要形成有機物保護膜。該有機物保護膜在接合時有必要除去，此時，因大量有機物從粒子表面揮發，引起體積收縮，故接合時必須加壓。當接合時進行加壓，有使半導體芯片損壞之慮。另外，由于通常焊錫焊接工序不是加壓工序，為采用該法，接合時必須有用于加壓的工藝(設備)，故缺乏通用性。因此，采用平均粒徑100nm以下的金屬粒子的接合方法時，存在金屬粒子的制作、制作后的雜質去除或保管、操作等實用方面的課題。

本發明是鑒于該情況提出的，提供一種接合后耐熱性優良的、接合時與含樹脂的導電性接合材料相比，接合界面的金屬結合可在更低溫下實現，接合工序中可不必加壓的不加壓接合的導電性接合材料及采用它的接合方法、以及由此接合的半導體裝置。

用于解決課題的手段

為了解決上述課題，本發明中，采用此前未引起關注的粒徑0.1～100μm(微粒子)的銀粉(銀粒子)與氧化銀粉(氧化銀粒子)，能進行接合部的金屬接合。另外，由于不采用樹脂(有機物的含有量少)，在接合過程中可不加壓，達到接合工序的簡化。

另外，迫于無鉛焊錫的要求，作為高溫焊錫，還未找到其替代材料。由于安裝時采用階層焊錫是必不可少的，故希望替代該高溫焊錫的材料出現。因此，本接合技術也期待作為該高溫焊錫的替代材料。