散热结构体及利用了散热结构体的半导体模块制造技术

目的在于提供热可靠性优异的散热结构体及半导体模块。为了解决上述课题，本发明专利技术的散热结构体是将金属、陶瓷、半导体任一种的第一部件和第二部件经由接合部件进行粘接的散热结构体，或将半导体芯片、金属配线、陶瓷绝缘基板、含有金属的散热基底基板分别经由接合部件进行粘接的半导体模块，其特征在于，上述接合部件中的任一个以上含有无铅低熔点玻璃组合物和金属粒子，上述无铅低熔点玻璃组合物以以下的氧化物换算计含有：V2O5、TeO2及Ag2O作为主要成分，这些的合计为78摩尔％以上，TeO2和Ag2O的含量相对于V2O5的含量分别为1～2倍，还有合计20摩尔％以下的BaO、WO3或P2O5中任一种以上作为副成分，及合计2.0摩尔％以下的Y2O3、La2O3或Al2O3中任一种以上作为追加成分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及将金属、陶瓷、及半导体的各部件经由接合部件进行粘接的散热结构体、和利用了该散热结构体的半导体模块。
技术介绍
搭载于电力、铁道、汽车等的半导体模块中，要求高的动作电流密度和高的耐电压。通常，该半导体模块具有将半导体芯片、金属配线、陶瓷绝缘基板及散热基底基板分别利用考虑到散热性的接合部件粘接的散热结构体。另外，为了减轻陶瓷绝缘基板的翘曲，有时也在陶瓷绝缘基板和散热基底基板之间加入金属基板，这也利用接合部件粘接。作为接合部件，目前使用焊锡或银钎料，近来，除了考虑到对环境负荷的影响的无铅锡系焊锡或金属以外，还应用可粘接的活性银钎料等。锡系焊锡用于半导体芯片和金属配线、及陶瓷绝缘基板和散热基底的粘接。此时，焊锡不管含铅的有无，均不能直接粘接于半导体芯片或陶瓷绝缘基板上，因此，需要预先在这些粘接面上进行镀敷等金属化处理。活性银钎料用于金属配线和陶瓷绝缘基板、及陶瓷绝缘基板和用于降低其翘曲的金属基板的粘接中。上述那样的半导体模块使动作时的半导体芯片的发热有效地散热是重要的。因此，要求半导体模块的各构成部件中具有高的热传导率，而且尽可能接近半导体芯片的热膨胀系数，在金属配线中应用铜(Cu)等，在陶瓷绝缘基板中应用氮化铝(AlN)等，及在散热基底基板中应用由铝(Al)和碳化硅(SiC)构成的Al-SiC等。另外，近来要求更高的动作电流密度，半导体芯片更大量地发热，因此，使半导体芯片从目前为止使用的硅(Si)向高温动作下优异的碳化硅(SiC)改变。与此同时，作为半导体模块，要求更优异的耐热性、散热性及热循环特性。特别是关于接合部件，对半导体模块的热可靠性造成的影响大，期待可以进行热可靠性比现有的无铅锡系焊锡或活性银钎料高的粘接的接合部件的出现。专利文献1中提出了一种接合部件，其包含含有V2O5的无铅低熔点玻璃组合物和金属粒子。据此，可以提高粘接金属、陶瓷、半导体的任一项的接合体或半导体模块的粘接性和热传导性。另外，作为含有V2O5的无铅低熔点玻璃组合物之一，提出了软化点显著低的V2O5-TeO2-Ag2O系低熔点玻璃，含有5～65质量％的V2O5、15～50质量％的TeO2、10～60质量％的Ag2O是有效的。现有技术文献专利文献专利文献1：特开2013-151396号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题与其它低熔点玻璃相比时，上述的V2O5-TeO2-Ag2O系低熔点玻璃的软化点的确低，但在加热烧成时易于结晶化，由于该结晶化倾向，阻碍软化流动性。该结晶化由于混合金属粒子或以膏的形态使用而进一步显著产生。当由于该结晶化损坏玻璃的软化流动性时，相对于被粘接材(金属、陶瓷，半导体)得不到高的粘结力，且容易残留大量气泡，因此，难以提供粘接性和散热性的双方优异的散热结构体及半导体模块。另外，由于粘接性和散热性不充分，因此，散热结构体及半导体模块的热循环特性也不佳。即，热可靠性的改善或提高是大的课题。本专利技术的目的在于，提供热可靠性优异的散热结构体及半导体模块。用于解决课题的手段本专利技术为了达成所述目的，提供散热结构体，其是将作为金属、陶瓷、半导体的任一种的第一部件和第二部件经由含有无铅低熔点玻璃组合物和金属粒子的接合部件进行粘接了的散热结构体，其特征在于，所述无铅低熔点玻璃组合物用以下的氧化物换算计含有V2O5、TeO2及Ag2O作为主要成分，且这些主要成分的合计为78摩尔％以上，TeO2和Ag2O的含量相对于V2O5的含量分别为1～2倍，且含有合计20摩尔％以下的BaO、WO3或P2O5中任一种以上作为副成分，及含有合计2.0摩尔％以下的Y2O3、La2O3或Al2O3中任一种以上作为追加成分。本专利技术还提供半导体模块，其是将半导体芯片、金属配线、陶瓷绝缘基板、含有金属的散热基底基板分别经由接合部件进行粘接了的半导体模块，其特征在于，所述接合部件中任一部件以上含有无铅低熔点玻璃组合物和金属粒子，所述无铅低熔点玻璃组合物用以下的氧化物换算计含有V2O5、TeO2及Ag2O作为主要成分，且这些主要成分的合计为78摩尔％以上，TeO2和Ag2O的含量相对于V2O5的含量分别为1～2倍，且含有合计20摩尔％以下的BaO、WO3或P2O5中任一种以上作为副成分，及含有合计2.0摩尔％以下的Y2O3、La2O3或Al2O3中任一种以上作为追加成分。专利技术效果根据本专利技术，能够提供热可靠性优异的散热结构体及半导体模块。附图说明图1是本专利技术一实施方式的散热结构体的概略立体图；图2是图1所示的散热结构体的粘接部分的概略放大剖视图；图3是本专利技术一实施方式的半导体模块的概略剖视图；图4是玻璃特有的代表性的示差热分析(DTA)曲线的一例；图5是表示粘接性评价试样的制作方法的概略图；图6是表示本专利技术一实施例的接合部件中所含的无铅低熔点玻璃组合物(G-42)和金属粒子(Ag)的配合比例对热传导率及剪断应力造成的影响的图表。具体实施方式以下，关于本专利技术的实施方式，一边参照附图一边进行更详细地说明。但是，本专利技术不限定于在此提出的实施方式，可以在不变更宗旨的范围内适宜组合或改良。(散热结构体)图1中表示代表性的散热结构体的概略立体图，图2中表示该粘接部分的概略放大剖视图。本实施方式如图1及图2所示，涉及散热结构体，其是将作为金属、陶瓷、半导体的任一项的第一部件1、1’、1”、1”’和第二部件2经由接合部件3、3’、3”、3”’进行粘接，该接合部件3、3’、3”、3”’中含有无铅低熔点玻璃组合物4和金属粒子5。该无铅低熔点玻璃组合物4中，以以下的氧化物换算计含有V2O5、TeO2及Ag2O作为主要成分，且这些主要成分的合计为78摩尔％以上，TeO2的含量相对于V2O5的含量为1～2倍，Ag2O的含量相对于V2O5的含量为1～2倍。另外，最大的特征在于，应用含有合计20摩尔％以下的BaO、WO3及P2O5中任一种以上作为副成分，及含有合计2.0摩尔％以下的Y2O3、La2O3及Al2O3中任一种以上作为追加成分的V2O5-TeO2-Ag2O系无铅低熔点玻璃组合物。此外，无铅是指不含有杂质量以上的铅，且允许不可避免的杂质量。关于上述无铅低熔点玻璃组合物中作为主要成分的V2O5、TeO2及Ag2O的含有效果，在以下进行说明。Ag2O为了转化点、屈服点、软化点等特性温度的低温化和化学的稳定性的提高而含有。