[发明专利]铜微粒子烧结体

说明书

本发明所要解决的课题在于提供一种接合构件，所述接合构件将铜微粒子设为半导体装置零件的接合构件，且在200℃以上的高温条件下的运行中，不会在半导体装置内产生龟裂或剥离等。本发明通过提供一种铜微粒子烧结体来解决所述课题，所述铜微粒子烧结体用于半导体装置零件接合，当将铜微粒子烧结体在150℃下的维氏硬度设为Hvb，将所述铜微粒子烧结体在25℃下的维氏硬度设为Hva时，(Hvb/Hva)×100％的值为5％以上、20％以下。

技术领域

本发明涉及一种铜微粒子烧结体，其可用作用于半导体装置零件的接合的接合构件。

背景技术

自环境保护的观点出发，在产业上广泛施加有害物质的使用限制，尤其在安装材料中，基于欧洲联盟的电气、电子设备中限制使用某些有害物质(the Restriction of theuse of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment，RoHS)指令的施行，焊接材料的无铅化得到了强力推进。其结果，作为代替现有的锡-铅共晶焊料(熔点183℃)的接合用材料，发现并广泛使用锡-银-铜系焊料(熔点217℃)。然而，在如要求耐热性与导热性的安装、例如将控制大电流的SiC芯片接合于散热基底那样的用途中，要求在200℃以上的高温条件下的可靠性，但现实情况为未发现代替锡-铅焊料的性能的接合用材料而仍在使用包含高含量(90％)的铅的焊料(熔点310℃)。作为不使用铅的高耐热性的接合方法而受到期待的是一种使用金属微粒子的接合技术。金属微粒子与整体金属相比每单位重量的比表面积格外高，因此相互融合而使表面能量降低的倾向强，粒子彼此在远低于整体金属的温度下融合。若将金属微粒子应用作接合用材料，则成为无铅的接合技术，因此尤其自成本、耐迁移性的方面出发，正在进行利用铜微粒子的接合方法或接合用构件的实用化研究。

此处，对车载用的SiC芯片要求大面积化，但SiC与用于散热基底的铜的线膨胀系数大不相同(SiC为3.7ppm，铜为16.8ppm)，在200℃以上的高温运行下会在接合层中产生大的应力。芯片尺寸越大，则所述应力越增加，且随着运行循环数变多而招致接合层内部产生龟裂、芯片破坏等，成为引起运行不良的原因。

为缓和此种起因于线膨胀系数的差的应力而进行了各种研究。在使用钎料材对金属制构件与陶瓷制构件进行高温接合的情况下，在接合界面附近会产生起因于热应力的龟裂。为使所述热应力降低，正研究向钎料材中添加微粒子(例如专利文献1)。然而，与引起熔融的钎料材不同，金属纳米粒子接合材在煅烧后会形成纳米的粒子界面，因此就所述方法而言，在近年所要求的功率元件(power device)用途等中应力缓和并不充分。

另外，也报告了一种组合有金属微粒子与树脂的加热接合用片材(例如专利文献2)。所述片材在热硬化后的弹性模量为1.5GPa～10GPa而示出适度的柔软性，因此所获得的烧结层的可靠性提高。然而，在接合时需要10MPa以上的大的压力，因此难以利用现行的设备。

另外，关于金属微粒子接合材，也报告了利用银微粒子烧结体的潜变(creep)行为的应力缓和(例如专利文献3)。然而，银在成本及耐迁移性上存在问题，因此要求一种代替银的新颖材料。

如上所述，关于使用铜微粒子的接合技术，虽期待其有用性，但起因于SiC芯片与铜基板的线膨胀系数差的应力成为实用化的障碍。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2001-122673号公报

专利文献2：日本专利特开2017-69560号公报

专利文献3：国际公开第2013/133085号公报

发明内容

发明所要解决的问题