本发明专利技术的目的在于提供一种既确保半导体元件与支承板之间有足够的接合强度、又提高来自半导体元件的发热向支承板的散热性的半导体装置。本发明专利技术所涉及的半导体装置包括：支承板；形成于所述支承板上的电极表面处理层；半导体元件；以及焊料，该焊料在以Ｂｉ为主成分的第一金属的内部含有熔点高于所述第一金属的第二金属的粒子，并将所述电极表面处理层和所述半导体元件进行接合，在所述焊料的与所述半导体元件的中央部相对应的区域，所述第二金属的组分比率高于所述第一金属，在与所述中央部相对应的区域的外侧的区域，所述第一金属的组分比率高于所述第二金属，在与所述中央部相对应的区域内，所述第二金属的组分比率为８３．８原子％以上。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体装置，特别涉及利用焊料来将半导体元件和支承板进行接合的技术。
技术介绍
由于世界各国对环境保护的意识增强，因此作为用于将电子元器件装载于基板的焊料，主要普及有Sn-Ag-Cu系列的无1 焊料。但是，对于例如功率用IGBTansulated Gate Bipolar ^Transistor 绝缘栅双极型晶体管)模块的内部接合材料，仍然在使用1 焊料。这是因为对于在用以将半导体元件固定于支承板的装载部的内部接合中使用的焊料，要求在将模块和母板进行接合时的回流安装温度下不会熔融。若用于内部接合的焊料因回流安装温度而再熔融，则产生模块短路的问题。回流安装温度一般为240°C ^KTC。回流安装也被称为二次安装。因此，寻求在回流安装温度下不会熔融的无1 焊料，例如在专利文献1中，作为以满足该要求为目的的焊料，记载有以Bi为主成分的高温无1 焊料。该高温无1 焊料含有约2wt % 约18wt %的量的Ag、约98wt % 约82wt %的量的Bi、以及到约1 OOOppm的量的锌、镍、锗或它们的组合中的至少一种。此外，该高温无1 焊料具有约沈2. 5°C以上的固相线和约400°C以下的液相线。另一方面，作为用于内部接合的其他接合材料，例如在专利文献2中，记载有导电性粘接剂。该导电性粘接剂是使^Vg填料和粒子状树脂成分混合分散、并利用挥发性溶剂来形成糊状。Ag填料含有率最大为90%，热导率最大为60W/(m · K)。专利文献1 日本国专利特表2005-503926号公报专利文献2 日本国专利特开2001-351929号公报
技术实现思路
然而，上述专利文献1所记载的焊料以Bi为主成分。因此，热导率为9W/(m · K) 左右，比仍在市场上使用的1 焊料的热导率(35W/(m · K)左右)要低。例如，在半导体元件的发热源的下部放置有热导率为9W/(m · K)左右的焊料，该半导体元件装载于嵌入到电源电路中的功率用IGBT模块，在此情况下，散热性变差。由此，上述专利文献1所记载的焊料具有不得不提高散热性的问题。另一方面，上述专利文献2所记载的导电性粘接剂是通过使Ag填料的调配比最大增加到90 %、以使热导率最大上升到60W/ (Hi-K)0另外，一般的含有Ag填料的导电性粘接剂的热导率为1. 0ff/(m · K) 1. 3ff/(m · K)。但是，随着电子设备的高性能化，例如对于装载于功率用IGBT模块的半导体元件，要求控制目前以上的大电流。随着该大电流化，半导体元件的发热量增加2 3倍左右。因此，对于用于内部接合的接合材料，要求热导率为 70ff/(m.K) 100W/(m*K)。由此，上述专利文献2所记载的导电性粘接剂具有不得不提高散热性的问题。本专利技术的目的在于解决上述问题。即，本专利技术的目的在于提供一种半导体装置，能既确保半导体元件与引线框等支承板之间有足够的接合强度，又提高来自半导体元件的发热向支承板的散热性，并能提高产品合格率。为了达到上述目的，本专利技术的半导体装置的特征在于，包括支承板；形成于所述支承板上的电极表面处理层；半导体元件；以及焊料，该焊料在以Bi为主成分的第一金属的内部含有熔点高于所述第一金属的第二金属的粒子，并将所述电极表面处理层和所述半导体元件进行接合，在所述焊料的与所述半导体元件的中央部相对应的区域，所述第二金属的组分比率高于所述第一金属，在与所述中央部相对应的区域的外侧的区域，所述第一金属的组分比率高于所述第二金属，在与所述中央部相对应的区域内，所述第二金属的组分比率为83. 8原子％以上。根据本专利技术，在半导体元件的中央部的下部配置有高热导率的金属，能使来自半导体元件的发热有效地从接合材料即焊料散热。因此，能既确保半导体元件与支承板之间有足够的接合强度，又提高来自半导体元件的发热向支承板的散热性，并能提高产品合格率。附图说明图1是表示本专利技术的实施方式所涉及的半导体装置的制造工序的流程图，详细而言，图1(a) 图1(e)是分别表示本专利技术的实施方式所涉及的半导体装置的制造工序中的一道工序的剖视示意图，图1(f)是与本专利技术的实施方式所涉及的半导体装置的制造工序相对应的流程图。图2是表示本专利技术的实施方式所涉及的半导体装置的制造工序中的焊料的状态变化的剖视示意图，详细而言，图2(a) 图2(c)是分别表示本专利技术的实施方式所涉及的半导体装置的制造工序中的焊料的状态变化中的一个状态的剖视示意图。图3是本专利技术的实施方式所涉及的半导体装置的示意图，详细而言，图3(a)是本专利技术的实施方式所涉及的半导体装置的俯视示意图，图3(b)是沿图3(a)所示的X-X’线的剖视示意图。图4是表示本专利技术的实施方式所涉及的半导体装置的制造工序中、氧浓度与焊接不良发生率的关系的图。图5是表示本专利技术的实施方式所涉及的半导体装置的制造工序中、焊料的放置载荷与第一金属的熔出量的关系的图。图6是表示本专利技术的实施方式所涉及的半导体装置的制造工序中、从电极表面处理层到轧制工具的距离与轧制率的关系的图。图7是本专利技术的实施方式所涉及的半导体装置中的焊料的组分说明图，详细而言，图7(a)是从横向观察本专利技术的实施方式所涉及的半导体装置的横向剖视示意图，图 7(b)是沿图7(a)所示的S-S’线的纵向剖视示意图。具体实施例方式下面，参照附图，具体说明本专利技术的实施方式。在本实施方式中，对利用以Bi为主成分的焊料来将半导体元件和支承板进行了接合的半导体装置进行说明。首先，对本实施方式所涉及的半导体装置的制造工序进行说明。图1(a) 图1(f) 是表示本实施方式所涉及的半导体装置的制造工序的流程图。具体而言，图1 (a) 图1 (e) 表示各制造工序中的剖视示意图，图1(f)表示与各制造工序相对应而由步骤001 步骤 005示出的流程图。该制造工序是用于制造具有热传导性优良的裸芯片焊接(die bond)接合部的半导体装置的工序。首先，利用图1(a)来说明步骤001。在步骤001中，准备引线框101，作为支承板。 引线框101是Cu合金制的。由于Cu合金与熔融状态的Bi的浸润性较差，因此，在引线框 101上，需要由与熔融状态的Bi的浸润性较好的材料形成的电极表面处理层。因而，在步骤 001中，准备在电极部分形成有与Bi的浸润性较好的电极表面处理层102的引线框101。接下来，利用图1(b)来说明步骤002。在步骤002中，在引线框101的形成于电极部分的电极表面处理层102的上表面的重心部，放置有以Bi为主成分的焊料103。此处，对放置焊料103的方法进行说明。首先，为了使Bi稳定并熔融，将引线框 101在比Bi的熔点271°C要高30°C以上的温度下进行保温。接下来，通过使吸附有一个焊料103的焊料吸附工具106移动，来将其所吸附的焊料103放置于电极表面处理层102的上表面的重心部。之后，解除焊料吸附工具106的吸附，撤除焊料吸附工具106。焊料103 在以Bi为主成分的第一金属104的外周部，分散有熔点高于该第一金属104且高热导率的第二金属105的粒子，从而形成双层结构。此处，利用图2，对在将焊料103放置在电极表面处理层102上时的焊料103的状态变化进行说明。图2是表示本实施方式所涉及的半导体装置的制造工序中本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种半导体装置，其特征在于，包括：支承板；形成于所述支承板上的电极表面处理层；半导体元件；以及焊料，该焊料在以Ｂｉ为主成分的第一金属的内部含有熔点高于所述第一金属的第二金属的粒子，并将所述电极表面处理层和所述半导体元件进行接合，在所述焊料的与所述半导体元件的中央部相对应的区域，所述第二金属的组分比率高于所述第一金属，在与所述中央部相对应的区域的外侧的区域，所述第一金属的组分比率高于所述第二金属，在与所述中央部相对应的区域内，所述第二金属的组分比率为８３．８原子％以上。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：中村太一，
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
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