[发明专利]接合结构以及电子器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种接合结构，尤其涉及一种使得对构成电子器件的电子元件和构成电子器件的电极进行接合的接合结构的耐久性提高的技术。

背景技术

功率晶体管等的电子器件大多是将半导体元件等的电子元件直接接合在至少1个电极上而构成的。图7中，通过透视了壳体的一部分的局部透视图示出以往的功率晶体管的一个实例。图例示的晶体管100其半导体元件104配置在壳体102的内部，该半导体元件104直接与1个电极106接合。又，半导体元件104通过金属丝与其他2个电极108以及110连接。对于这样的以往的功率晶体管，在将半导体元件104直接接合于上述1个电极上的接合部，通常使用钎焊。

又，用于将功率晶体管等的电子器件本身安装在其他的基板上的接合部也使用的是钎焊。用于将功率晶体管等的电子器件安装于其他的基板上的钎焊材料大多使用熔点为200～230℃的钎焊材料。

这种情况下的钎焊一般通过钎焊浸渍方式的浸沾装置来进行接合。此时，需要将钎焊材料加热到250～260℃，因此电子器件的电极的温度有时也会达到250～260℃。因此，如果将电子器件的电子元件内部接合于电极的接合部的钎焊材料的熔点为200～230℃的话，将电子器件焊在其他基板上时，电子元件和电极的接合部的钎焊材料有可能会熔化。电子元件和电极的接合部的钎焊材料熔融的话，会发生短路或断线、或者电子特性产生变化，从而可能导致最终制品发生次品。

因此，电子元件和电极的接合部的钎焊材料要求使用更高熔点的钎焊材料。作为这样的钎焊材料，已提出一种熔点为270℃以上的、包含Bi(铋)和少量Cu(铜)的钎焊材料(参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-313526号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，将以Bi为主要成分的熔点为270℃以上的钎焊材料使用于电子元件和电极的接合部的话，接合部容易产生裂缝，从而降低接合的可靠性。以下，对其理由进行详细说明。

连接有电子元件的电极等的材料一般使用Cu，这是因为其具有高的导电性，且与其他良导电性的金属相比较便宜。

但是，Cu具有这样的性质：放置在大气中时，随着时间的经过而被氧化，从而氧化膜逐渐变厚。因此，为了获得与钎焊材料的良好的接合，需要保护电极的表面不被氧化直到即将进行钎焊接合之前为止。因此，通过电镀在由Cu构成的电极的表面形成Ni(镍)层，来防止电极的氧化。

图8显示表面形成有Ni层的电极。图示例的电极120由Cu构成，在其表面通过电镀形成有用于防止氧化的厚度为1～3μm的Ni层122

图9示出通过钎焊将电子元件接合在上述电极上的情形。此处，通过包含钎焊层124的接合部接合电子元件126与电极120，该钎焊层124由以Bi为主要成分的、熔点为270℃以上的合金构成。此时，将接合部加热到271℃以上时，包含于钎焊层124中的Bi与电极120的表面的Ni层122反应，形成由Bi₃Ni构成的金属间化合物。由于Bi与Ni的反应性高，因此接合部的几乎所有的Ni层122都变化为由Bi₃Ni构成的金属间化合物。因此，钎焊层124和电极120变为夹着由Bi₃Ni构成的金属间化合物128而接合的状态。

由于Bi₃Ni具有硬且脆的性质，因此金属间化合物层128的厚度增加的话，接合部容易产生裂缝，接合的可靠性显著下降。

本发明正是鉴于上述问题点而做成的，其目的在于提供一种难以产生裂缝、可靠性高的对构成电子器件的电子元件和构成该电子器件的电极进行接合的接合结构、以及具有这样的接合结构的电子器件。

解决问题的手段

为了达到上述目的，本发明提供一种接合结构，其对构成电子器件的电子元件和构成所述电子器件的电极进行接合，其包括：对所述电子元件和所述电极进行接合的钎焊层，该钎焊层含有0.2～6重量％的铜、0.02～0.2重量％的锗、以及93.8～99.78重量％的铋；设置在所述钎焊层和所述电极以及所述电子元件中的至少一方之间的镍层；设置在所述镍层和所述钎焊层之间的阻挡层，通过所述钎焊层接合所述电子元件和所述电极之后，所述阻挡层的平均厚度为0.5～4.5μm。

在本发明的较佳实施形态中，所述阻挡层含有从由银、金、钯、铝以及钛所构成的组当中选择出的至少1种。

在本发明的较佳实施形态中，所述阻挡层的初始厚度为1～5μm。