[发明专利]软钎焊材料

说明书

提供热循环疲劳特性和润湿性优异的软钎焊材料。含有5.0质量％以上且8.0质量％以下的Sb和3.0质量％以上且5.0质量％以下的Ag、余量由Sn和不可避免的杂质组成的软钎焊材料、以及在半导体元件与基板电极之间或在半导体元件与引线框之间具备软钎焊材料熔融而得到的接合层的半导体装置。

技术领域

本发明涉及软钎焊材料。本发明尤其涉及半导体装置中的接合所使用的高可靠性的软钎焊材料。

背景技术

近年来，由于环境问题，已逐渐采用不含铅成分的无Pb软钎料来代替Sn-Pb系软钎料。一直以来最常用的以Sn-Pb为主成分的含Pb软钎焊材料为固溶型的材料，且为在Sn63wt.％、Pb37wt.％具有共晶点(共晶温度)的材料。关于固溶型材料，由于固溶于主要材料，因此凝固组织稳定，据说不易受到工艺条件(加热、冷却)等的影响。作为用于IGBT模块(功率模块)等半导体装置的软钎焊材料，现在已知的各种组成的无铅软钎料之中，大量使用尤其在接合性(软钎料润湿性)、机械特性、热阻等方面比较均衡、且在产品中也有实际业绩的Sn-Ag系的无Pb软钎料。

以Sn-Ag为主成分的无铅软钎料呈现Ag几乎不固溶于Sn的析出/分散型的结构。因此，容易受到工艺条件的影响，存在大量产生Sn与SnAg共晶组织偏析凝固而得到的组织。另外，在高温环境下通过偏析凝固而析出的Sn的初晶发生热变形，往往成为破坏的原因。

已知如下的软钎料合金，其通过以Sn为主成分，包含2.5～3.5重量％的Sb、1.0～3.5重量％的Ag、1.0重量％以下的量的Ni，从而提高了热疲劳特性及润湿性(例如，参照专利文献1)。

已知如下的半导体芯片连接用长条复合软钎焊材料，其是将含有3～9重量％的Sb、0.1～1重量％的Ni、0.01～0.5重量％的Ag且余量除了不可避免的杂质之外由Sn组成的软钎焊材料作为基材，在其中混入0.01～5重量％的熔点比软钎焊材料基材高的粒状物而成的(例如，参照专利文献2)。

已知如下的软钎料合金，其以Sn为主成分且包含3.0重量％以下的Sb、3.5重量％以下的Ag、1.0重量％以下的Cu、1.0重量％以下的Ni、0.1重量％以下的量的Ge，热疲劳强度和接合性良好(例如，参照专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-286689号公报

专利文献2：日本特开平8-174276号公报

专利文献3：日本特开平11-58066号公报

发明内容

发明要解决的问题

被称为功率半导体的MOS型、IGBT型的元件在工作时自发热，达到高的温度。反复发热和冷却的元件用软钎料进行了接合，但因元件的反复发热而使软钎焊部反复负荷应变，发生劣化。近年来，大电流规格的功率半导体的需要高涨。通过大电流化，产品的放热温度也变高，施加于该产品的温度差ΔT、即自通常环境温度至放热温度的差变大，产品所暴露的温度也高，暴露于高温的时间也变长。由此，由于反复施加的温度差，施加于软钎焊材料与被接合体的异种材料边界的应变(热应力)变大，成为问题。特别是温度差为80度以上时，热应力变大，因应变而在异种材料边界界面发生剥离等。为了模拟该应变，作为加速试验进行热循环疲劳特性的试验。在软钎焊材料的高温特性已经变得重要的现状下，要求改善该热循环疲劳特性。特别是，改善温度差为80度以上的热循环疲劳特性是重要的。

用于解决问题的方案

本发明人等进行了深入研究，结果发现通过在SnAgSb系软钎料中将Sb添加量设为规定的窄的组成％范围，能够制成高温下的延性和润湿性优异、热循环疲劳特性得到改善的软钎焊材料，从而完成了本发明。