V2O5为了在玻璃制作时还原Ag2O以不析出金属Ag而含有。作为玻璃成分含有的Ag2O如果不以Ag+离子的状态存在于玻璃中，则得不到期望的低温化的效果。如果增多Ag2O的含量，即如果增多玻璃中的Ag+离子量，则实现低温化，但此时为了防止或抑制金属Ag的析出，需要也增加V2O5的含量。在玻璃制作时，相对于一个V5+离子，在玻璃中只可含有两个Ag+离子。如果超过两个，则金属Ag有析出的可能性。TeO2是在玻璃制作时用于玻璃化的玻璃化成分。因此，如果不含有TeO2，则不能形成玻璃。但是，相对于一个V5+离子，Te4+离子只有一个是有效的，如果超过一个，Te和Ag的化合物有析出的可能性。考虑到上述V2O5、TeO2及Ag2O含有的效果时，本实施方式的无铅低熔点玻璃组合物优选以以下的氧化物换算，V2O5、TeO2及Ag2O的合计为78摩尔％以上，TeO2和Ag2O本文档来自技高网...

【技术保护点】
散热结构体，其为将作为金属、陶瓷、半导体的任一种的第一部件和第二部件经由含有无铅低熔点玻璃组合物和金属粒子的接合部件进行粘接了的散热结构体，其特征在于，所述无铅低熔点玻璃组合物以以下的氧化物换算计含有：V2O5、TeO2及Ag2O作为主要成分，这些主要成分的合计为78摩尔％以上，TeO2和Ag2O的含量相对于V2O5的含量分别为1～2倍，还有合计20摩尔％以下的BaO、WO3或P2O5中任一种以上作为副成分，以及合计2.0摩尔％以下的Y2O3、La2O3或Al2O3中任一种以上作为追加成分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.19 JP 2014-1906711.散热结构体，其为将作为金属、陶瓷、半导体的任一种的第一部件和第二部件经由含有无铅低熔点玻璃组合物和金属粒子的接合部件进行粘接了的散热结构体，其特征在于，所述无铅低熔点玻璃组合物以以下的氧化物换算计含有：V2O5、TeO2及Ag2O作为主要成分，这些主要成分的合计为78摩尔％以上，TeO2和Ag2O的含量相对于V2O5的含量分别为1～2倍，还有合计20摩尔％以下的BaO、WO3或P2O5中任一种以上作为副成分，以及合计2.0摩尔％以下的Y2O3、La2O3或Al2O3中任一种以上作为追加成分。2.根据权利要求1所述的散热结构体，其特征在于，在所述接合部件粘接的所述第一部件或/和所述第二部件的粘接面上形成有Al、Al合金、Ag或Ag合金的膜。3.根据权利要求1或2所述的散热结构体，其特征在于，所述接合部件中所含的所述无铅低熔点玻璃组合物是：所述副成分的含量为3.7～16摩尔％、以及所述追加成分的含量为0.2～1.0摩尔％。4.根据权利要求1～3中任一项所述的散热结构体，其特征在于，所述接合部件中所含的所述金属粒子含有Ag、Al、Sn或Cu的任一种以上。5.根据权利要求1～4中任一项所述的散热结构体，其特征在于，所述接合部件含有5～60体积％的所述无铅低熔点玻璃组合物、以及40～95体积％的所述金属粒子。6.根据权利要求5所述的散热结构体，其特征在于，所述接合部件含有10～40体积％的所述无铅低熔点玻璃组合物、以及60～90体积％的所述金属粒子。7.根据权利要求1～6中任一项所述的散热结构体，其特征在于，所述第一部件为...

【专利技术属性】
技术研发人员：内藤孝，儿玉一宗，青柳拓也，菊池茂，能川玄也，森睦宏，井出英一，守田俊章，绀野哲丰，小野寺大刚，三宅龙也，宫内昭浩，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP