接合材料以及使用其的安装结构体制造技术

接合材料包含：熔点为200℃以下的第1金属粒子、包含能够与第1金属粒子中所包含的第1金属元素生成金属间化合物的第2金属元素的第2金属粒子、TiO2纳米粒子、和助焊剂。第1金属粒子是如下的任意一个：仅为与第2金属元素生成金属间化合物的第1金属元素；或者是包含与第2金属元素生成金属间化合物的第1金属元素、和不与第2金属元素生成金属间化合物且金属元素单质的熔点为250℃以上的第3金属元素的复合体。第1金属粒子与第2金属粒子的比率是在第1金属元素与第2金属元素的平衡相图中第1金属粒子中所包含的第1金属元素与第2金属粒子中所包含的第2金属元素全部成为金属间化合物的比率。比率。比率。

【技术实现步骤摘要】
接合材料以及使用其的安装结构体


[0001]本专利技术涉及功率器件等设备中使用的用于将2个部件用金属材料接合的接合材料以及使用该接合材料接合的安装结构体。

技术介绍

[0002]在功率器件等伴随发热的设备中，以对产生热进行放热为目的，为了从搭载了元件的基板向放热部传热，有具有将基板与放热部的2个部件间接合的安装结构体的设备。
[0003]近年来，功率器件等设备中，以节能化为目的的大电流控制的要求提高。因此，具有能够以高效率控制电力的优点的SiC、GaN这样的下一代功率器件元件代替以往的Si元件不断增加。
[0004]这些下一代功率器件元件具有在高温下也能工作的优点，比以往的Si元件能够耐受大的发热，因此通过进行大电流的控制而发生来自于元件的发热量的上升、高温化。
[0005]其结果是，流过用元件控制的电流的引线框架等电极与元件电极之间的接合部温度Tj上升。例如，以往的Si约为125℃，而SiC、GaN上升到200～250℃。
[0006]因此，对于元件电极与引线框架电极之间的接合部，要求将产生的热向引线框架高效疏散的热导率、以及应对高的接合部的温度Tj的耐热性。
[0007]另外，下一代功率器件元件中使用的SiC、GaN与Si相比弹性模量高，强度也高。例如，Si的弹性模量为160GPa，与此相对，SiC、GaN为200GPa以上。因此，因两个部件的线膨胀系数差引起的温度变化时的热应力变大。因此，还要求进一步提高接合部的接合强度。
[0008]以往，将元件与引线框架电极之间用导电体接合的安装结构体的接合部中使用的接合材料中，从能够在低温下接合出发，广泛使用焊料材料。然而，对于一般使用的以Sn、Pb为主成分的焊料材料而言，200℃～250℃是熔点附近或熔点以上的温度，是非常苛刻的温度，因此使用这些焊料的安装结构体中，难以确保耐热性。
[0009]作为应对这样的课题的一个解决手段，提出了将低熔点金属和与其形成金属间化合物的第2金属混合的接合材料，即，接合时低熔点金属熔融，与第2金属反应形成金属间化合物从而形成高熔点的接合部的液相烧结法的接合材料。
[0010]作为以往的高耐热的液相烧结法的接合材料，包含至少包含Cu的两种以上的金属粒子、和具有聚二甲基硅氧烷骨架的高分子的接合材料，上述金属粒子能够形成金属间化合物(例如参照专利文献1。)。
[0011]现有技术文献
[0012]专利文献
[0013]专利文献1：WO2016/031551号公报

