金属烧结接合体和芯片接合方法技术

提供热循环耐性和散热性优异的金属烧结接合体。对于本发明专利技术的金属烧结接合体，将基板与芯片接合，金属烧结接合体与芯片对置的矩形状区域的至少中央部和角部具有低于矩形状区域的平均孔隙率的低孔隙率区域，低孔隙率区域位于以矩形状区域的对角线为中心线的带状区域内。

Joining method of metal sintering joint and chip

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属烧结接合体和芯片接合方法
本专利技术涉及芯片接合中使用的金属烧结接合体和芯片接合方法。
技术介绍
对于车载等中使用的功率器件，使用有带隙宽于Si的SiC、GaN等半导体。它们通过在高温下的使用而发挥高电力转化效率、低损耗等优异的性质。因此，功率器件的连接部也要求提高耐热性。一般而言，金属间的接合通过软钎料而进行。对于以往使用的软钎料合金，电导率、导热率低，为低熔点，难以耐受功率器件的驱动温度。因此，作为功率器件代表性的高性能的SiC/GaN的接合中需要新的芯片接合材料。近年来，使用了电导率、导热率高、为高熔点、且有稳定性的Ag糊剂的芯片接合备受关注。但是，由于Ag的熔点高，因此，想要以块接合时，基板会受到热损害。因此，为了实现接合温度的降低，采用了使用纳米颗粒的低温烧结技术。然而，如果使用粒径小的纳米颗粒，则烧结温度降低，但是将芯片与基板接合的金属烧结接合体由于会成为多孔质，因此，烧结密度降低，作为其结果，热循环耐性、散热性降低。为了得到高的热循环耐性、散热性，必须提高烧结密度。为了形成具有高的烧结密度的金属烧结接合体，即使使用纳米颗粒，也需要边在250℃以上的加热温度下施加5～10MPa的高的加压力边进行烧结。由于IC、基板在这样的高温和高加压力下发生劣化，因此，正在进行在更低温、低加压力下达成高的烧结密度的研究。例如，专利文献1中公开了一种导电性糊剂，其包含：混合了具有平均粒径为0.3μm～0.5μm的Ag纳米颗粒与具有平均粒径为2.0～3.2μm的Ag颗粒的混合物Ag颗粒、和低级醇，且不含粘接剂。专利文献1记载的专利技术中，为了降低电阻而不含有粘接剂，但由于使用混合物颗粒，因此，据说可以使孔隙率降低。利用晶界扩散容易在小颗粒与大颗粒之间产生而形成孔隙率低的组织。另一方面，进行了如下研究：在不使用混合物颗粒的情况下，使用纳米颗粒，在烧结时不进行加压。专利文献2中公开了如下技术：为了在烧结时抑制在被接合构件与糊剂之间产生的缺口，将糊剂以宽于被接合构件的面积涂布在基板上，按照以被接合构件压入糊剂的量成为糊剂的涂布时的厚度的30％以上的方式，将糊剂在室温下加压，然后在无加压下进行烧结。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第5207281号公报专利文献2：日本特开2014-110282号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而，专利文献1中，关于烧结时的加压力，完全没有提及。仅凭借使用混合物Ag糊剂，在孔隙率的降低方面存在限度。另外，专利文献1中记载的专利技术的目的在于，为了降低电阻值而在糊剂中不含有粘接剂，因此，难以说用于提高热循环耐性和散热性的各特性的研究是充分的。专利文献2中记载的专利技术如前述，在室温下进行加压后，在无加压下进行烧结，因此，据说可以抑制缺口的发生。然而，专利文献2中，关于加压时的加压方法，仅限定了烧结前的被接合构件的压入量。在烧结前虽然在室温下进行了加压，但是由于之后在无加压下进行烧结，因此无法充分降低孔隙率，无法充分提高热循环耐性和散热性。另外，在两文献记载的专利技术中，假定认为如果在IC、基板不发生劣化的程度内边加压边进行烧结，则孔隙率多少会降低。但是，随着功率器件的小型化和工作温度的上升进行，以孔隙率多少会降低的程度难以应对高的热循环耐性和散热性的要求。因此，本专利技术的课题在于，提供：热循环耐性和散热性优异的金属烧结接合体和芯片接合方法。用于解决问题的方案本专利技术人等为了实现热循环耐性和散热性的兼顾而进行了深入研究。关于热循环耐性，随着循环数的增加而裂纹的伸展自芯片的角部发生，因此，着眼于提高芯片角部的热循环耐性的方面。另外，关于散热性，通常为了将IC设置于芯片的中央部，该部分成为最高温，因此，着眼于使芯片的中央部效率良好地散热的方面。而且，以往，为了将芯片与基板接合，例如如专利文献2的图所示那样，已经研究了具有均匀的组织的金属烧结接合体。然而，本专利技术人等为了兼顾热循环特性和散热性，假定金属烧结接合体的组织不如以往那样是均匀的，敢于关注使金属烧结接合体形成不均匀的组织，进而进行了研究。本专利技术人等发现：通过降低金属烧结接合体的与芯片中央部对应的区域和金属烧结体的与芯片角部对应的区域的孔隙率，从而可以同时实现热循环耐性和散热性的提高。这样的金属烧结接合体无法单纯地如以往那样，在烧结前或烧结中仅凭借施加压力而得到。例如专利文献2的图5和图6中示出利用超声波显微镜观察烧结体的照片。假定如果孔隙率中存在波动则应出现在这些照片中，但却未能观察到孔隙率的波动。因此，仅凭借对涂布于基板的糊剂单纯地加压是无法得到期望的孔隙率的分布。本专利技术人等进而推进研究，结果着眼于糊剂的加压时的糊剂的行为。通常，糊剂由粉末和溶剂构成，因此认为，通过加压而粉末和溶剂同时流动。其中，根据加压条件而异，溶剂自颗粒发生分离，仅溶剂被挤出至外部。因此，本专利技术人等详细地调查了粉末和溶剂同时流动的条件。其结果得到如下见解，如果将糊剂涂布成为与芯片大致相同的面积和大致相同形状的矩形状并进行加压，则糊剂自4边的附近溢出，其周边的孔隙率变高，在角部和中央部的孔隙率相对变低，因此，以矩形状区域的对角线为中心线的带状区域的孔隙率变低。伴随此，以矩形状区域的对角线为中心线的带状区域的孔隙率变低。本专利技术人等基于这些见解，对加压时的各种条件进而研究，结果可以获得如下见解，在压入量和加压速度为规定条件的情况下，得到如上述那样具有期望的孔隙率分布的金属烧结接合体。另外，还获得如下见解，如专利文献2中记载的专利技术那样，将糊剂以宽于芯片的范围涂布，之后将芯片压入糊剂，也不体现上述孔隙率。如上述体现孔隙率的分布的现象是在糊剂具有一定程度的流动性的状态下体现的。因此，如以往常进行那样，进行在烧结前使有机溶剂挥发的工序的情况下，不体现。另外，获得如下见解：在涂布糊剂后，即使通过在想要降低孔隙率的部分另行涂布糊剂而在金属烧结接合体上形成密度梯度，以与芯片对置的矩形状区域的对角线为中心线的带状区域的、至少矩形状区域的中央部和角部的孔隙率也变低。根据这些见解而得到的本专利技术如下所述。(1)一种金属烧结接合体，其特征在于，其为将基板与芯片接合的金属烧结接合体，金属烧结接合体与芯片对置的矩形状区域的至少中央部和角部具有低于矩形状区域的平均孔隙率的低孔隙率区域，低孔隙率区域位于以矩形状区域的对角线为中心线的带状区域内。(2)根据上述(1)所述的金属烧结接合体，其中，带状区域的宽度为芯片的1边的长度的3～30％。(3)根据上述(1)或上述(2)所述的金属烧结接合体，其中，低孔隙率区域主要占有中央部。(4)根据上述(1)或上述(2)所述的金属烧结接合体，其中，低孔隙率区域主要占有角部。(5)根据上述(1)或上述(2)所述的金属烧结接合体，其中，低孔隙率区域均匀地存在于带状区域。(6)根据上述(1)～上述(5)中任一项所述的金属烧结接合体，其中，低孔隙率区域相对于矩形状区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属烧结接合体，其特征在于，其为将基板与芯片接合的金属烧结接合体，/n所述金属烧结接合体与所述芯片对置的矩形状区域的至少中央部和角部具有低于所述矩形状区域的平均孔隙率的低孔隙率区域，/n所述低孔隙率区域位于以所述矩形状区域的对角线为中心线的带状区域内。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20160822 JP 2016-1622471.一种金属烧结接合体，其特征在于，其为将基板与芯片接合的金属烧结接合体，
所述金属烧结接合体与所述芯片对置的矩形状区域的至少中央部和角部具有低于所述矩形状区域的平均孔隙率的低孔隙率区域，
所述低孔隙率区域位于以所述矩形状区域的对角线为中心线的带状区域内。


2.根据权利要求1所述的金属烧结接合体，其中，所述带状区域的宽度为所述芯片的1边的长度的3～30％。


3.根据权利要求1或2所述的金属烧结接合体，其中，所述低孔隙率区域主要占有所述中央部。


4.根据权利要求1或2所述的金属烧结接合体，其中，所述低孔隙率区域主要占有所述角部。


5.根据权利要求1或2所述的金属烧结接合体，其中，所述低孔隙率区域均匀地存在于所述带状区域。


6.根据权利要求1或2所述的金属烧结接合体，其中，所述低孔隙率区域相对于所述矩形状区域的面积的面积率为15％以上。


7.根据权利要求1或2所述的金属烧结接合体，其中，所述低孔隙率区域相对于...

【专利技术属性】
技术研发人员：竹政哲，上岛稔，
申请(专利权)人：千住金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP