JP2015076500A

JP2015076500A - 接合構造および電子部材接合構造体

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Publication number: JP2015076500A
Application number: JP2013211575A
Authority: JP
Inventors: 直之児島; Naoyuki Kojima; 和人日笠; Kazuto Hikasa; 佐藤　俊一郎; Shunichiro Sato; 俊一郎佐藤; 藤原　英道; Hidemichi Fujiwara; 英道藤原; 雅人渡邉; Masahito Watanabe; 塩川　国夫; Kunio Shiokawa; 国夫塩川; 竜彦浅井; Tatsuhiko Asai; 外薗　洋昭; Hiroaki Sotozono; 洋昭外薗
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2013-10-09
Filing date: 2013-10-09
Publication date: 2015-04-20
Anticipated expiration: 2033-10-09
Also published as: JP6678374B2

Abstract

【課題】金属多孔質体における縦割れの発生後、金属基板と金属多孔質体との接合部における横割れの発生を防止して、信頼性の高い接合を実現することができる接合構造を提供する。【解決手段】本発明の接合構造は、金属基板１と、該金属基板１上に形成された金属多孔質体２とを備える。金属多孔質体２は、一方の主面２ａを含み金属基板１側に形成された外部層２ｂと、外部層２ｂよりも厚み方向において金属基板１から離れた位置に形成された内部層２ｃとを有し、外部層２ｂの平均結晶粒径ｄｓが内部層２ｃの平均結晶粒径ｄｉよりも大きい。【選択図】図２

Description

本発明は、金属基板に金属多孔質体を接合させた接合構造および電子部材接合構造体に関し、特に、金属基板が回路基板、セラミックス基板等の基板またはリードフレームなどである場合の接合構造に関する。

半導体装置は、一般に、リードフレームの素子担持部上に、半導体素子（チップ）を接合するためのダイマウント材を形成する工程と、リードフレーム上のダイマウント材表面に半導体素子を搭載しリードフレームの素子担持部と半導体素子とを接合する工程と、半導体素子の電極部と、リードフレームの端子部とを電気的に接合するワイヤボンディング工程と、このようにして組み立てた半導体装置を樹脂被覆するモールド工程を経て製造される。

特許文献１には、被接合材及びはんだ材のうちの少なくとも一方の接合面側に、はんだ材の融点に比して低い融点の低融点はんだ層を形成しておき、低融点はんだ層の融点からはんだ材の融点までの範囲内の温度で、被接合材及び前記はんだ材の接合面同士を接合することを特徴とするはんだ付け方法が開示されている。特許文献１に開示のはんだ付け方法では、鉛フリーはんだの利用が進んだため、はんだの延性が不足する傾向がある。半導体素子の構成材料と半導体素子に実装する回路配線基板との間の接合構成材料が異なると、熱膨張係数の相異に起因して接合時に応力歪が発生したり、衝撃荷重がかかった場合に欠陥が発生する。この応力歪は、はんだ電極を破壊させて信頼性寿命を低下させる。このような問題点を解消する手段として、金属微粒子を含む導電性ペーストを焼成して形成される金属多孔質体が知られている。

例えば、特許文献２には金属層を表面に持つリードフレームと金属層を裏面に持つ半導体素子の間を、鉛元素を含有しない材料を用いた３層からなる接合層を介して接合し、リードフレーム、半導体素子、接合層の隣り合ったいずれの界面でも金属接合させることが開示されている。また、特許文献３には、２つの構造素子を結合するために、発熱的に緻密化可能な金属ペーストを介して互いにボンディングするための、金属粉末、吸熱分解可能な金属化合物、及び溶剤を含有する金属ペーストが開示されている。また、特許文献４には、同じ金属イオン及び／又は金属原子間の置換拡散によって形成される、導電性を有する接続が形成可能であるように、２つの金属表面を処理した後に２つの金属表面同士を接続することが開示されている。

特開平７−１６９９０８号公報特開２００６−５９９０４号公報特開２０１０−５３４４９号公報特表２０１３−５２４４９４号公報

しかしながら、特許文献２、３に開示の金属微粒子を含む金属ペーストの焼結による接合では、鉛フリー化と耐熱性と熱伝導性の課題は解決できるが、多孔質化によって弾性率が低い状態となり、変形しやすくなる。そのため、接続応力による破断を防ぐことができるが、Ｓｉチップへの短時間通電の繰り返しで実際の動作状況を模擬しＳｉチップ周辺の接合信頼性を評価するパワーサイクル試験（ＰＣＴ）において、接合部材内、特にワイヤボンド直下の接合部材内で、Ｓｉチップから基板に向かって伝播した縦割れが起因で生じる界面に沿って伝播する横割れにより、信頼性が低下するという問題がある。また、特許文献４の構成では、金属多孔質体における結晶粒径については何ら開示されていない。

本発明の目的は、金属多孔質体の内部で生じる縦割れに起因する、金属基板と金属多孔質体との接合部における横割れの発生を防止して、信頼性の高い接合を実現することができる接合構造および電子部材接合構造体を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る接合構造は、金属基板と、前記金属基板上に形成された金属多孔質体とを備える接合構造であって、前記金属多孔質体は、少なくとも一方の主面を含み前記金属基板側に形成された外部層と、前記外部層よりも厚み方向において前記金属基板から離れた位置に形成された内部層とを有し、前記外部層の平均結晶粒径ｄｓが、前記内部層の平均結晶粒径ｄｉよりも大きいことを特徴とする。

また、前記金属基板の平均結晶粒径ｄｍが、前記平均結晶粒径ｄｓよりも大きい又は同じであることが好ましい。

また、前記平均結晶粒径ｄｉが０．１μｍ以上０．５μｍ未満であることが好ましい。

また、前記平均結晶粒径ｄｓが０．５μｍ超１０μｍ以下であることが好ましい。

また、前記平均結晶粒径ｄｍが５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。

本発明に係る電子部材接続構造体は、前記接合構造と、前記金属多孔質体上に配置された電子部材とを備えることが好ましい。

また、前記電子部材と前記金属多孔質体との間に、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ，Ｐｔのいずれか１種又は２種以上からなる電極層を有することが好ましい。

本発明の接合構造によれば、金属多孔質体の外部層における平均結晶粒径が金属多孔質体の内部層における平均結晶粒径よりも大きいため、金属多孔質体の内部で縦割れが発生した後、亀裂進展速度が抑制され、金属基板と金属多孔質体との接合部における横割れの発生を抑制することができ、これにより、信頼性の高い接合を実現することができる。

本発明の実施形態に係る接合構造の断面図である。本発明の実施形態に係る接合構造を説明するための拡大断面模式図である。（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態に係る接合構造を形成するための方法を示す図である。結晶粒径の算出方法を説明するための図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

［本実施形態］
図１は、本実施形態に係る接合構造の断面図である。図１に示すように、本実施形態の接合構造は、金属基板１と、金属基板１の一方の主面上に形成された金属多孔質体２とを備える。金属多孔質体２上には、半導体チップ１０が配置されている。

金属基板１は、金属を含有する基板であれば特に限定されないが、例えば、回路基板、リードフレーム等の基板が挙げられる。金属基板を構成する金属材料は、Ｃｕ若しくはＣｕ合金又はＡｇ若しくはＡｇ合金であることが好ましい。また、金属基板としては、銅板をセラミックス基板と接合させたＤＢＣ（Direct Bonding Copper）基板やＡＭＣ（Active-metal brazed copper）基板を用いることができる。なお、ＤＢＣ基板のセラミックスにはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を、ＡＭＣ基板のセラミックスには窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、窒化アルミ（ＡｌＮ）などを用いることができる。

