[發明專利]焊料、接點結構及接點結構的制作方法

有效

• 申請號: 201310008305.2
• 申請日: 2013-01-09
• 公開（公告）號: CN103811447A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 高國書;張道智;陳文志
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: H01L23/488
• 分類號: H01L23/488;H01L21/48
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 陳小雯

技術領域

本發明涉及一種半導體裝置及其制作方法，且特別是涉及一種接點結構、用于形成接點結構的焊料及接點結構的制作方法。

背景技術

為了提升功率模塊的能量轉換效率，以碳化硅（silicon?carbide,SiC）或氮化鎵（gallium?nitride,GaN）取代硅基底來制作元件，被視為新一代的功率半導體開關技術。以碳化硅元件為例，其提供更低的導通阻抗，更快的切換速度，更低的功率損失（power?loss），且可承受更高溫的操作環境，符合高功率元件技術的發展趨勢。然而，芯片的接面溫度（junction?temperature,Tj）在硅基功率模塊運作時僅約為150°C，尚在無鉛焊錫（例如Sn3.0Ag0.5Cu）可忍受的溫度范圍內。導入碳化硅功率模塊后，以中小瓦數的電源管理模塊而言，Tj高于175°C。而Sn3.0Ag0.5Cu的起始熔化溫度僅217°C，在此溫度環境下，將會發生劇烈的潛變（creep）效應，不利于接點機械強度的維持，無法滿足對長期可靠度的要求，更遑論應用于Tj高達250°C的車用電力模塊等產品。因此，對碳化硅功率模塊封裝而言，耐高溫無鉛焊料將是決定產品品質與壽命的關鍵因素之一。

有鑒于此，許多研究機構已積極投入高溫無鉛焊料或耐高溫固晶工藝開發。目前廣泛使用的高溫無鉛焊料例如金基合金焊料（AuSn-based?solder）、鉍基合金焊料（BiAg-based?solder）、納米銀金屬粉末燒結（Ag?paste?sintering）、及鋅基焊料（Zn-based?solder）等。

鋅基焊料相較于其他高溫焊料而言，具有成本低、接合范圍適當（proper?melting?range）及良好的熱電傳導特性，極為適合取代其他高溫焊料，運用于功率模塊組裝。然而，鋅基焊料容易氧化，且在高溫接合工藝中，容易與其他金屬（例如銅）反應生成介金屬化合物（如CuZn₅與Cu₅Zn₈），不利于功率模塊的長期可靠性。

發明內容

本發明提供一種焊料，具有良好的儲存安定性，可用以制作具有良好可靠度的接點結構。

本發明提供一種接點結構，具有良好的可靠度。

本發明提供一種接點結構的制作方法，可以制作出具有良好可靠度的封裝結構。

本發明提出一種焊料，其包括鋅基金屬層、銅金屬膜以及貴金屬膜。銅金屬膜完全覆蓋鋅基金屬層的表面，而貴金屬膜完全包覆銅金屬膜。

本發明提出一種接點結構，其包括鋅基金屬層與介金屬層。介金屬層由鋅與貴金屬所組成，且完全覆蓋鋅基金屬層的表面。

在本發明的一實施例中，接點結構還包括高熔點金屬層，且高熔點金屬層配置于介金屬層的四周圍。

本發明提供一種接點結構的制作方法。所述制作方法包括下述步驟。首先，提供焊料。所述焊料包括鋅基金屬層、銅金屬膜與貴金屬膜。銅金屬膜完全覆蓋鋅基金屬層的表面。貴金屬膜完全包覆銅金屬膜。而后，加熱焊料，使銅金屬膜所含的銅擴散進入鋅基金屬層；且使貴金屬膜所含的貴金屬與鋅基金屬層所含的鋅反應，由貴金屬與鋅形成包覆鋅基金屬層的介金屬層。

在本發明的多個實施例中，鋅基金屬層的材料包括鋅、鋅錫合金、鋅鋁合金或鋅鋁銅合金，且在鋅基金屬層中，鋅占的比例大于90wt%。

在本發明的多個實施例中，貴金屬例如是金、銀或鈀。

在本發明的多個實施例中，介金屬層的材料例如是AuZn、AuZn₃、AuZn₈、Au₅Zn₃、Au₃Zn₇、AuZn₂、AuZn₇、AuZn₄、AgZn、AgZn₃、Ag₅Zn₈、PdZn、Pd₂Zn、PdZn₂、Pd₂Zn₈。

基于上述，本發明的各實施例中，在鋅基金屬層的表面形成銅金屬膜與貴金屬膜來作為焊料，而具有良好的儲存安定性。接合時，焊料中的鋅與貴金屬反應，形成介金屬層。介金屬層可保護鋅基金屬層，使其不易與外界元素反應，還可抑制界面缺陷產生，及防止鋅須成長。由此，可形成可靠的耐高溫接點結構。

為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附附圖作詳細說明如下。

附圖說明