電子元器件及電子元器件的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明中，在成為半導(dǎo)體元件的正面電極的導(dǎo)電部(1)的表面對(duì)以銅為主要成分的第1金屬膜(2)進(jìn)行成膜。在第1金屬膜(2)的表面對(duì)以銀為主要成分的第2金屬膜(3)進(jìn)行成膜。在第2金屬膜(3)的表面，經(jīng)由含有銀粒子的接合層(4)接合有金屬板(5)，該金屬板(5)用于電連接導(dǎo)電部(1)與其他構(gòu)件(例如絕緣基板(23)的電路圖案(24))。在第2金屬膜(3)中不包含會(huì)使第2金屬膜(3)與含有銀粒子的接合層(4)的接合強(qiáng)度下降的鎳。由此，能夠提供具有較高的接合強(qiáng)度及優(yōu)異的耐熱性和散熱性的電子元器件(10)以及電子元器件(10)的制造方法。
【專利說(shuō)明】電子元器件及電子元器件的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電子元器件及電子元器件的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]以往，提出有如下半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置具有在設(shè)置于絕緣基板的電路圖案上接合半導(dǎo)體元件而成的封裝結(jié)構(gòu)。作為將設(shè)置于半導(dǎo)體元件正面的電極(以下，稱為正面電極)與絕緣基板的電路圖案相接合的方法，已知有使用鋁(Al)線、焊料來(lái)進(jìn)行接合的方法。圖11是表示現(xiàn)有封裝結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的主要部分的剖視圖。如圖11所示，具有半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體芯片101的背面通過(guò)焊料接合層102與絕緣基板103的正面的電路圖案104相接合。
[0003]絕緣基板103的背面與例如由銅(Cu)構(gòu)成的金屬板(以下，稱為Cu板)105的正面相接合。Cu板105的背面經(jīng)由焊料接合層(未圖示)與基底構(gòu)件106的正面相接合。利用熱壓接或超聲波振動(dòng)將設(shè)置于半導(dǎo)體芯片101的正面的未圖示的半導(dǎo)體元件的正面電極連接至鋁線107，并通過(guò)鋁線107與電路圖案104進(jìn)行電連接。
[0004]圖12是表示現(xiàn)有封裝結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的另一示例的主要部分的剖視圖。如圖12所示，半導(dǎo)體芯片101的未圖示的正面電極通過(guò)金屬板108與電路圖案104進(jìn)行電連接。正面電極和電路圖案104分別經(jīng)由焊料接合層102與金屬板108相接合。圖12所示的半導(dǎo)體裝置中除金屬板108以外的結(jié)構(gòu)與圖11所示的半導(dǎo)體裝置相同。此外，在圖11、12中，省略對(duì)殼體和外部電極用端子的圖示。
[0005]半導(dǎo)體元件的正面電極例如有鋁或鋁合金形成。然而，鋁與焊料之間的浸潤(rùn)性較差，且無(wú)法與焊料牢固地緊密接合。因此，在正面電極與焊料接合層之間，需要形成與正面電極和焊料的密接性較高的凸點(diǎn)下金屬膜(under-bump metal film)。作為凸點(diǎn)下金屬膜，通常使用無(wú)電解Ni/Au鍍膜(ENIG)。在半導(dǎo)體元件的正面電極表面，通過(guò)實(shí)施Ni/Au鍍膜，能夠使焊料與正面電極牢固地接合。
[0006]作為這種實(shí)施鍍膜的方法，提出了以下方法，即:連續(xù)進(jìn)行使被鍍敷材料與去除金離子后的無(wú)電解金鍍液相接觸的工序、以及使被鍍敷材料與包含金離子的無(wú)電解金鍍液相接觸的工序(例如，參照下述專利文獻(xiàn)I。)。
[0007]此外，作為實(shí)施鍍膜的其他方法，提出了以下方法，即:對(duì)形成于基板坯體的表面的導(dǎo)電部實(shí)施鍍敷處理，依次形成以Ni為主要成分的無(wú)電解Ni被膜和以Au為主要成分的置換Au被膜，然后，在進(jìn)行去除附著于置換Au被膜的Ni化合物的后處理的電子元器件的鍍敷方法中，使用從檸檬酸、甘氨酸、乙酸、葡萄糖酸、谷氨酸、酒石酸、乙二胺四乙酸、二乙三安五一酸、蘋果酸、丙二酸、亞硫酸、氨基酸、以及氨基磺酸中選擇的特定的絡(luò)合劑作為Ni去除液，在所述后處理中，實(shí)施使所述Ni化合物與所述Ni去除液相接觸的接觸處理，由此從所述置換Au被膜上去除所述Ni化合物(例如，參照下述專利文獻(xiàn)2。)。
[0008]此外，作為由實(shí)施鍍膜的其他方法制造得到的電子元器件，提出了如下電子元器件。電子元器件中，在形成于陶瓷坯體的表面的導(dǎo)電部上形成了 2層結(jié)構(gòu)的N1-P被膜，并進(jìn)一步在該N1-P被膜的表面形成Au被膜。并且，在N1-P被膜中，第I層的P含有率在3重量％以上6重量％以下,第2層的P含有率超過(guò)6重量％且在9重量％以下,且該N1-P被膜的厚度在0.1 μπι以上Ι.Ομπι以下(例如，參照下述專利文獻(xiàn)3。)。
[0009]此外，作為實(shí)施鍍膜的其他方法，提出了以下方法。在實(shí)施鍍膜時(shí)，經(jīng)過(guò)預(yù)處理工序、自催化Ni鍍敷工序、置換Au鍍敷工序，在形成于陶瓷坯體的表面的Cu電極上依次形成N1-P被膜和Au被膜。然后，在后處理工序中，將形成有Au被膜的陶瓷坯體作為被干燥物，將被干燥物提供到至少減壓至13.3Pa以下的真空干燥裝置內(nèi)，實(shí)施真空干燥處理，以去除殘留在N1-P被膜和Au被膜之間的界面中的水分。也可以使用與Ni相比離子化傾向較小的金屬來(lái)代替Au被膜,具體而言,可使用Ag、Cu、Pd、以及Pt、或者使用它們的合金(例如，參照下述專利文獻(xiàn)4。)。
[0010]此外，作為實(shí)施鍍膜的其他方法，提出了以下方法。連接用端子使用在銅板上實(shí)施Ni鍍敷并進(jìn)一步在其表面進(jìn)行金鍍敷后得到的材料，在將半導(dǎo)體元件搭載于絕緣基板的布線上之后，對(duì)半導(dǎo)體元件的發(fā)射極電極(上側(cè))涂布含有平均粒徑為5nm的Au粒子的溶液。接著，對(duì)形成于絕緣基板上的銅布線圖案的表面實(shí)施Ni鍍敷處理，并進(jìn)一步對(duì)經(jīng)由端子與半導(dǎo)體元件的發(fā)射極電極相連接的部分進(jìn)行Au鍍敷處理，然后對(duì)進(jìn)行了 Au鍍敷處理的布線的Au鍍敷部分涂布含有Au粒子的溶液。對(duì)這些半導(dǎo)體元件和絕緣基板上布線中所涂布的含有Au的溶液進(jìn)行干燥，形成由金粒子形成的電極部分，然后，將連接用端子搭載于該由金粒子形成的電極的上部，并以80°C加熱60分鐘，由此來(lái)連接半導(dǎo)體元件和布線(例如，參照下述專利文獻(xiàn)5。)。
[0011]此外，作為實(shí)施鍍膜的其他方法、以及將半導(dǎo)體元件安裝于布線電路的方法，提出了以下方法。在半導(dǎo)體元件的基板金屬層上利用無(wú)電解鍍敷法形成鎳類薄層，使用各向異性導(dǎo)電性粘接劑來(lái)對(duì)該鎳類薄層與布線電路進(jìn)行接合。并且，在形成鎳類薄層之后，利用無(wú)電解鍍敷法形成含有0.1?95重量％的鈀和鉛或錫的鈀合金層，并使用各向異性導(dǎo)電粘接劑將其與布線電路相接合。各向異性導(dǎo)電性粘接劑含有具有突起的粒徑為20 μ m以下和I μ m以下的金類、白金類，或銀類微粉末來(lái)作為導(dǎo)電填料，使用混合有作為粘合劑的環(huán)氧類樹(shù)脂的材料(例如，參照下述專利文獻(xiàn)6。)。
[0012]此外，作為實(shí)施鍍膜的其他方法，提出了以下方法。在將半導(dǎo)體元件安裝到引線框時(shí)，在半導(dǎo)體元件和引線框相接合的區(qū)域，實(shí)施由Ag、或Ag合金形成的鍍膜，并且，在使用包含納米粒子的導(dǎo)電性粘接劑作為安裝過(guò)程中的接合材料。導(dǎo)電性粘接劑使用以環(huán)氧樹(shù)脂等熱固化性樹(shù)脂作為基底、且混合粒徑為I?20 μ m的銀粒子和20nm以下的銀粒子后得到的材料(例如，參照下述專利文獻(xiàn)7。)。
[0013]此外，作為實(shí)施鍍膜的其他方法，提出了以下方法。進(jìn)行以下工序，即:在被接合構(gòu)件的接合界面形成含有氧的氧化物層的工序；在接合界面配置接合用材料的工序，該接合用材料包含有平均粒徑為Inm以上50 μ m以下的金屬化合物粒子和由有機(jī)物構(gòu)成的還原劑；以及通過(guò)對(duì)被接合構(gòu)件之間進(jìn)行加熱、加壓來(lái)接合被接合構(gòu)件的工序。對(duì)于所述被接合構(gòu)件的接合面，在接合前預(yù)先實(shí)施以下處理，即:利用無(wú)電解鍍敷或電鍍來(lái)析出銅、銀或鎳之后，使鍍敷金屬表面氧化(例如，參照下述專利文獻(xiàn)8。)。
[0014]此外，近年來(lái)，作為將半導(dǎo)體元件的正面電極與絕緣基板的電路圖案相接合的其他方法，提出了使用含有銀(Ag)粒子的接合層來(lái)進(jìn)行接合的方法，以此來(lái)取代焊料接合。作為使用含有銀粒子的接合層的接合方法，提出了以下方法:使用表面被銀納米粒子接合材料等有機(jī)物覆蓋的金屬粒子作為接合材料，來(lái)使利用無(wú)電解鍍敷或電鍍形成的金屬表面彼此相接合，由此能夠進(jìn)行具有高耐熱性和可靠性、以及高散熱性的接合，進(jìn)而能夠在安裝工藝的接合過(guò)程中實(shí)現(xiàn)接合溫度的低溫化(例如，參照下述專利文獻(xiàn)8。)。
[0015]在使用含有Ag粒子的接合層的接合中，半導(dǎo)體元件的正面電極和含有Ag粒子的接合層之間的接合部需要是金、銀(Ag)等貴金屬。由于如上所述半導(dǎo)體元件的正面電極是例如由鋁或鋁合金形成的，因此，在半導(dǎo)體元件的正面電極的表面難以直接成膜(形成)金鍍膜、銀鍍膜。因而，主要使用具有在半導(dǎo)體元件的正面電極與金鍍膜、銀鍍膜之間夾有Ni鍍膜而構(gòu)成的Ni/Au鍍膜、Ni/Ag鍍膜。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
[0016]專利文獻(xiàn)1:日本專利第3484367號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本專利第4096671號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)3:日本專利特開(kāi)2006 - 131949號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4:日本專利特開(kāi)2004 - 115902號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5:日本專利特開(kāi)2005 - 136375號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)6:日本專利特開(kāi)平7 - 263493號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)7:日本專利特開(kāi)2007 - 180059號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)8:日本專利特開(kāi)2008 - 208442號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0017]然而，根據(jù)發(fā)明人反復(fù)潛心研究的結(jié)果，進(jìn)一步明確現(xiàn)有技術(shù)會(huì)產(chǎn)生下述問(wèn)題。在使用鋁線、焊料的接合中，耐熱性較低，而在使用導(dǎo)電性粘接劑的接合中，作為粘合劑使用的環(huán)氧類樹(shù)脂的耐熱性較低，并且，熱傳導(dǎo)率也較低，因此，無(wú)法提供能夠耐受在近年來(lái)所要求的高溫度環(huán)境下的動(dòng)作(例如，在175°C下連續(xù)動(dòng)作等)的電子元器件。并且，在使用了導(dǎo)電性粘接材料的接合中，使用Ag來(lái)作為導(dǎo)電填料，而對(duì)于接合，則利用作為粘合劑的環(huán)氧類樹(shù)脂來(lái)進(jìn)行粘接。因此，該粘接原理與使用含有Ag粒子的導(dǎo)電性組合物的接合不同，要求接合的對(duì)象物的性質(zhì)也大不相同。另一方面，使用了含有Ag粒子的接合層的接合中，能夠獲得高溫環(huán)境下的耐熱性。然而，使用了含有Ag粒子的接合層的接合中，由于半導(dǎo)體元件的正面電極與最表面的鍍敷金屬之間的接合強(qiáng)度較大程度上取決于鍍敷金屬的種類、膜厚，因此，為了得到牢固的接合強(qiáng)度，需要對(duì)接合條件進(jìn)行研究。
[0018]本發(fā)明的目的在于，為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題點(diǎn)，提供一種接合強(qiáng)度較高的電子元器件和電子元器件的制造方法。此外，本發(fā)明的目的在于，提供一種耐熱性較高的電子元器件和電子元器件的制造方法。本發(fā)明的目的還在于，提供一種散熱性較高的電子元器件和電子元器件的制造方法。
解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案
[0019]為解決上述問(wèn)題，達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明所涉及的電子元器件具有下述特征。在半導(dǎo)體元件的表面設(shè)有導(dǎo)電部。在所述導(dǎo)電部的表面設(shè)有由以銅為主要成分的材料所形成的第I金屬膜。在所述第I金屬膜的表面設(shè)有第2金屬膜。此外，第2金屬膜由與所述第I金屬膜相比離子化傾向較小的金屬形成。在所述第2金屬膜的表面設(shè)有含有銀粒子的接合層。
[0020]此外，本發(fā)明所涉及的電子元器件的特征在于，在上述發(fā)明中，所述半導(dǎo)體元件由硅或碳化硅形成，所述導(dǎo)電部由至少以銅或鋁為主要成分的材料形成。
[0021]本發(fā)明所涉及的電子元器件的特征在于，在上述發(fā)明中，所述第2金屬膜由以銀為主要成分的材料形成。
[0022]本發(fā)明所涉及的電子元器件的特征在于，在上述發(fā)明中，所述第I金屬膜是鍍敷膜或蒸鍍膜。
[0023]本發(fā)明所涉及的電子元器件的特征在于，在上述發(fā)明中，所述第2金屬膜是鍍敷膜或蒸鍍膜。
[0024]本發(fā)明所涉及的電子元器件的特征在于，在上述發(fā)明中，所述接合層是在200°C以上350°C以下的溫度下進(jìn)行加熱，并在0.25MPa以上30MPa以下的壓力下進(jìn)行加壓而形成的燒結(jié)體。
[0025]本發(fā)明所涉及的電子元器件的特征在于，在上述發(fā)明中，所述第2金屬膜內(nèi)不包含會(huì)降低所述接合層與所述第2金屬膜的接合強(qiáng)度的鎳的析出物。
[0026]此外，為解決上述問(wèn)題，達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明所涉及的電子元器件的制造方法具有下述特征。首先，在設(shè)置于半導(dǎo)體晶片的表面的導(dǎo)電部的表面，形成由以銅為主要成分的材料形成的第I金屬膜。其次，在所述第I金屬膜的表面，利用以與所述第I金屬膜相比離子化傾向較小的金屬為主要成分的材料形成第2金屬膜。然后，在所述第2金屬膜的表面，涂布含有銀粒子的導(dǎo)電性材料。最后，通過(guò)熱處理對(duì)所述導(dǎo)電性材料進(jìn)行燒結(jié)。
[0027]此外，本發(fā)明所涉及的電子元器件的制造方法的特征在于，在上述發(fā)明中，所述導(dǎo)電部是在由硅或碳化硅形成的所述半導(dǎo)體晶片的表面，利用至少以銅或鋁為主要成分的材料形成得到的。
[0028]本發(fā)明所涉及的電子元器件的制造方法的特征在于，在上述發(fā)明中，所述第2金屬膜由以銀為主要成分的材料形成。
[0029]本發(fā)明所涉及的電子元器件的制造方法的特征在于，在上述發(fā)明中，所述第I金屬膜通過(guò)鍍敷法、濺射法或蒸鍍法來(lái)形成。
[0030]本發(fā)明所涉及的電子元器件的制造方法的特征在于，在上述發(fā)明中，所述第2金屬膜通過(guò)鍍敷法、濺射法或蒸鍍法來(lái)形成。
[0031]本發(fā)明所涉及的電子元器件的制造方法的特征在于，在上述發(fā)明中，在所述熱處理中，通過(guò)在200°C以上350°C以下的溫度下進(jìn)行加熱，并在0.25MPa以上30MPa以下的壓力下進(jìn)行加壓，由此來(lái)對(duì)所述導(dǎo)電性材料進(jìn)行燒結(jié)。
[0032]本發(fā)明所涉及的電子元器件的制造方法的特征在于，在上述發(fā)明中，在所述熱處理中，使所述導(dǎo)電性材料的燒結(jié)體即接合層與所述第2金屬膜的接合強(qiáng)度下降的鎳不會(huì)在所述第2金屬膜內(nèi)析出。
[0033]根據(jù)上述發(fā)明，通過(guò)在導(dǎo)電部的表面對(duì)以銅(Cu)為主要成分的第I金屬膜進(jìn)行成膜，能夠在導(dǎo)電部的最表面形成與含有銀粒子的接合層(以下，設(shè)為Ag接合層)的密接性較高的第2金屬膜。因此，在將導(dǎo)電部的最表面的第2金屬膜與用于電連接導(dǎo)電部與其他構(gòu)件的金屬板相接合時(shí)，能夠使用Ag接合層。由此，與使用焊料接合層來(lái)進(jìn)行第2金屬膜與金屬板的接合的情況相比，能夠提高接合強(qiáng)度。此外，與使用焊料來(lái)接合導(dǎo)電部與金屬板的情況相比，能夠提聞耐熱性。
[0034]此外，根據(jù)上述發(fā)明，通過(guò)在導(dǎo)電部表面對(duì)以Cu為主要成分的第I金屬膜進(jìn)行成膜，在第2金屬膜內(nèi)不會(huì)析出會(huì)導(dǎo)致與Ag接合層的接合強(qiáng)度降低的Ni粒子。因此，能夠防止導(dǎo)電部與Ag接合層之間的接合強(qiáng)度的下降，從而能夠使導(dǎo)電部與金屬板經(jīng)由Ag接合層牢固地接合。
[0035]此外，根據(jù)上述發(fā)明，通過(guò)在導(dǎo)電部的最表面對(duì)以Ag為主要成分的第2金屬膜進(jìn)行成膜，例如即使在第I金屬膜包含有Ni的情況下，也能夠抑制在第2金屬膜的Ag接合層側(cè)的表面層析出Ni粒子。由此，能夠防止導(dǎo)電部與第IAg接合層之間的接合強(qiáng)度下降。
[0036]此外，根據(jù)上述發(fā)明，通過(guò)使用Ag接合層來(lái)接合各構(gòu)件，能夠制作(制造)具備以下特性的電子元器件，即:Ag接合層所具有的高熔點(diǎn)(約960°C左右)、熱導(dǎo)率(100W/m.K以上300W/m.K以下)、以及電阻(I μ Qcm以上3 μ 0 011以下)。此外，根據(jù)上述發(fā)明，由于利用以熱傳導(dǎo)率高于Ni的Cu為主要成分的材料來(lái)形成第I金屬膜，與利用以Ni為主要成分的材料來(lái)形成第I金屬膜的情況相比，能夠得到較高的散熱性。
發(fā)明效果
[0037]根據(jù)本發(fā)明所涉及的電子元器件和電子元器件的制造方法，獲得能夠提供接合強(qiáng)度較高的電子元器件的效果。此外，根據(jù)本發(fā)明所涉及的電子元器件和電子元器件的制造方法，獲得能夠提供耐熱性較高的電子元器件的效果。此外，根據(jù)本發(fā)明所涉及的電子元器件和電子元器件的制造方法，獲得能夠提供散熱性較高的電子元器件的效果。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0038]圖1是放大實(shí)施方式所涉及的電子元器件的主要部分來(lái)表示的剖視圖。
圖2是表示實(shí)施方式所涉及的電子元器件的剖視圖。
圖3是表示實(shí)施方式所涉及的電子元器件的制造方法的流程圖。
圖4是表示銀粒子材料和各金屬單體之間的接合強(qiáng)度的特性圖。
圖5是表示實(shí)施方式所涉及的電子元器件的主要部分的接合強(qiáng)度的特性圖。
圖6是對(duì)與圖5相對(duì)應(yīng)的電子元器件的主要部分的接合強(qiáng)度數(shù)值化后得到的圖表。
圖7是表示構(gòu)成實(shí)施方式所涉及的電子元器件的金屬膜的含有成分和其含有率的特性圖。
圖8是對(duì)與圖7相對(duì)應(yīng)的金屬膜的含有成分和其含有率數(shù)值化后得到的圖表。
圖9是表示實(shí)施方式所涉及的電子元器件的接合強(qiáng)度的特性圖。
圖10是對(duì)與圖9相對(duì)應(yīng)的電子元器件的接合強(qiáng)度數(shù)值化后得到的圖表。
圖11是表示現(xiàn)有封裝結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的主要部分的剖視圖。
圖12是表示現(xiàn)有封裝結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的另一個(gè)示例的主要部分的剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0039]下面參照附圖，對(duì)本發(fā)明所涉及的電子元器件和電子元器件的制造方法的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。此外，在以下的實(shí)施方式的說(shuō)明及附圖中，對(duì)相同結(jié)構(gòu)標(biāo)注同一標(biāo)記，并省略重復(fù)說(shuō)明。
[0040](實(shí)施方式)
說(shuō)明實(shí)施方式所涉及的電子元器件的結(jié)構(gòu)。圖1是放大實(shí)施方式所涉及的電子元器件的主要部分來(lái)表示的剖視圖。圖2是表示實(shí)施方式所涉及的電子元器件的剖視圖。圖1示出了圖2的半導(dǎo)體芯片20與金屬板5的接合部附近。圖1、圖2所示的實(shí)施方式所涉及的電子元器件10是安裝有半導(dǎo)體芯片20的封裝結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。半導(dǎo)體芯片20例如由硅(Si)、碳化硅(SiC)等來(lái)形成。圖1中省略了對(duì)半導(dǎo)體芯片20的半導(dǎo)體硅部分的圖示。
[0041]半導(dǎo)體芯片20構(gòu)成半導(dǎo)體元件，在半導(dǎo)體芯片20的正面設(shè)置有構(gòu)成半導(dǎo)體元件的正面電極等的導(dǎo)電部I。導(dǎo)電部I由例如銅(Cu)、鋁(Al)或它們的合金來(lái)形成。具體而言，導(dǎo)電部I由例如鋁一硅(Al-Si)合金或鋁一硅一銅(Al-S1-Cu)合金來(lái)形成。通過(guò)使導(dǎo)電部I中包含Si來(lái)抑制鋁尖峰形成(aluminum spiking)，通過(guò)使導(dǎo)電部I中包含Cu來(lái)抑制電遷移(electro-migrat1n) ο
[0042]導(dǎo)電部I的表面依次成膜(形成)有第I金屬膜2和第2金屬膜3。關(guān)于第I金屬膜2和第2金屬膜3將在后文中闡述。第2金屬膜3的表面經(jīng)由含有第I銀(Ag)粒子的接合層(以下，設(shè)為第IAg接合層)4與金屬板5的一端相接合。金屬板5的另一端經(jīng)由含有第2Ag粒子的接合層(以下，設(shè)為第2Ag接合層)21與絕緣基板23的正面的電路圖案24相接合。為了提高與第1、第2Ag接合層4、21的接合強(qiáng)度，在金屬板5的最表面成膜例如金(Au)或銀(Ag)膜。
[0043]半導(dǎo)體芯片20的背面設(shè)置有未圖示的背面電極。在背面電極的最表面，利用例如濺射處理來(lái)對(duì)金膜或銀膜進(jìn)行成膜。半導(dǎo)體芯片20的背面電極經(jīng)由含有第3Ag粒子的接合層(以下，設(shè)為第3Ag接合層)22與絕緣基板23的正面的電路圖案24相接合。在電路圖案24的最表面成膜用于提高與第2、第3Ag接合層21、22的接合強(qiáng)度的例如Au膜或Ag膜。
[0044]第I?3Ag接合層4、21、22是含有Ag粒子的導(dǎo)電性組合物(導(dǎo)電性材料)的燒結(jié)體。通過(guò)利用第I?3Ag接合層4、21、22來(lái)接合各構(gòu)件，與利用焊料來(lái)接合各構(gòu)件的情況相比，能夠提高耐熱性。具體而言，通過(guò)利用第I?3Ag接合層4、21、22來(lái)接合各構(gòu)件，能夠提供電子元器件10，該電子元器件10能夠耐受在高溫度環(huán)境下的動(dòng)作(例如175°C下的連續(xù)動(dòng)作等)。
[0045]絕緣基板23例如可以是在陶瓷材料的表面和背面直接接合銅后得到的DCB基板。絕緣基板23的背面與例如由銅構(gòu)成的金屬板(Cu板)25的正面相接合。Cu板25的背面與基底構(gòu)件26的正面相接合?；讟?gòu)件26由熱傳導(dǎo)率較高的材料形成。Cu板25與基底構(gòu)件26的接合可以是利用焊料接合層來(lái)進(jìn)行的接合，也可以是利用含有Ag粒子的接合層(Ag接合層)來(lái)進(jìn)行的接合。
[0046]在Cu板25與基底構(gòu)件26經(jīng)由Ag接合層相接合的情況下,在Cu板25的最表面對(duì)用于提高與Ag接合層的接合強(qiáng)度的例如Au膜或Ag膜進(jìn)行成膜。絕緣基板23的正面(半導(dǎo)體芯片20側(cè)的面)被與絕緣基板23的周緣相接合的樹(shù)脂殼體(未圖示)覆蓋。半導(dǎo)體芯片20的正面電極和背面電極分別通過(guò)外部電極用端子(未圖示)引出至樹(shù)脂殼體的外偵U。樹(shù)脂殼體的內(nèi)部填充有樹(shù)脂、凝膠等密封材料(未圖示)。
[0047]接著，對(duì)第I金屬膜2和第2金屬膜3進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。為了在導(dǎo)電部I的最表面對(duì)第2金屬膜3進(jìn)行成膜，在對(duì)第2金屬膜3進(jìn)行成膜之前，在導(dǎo)電部I的表面對(duì)第I金屬膜2進(jìn)行成膜。第I金屬膜2與導(dǎo)電部I的接合強(qiáng)度較高，且由表面容易對(duì)第2金屬膜3進(jìn)行成膜的材料來(lái)構(gòu)成。具體而言，第I金屬膜2由例如以銅(Cu)為主要成分的材料來(lái)形成。其理由是，能夠提高經(jīng)由第IAg接合層4而接合的第2金屬膜3與金屬板5之間的接合強(qiáng)度。
[0048]并且，第I金屬膜2優(yōu)選由不含鎳(Ni)的材料來(lái)形成。其理由如下所述。為了利用第I?3Ag接合層4、21、22來(lái)接合各構(gòu)件彼此，需要在250°C左右的溫度下進(jìn)行高溫?zé)崽幚?。在第I金屬膜2含有鎳的情況下，第2金屬膜3內(nèi)的第IAg接合層4側(cè)的表面層會(huì)因該熱處理而析出鎳粒子。第2金屬膜3與金屬板5之間的接合強(qiáng)度會(huì)因該鎳的析出物而降低。第I金屬膜2例如通過(guò)電解鍍敷法、無(wú)電解鍍敷法、濺射法(物理蒸鍍法)或化學(xué)蒸鍍法來(lái)形成。
[0049]為提高與第IAg接合層4的接合強(qiáng)度，在半導(dǎo)體芯片20的最表面形成有第2金屬膜3。第2金屬膜3與第IAg接合層4的接合性較高，由與第I金屬膜2相比離子化傾向較小的材料來(lái)形成。具體而言，第2金屬膜3由例如以銀或金為主要成分的材料來(lái)形成。優(yōu)選為第2金屬膜3由以銀為主要成分的材料來(lái)形成。其理由是，與第2金屬膜3的主要成分為金的情況相比，能夠抑制向第2金屬膜3內(nèi)析出鎳。第2金屬膜3例如通過(guò)電解鍍敷法、無(wú)電解鍍敷法、濺射法(物理蒸鍍法)或化學(xué)蒸鍍法來(lái)形成。
[0050]接著，說(shuō)明圖2所示的電子元器件10的制造方法。圖3是表示實(shí)施方式所涉及的電子元器件的制造方法的流程圖。以例如通過(guò)無(wú)電解鍍敷處理來(lái)形成第I金屬膜2和第2金屬膜3的情況為例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。首先，通過(guò)例如濺射法，在半導(dǎo)體晶片的正面形成鋁硅電極來(lái)作為導(dǎo)電部I。接著，以所需要的芯片尺寸來(lái)切割半導(dǎo)體晶片，從而制作半導(dǎo)體芯片20。接著，在進(jìn)行成膜第1、第2金屬膜2、3的鍍敷處理(步驟S6，S7)之前，對(duì)半導(dǎo)體芯片20進(jìn)行鍍敷預(yù)處理(步驟SI?S5)。
[0051]具體而言，在鍍敷預(yù)處理中，首先，對(duì)半導(dǎo)體芯片20進(jìn)行脫脂處理(步驟SI)。接著，通過(guò)蝕刻，來(lái)去除附著于半導(dǎo)體芯片20表面的顆?；蛴袡C(jī)物、氧化膜(步驟S2)。也可以在步驟S2的處理之后，使用例如硝酸來(lái)對(duì)半導(dǎo)體芯片20進(jìn)行酸洗清潔，通過(guò)步驟S2的處理來(lái)去除半導(dǎo)體芯片20表面所生成的不溶性的蝕刻殘?jiān)?。接著，進(jìn)行浸鋅(鋅置換)處理(第I浸鋅處理)，以提高半導(dǎo)體芯片20的正面的與后續(xù)工序中成膜的第I金屬膜2的密接性(步驟S3)。
[0052]接著，使用例如硝酸對(duì)半導(dǎo)體芯片20進(jìn)行酸洗清潔，去除步驟S3中在半導(dǎo)體芯片20的表面所形成的置換鋅層(硝酸剝離、步驟S4)。接著，再次進(jìn)行浸鋅處理(第2浸鋅處理)，以提高半導(dǎo)體芯片20的正面的與第2金屬膜2之間的密接性，然后結(jié)束鍍敷預(yù)處理(步驟S5)。在上述步驟SI?S5的各處理之間，分別進(jìn)行對(duì)導(dǎo)電部I的表面進(jìn)行水洗的處理。
[0053]接著，進(jìn)行對(duì)第I金屬膜2和第2金屬膜3進(jìn)行成膜的鍍敷處理(步驟S6，S7)。具體而言，例如進(jìn)行無(wú)電解Cu鍍敷處理，在導(dǎo)電部I的表面對(duì)第I金屬膜2進(jìn)行成膜(步驟S6)。接著，在對(duì)半導(dǎo)體芯片20進(jìn)行水洗之后，進(jìn)行例如無(wú)電解Ag鍍敷處理，在第I金屬膜2的表面對(duì)第2金屬膜3進(jìn)行成膜(步驟S7)。
[0054]然后，將半導(dǎo)體芯片20安裝到絕緣基板23。具體而言，在絕緣基板23的電路圖案24的表面按照所希望的圖案涂布成為第3Ag接合層22的含有Ag粒子的糊狀導(dǎo)電性組合物(步驟S8)。接著，在以半導(dǎo)體芯片20的背面朝下(絕緣基板23側(cè))的方式將半導(dǎo)體芯片20放置于含有Ag粒子的糊狀導(dǎo)電性組合物的表面之后，在進(jìn)行加熱的同時(shí)進(jìn)行加壓，從而對(duì)包含Ag粒子的導(dǎo)電性組合物進(jìn)行燒結(jié)。由此，半導(dǎo)體芯片20經(jīng)由第3Ag接合層22與絕緣基板23的電路圖案24的表面相接合(步驟S9)。
[0055]然后，在半導(dǎo)體芯片20最表面的第2金屬膜3的表面按照所希望的圖案涂布成為第IAg接合層4的含有Ag粒子的糊狀導(dǎo)電性組合物(步驟S10)。此時(shí)，在絕緣基板23的電路圖案24的表面也按照所希望的圖案涂布成為第2Ag接合層21的含有Ag粒子的糊狀導(dǎo)電性組合物。接著，在將金屬板5放置于含有Ag粒子的糊狀導(dǎo)電性組合物的表面之后，在進(jìn)行加熱的同時(shí)進(jìn)行加壓，由此對(duì)含有Ag粒子的導(dǎo)電性組合物進(jìn)行燒結(jié)。由此，金屬板5的一端經(jīng)由第IAg接合層4與半導(dǎo)體芯片20最表面的第2金屬膜3的表面相接合(步驟Sll)。此外，金屬板5的另一端經(jīng)由第2Ag接合層21與絕緣基板23的電路圖案24的表面相接合。通過(guò)以上工序完成電子元器件10的制作。
[0056]用于燒結(jié)包含Ag粒子的導(dǎo)電性組合物的熱處理優(yōu)選為在例如200°C以上350°C以下的溫度下進(jìn)行加熱，同時(shí)在例如0.25MPa以上30MPa以下的壓力下進(jìn)行加壓。由此，含有Ag粒子的糊狀導(dǎo)電性組合物燒結(jié)，從而能夠形成具有較高的接合強(qiáng)度及優(yōu)異的耐熱性和散熱性的第IAg接合層4。
[0057]如上述所說(shuō)明的那樣，根據(jù)實(shí)施方式，通過(guò)在導(dǎo)電部(半導(dǎo)體元件的正面電極)的表面對(duì)以Cu為主要成分的第I金屬膜進(jìn)行成膜，能夠在導(dǎo)電部的最表面形成與第IAg接合層的密接性較高的第2金屬膜。因此，在將導(dǎo)電部的最表面的第2金屬膜與用于電連接導(dǎo)電部與其他構(gòu)件的金屬板相接合時(shí)，能夠使用第IAg接合層。由此，與使用焊料接合層來(lái)接合第2金屬膜與金屬板的情況相比，能夠提高接合強(qiáng)度。此外，與使用焊料來(lái)接合導(dǎo)電部與金屬板的情況相比，能夠提高耐熱性以達(dá)到能夠耐受例如在高溫度環(huán)境下的動(dòng)作(例如175°C下的連續(xù)動(dòng)作等)的程度。
[0058]此外，根據(jù)實(shí)施方式，通過(guò)在導(dǎo)電部表面對(duì)以Cu為主要成分的第I金屬膜進(jìn)行成膜，在第2金屬膜內(nèi)不會(huì)析出會(huì)導(dǎo)致與第IAg接合層的接合強(qiáng)度下降的Ni粒子。由此，能夠防止導(dǎo)電部與第IAg接合層之間的接合強(qiáng)度下降。因而，能夠使導(dǎo)電部與金屬板經(jīng)由第IAg接合層牢固地接合。因此，利用P/C(功率循環(huán))試驗(yàn)等所評(píng)價(jià)的可靠性得以提高。具體而言，對(duì)于利用第IAg接合層來(lái)進(jìn)行接合的電子元器件，在P/C試驗(yàn)中例如在第IAg接合層上出現(xiàn)裂紋，從產(chǎn)生該裂紋的部分開(kāi)始剝離直至損壞。因此，通過(guò)提高導(dǎo)電部與第IAg接合層之間的接合強(qiáng)度，第IAg接合層中不易產(chǎn)生裂紋，因而電子元器件的壽命得以提高。
[0059]此外，根據(jù)實(shí)施方式I，通過(guò)在導(dǎo)電部的最表面對(duì)以Ag為主要成分的第2金屬膜進(jìn)行成膜，例如即使在第I金屬膜、第2金屬膜包含有Ni的情況下，也能夠抑制在第2金屬膜的第IAg接合層側(cè)的表面層析出Ni粒子。由此，能夠防止導(dǎo)電部與第IAg接合層之間的接合強(qiáng)度下降。
[0060]此外，根據(jù)實(shí)施方式，通過(guò)使用第I?3Ag接合層來(lái)接合各構(gòu)件，能夠制作(制造)具備以下特性的電子元器件，即:第I?3的Ag接合層所具有的高熔點(diǎn)(約960°C左右)、熱導(dǎo)率(100W/m.Κ以上300W/m.Κ以下)、以及電阻(I μ Qcm以上3 μ Ω cm以下)。由此，能夠制作耐熱性較高、散熱性較高的電子元器件。此外，根據(jù)實(shí)施方式，由于利用以熱傳導(dǎo)率高于Ni的Cu為主要成分的材料來(lái)形成第I金屬膜，與利用以Ni為主要成分的材料來(lái)形成第I金屬膜的情況相比，能夠得到較高的散熱性。
[0061](實(shí)施例1)
接著，對(duì)含有Ag粒子的接合層(Ag接合層)的接合強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)證。圖4是表示銀粒子材料和各金屬單體之間的接合強(qiáng)度的特性圖。首先，在硅晶片的表面形成金屬層之后，制作切割成芯片尺寸為1mmX 1mm的半導(dǎo)體芯片。接著,在半導(dǎo)體芯片的金屬層上涂布含有Ag粒子的糊狀導(dǎo)電性組合物(Ag粒子材料)。然后，在250°C的溫度下加熱5分鐘，并進(jìn)行加壓，由此來(lái)燒結(jié)導(dǎo)電性組合物，從而在金屬層上形成Ag接合層。對(duì)加熱導(dǎo)電性組合物時(shí)的加壓量進(jìn)行各種變更，從而制作得到多個(gè)試料，并進(jìn)行剪切強(qiáng)度試驗(yàn)，利用剪切力來(lái)評(píng)價(jià)各試料中金屬層與Ag接合層之間的接合強(qiáng)度。
[0062]對(duì)硅晶片表面的金屬層分別由Ag、Au、Cu、及Ni單體形成的各試料進(jìn)行上述剪切強(qiáng)度試驗(yàn)。各金屬層與Ag接合層的接合強(qiáng)度的剪切強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果在圖4中示出。根據(jù)圖4所示的結(jié)果，對(duì)各金屬，均可確認(rèn)加壓量越高則與Ag接合層的接合強(qiáng)度越高。此外，可確認(rèn)與Ag接合層之間的接合強(qiáng)度因金屬種類的不同而不同。具體而言，對(duì)于與Ag接合層的接合強(qiáng)度，Ag最大,然后按照Au、Cu及Ni的順序依次減小。由此,可確認(rèn)與Ni相比，Cu與Ag接合層的接合強(qiáng)度較大。
[0063](實(shí)施例2)
接著，對(duì)半導(dǎo)體芯片20表面的導(dǎo)電部I與金屬板5的接合強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)證。圖5是表示關(guān)于實(shí)施方式所涉及的電子元器件的主要部分的接合強(qiáng)度的特性圖。圖6是將與圖5相對(duì)應(yīng)的電子元器件的主要部分的接合強(qiáng)度數(shù)值化后得到的圖表。首先，按照實(shí)施方式，以5 μm的厚度成膜得到Cu鍍膜來(lái)作為第I金屬膜2，并以0.1 μ m的厚度成膜得到Ag鍍膜來(lái)作為第2金屬膜3，然后經(jīng)由第IAg接合層4來(lái)接合金屬板5，由此制作得到半導(dǎo)體芯片20 (以下，設(shè)為實(shí)施例2)。
[0064]具體而言，按下述方式制作實(shí)施例2。首先，在6英寸的硅晶片的一個(gè)主面通過(guò)濺射法以5μπι的厚度形成成為導(dǎo)電部I的鋁硅(AlSi)電極，然后切割出芯片尺寸為1mmXlOmm來(lái)作為半導(dǎo)體芯片20。接著，在進(jìn)行鍍敷預(yù)處理之后，通過(guò)無(wú)電解Cu鍍敷處理，在導(dǎo)電部I上以5μπι的厚度成膜得到Cu鍍膜來(lái)作為第I金屬膜2。接著，通過(guò)無(wú)電解Ag鍍敷處理，在第I金屬膜2上以0.1 μ m的厚度成膜得到Ag鍍膜來(lái)作為第2金屬膜3。
[0065]接著，在第2金屬膜3上涂布含有Ag粒子的糊狀導(dǎo)電性組合物(Ag粒子材料)。此時(shí)，使用具有以8mmX 8mm進(jìn)行開(kāi)口得到的開(kāi)口部、且厚度為100 μ m的金屬掩模在第2金屬膜3表面的與金屬掩模的開(kāi)口部面積相同的區(qū)域涂布導(dǎo)電性組合物。然后，在將實(shí)施了Ag鍍敷的金屬板5放置于Ag粒子材料上之后，在250°C的溫度下加熱5分鐘并進(jìn)行加壓，由此來(lái)燒結(jié)導(dǎo)電性組合物，從而在第2金屬膜3上形成第IAg接合層4。由此，完成導(dǎo)電部I與金屬板5經(jīng)由第IAg接合層4相接合的實(shí)施例2 (第I金屬膜2/第2金屬膜3 = Cu/Ag)。
[0066]作為比較，制作第1、2的金屬膜2、3的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2不同的比較例1、2。比較例I中，以5 μ m的厚度成膜得到Ni鍍膜來(lái)作為第I金屬膜，以0.05 μ m的厚度成膜得到Au鍍膜來(lái)作為第2金屬膜(第I金屬膜/第2金屬膜=Ni/Au)。比較例2中，以5 μ m的厚度成膜得到Ni鍍膜來(lái)作為第I金屬膜，以0.1 μ m的厚度成膜得到Ag鍍膜來(lái)作為第2金屬膜(第I金屬膜/第2金屬膜=Ni/Ag)。比較例1、2中除第1、2的金屬膜以外的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2相同。除通過(guò)鍍敷處理成膜得到的鍍膜的材料和厚度以外，比較例1、2的制造方法與實(shí)施例2的制造方法相同。