技术实现思路

[0014]本专利技术涉及的接合材料包含：熔点为200℃以下的第1金属粒子、包含能够与第1金属粒子中所包含的第1金属元素形成金属间化合物的第2金属元素的第2金属粒子、TiO2纳
米粒子、和助焊剂。
[0015]第1金属粒子是如下的任意一个：仅为与第2金属元素生成金属间化合物的第1金属元素；或者是包含与第2金属元素生成金属间化合物的第1金属元素、和不与第2金属元素生成金属间化合物且金属元素单质的熔点为250℃以上的第3金属元素的复合体。
[0016]第1金属粒子与第2金属粒子的比率是在第1金属元素与第2金属元素的平衡相图中第1金属粒子中所包含的第1金属元素、与第2金属粒子中所包含的第2金属元素全部成为金属间化合物的比率。
附图说明
[0017]图1为表示本实施方式1涉及的接合材料的构成的示意图。
[0018]图2为表示实施例1
‑
1～1
‑
8、比较例1
‑
1～1
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12中的接合材料中包含的成分、其重量比率、以及评价结果的表1。
[0019]图3为表示实施例2
‑
1～2
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6、比较例2
‑
1～2
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4中的接合材料中包含的成分、其重量比率、以及评价结果的表2。
[0020]图4为表示实施例3
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1～3
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11中的接合材料中包含的成分、其重量比率、以及评价结果的表3。
[0021]附图标记说明
[0022]101 接合材料
[0023]102 第1金属粒子
[0024]103 第2金属粒子
[0025]104 TiO2纳米粒子
[0026]105 助焊剂
具体实施方式
[0027]专利文献1中记载的接合材料中，低熔点金属熔融，与Cu反应形成高熔点的金属间化合物，因而显示高耐热性，但是金属间化合物的晶粒有时变得粗大，而难以提高接合强度。
[0028]本专利技术为了解决以往的课题，目的在于提供一种能够体现更高的接合强度的接合材料。
[0029]第1方案涉及的接合材料包含：熔点为200℃以下的第1金属粒子、包含能够与第1金属粒子中所包含的第1金属元素形成金属间化合物的第2金属元素的第2金属粒子、TiO2纳米粒子、和助焊剂。
[0030]第1金属粒子是如下的任意一个：仅为与第2金属元素生成金属间化合物的第1金属元素；或者是包含与第2金属元素生成金属间化合物的第1金属元素、和不与第2金属元素生成金属间化合物且金属元素单质的熔点为250℃以上的第3金属元素的复合体。
[0031]第1金属粒子与第2金属粒子的比率是在第1金属元素与第2金属元素的平衡相图中第1金属粒子中所包含的第1金属元素与第2金属粒子中所包含的第2金属元素全部成为金属间化合物的比率。
[0032]第2方案涉及的接合材料在上述第1方式中，TiO2纳米粒子的中值粒径可以为20～
80nm。
[0033]第3方案涉及的接合材料在上述第1或第2方案中，TiO2纳米粒子的含有率在第1金属粒子、第2金属粒子和TiO2纳米粒子的总和之中可以为0.1wt％～1wt％。
[0034]第4方案涉及的接合材料在上述第1至第3中的任一方案中，第1金属粒子可以为选自Sn
‑
Bi、Sn
‑
In、Sn
‑
Bi
‑
In、Bi
‑
In和In中的至少一个。
[0035]第5方案涉及的接合材料在上述第1至第4中的任一方案中，第2金属粒子可以包含Cu。
[0036]第6方案涉及的接合材料在上述第1至第5的中的任一方案中，第1金属粒子可以至少包含中值粒径为3～30μm的粒子。
[0037]第7方案涉及的接合材料在上述第1至第6的中的任一方案中，上述第2金属粒子的中值粒径可以为100～2000nm。
[0038]第8方案涉及的安装结构体具备SiC或GaN的功率器件元件、和将功率器件元件的电极与外部电极进行接合的上述第1至第7的中的任一方案涉及的接合材料。
[0039]根据上述方案涉及的接合材料，能够提供抑制在液相烧结法中金属间化合物生成时的晶粒粗大化，能够形成更高的接合强度的接合部的接合材料。
[0040]以下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种接合材料，其包含：熔点为200℃以下的第1金属粒子、包含能够与所述第1金属粒子中所包含的第1金属元素生成金属间化合物的第2金属元素的第2金属粒子、TiO2纳米粒子、和助焊剂，所述第1金属粒子是如下的任意一个：仅为与所述第2金属元素生成金属间化合物的所述第1金属元素；或者是包含与所述第2金属元素生成金属间化合物的所述第1金属元素、和不与所述第2金属元素生成金属间化合物且金属元素单质的熔点为250℃以上的第3金属元素的复合体，所述第1金属粒子与所述第2金属粒子的比率是在所述第1金属元素与所述第2金属元素的平衡相图中所述第1金属粒子中所包含的所述第1金属元素与所述第2金属粒子中所包含的所述第2金属元素全部成为金属间化合物的比率。2.根据权利要求1所述的接合材料，其中，所述TiO2纳米粒子的中值粒径为20nm～80nm。3.根据权利要求1或2所述的接合材料，其中，所述TiO2纳米粒子的含有率在所述第1金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：日根清裕，古泽彰男，石谷伸治，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：