接合结构以及电子器件制造技术

本发明专利技术的接合结构，对构成电子器件的电子元件（１２）和构成该电子器件的电极（１４）进行接合。接合结构包括：钎焊层，其含有０．２～６重量％的铜、０．０２～０．２重量％的锗、以及９３．８～９９．７８重量％的铋；设置在钎焊层和电极之间的镍层；设置在镍层和钎焊层之间的阻挡层。在此，通过钎焊层接合电子元件和电极之后，阻挡层的平均厚度为０．５～４．５μｍ。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种接合结构，尤其涉及一种使得对构成电子器件的电子元件和构 成电子器件的电极进行接合的接合结构的耐久性提高的技术。
技术介绍
功率晶体管等的电子器件大多是将半导体元件等的电子元件直接接合在至少1 个电极上而构成的。图7中，通过透视了壳体的一部分的局部透视图示出以往的功率晶 体管的一个实例。图例示的晶体管100其半导体元件104配置在壳体102的内部，该半 导体元件104直接与1个电极106接合。又，半导体元件104通过金属丝与其他2个电 极108以及110连接。对于这样的以往的功率晶体管，在将半导体元件104直接接合于 上述1个电极上的接合部，通常使用钎焊。又，用于将功率晶体管等的电子器件本身安装在其他的基板上的接合部也使用 的是钎焊。用于将功率晶体管等的电子器件安装于其他的基板上的钎焊材料大多使用熔 点为200 230°C的钎焊材料。这种情况下的钎焊一般通过钎焊浸渍方式的浸沾装置来进行接合。此时，需 要将钎焊材料加热到250 260°C，因此电子器件的电极的温度有时也会达到250 260°C。因此，如果将电子器件的电子元件内部接合于电极的接合部的钎焊材料的熔点为 200 230°C的话，将电子器件焊在其他基板上时，电子元件和电极的接合部的钎焊材料 有可能会熔化。电子元件和电极的接合部的钎焊材料熔融的话，会发生短路或断线、或 者电子特性产生变化，从而可能导致最终制品发生次品。因此，电子元件和电极的接合部的钎焊材料要求使用更高熔点的钎焊材料。作 为这样的钎焊材料，已提出一种熔点为270°C以上的、包含Bi (铋)和少量Cu(铜)的钎 焊材料(参照专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2007-313526号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题但是，将以Bi为主要成分的熔点为270°C以上的钎焊材料使用于电子元件和电 极的接合部的话，接合部容易产生裂缝，从而降低接合的可靠性。以下，对其理由进行 详细说明。连接有电子元件的电极等的材料一般使用Cu，这是因为其具有高的导电性，且 与其他良导电性的金属相比较便宜。但是，Cu具有这样的性质放置在大气中时，随着时间的经过而被氧化，从而 氧化膜逐渐变厚。因此，为了获得与钎焊材料的良好的接合，需要保护电极的表面不被氧化直到即将进行钎焊接合之前为止。因此，通过电镀在由Cu构成的电极的表面形成 Ni(镍)层，来防止电极的氧化。图8显示表面形成有Ni层的电极。图示例的电极120由Cu构成，在其表面通 过电镀形成有用于防止氧化的厚度为1 3 μ m的Ni层122图9示出通过钎焊将电子元件接合在上述电极上的情形。此处，通过包含钎焊 层124的接合部接合电子元件126与电极120，该钎焊层124由以Bi为主要成分的、熔点 为270°C以上的合金构成。此时，将接合部加热到271°C以上时，包含于钎焊层124中的 Bi与电极120的表面的Ni层122反应，形成由Bi3Ni构成的金属间化合物。由于Bi与 Ni的反应性高，因此接合部的几乎所有的Ni层122都变化为由Bi3Ni构成的金属间化合 物。因此，钎焊层124和电极120变为夹着由Bi3Ni构成的金属间化合物128而接合的状 态。由于Bi3Ni具有硬且脆的性质，因此金属间化合物层128的厚度增加的话，接合 部容易产生裂缝，接合的可靠性显著下降。本专利技术正是鉴于上述问题点而做成的，其目的在于提供一种难以产生裂缝、可 靠性高的对构成电子器件的电子元件和构成该电子器件的电极进行接合的接合结构、以 及具有这样的接合结构的电子器件。解决问题的手段为了达到上述目的，本专利技术提供一种接合结构，其对构成电子器件的电子元件 和构成所述电子器件的电极进行接合，其包括对所述电子元件和所述电极进行接合的 钎焊层，该钎焊层含有0.2 6重量％的铜、0.02 0.2重量％的锗、以及93.8 99.78重 量％的铋；设置在所述钎焊层和所述电极以及所述电子元件中的至少一方之间的镍层； 设置在所述镍层和所述钎焊层之间的阻挡层，通过所述钎焊层接合所述电子元件和所述 电极之后，所述阻挡层的平均厚度为0.5 4.5 μ m。在本专利技术的较佳实施形态中，所述阻挡层含有从由银、金、钯、铝以及钛所构 成的组当中选择出的至少1种。