[0067]在上述實(shí)施例2和比較例1、2中，對(duì)加熱導(dǎo)電性組合物時(shí)的加壓量進(jìn)行各種變更，從而分別制作多個(gè)試料，并進(jìn)行剪切強(qiáng)度試驗(yàn)，剪切強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果在圖5、6中示出。剪切強(qiáng)度試驗(yàn)是利用剪切力來(lái)評(píng)價(jià)導(dǎo)電部I與金屬板5之間的接合強(qiáng)度的強(qiáng)度試驗(yàn)。
[0068]根據(jù)圖5、6所示的結(jié)果，可確認(rèn)實(shí)施例2和比較例2中的接合強(qiáng)度要高于比較例
I。具體而言，例如，在以1MPa的加壓量對(duì)第IAg接合層4進(jìn)行燒結(jié)的情況下，對(duì)于導(dǎo)電部I與金屬板5之間的接合強(qiáng)度，實(shí)施例2和比較例2中分別為60.1MPa和58.8MPa，而比較例I中為42.5MPa。S卩,可確認(rèn)對(duì)于導(dǎo)電部I與金屬板5之間的接合強(qiáng)度,將第2金屬膜設(shè)為Ag鍍膜的實(shí)施例2和比較例2大致相等，且比將第2金屬膜設(shè)為Au鍍膜的比較例I要聞。
[0069]因此，可確認(rèn)構(gòu)成半導(dǎo)體元件的正面電極(導(dǎo)電部I)的最表面的第2金屬膜3的金屬對(duì)導(dǎo)電部I與金屬板5之間的接合強(qiáng)度有較大影響。此外，可確認(rèn)通過(guò)形成以Ag為主要成分的第2金屬膜3，能夠提高導(dǎo)電部I與金屬板5之間的接合強(qiáng)度。此外，可確認(rèn)越是增大燒結(jié)第IAg接合層4時(shí)的加壓量，越能夠提高導(dǎo)電部I與金屬板5之間的接合強(qiáng)度。加壓量OMPa是指未加壓的情況。
[0070](實(shí)施例3)
接著，驗(yàn)證電子元器件10的接合強(qiáng)度。具體而言，對(duì)于制作作為產(chǎn)品的電子元器件10，按實(shí)施方式所示的那樣，在將金屬板5與半導(dǎo)體芯片20表面的導(dǎo)電部I相接合之前，將半導(dǎo)體芯片20與絕緣基板23的電路圖案24相接合。因此，對(duì)將半導(dǎo)體芯片20與絕緣基板23的電路圖案24相接合的工序?qū)Π雽?dǎo)體芯片20表面的導(dǎo)電部I與金屬板5之間的接合強(qiáng)度帶來(lái)的影響進(jìn)行驗(yàn)證。首先，測(cè)定向第2金屬膜3內(nèi)析出Ni的Ni析出量。
[0071]圖7是表示構(gòu)成實(shí)施方式所涉及的電子元器件的金屬膜的含有成分和其含有率的特性圖。圖8是將與圖7相對(duì)應(yīng)的金屬膜的含有成分和其含有率數(shù)值化后得到的圖表。圖7、圖8中，加熱前是表示未進(jìn)行將半導(dǎo)體芯片20與絕緣基板23的電路圖案24相接合的工序。即，加熱前是指實(shí)施例2和比較例1、2。加熱后是表示進(jìn)行了將半導(dǎo)體芯片20與絕緣基板23的電路圖案24相接合的工序，并制作得到實(shí)施方式所涉及的電子元器件(以下，設(shè)為實(shí)施例3)的情況(對(duì)于圖9、圖10也同樣)。實(shí)施例3的除絕緣基板23和第3Ag接合層22以外的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2相同。
[0072]具體而言，按下述方式制作實(shí)施例3。首先，與實(shí)施例2相同，準(zhǔn)備形成有AlSi電極來(lái)作為導(dǎo)電部I的半導(dǎo)體芯片20，在導(dǎo)電部I上依次成膜得到Cu鍍膜和Ag鍍膜來(lái)作為第1、第2金屬膜2、3。接著，在絕緣基板23的電路圖案24上涂布含有Ag粒子的糊狀導(dǎo)電性組合物(Ag粒子材料)。此時(shí)，使用具有開(kāi)口大于芯片尺寸的開(kāi)口部的金屬掩模，在絕緣基板23的電路圖案24表面的與金屬掩模的開(kāi)口部面積相同的區(qū)域涂布導(dǎo)電性組合物。
[0073]接著，以半導(dǎo)體芯片20的背面朝向絕緣基板23側(cè)的方式將半導(dǎo)體芯片20放置在Ag粒子材料上，并在250°C的溫度下加熱5分鐘，并以1MPa的壓力進(jìn)行加壓，由此來(lái)燒結(jié)導(dǎo)電性組合物，從而在絕緣基板23的電路圖案24上形成第3Ag接合層22。由此，半導(dǎo)體芯片20經(jīng)由第3Ag接合層22接合在絕緣基板23的電路圖案24上。接著，與實(shí)施例2同樣地，在半導(dǎo)體芯片20的第2金屬膜3上形成第IAg接合層4，通過(guò)使導(dǎo)電部I與金屬板5經(jīng)由第IAg接合層4相接合，來(lái)完成實(shí)施例3。實(shí)施例3中，用于燒結(jié)第IAg接合層4的高溫?zé)崽幚碇械募訅毫繛閘OMPa。
[0074]作為加熱后的比較，制作第1、2的金屬膜2、3的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例3不同的比較例3、
4。比較例3中除絕緣基板和第3Ag接合層以外的結(jié)構(gòu)與比較例I相同。比較例4中除絕緣基板和第3Ag接合層以外的結(jié)構(gòu)與比較例2相同。在上述實(shí)施例3和比較例3、4中，分別對(duì)第2金屬膜內(nèi)的Ni析出量進(jìn)行測(cè)定，其結(jié)果在圖7、8中示出。圖7、8中，示出第2金屬膜的第IAg接合層側(cè)的表面層的任意的多個(gè)部位中各含有成分的平均含有率(％ )。
[0075]如圖7、圖8所示，可確認(rèn)在設(shè)有Cu鍍膜來(lái)作為第I金屬膜2的實(shí)施例中，加熱前(實(shí)施例2)和加熱后(實(shí)施例3)中在第2金屬膜3內(nèi)均未析出Ni。另一方面，可確認(rèn)在設(shè)有Ni鍍膜來(lái)作為第I金屬膜的比較例中，加熱前(比較例1、2)和加熱后(比較例3、4)中在第2金屬膜3內(nèi)均析出Ni。此外，可確認(rèn)在設(shè)有Ni鍍膜來(lái)作為第I金屬膜的比較例中，與加熱前(比較例1、2)相比，加熱后(比較例3、4)中Ni含有率增大。
[0076]具體而言，在設(shè)有Au鍍膜來(lái)作為第2金屬膜的情況下，可確認(rèn)第2金屬膜的Ni含有率在加熱前(比較例I)為1.8 %，而在加熱后(比較例3)變?yōu)?3.8 %。在設(shè)有Ag鍍膜來(lái)作為第2金屬膜的情況下，可確認(rèn)第2金屬膜的Ni含有率在加熱前(比較例2)為0.9%，而在加熱后(比較例4)變?yōu)?.8%。因此，可確認(rèn)與設(shè)有Ag鍍膜來(lái)作為第2金屬膜的情況相比，設(shè)有Au鍍膜來(lái)作為第2金屬膜的情況下，Ni的析出較多。
[0077]接著，對(duì)第2金屬膜3的Ni含有率與電子元器件10的接合強(qiáng)度之間的關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)證。圖9是表示實(shí)施方式所涉及的電子元器件的接合強(qiáng)度的特性圖。圖10是將與圖9相對(duì)應(yīng)的電子元器件的接合強(qiáng)度數(shù)值化后得到的圖表。測(cè)定實(shí)施例3和比較例3、4的接合強(qiáng)度得到的結(jié)果在圖9、圖10中示出。圖9、圖10中，實(shí)施例2和比較例1、2的接合強(qiáng)度是圖5、圖6所示的加壓量為1MPa的情況下的接合強(qiáng)度。
[0078]根據(jù)圖9、圖10所示的結(jié)果，可確認(rèn)在Ni含有率最多的比較例1、3(第I金屬膜/第2金屬膜=Ni/Au)中，接合強(qiáng)度從42.5MPa大幅下降至6.6MPa(圖9中用較細(xì)的虛線箭頭示出)。此外,可確認(rèn)即使在與比較例1、3相比Ni含有率較少的比較例2、4(第I金屬膜/第2金屬膜=Ni/Ag)中，接合強(qiáng)度也從58.8MPa下降至39.8MPa(圖9中用較粗的虛線箭頭示出)。另一方面，可確認(rèn)在未析出Ni的實(shí)施例2、3 (第I金屬膜2/第2金屬膜3=Cu/Ag)中，加熱前和加熱后的接合強(qiáng)度分別為60.1MPa和59.5MPa，幾乎沒(méi)有下降(圖9中用實(shí)線箭頭示出)。
[0079]因此，根據(jù)圖7?圖10所示出的結(jié)果，可確認(rèn)通過(guò)形成以Cu為主要成分的第I金屬膜2，即使在加熱前和加熱后，均能抑制電子元器件10的接合強(qiáng)度下降。并且，可確認(rèn)通過(guò)形成以Cu為主要成分的第I金屬膜2，與形成以Ni為主要成分的第I金屬膜2的情況相t匕，能夠提高第2金屬膜3與第IAg接合層4之間的密接性。此外，可確認(rèn)通過(guò)形成以Ag為主要成分的第2金屬膜3，在第2金屬膜3內(nèi)析出Ni的情況下，能夠抑制加熱后Ni的析出。
[0080]在上述本發(fā)明中，以半導(dǎo)體元件的正面電極與金屬板相接合的情況為例進(jìn)行了說(shuō)明，但并不限于此，對(duì)于其他導(dǎo)電部與用于電連接該導(dǎo)電部與其他構(gòu)件的金屬板相接合的情況，也能夠應(yīng)用本發(fā)明。 工業(yè)上的實(shí)用性
[0081]如上所述，本發(fā)明所涉及的電子元器件和電子元器件的制造方法適用于具有通過(guò)接合各構(gòu)件來(lái)進(jìn)行電連接的結(jié)構(gòu)的電子元器件等封裝結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。
標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0082]I導(dǎo)電部
2第I金屬膜(Cu鍍膜)
3第2金屬膜(Ag鍍膜)
4含有Ag粒子的接合層 5金屬板 10電子兀器件 20半導(dǎo)體芯片
【權(quán)利要求】
1.一種電子元器件，其特征在于，包括: 設(shè)置于半導(dǎo)體元件的表面的導(dǎo)電部； 設(shè)置于所述導(dǎo)電部的表面，且由以銅為主要成分的材料形成的第I金屬膜； 設(shè)置于所述第I金屬膜的表面，且由以與所述第I金屬膜相比離子化傾向較小的金屬為主要成分的材料形成的第2金屬膜；以及 設(shè)置于所述第2金屬膜的表面，且含有銀粒子的接合層。
2.如權(quán)利要求1所述的電子元器件，其特征在于， 所述半導(dǎo)體元件由硅或碳化硅形成， 所述導(dǎo)電部由至少以銅或鋁為主要成分的材料形成。
3.如權(quán)利要求1所述的電子元器件，其特征在于， 所述第2金屬膜由以銀為主要成分的材料形成。
4.如權(quán)利要求1所述的電子元器件，其特征在于， 所述第I金屬膜是鍍敷膜或蒸鍍膜。
5.如權(quán)利要求1所述的電子元器件，其特征在于， 所述第2金屬膜是鍍敷膜或蒸鍍膜。
6.如權(quán)利要求1所述的電子元器件，其特征在于， 所述接合層是在200°C以上350°C以下的溫度下進(jìn)行加熱，并在0.25MPa以上30MPa以下的壓力下進(jìn)行加壓而形成的燒結(jié)體。
7.如權(quán)利要求1至6的任一項(xiàng)所述的電子元器件，其特征在于， 所述第2金屬膜內(nèi)不包含會(huì)降低所述接合層與所述第2金屬膜的接合強(qiáng)度的鎳的析出物。
8.一種電子元器件的制造方法，其特征在于，包括: 在設(shè)置于半導(dǎo)體晶片的表面的導(dǎo)電部的表面，形成由以銅為主要成分的材料形成的第I金屬膜的工序； 在所述第I金屬膜的表面，利用以與所述第I金屬膜相比離子化傾向較小的金屬為主要成分的材料形成第2金屬膜的工序； 在所述第2金屬膜的表面，涂布含有銀粒子的導(dǎo)電性材料的工序；以及 通過(guò)熱處理對(duì)所述導(dǎo)電性材料進(jìn)行燒結(jié)的工序。
9.如權(quán)利要求8所述的電子元器件的制造方法，其特征在于， 所述導(dǎo)電部是在由硅或碳化硅形成的所述半導(dǎo)體晶片的表面，利用至少以銅或鋁為主要成分的材料形成得到的。
10.如權(quán)利要求8所述的電子元器件的制造方法，其特征在于， 所述第2金屬膜由以銀為主要成分的材料形成。
11.如權(quán)利要求8所述的電子元器件的制造方法，其特征在于， 所述第I金屬膜通過(guò)鍍敷法、濺射法或蒸鍍法來(lái)形成。
12.如權(quán)利要求8所述的電子元器件的制造方法，其特征在于， 所述第2金屬膜通過(guò)鍍敷法、濺射法或蒸鍍法來(lái)形成。
13.如權(quán)利要求8所述的電子元器件的制造方法，其特征在于， 在所述熱處理中，通過(guò)在200°C以上350°C以下的溫度下進(jìn)行加熱，并在0.25MPa以上30MPa以下的壓力下進(jìn)行加壓，由此來(lái)對(duì)所述導(dǎo)電性材料進(jìn)行燒結(jié)。
14.如權(quán)利要求8至13的任一項(xiàng)所述的電子元器件的制造方法，其特征在于， 在所述熱處理中，使所述導(dǎo)電性材料的燒結(jié)體即接合層與所述第2金屬膜的接合強(qiáng)度下降的鎳不會(huì)在所述第2金屬膜內(nèi)析出。
【文檔編號(hào)】H01L21/603GK104205301SQ201280071499
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月17日
【發(fā)明者】齋藤隆, 西澤龍男, 木下慶人, 梨子田典弘 申請(qǐng)人:富士電機(jī)株式會(huì)社