金属多孔質体２は、金属微粒子と有機分散媒とを含む金属微粒子分散液を焼結させることにより形成される。金属微粒子は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｓｂ及びＰｄからなる金属元素群から選ばれる１種の金属からなる微粒子、当該金属元素群から選ばれる２種以上の金属を混合した微粒子、当該金属元素群から選ばれる２種以上の元素の合金からなる微粒子、当該金属元素群から選ばれる１種の微粒子又は当該金属元素群から選ばれる２種以上を混合した微粒子と当該金属元素群から選ばれる２種以上の元素の合金からなる微粒子とを混合した微粒子であることが好ましい。また、金属微粒子は、前記金属の酸化物からなる微粒子、前記合金の酸化物からなる微粒子であってもよく、酸化は微粒子の一部であってもよい。

金属微粒子の平均粒径（一次粒子の平均粒子径）は、５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。ここで、一次粒子の平均粒子径とは、二次粒子を構成する個々の金属微粒子である一次粒子の直径の平均を意味する。一次粒子径は、電子顕微鏡を用いて測定することができる。また、平均粒子径とは、一次粒子の数平均粒子径を意味する。金属微粒子の平均粒径が５ｎｍ以上であることにより、焼成後に均質な粒径と空孔を有する金属多孔質体を得ることができる。

有機分散媒としては、多価アルコールが好ましく、より好ましくは分子中に２以上のヒドロキシル基を有する１種又は２種以上のポリオールである。具体的には、エチレングリコール、ジエチレングリコール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、２−ブテン−１，４−ジオール、１，２，６−ヘキサントリオール、グリセリン、及び２−メチル−２，４−ペンタンジオールから選択された１種又は２種以上を挙げることができる。

金属微粒子分散液には、分散補助物質や溶剤を適宜含有させることができる。分散補助物質としては、公知のものを適宜使用することができるが、金属微粒子の分散性、焼結性の向上等を考慮すると、アミド基を有する化合物、アミン化合物等を用いることが好ましい。

図２は、本実施形態に係る接合構造を説明するための拡大断面模式図である。図２に示すように、金属多孔質体２は、一方の主面２ａを含み、金属基板１側に形成された外部層２ｂと、外部層２ｂよりも厚み方向において金属基板１から離れた位置に形成された内部層２ｃとを有する。図２では、説明の便宜上、外部層２ｂと内部層２ｃの境界を破線で示しているが、実際には、境界にはある程度の凸凹が形成されている。外部層２ｂの平均結晶粒径ｄｓは、内部層２ｃの平均結晶粒径ｄｉよりも大きい。半導体チップ１０の発熱で生じる繰り返し応力の疲労亀裂は、半導体チップ１０から金属基板１に向かって伝播する縦割れの発生後、金属基板１と金属多孔質体２との接合界面の結晶粒界に沿った粒界破壊により、当該接合界面に沿って横方向に伝播する。本実施形態では、金属多孔質体２において、応力が集中する接合界面およびその近傍の結晶粒径を内部の結晶粒径より大きくすることで、接合界面およびその近傍での結晶粒界密度が減少する。これにより界面に沿う方向の亀裂伝播が抑制される。

具体的には、金属基板１の平均結晶粒径ｄｍは、外部層２ｂの平均結晶粒径ｄｓよりも大きい又は同じであることが好ましい。

金属基板１の平均結晶粒径ｄｍは５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。平均結晶粒径ｄｍが５μｍ未満であると、結晶粒界密度が減少せず亀裂伝播が抑制されない。一方、平均結晶粒径ｄｍが１００μｍを超えると、結晶粒界密度の減少によらず金属基板１と金属多孔質体２との接合界面の結晶粒界に沿った粒界破壊が生じてしまう。

金属多孔質体２の厚さは、２０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは３０μｍ以上１００μｍ以下である。また、外部層２ｂの厚さは、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、０．７μｍ以上３μｍ以下である。

外部層２ｂの平均結晶粒径ｄｓは０．５μｍ超１０μｍ以下であることが好ましい。平均結晶粒径ｄｓが０．５μｍ以下であると、接合界面近傍でも結晶粒界密度が減少せずき裂伝播が抑制されない。一方、平均結晶粒径ｄｓが１０μｍを超えると、外部層２ｂと内部層２ｃの界面で亀裂伝播が生じてしまう。

内部層２ｃの平均結晶粒径ｄｉは０．１μｍ以上０．５μｍ未満であることが好ましい。平均結晶粒径ｄｉが０．１μｍ未満であると、焼結が不十分で粒子間の界面で亀裂が進展してしまう。一方、平均結晶粒径ｄｉが０．５μｍ以上であると、金属拡散が進んでいるため微細空孔が減り多孔質体全体の剛性が上がり半導体チップへの負荷が増大してしまう。

次に、金属基板１と半導体チップ１０とを、金属多孔質体２を介して接合させる方法について説明する。

まず、金属基板１の主面に加工層を形成する処理を行う。加工層の形成は、金属基板１の表面に、原子空孔および／または転位を生じさせるもので、ブラストやバフによる研磨等、機械的加工によることが好ましい。ブラストによる研磨の場合、研磨材としては、ガラスビーズ、アルミナビーズ、ジルコニアビーズが挙げられる。研磨材の形状は、特に限定されないが、例えば球形、多角形である。

加工層の厚さは、特に限定はされないが、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。また、加工層の表面粗さＲａは、特に限定はされないが、０．１μｍ以上２．０μｍ以下であることが好ましい。

次に、金属基板に金属微粒子分散液を塗布し、１００℃〜１５０℃で５分〜２０分加熱することで予備乾燥を行う。金属微粒子が載置された金属基板１の上に、半導体チップ１０を配置する。そして、金属基板１、金属多孔質体２、半導体チップ１０がこの順に載置されてなる積層体を図３に示すような焼結装置にセットする。

図３（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る接合構造を形成するための方法を示す図である。図３（ａ）に示すように、焼結装置２０の下熱盤２１にレイアップ用のプレス板２２を載置し、その上に積層体２３を載置する。プレス板２２は、テフロン（登録商標）、ポリイミド、４２アロイ等からなる板である。なお、レイアップ用のプレス板は、積層体２３の上下に載置されてもよい。

次に、チャンバー２４を閉じて、チャンバー２４内を不活性雰囲気とする（図３（ｂ））。不活性雰囲気とは、窒素などの不活性ガスを充填した雰囲気、又は真空雰囲気のことである。チャンバー２４内を不活性雰囲気とすることで、金属微粒子表面の酸化層を取り除き、金属微粒子の焼結性を向上させることが可能になる。

そして、図３（ｃ）に示すように、加圧シリンダー２５により加圧した状態で、積層体２３を下熱盤２１と上熱盤２６とで挟持して、加熱・焼成する。焼結温度は１５０℃以上４００℃以下であることが好ましい。また、焼結時のゲージ圧力は５ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下であることが好ましく、焼結時間は２０分以上６０分以下であることが好ましい。本焼成により、積層体２３中の金属微粒子が焼結され、金属基板１と半導体チップ１０との間に金属多孔質体２が形成される。このとき、金属多孔質体２の金属基板１との界面側で拡散反応が進行し、界面近傍の結晶粒径が金属多孔質体２内部の結晶粒径よりも大きくなる。

焼結時間が２０分未満の場合は、金属多孔質体２の外部層２ｂの平均結晶粒径ｄｓが、内部層２ｃの平均結晶粒径ｄｉよりも大きくなりにくい。一方、焼結時間が６０分を超えると金属多孔質体２の外部層２ｂの平均結晶粒径ｄｓと内部層２ｃの平均結晶粒径ｄｉが同程度となりやすい。焼結時間は２５分以上４０分以下がより好ましい。

なお、金属多孔質体２と半導体チップ１０との間に、不図示の電極層を設けてもよい。電極層は、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ，Ｐｔのいずれか１種又は２種以上から構成される。

上述したように、本実施形態の接合構造によれば、外部層２ｂの平均結晶粒径ｄｓが内部層２ｃの平均結晶粒径ｄｉよりも大きいため、応力が集中する金属基板１と金属多孔質体２との界面およびその近傍で結晶粒界密度が減少する。よって、金属多孔質体２の内部で縦割れが発生した後、横割れの亀裂進展速度が抑制され、金属基板１と金属多孔質体２との接合部における横割れの発生を抑制することができる。

以下、実施例及び比較例に基づいて、本発明の好適な実施の形態を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

本実施例、比較例で使用した（１）原材料、（２）装置、及び（３）評価方法を以下に記載する。
（１）原材料
（イ）半導体チップ
半導体チップのサイズは７ｍｍ×７ｍｍ、厚さは２３０μｍであり、その接合面はＮｉ−Ｔｉ―Ａｕ合金でメタライズされている。材質は、ＳｉＣである。
（ロ）金属微粒子分散液
銅微粒子分散液：ジエチレングリコール中に、Ｃｕ濃度８０質量％で銅微粒子が分散している銅微粒子分散液を用いた。なお、該銅微粒子分散液には、高分子分散剤としてポリビニルピロリドンが０．３質量％配合されている。
銀微粒子分散液：オクタンジオール中に、Ａｇ濃度８９質量％の濃度で銀微粒子が分散している銀微粒子分散液（ＤＯＷＡメタルテック（株）製、銀ナノペースト）を用いた。
（ハ）基材
（ｉ）ＤＢＣ基板
日鉄住金エレクトロデバイス社製のＤＢＣ基板（Ｃｕ／アルミナ／Ｃｕ）を使用した。Ｃｕ板の厚さ：０．３ｍｍ／セラミック板：厚さ０．３２ｍｍ／Ｃｕ板の厚さ：０．３ｍｍである。
（ｉｉ）めっき処理したＤＢＣ基板
厚さ０．６４ｍｍのＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）の白板セラミックス基板にＮｉ・Ｃｒ／Ｃｕ（０．２μｍ／６μｍ）を蒸着し、その後以下のめっき条件にて、Ｃｕの厚さが両面０．３ｍｍとなるまで厚付した。
めっき液：ＣｕＳＯ_４・５Ｈ_２Ｏ２５０ｇ／Ｌ（水）、Ｈ_２ＳＯ_４５０ｇ／Ｌ（水）、ＮａＣｌ０．１ｇ／Ｌ（水）
電流密度：５Ａ／ｄｍ２、温度４０℃

（２）装置
図３（ａ）〜（ｃ）に示す焼結装置を使用した。

（３）評価方法
（イ）金属基板の表面粗さ
レーザー顕微鏡（KEYENCE VK9710）にて測定を行った。
（ロ）内部層の平均結晶粒径ｄｉ
ＴＥＭを使用し、金属多孔質体の内部層の結晶粒径を確認した。ＴＥＭ画像において、金属多孔質体の厚み方向の中心に直線（ａ）を引き、その直線（ａ）上に存在する結晶２０個について（長径＋短径）／２の平均値を算出した。直線（ａ）は次のように引いた。
まず、金属基板と金属多孔質体との界面において、直線距離が金属多孔質体の厚さとなる任意の２点を選択し、この２点を結ぶ直線（ｂ）を引いた。次に、直線（ｂ）から金属多孔質体の厚さ方向へ、金属多孔質体の半分の厚さ分離れた位置に、直線（ｂ）と平行な直線である直線（ａ）を引いた（図４）。
（ハ）外部層の平均結晶粒径ｄｓ
ＴＥＭを使用し、金属多孔質体の外部層の結晶粒径を確認した。ＴＥＭ画像において、金属多孔質体と金属基板との界面から金属多孔質体側へ０．１μｍ離れた位置に、当該界面に沿った線（ｃ）を引いた。線（ｃ）上に存在する結晶２０個について（長径＋短径）／２の平均値を算出した（図４）。
（ニ）金属基板の平均結晶粒径ｄｍ
ＴＥＭを使用し、金属基板の結晶粒径を確認した。ＴＥＭ画像において、金属基板の厚み方向の中心に直線（ｄ）を引いた。直線（ｄ）上に存在する結晶２０個について（長径＋短径）／２の平均値を算出した。直線（ｄ）は次のように引いた。
まず、金属基板と金属多孔質体との界面において、直線距離が金属基板の厚さとなる任意の２点を選択し、この２点を結ぶ直線（ｅ）を引いた。次に、直線（ｅ）から金属基板の厚さ方向へ、金属基板の半分の厚さ分離れた位置に、直線（ｅ）と平行な直線である直線（ｄ）を引いた（図４）。
（ホ）パワーサイクル試験（ＰＣＴ）
基板上に金属多孔質体と半導体チップとを形成したサンプルを作製した。半導体チップのジャンクション温度が１２５℃になるように電流を２秒間ＯＮにし、その後２５℃まで冷却されるように電流を１８秒間ＯＦＦにし、加熱と冷却を繰り返すパワーサイクル試験を実施した。試験中は、熱抵抗値を測定し、熱抵抗値が初期から２０％増加するまで試験を繰り返した。熱抵抗値が初期から２０％増加するまでのサイクル数について、サンプル２０個の平均値を算出した。さらに、サンプル２０個のうち、５００００サイクル以上のサンプルの割合を算出した。

［実施例１−１］
ＤＢＣ基板の銅板表面を洗浄後、粒径１４μｍであるアルミナビーズのメディアを使用したウエットブラスト（ＷＢ）法により、ゲージ圧力０．２０ＭＰａで処理速度２０ｍｍ／ｓｅｃで処理した。次に、銅微粒子分散液を１００μｍの厚さになるように塗布し、１１０℃で１５分間乾燥させた。半導体チップを搭載した後、焼結装置にセットした。焼結は、減圧雰囲気下（酸素濃度１０００ｐｐｍ以下）、３００℃、ゲージ圧力１０ＭＰａで３０分間行った。
［実施例１−２］
ＤＢＣ基板の銅板表面を洗浄後、粒径１４μｍであるアルミナビーズのメディアを使用したウエットブラスト（ＷＢ）法により、ゲージ圧力０．２０ＭＰａで処理速度２０ｍｍ／ｓｅｃで処理した。次に、銅微粒子分散液を１００μｍの厚さになるように塗布し、１１０℃で１５分間乾燥させた後、焼結装置にセットした。焼結は、減圧雰囲気下（酸素濃度１０００ｐｐｍ以下）、３００℃、ゲージ圧力１０ＭＰａで１時間行った。さらに、銅微粒子分散液を１００μｍの厚さになるように塗布し、１１０℃で１５分間乾燥させた。半導体チップを搭載した後、焼結装置にセットした。焼結は、減圧雰囲気下（酸素濃度１０００ｐｐｍ以下）、３００℃、ゲージ圧力１０ＭＰａで２０分間行った。
［実施例１−３］
実施例１−１において、焼結後にさらに加熱処理を行った以外は同様の方法で実施した。加熱処理は、３００℃で１時間行った。
［実施例１−４］
実施例１−２において、焼結前に表面処理を行わず、焼結温度を３００℃から２００℃に変更した以外は同様の方法で実施した。
［実施例１−５］
実施例１−３において、焼結温度を３００℃から２００℃に変更した以外は同様の方法で実施した。
［実施例１−６］
実施例１−３において、表面処理の条件を変更し、焼結後の加熱処理を１時間から１．５時間に変更した以外は同様の方法で実施した。表面処理は、具体的には、粒径４０μｍであるアルミナビーズのメディアを使用したウエットブラスト（ＷＢ）法により、ゲージ圧力０．１ＭＰａで処理速度１０ｍｍ／ｓｅｃで行った。
［実施例１−７］
実施例１−６において、表面処理の条件を変更した以外は同様の方法で実施した。表面処理は、具体的には、粒径７μｍであるアルミナビーズのメディアを使用したウエットブラスト（ＷＢ）法により、ゲージ圧力０．１ＭＰａで処理速度１０ｍｍ／ｓｅｃで行った。
［実施例１−８］
実施例１−３において、焼結前に表面処理を行わず、焼結後の加熱処理を１時間から２時間に変更した以外は同様の方法で実施した。
［実施例１−９］
実施例１−１において、表面処理の条件を変更し、焼結温度を３００℃から２００℃に変更した以外は同様の方法で実施した。表面処理は、具体的には、粒径７μｍであるアルミナビーズのメディアを使用したウエットブラスト（ＷＢ）法により、ゲージ圧力０．２ＭＰａで処理速度２０ｍｍ／ｓｅｃで行った。
［実施例１−１０］
実施例１−１において、表面処理の条件を変更した以外は同様の方法で実施した。表面処理は、具体的には、粒径７μｍであるアルミナビーズのメディアを使用したウエットブラスト（ＷＢ）法により、ゲージ圧力０．１ＭＰａで処理速度３０ｍｍ／ｓｅｃで行った。
［実施例１−１１］
実施例１−１において、表面処理の条件を変更した以外は同様の方法で実施した。表面処理は、具体的には、粒径７μｍであるアルミナビーズのメディアを使用したウエットブラスト（ＷＢ）法により、ゲージ圧力０．２ＭＰａで処理速度３０ｍｍ／ｓｅｃで行った。
［実施例１−１２］
実施例１−１において、表面処理の条件を変更した以外は同様の方法で実施した。表面処理は、具体的には、粒径７μｍであるアルミナビーズのメディアを使用したウエットブラスト（ＷＢ）法により、ゲージ圧力０．１ＭＰａで処理速度１５ｍｍ／ｓｅｃで行った。
［実施例１−１３］
実施例１−４において、焼結温度を２００℃から３００℃に変更した以外は同様の方法で実施した。
［実施例１−１４］
実施例１−２において、２回の焼結後にさらに加熱処理を行った以外は同様の方法で実施した。加熱処理は、３００℃で１時間行った。
［実施例１−１５］
実施例１−１４において、表面処理の条件を変更した以外は同様の方法で実施した。表面処理は、具体的には、粒径４０μｍであるアルミナビーズのメディアを使用したウエットブラスト（ＷＢ）法により、ゲージ圧力０．２ＭＰａで処理速度２０ｍｍ／ｓｅｃで行った。
［実施例１−１６］
実施例１−１４において、２回の焼結後の加熱処理を１時間から２時間に変更した以外は同様の方法で実施した。
［実施例１−１７］
実施例１−５において、焼結前に表面処理を行わなかった以外は同様の方法で実施した。
［実施例１−１８］
実施例１−１において、基材をＤＢＣ基板からめっき処理したＤＢＣ基板に変更した以外は同様の方法で実施した。
［実施例１−１９］
実施例１−１において、基材をＤＢＣ基板からめっき処理したＤＢＣ基板に変更し、焼結前に表面処理を行わなかった以外は同様の方法で実施した。
［実施例１−２０］
実施例１−３において、基材をＤＢＣ基板からめっき処理したＤＢＣ基板に変更した以外は同様の方法で実施した。
［比較例１−１］
実施例１−１において、焼結前に表面処理を行わなかった以外は同様の方法で実施した。
［比較例１−２］
実施例１−１において、表面処理の条件を変更した以外は同様の方法で実施した。表面処理は、具体的には、ＤＢＣ基板の銅板表面の電解脱脂、酸洗を行い、その後、以下の条件でＡｇめっきを実施し、ＤＢＣ基板の銅板表面に厚さ２μｍのＡｇ層を形成した。
ストライクめっき液：大和化成社製「ＧＰＥ−ＳＴ」（メタンスルフェン酸（ＣＨ_３ＳＯＨ）７質量％、メタンスルフェン酸銀（ＣＨ_３ＳＯＡｇ）２質量％、錯化剤２０質量％、残部水）
ストライクめっき電流密度：２．５Ａ／ｄｍ^２、温度：室温
めっき液：大和化成社製「ＧＰＥ−ＰＬ」（メタンスルフェン酸１０質量％、メタンスルフェン酸銀２０質量％、添加剤０．２質量％、残部水）
電流密度：４Ａ／ｄｍ^２、温度：４０℃
［比較例１−３］
実施例１−１において、表面処理の条件を変更した以外は同様の方法で実施した。表面処理は、具体的には、メック（株）のメックエッチボンド（登録商標）CZ-8100を用いて、ＤＢＣ基板の銅板表面において表面粗さＲａが０．４３μｍとなるように粗化処理を実施した。
［比較例１−４］
比較例１−１において、焼結後にさらに加熱処理を行った以外は同様の方法で実施した。加熱処理は、３００℃で３時間行った。
［比較例１−５］
実施例１−１において、表面処理の条件を変更した以外は同様の方法で実施した。表面処理は、プラズマ処理を実施した。具体的には、ＤＢＣ基板をスパッタリング装置のチャンバー内にセットし、真空引きを行った。そして、Ａｒガスをチャンバー内に導入し、チャンバー内圧力を１Ｐａとした。ＲＦ電源によって電力を供給することで、ＤＢＣ基板の銅板表面付近にＡｒプラズマを発生させ、銅板表面に照射した。このＲＦ電源の入カパワーの条件は、０．２５Ｗ／ｃｍ^２とし、照射時間は５分間とした。

［実施例２−１〜実施例２−２０］
実施例１−１〜実施例１−２０において、銅微粒子分散液を銀微粒子分散液に変更し、焼結を大気雰囲気下で行った以外は同様の方法で実施した。
［比較例２−１〜比較例２−５］
比較例１−１〜比較例１−５において、銅微粒子分散液を銀微粒子分散液に変更し、焼結を大気雰囲気下で行った以外は同様の方法で実施した。

表１、２に示すように、実施例１−１〜１−２０では、ＰＣＴにおける平均サイクル数がいずれも４００００以上であり、接合部における横割れの発生を防止する効果が高いことが分かった。一方、表３に示すように、外部層の結晶粒径が内部層の結晶粒径と同じである比較例１−１〜１−５では、ＰＣＴにおける平均サイクル数が少なく、５００００サイクル以上の割合も少なかった。

表４、５に示すように、実施例２−１〜２−２０では、ＰＣＴにおける平均サイクル数がいずれも４００００以上であり、接合部における横割れの発生を防止する効果が高いことが分かった。一方、表６に示すように、外部層の結晶粒径が内部層の結晶粒径と同じである比較例２−１〜２−５では、ＰＣＴにおける平均サイクル数が少なく、５００００サイクル以上の割合も少なかった。

１金属基板
２金属多孔質体
２ａ主面
２ｂ外部層
２ｃ内部層
１０半導体チップ
２０焼結装置
２１下熱盤
２２プレス板
２３積層体
２４チャンバー
２５加圧シリンダー
２６上熱盤

Claims

金属基板と、前記金属基板上に形成された金属多孔質体とを備える接合構造であって、
前記金属多孔質体は、少なくとも一方の主面を含み前記金属基板側に形成された外部層と、前記外部層よりも厚み方向において前記金属基板から離れた位置に形成された内部層とを有し、
前記外部層の平均結晶粒径ｄｓが、前記内部層の平均結晶粒径ｄｉよりも大きいことを特徴とする、接合構造。
前記金属基板の平均結晶粒径ｄｍが、前記平均結晶粒径ｄｓよりも大きい又は同じであることを特徴とする、請求項１に記載の接合構造。
前記平均結晶粒径ｄｉが０．１μｍ以上０．５μｍ未満であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の接合構造。
前記平均結晶粒径ｄｓが０．５μｍ超１０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の接合構造。
前記平均結晶粒径ｄｍが５μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の接合構造。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の接合構造と、前記金属多孔質体上に配置された電子部材とを備える電子部材接合構造体。
前記電子部材と前記金属多孔質体との間に、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ，Ｐｔのいずれか１種又は２種以上からなる電極層を有することを特徴とする、請求項６に記載の電子部材接合構造体。