CN104752241A - 接合银浆的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种接合银浆的方法。该方法包括制备含有银粉末和铅粉末的银浆，以及加热银浆。然后接合银粉末。

Description

接合银浆的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年12月30日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2013-0167817号的优先权和权益，其全部内容并入本文以供参考。
技术领域
本发明涉及接合银浆的方法。更具体地，本发明提供用于接合半导体装置的银浆接合方法。
背景技术
根据应用设备的尺寸和容量近来变大的趋势，对具有高击穿电压、高电流和高速开关特性的电力用半导体装置的需求持续增加。在半导体装置当中，碳化硅(SiC)半导体装置可具有优点。例如，由于碳化硅半导体装置比常规的硅(Si)半导体装置具有更宽的带隙，因此可在升高的温度更稳定地实施半导体特性。
然而，在升高的温度可能额外地需要稳定地应用包装材料，以获得相当高温的操作效果。特别地，由于用于接合半导体装置的常规焊料具有小于约230℃的熔融温度，所以焊料无法在可应用和操作碳化硅半导体装置的约250℃或更高的接合温度使用。
近来，已提出包括金(Au)等的高温焊料作为替代物以代替常规焊料，但已经报道高温焊料更昂贵并具有降低的特性例如接合强度。
上述在该背景技术部分公开的信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此其可能含有不构成在该国本领域普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。
发明内容
本发明提供一种无需使用玻璃粉而接合银浆的方法。
在本发明的示例性实施方式中，接合银浆的方法可以包括：制备包括多个银粉末和多个铅粉末的银浆；加热银浆；和接合银粉末。可执行加热银浆的步骤直到加热温度高于或等于约200℃。具体地，可执行加热银浆的步骤直到加热温度上升到约400℃。
在示例性实施方式中，加热银浆的步骤可包括：将铅粉末转化成液相铅；以及用液相铅环绕各个银粉末的表面。使银粉末相互接合的步骤可包括：使环绕各个银粉末的表面的液相铅与相邻的液相铅接触；使液相铅扩散到银粉末中；和使银粉末扩散到液相铅中，以形成使银粉末相互接合的接合部。在接合银粉末的过程中，液相铅可扩散到银粉末中，以被移除。
在示例性实施方式中，铅粉末的含量基于银浆的总重量可在约0.1wt％至约10wt％，约1wt％至约9wt％，约2wt％至约8wt％，约3wt％至约6wt％，或特别是约4wt％至约5wt％的范围内。
根据本发明的各种示例性实施方式，加热包括银粉末和铅粉末的银浆的步骤可在铅的熔融温度或更高温度下进行，以接合银粉末。
附图说明
根据结合附图的以下具体实施方式可以更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和优点。图1至6相继示出根据本发明的示例性实施方式的接合银浆的示例性方法。
图1示出根据本发明的示例性实施方式的包括银粉末100和铅粉末200的银浆的示例性状态；
图2示出根据本发明的示例性实施方式的银浆被加热且铅粉末210熔化为液相而银粉末100保持粉末状态的银浆的示例性状态；
图3示出根据本发明的示例性实施方式的液相铅210环绕各个单个的银粉末200的银浆的示例性状态；
图4示出根据本发明的示例性实施方式的环绕银粉末的液相铅210与相邻的环绕其它银粉末的液相铅210接触的银浆的示例性状态；
图5示出根据本发明的示例性实施方式的在由液相铅210环绕的银粉末100之间形成接合部110的银浆的示例性状态；
图6示出根据本发明的示例性实施方式的银粉末100通过接合部接合而液相铅扩散到银粉末中的银浆的示例性状态；
图1-6中提到的附图标记包括对以下进一步讨论的下列元件的参考：
100：银粉末
110：接合部
200：铅粉末
210：液相铅
具体实施方式
本文使用的术语仅仅是为了说明具体实施方式的目的而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种”和“该”也意在包括复数形式，除非上下文中清楚指明。还可以理解的是，在说明书中使用的术语“包括”和/或“包含”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。
除非特别说明或从上下文明显得到，否则本文所用的术语“约”理解为在本领域的正常容许范围内，例如在均值的2个标准偏差内。“约”可以理解为在所述数值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非另外从上下文清楚得到，本文提供的所有数值都由术语“约”修饰。
将参考附图详细地说明本发明的示例性实施方式。如本领域技术人员将理解，所描述的实施方式可以在不偏离本发明的主旨或范围的情况下以各种不同的方式修改。相反，本文引入的示例性实施方式提供成使得所公开的内容彻底和完全并且将本发明的主旨充分地传达给本领域技术人员。
在附图中，为了清楚，层厚、膜、板、区域等放大。应理解，当层被称为在另一层或基板“上”时，其可以直接在另一层或基板上，或存在介入层。相同的附图标记在整个说明书中表示相同的元件。
根据本发明的示例性实施方式，可使用包括银粉末100和铅粉末200的银浆接合碳化硅(SiC)半导体装置。当接合半导体装置时，银浆可以形成于接合目标的半导体装置上，且可以通过接合银浆和银浆而接合半导体装置。换言之，当接合银浆和银浆时，可以接合碳化硅半导体装置。
在下文中，将在各种示例性实施方式中描述接合银浆的方法。
图1至6相继示出根据本发明的示例性实施方式的接合银浆的示例性方法。在图1中，可以制备包括多个银粉末100和多个铅粉末200的银浆。在示例性实施方式中，银粉末或铅粉末可为颗粒形式。具体地，银粉末中包含的铅粉末200的含量基于银浆的总重量可在约0.1wt％至约10wt％，约1wt％至约9wt％，约2wt％至约8wt％，约3wt％至约6wt％，或特别是约4wt％至约5wt％的范围内，没有限制。然而，铅粉末的含量可不限于此。此外，银粉末100或铅粉末200的直径可在约1μm至约10μm的范围内。
在图2中，可加热包括银粉末100和铅粉末210的银浆。可执行加热步骤，直到加热温度高于或等于约200℃。具体地，加热温度可上升到约400℃。当加热温度达到可为约327℃的铅熔融温度时，图1中的铅粉末200熔化，并被转化为液相铅210。因为银熔融温度为约962℃，银粉末100的粉末状态在约400℃的温度可得到保持。在该状态下，液相铅210与处于粉末状态的银粉末100之间可不发生化学反应。
在图3和4中，液相铅210在各个银粉末100的表面上可处于润湿状态，并能够环绕各个单个银粉末100的表面。如本文中所用的术语“润湿状态”可指如下状态，其中与固体表面接触的气体可被液相驱逐，因此固气界面可转化为固液界面。
随后，如图4所示，环绕银粉末100的表面的液相铅210可彼此靠近，并与相邻的环绕其它银粉末的液相铅210直接接触，因此，环绕银粉末100的液相铅210可彼此直接接触。
在图5中，环绕银粉末100的液相铅210可通过液相铅210与液相铅210之间的接触，逐渐扩散到银粉末100中，从而减少环绕银粉末100的液相铅210的量或厚度。此外，银粉末100可扩散到彼此接触的液相铅210中，从而形成可接合银粉末100的接合部110。
在图6中，环绕银粉末100的液相铅210可完全扩散到银粉末100中，从而被移除。因此，银浆中的银粉末100可通过接合部110在至少一个或更多其它银粉末处接合。因此，可接合银浆，并且由于银浆的接合可接合形成有银浆的半导体装置。
根据示例性实施方式，接合银粉末100和银粉末100的方法可以是瞬间液相扩散连接。如本文中所用的术语“瞬间液相扩散连接”可指接合基本上相同的金属组分A的方法，可包括：将熔融温度低于金属A的熔融温度的金属B置于金属A之间；将金属A和B的混合物加热至金属B的熔融温度或更高但低于金属A的熔融温度；以及将可处于液相的金属B扩散到固相金属A中。此后，可移除金属B，并且可使固相金属A互相接合。
在本发明的示例性实施方式中，可使用熔融温度低于银的熔融温度的铅来接合银和银。因为银的熔点充分高于铅的熔点，因此银粉末100可以是接合用材料，而铅粉末200可以是用于接合银粉末100的活化材料。如上描述，当接合银浆时，银粉末100可扩散到液相铅210中，而液相铅210可扩散到银粉末100中。因此，接合时间可被缩短。
在相关技术中，常规的银浆接合可通过烧结来进行，烧结可能依赖于温度，此外烧结时间可能依赖于银粉末的大小。根据本发明的各种示例性实施方式，因为可通过将银粉末加热到铅的熔融温度或更高来接合银粉末而不熔化或影响银粉末，因此可以使用很大颗粒的银粉末。
此外，因为常规的银浆可包括烧结介质材料例如玻璃粉且这种烧结介质材料并非金属，所以可能增加其电阻。然而，根据本发明的各种示例实施方式，可不使用烧结介质材料，可将金属铅用作用于接合银粉末的活化材料。因此，可减小电阻。
尽管结合目前所认为的示例性实施方式描述本发明，但是将理解的是，本发明不限制于示例性实施方式，而是意在覆盖包括在所附权利要求的主旨和范围内的各种改变和等同布置。

Claims (6)

1.一种接合银浆的方法，包括：
制备包括多个银粉末和多个铅粉末的银浆；
加热所述银浆；以及
接合所述银粉末。
2.根据权利要求1所述的方法，其中执行加热所述银浆的步骤，直到加热温度上升到约400℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其中加热所述银浆的步骤包括：
将所述铅粉末转化为液相铅；以及
用所述液相铅环绕各个银粉末表面。
4.根据权利要求3所述的方法，其中接合所述银粉末的步骤包括：
使环绕各个银粉末表面的液相铅与相邻的液相铅接触；
使所述液相铅扩散到所述银粉末中；以及
使所述银粉末扩散到所述液相铅中，以形成接合所述银粉末的接合部。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在接合所述银粉末的过程中，所述液相铅扩散到所述银粉末中，以被移除。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述铅粉末的含量基于所述银浆的总重量在约4wt％至约5wt％的范围内。
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