在本专利技术的较佳实施形态中，所述阻挡层的初始厚度为1 5μιη。在本专利技术的较佳实施形态中，所述钎焊层含有0.2 4重量％的铜。在本专利技术的较佳实施形态中，所述钎焊层含有0.02 0.1重量％的锗。在本专利技术的较佳实施形态中，所述电极含有铜。在本专利技术的较佳实施形态中，所述电子元件为半导体元件。在本专利技术的较佳实施形态中，所述半导体元件含有Si、SiC或者GaN。在本专利技术的较佳实施形态中，所述电子器件为功率晶体管。又，本专利技术提供一种电子器件，其是通过含有钎焊层的接合部将电子元件接合 在电极上而构成的，所述钎焊层含有0.2 6重量％的铜、0.02 0.2重量％的锗、以及 93.8 99.78重量％的铋，所述接合部还包括在所述钎焊层和所述电极以及所述电子元件 中的至少一方之间的镍层，和所述镍层和所述钎焊层之间具有阻挡层，通过所述钎焊层 接合所述电子元件和所述电极之后，所述阻挡层的平均厚度为0.5 4.5 μ m。本专利技术的电子器件，在其较佳实施形态中，所述阻挡层的初始厚度为1 5 μ m。专利技术的效果在本专利技术中，对构成电子器件的电子元件和构成电子器件的电极进行接合的接 合结构包括由含有Bi (铋)作为主成分的钎焊材料构成的钎焊层、Ni (镍)层、和介于 它们之间的阻挡层。在通过钎焊层接合电子元件和电极之后，阻挡层的平均厚度为0.5 4.5 μ m，由此可以防止钎焊层的Bi和Ni层的Ni反应，生成容易产生裂缝的由Bi3Ni构 成的金属间化合物。从而可以提高接合结构的可靠性。为了使得通过钎焊层接合电子元件和电极之后的阻挡层的平均厚度为0.5 4.5 μ m，理想的是，阻挡层的初始厚度为1 5μιη。由此，可以可靠地防止接合时阻挡 层消失，结果导致由Bi3Ni构成的金属间化合物生成的情形。又，由于含有Bi作为主要成分的钎焊材料包含有0.02 0.2重量％的锗，因此 能够显著抑制氧化物的生成(参照图2)。因此，可以进一步地提高接合结构的可靠性。又，含有Bi作为主要成分的钎焊材料具有270°C以上的熔点。另一方面，将电 子器件本身安装在其他基板等上时所使用的钎焊材料通常使用的是熔点为200 230°C的 材料.由此，可以防止将电子元件接合在电极上的钎焊材料由于将电子器件安装在其他基 板等时的加热而熔融。因此，可以得到能够防止电子器件发生断线等不良这样的效果。附图说明图1是示出本专利技术的实施形态1的接合结构的概略构成的局部截面图。图2是示出包含于钎焊材料中的锗和氧化物的生成量的关系的图表。图3是示出实施形态1的接合结构的变形例的概略构成的局部截面图。图4A是示出本专利技术的一实施形态的电子器件的概略构成的立体图。图4B是上述电子器件的截面图。图5是示出本专利技术的实施例以及比较例中钎焊时间和Bi3Ni层的厚度的关系的图表。图6是示出本专利技术的实施例以及比较例中温度循环试验的循环数和次品发生数 量的关系的图表。图7是示出以往的电子器件的概略构成的局部透视图。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种接合结构，其对构成电子器件的电子元件和构成所述电子器件的电极进行接合，其特征在于，包括：　　对所述电子元件和所述电极进行接合的钎焊层，该钎焊层含有０．２～６重量％的铜、０．０２～０．２重量％的锗、以及９３．８～９９．７８重量％的铋；设置在所述钎焊层和所述电极以及所述电子元件中的至少一方之间的镍层；　　设置在所述镍层和所述钎焊层之间的阻挡层，通过所述钎焊层接合所述电子元件和所述电极之后，所述阻挡层的平均厚度为０．５～４．５μｍ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2008-6-23 2008-1629031.一种接合结构，其对构成电子器件的电子元件和构成所述电子器件的电极进行接 合，其特征在于，包括对所述电子元件和所述电极进行接合的钎焊层，该钎焊层含有0.2 6重量％的铜、 0.02 0.2重量％的锗、以及93.8 99.78重量％的铋；设置在所述钎焊层和所述电极以及所述电子元件中的至少一方之间的镍层； 设置在所述镍层和所述钎焊层之间的阻挡层，通过所述钎焊层接合所述电子元件和 所述电极之后，所述阻挡层的平均厚度为0.5 4.5 μ m。2.如权利要求1所述的接合结构，其特征在于，所述阻挡层含有从由银、金、钯、铝 以及钛组成的组当中选择出的至少1种。3.如权利要求1所述的接合结构，其特征在于，所述阻挡层的初始厚度为1 5 μ m。4.如权利要求1所述的接合结构，其特征在于，所述钎焊层含有0.2 4重量％的铜。5.如权利要求1所述的接合...

【专利技术属性】
技术研发人员：古泽彰男，酒谷茂昭，中村太一，松尾隆广，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP