JP2020136336A - 接合構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性（信頼性）に優れる接合構造体を提供する。【解決手段】本発明の接合構造体（Ｍ）は、第１部材（１０）と第２部材（２０）をＳＬＩＤ接合する接合部（４）を備える。接合部は、少なくとも第１部材側から順に、第１金属と第１金属よりも低融点な第２金属との金属間化合物を含む接合層（４１４）と、第１金属よりも低ヤング率な第３金属からなる緩和層（３０）とを有する。緩和層は、クラックを緩和層内へ誘導するノッチ（３０１、３０４）を備える。ノッチは、例えば、開溝または段である。ノッチにより、クラックが緩和層内で発生し易くなると共に、緩和層内をクラックが緩やかに、長期に亘って進展する。これにより、接合層や第１部材等におけるクラックの発生や進展が抑止され、接合構造体の信頼性が高まる。接合構造体は、例えば、第１部材を半導体素子、第２部材を金属電極とするパワーモジュールである。【選択図】図１

Description

本発明は、接合部等に応力（例えば熱応力）が作用する場合でも、耐久性（信頼性）が確保される接合構造体等に関する。

モータ駆動用インバータ等には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のデバイス（半導体素子）を、絶縁基板や電極等の上に実装したパワーモジュールが用いられる。

パワーモジュールの信頼性を確保するため、デバイスの作動中に生じる発熱をヒートシンクや冷却器等を介して効率的に放熱させると共に、その接合部（周辺）に生じる熱膨張係数（ＣＴＥ：coefficient of thermal expansion）差（ＣＴＥ不整合）に起因して生じる熱応力を緩和したり、その熱応力に対する耐久性（耐熱疲労性）を高めることが重要となる。

また、ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｇａ_２Ｏ_３等からなる次世代のデバイスを用いる場合、従来よりも高温域（例えば１５０℃以上）で使用され得る。このため、デバイスのみならず、接合部等にも、一層高い耐熱性（高い作動温度の確保）も要求される。特に車載用パワーモジュールでは、搭載自由度の向上や軽量化を図るために小型化が進められており、デバイスの動作温度はより上昇傾向にある。

このような事情の下、パワーモジュールのさらなる信頼性の向上等を図れる接合構造体に関する提案が下記の特許文献でなされている。

ＷＯ２０１７−０８６３２４号公報

特許文献１では、第１部材（半導体素子）と第２部材（金属配線等）を固液相互拡散接合（単に「ＳＬＩＤ（Solid Liquid InterDiffusion）接合」という。）している。ＳＬＩＤ接合によれば、低融点金属と高融点金属の反応により、その反応温度よりも高融点な金属間化合物（ＩＭＣ：intermetallic compound）からなる接合層が形成され得る。

また特許文献１では、第１部材と第２部材の接合部内に、低ヤング率（高延性）な金属からなる緩和層（Ａｌ層）とその緩和層へ直結する誘導部とを設けている。緩和層により、半導体素子や接合層等に発生し易い熱応力が緩和される。また、誘導部により、その熱応力に起因したクラックの発生が緩和層内へ誘導される。こうして特許文献１の接合構造体では、耐熱性の向上のみならず、熱応力の緩和やクラックの抑止（耐熱疲労性の確保）等による耐久性の向上が図られている。但し、特許文献１の接合構造体でも、接合界面付近でクラックを生じることがあった（図７参照）。

このような事情を踏まえつつ、本発明は、従来とは異なる手法により、耐久性（信頼性）が確保され得る接合構造体等を提供することを目的とする。

本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究した結果、接合部内に設ける緩和層自体に、クラックの起点となるノッチを形成することを着想した。これを具現化し、発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。

《接合構造体》
（１）本発明の接合構造体は、第１部材と、該第１部材と接合され得る第２部材と、該第１部材と該第２部材を接合する接合部と、を備える接合構造体であって、前記接合部は、少なくとも第１部材側から順に、第１金属と該第１金属よりも低融点な第２金属との金属間化合物を含む接合層と、該第１金属よりも低ヤング率な第３金属からなる緩和層とを有し、該緩和層は、クラックを該緩和層内へ誘導するノッチを備える。

（２）本発明の接合構造体は、先ず、接合層が金属間化合物（ＩＭＣという。）により形成されているため耐熱性に優れる。次に、低ヤング率な緩和層により、接合層付近に生じる応力（ＣＴＥ不整合に起因した熱応力等）も緩和され易い。

さらに本発明の接合構造体は、緩和層にノッチを有する。ノッチは、クラックが発生する状況において、クラックの起点となり、緩和層内にクラックの発生を確実に誘導し得る。これにより、接合部付近（接合層や第１部材等）におけるクラックの発生や進展が抑止される。

さらに、緩和層は低ヤング率な金属からなり、接合層を構成するＩＭＣ等よりも十分に高延性である。このような緩和層内におけるクラックの進展速度は、接合層内よりも遙かに小さい。加えて、緩和層を構成する金属は多数の結晶粒からなる。このため、緩和層内のクラックは、直線的に進展せず、金属の結晶粒を避けるように、結晶粒界に沿って蛇行するように進展する。その結果、緩和層内におけるクラックは、進展距離も長くなり、進展に要する時間も長くなる。

このように、低ヤング率な金属からなる緩和層内にノッチを設けると、クラックの発生位置を緩和層内に制御しつつ、そのクラックの進展速度の低下やクラックの進展距離の長期化等を図れる。このようして、本発明の接合構造体は、高い耐熱性のみならず、優れた耐久性（信頼性）も発揮すると考えられる。

《接合構造体の製造方法》
本発明は接合構造体の製造方法としても把握できる。例えば、本発明は、第１部材と第２部材の間で挟持された接合材を加熱して該第１部材と該第２部材を接合する接合工程を備える接合構造体の製造方法であって、前記第１部材は、被接合面上の少なくとも一部に第１金属からなる被覆層を有し、前記接合材は、少なくとも該第１部材側から順に、
該第１金属よりも低融点な第２金属からなる第１層と、該第１金属からなる第２層と、
該第１金属よりも低ヤング率な第３金属からなると共にノッチを有する第３層とを少なくとも備え、前記接合工程は、該第２金属の融点以上であって該第２金属と該第１金属が反応して金属間化合物を生成する反応温度以上に該接合材を加熱する工程である接合構造体の製造方法でもよい。

このとき、第３層は上述した緩和層となる。ＩＭＣからなる接合層は、第１金属からなる第１部材側の被覆層および接合材側の第２層と、第２金属からなる接合材側の第２層とが反応（ＳＬＩＤ）して形成される。

なお、第１部材側（被覆層上）に、第２金属からなる層を別途設けてもよい。このとき、接合材側の第２層はあってもよいし、なくてもよい。

《その他》
（１）本明細書では、説明の便宜上、第１、第２または第３という呼称を用いており、第１部材側に接合部を形成する場合について説明している。第２部材側の接合構造は、第１部材側と同じでも異なっていてもよい。例えば、第１部材が高温側（発熱側）で第２部材が低温側（放熱側）である場合、第２部材側の接合層は、金属間化合物の他、はんだ、ナノ粒子の焼結体等でもよい。

（２）本明細書でいう強度、延性または靱性は、日本工業規格（ＪＩＳ）に準拠して決定される。例えば、延性は応力−ひずみ曲線図における降伏点から破断に至るまでの塑性変形量（ひずみ量）に基づき定める。各特性は室温域におけるものである。

第３金属は、第１金属よりも高延性であるが、さらに、第１金属よりもヤング率（縦弾性率／室温域）が低いものであると好ましい。通常、低ヤング率な金属は、高延性または高靱性であり緩和層（第３層）に相応しい。

（３）特に断らない限り本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は下限値ｘおよび上限値ｙを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を新たな下限値または上限値として「ａ〜ｂ」のような範囲を新設し得る。

第１実施例に係るパワーモジュールを示す模式断面図である。 第２実施例に係るパワーモジュールを示す模式断面図である。 第３実施例に係るパワーモジュールを示す模式断面図である。 第４実施例に係るパワーモジュールを示す模式断面図である。 第１実施例または第２実施例に係る開溝の製作例を示す模式図である。 第３実施例に係る開溝の製作例を示す模式図である。 従来のパワーモジュールを示す模式断面図である。

本発明の構成要素に、本明細書中から任意に選択した一以上の構成要素を付加し得る。本明細書で説明する内容は、本発明の接合構造体のみならず、その製造方法にも該当し得る。「方法」に関する構成要素は「物」に関する構成要素ともなり得る。

《第１金属と第２金属》
第１金属と第２金属の組み合わせは種々考えられる。接合温度または接合部材の耐熱温度、ＩＭＣの特性（融点、強度、靱性等）等を考慮して、各金属は選択される。

第１金属（元素）として、Ｎｉ、Ｃｕ，Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、等やそれらの合金がある。第２金属（元素）として、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｚｎ等やそれらの合金がある。好例として、第１金属をＮｉまたはＣｕとし、第２金属をＳｎとするとよい。Ｎｉの融点は約１４５０℃、Ｃｕの融点は約１０８５℃、Ｓｎの融点は約２３０℃である。

例えば、Ｎｉ層（第２層、中間層、被覆層）とＳｎ層（第１層）を積層して加熱（約３５０℃×５分間程度）すると、ＩＭＣであるＮｉＳｎ層（融点：約７９５℃）が得られる。なお、本発明に係るＩＭＣは種々の組成比をとり得る。ＮｉＳｎの代表例は、例えば、Ｎｉ_３Ｓｎ_４である。このため、本明細書でいう「ＮｉＳｎ」等は、構成元素の組成比を示すものではない。

第１金属／第２金属の他の組合わせとして、Ｃｕ／Ｓｎ、Ａｇ／Ｓｎ、Ｐｔ／Ｓｎ／、Ａｕ／Ｓｎ等がある。なお、第１金属層（第１部材側の被覆層または接合材側の第２層の少なくとも一方）は、ＳＬＩＤ接合後も残存してよい。本明細書では、接合材側の第２層が残存層を、中間層ともいう。さらに、オーミック性や密着性等を確保するために、他の金属層が各部材表面上や緩和層（第３層）上等にあってもよい。

《第３金属》
緩和層（第３層）となる第３金属は、第１金属よりも低ヤング率である。第３金属は、例えば、Ａｌ、Ｃｕまたはそれらの合金である。これらの金属は、低ヤング率（高延性）であると共に、熱伝導性や電導性にも優れる。第３金属層として、例えば、ＡｌまたはＡｌ合金からなる箔を用いることができる。第３金属層は、接合層よりも厚いとよい。これにより、接合構造体の耐久性が確保され易くなる。なお、第３金属は、第２金属よりも高融点であるとよい。

《ノッチ》
ノッチは、緩和層内へクラックを誘導できる形状であればよい。クラックは、応力集中し易い角部や隅部を起点に生じ易い。そこでノッチも、そのような底部等に角部や隅部を、緩和層（第３層）内に有するとよい。

ノッチは、例えば、断面が凹状である溝または窪みである。溝は、所定の長さ延在してなる。窪みは、それぞれが孤立している。溝の長さ、窪みの個数、それらの配置等は適宜調整される。例えば、ノッチは、クラックを最も生じ易い特定域にだけ配置されてもよいし、第１部材を囲む形状（例えば環状）でもよい。

断面凹状のノッチは、緩和層の表面側に開部があり、緩和層の内側に底部があるとよい。ノッチの開部は、接合層側でも、緩和層の外周端面（側面）側にあってもよい。

ノッチの少なくとも一部には、ＩＭＣが装填されていてもよい。特に、ノッチの開部が接合層側にある場合、ノッチ内のＩＭＣは接合層と接続（連結）していてもよい。この場合、クラックの起点が緩和層内へより誘導され易くなる。なお、ノッチ内のＩＭＣの装填度合（充填度）は問わない。ノッチが完全にＩＭＣで閉塞されていてもよいし、ノッチ内にＩＭＣの未充填域（空隙）があってもよい。ＩＭＣが熱応力をノッチ（さらには、その応力集中部）へ伝播する媒体となれば十分である。なお、ＩＭＣは、一部のノッチ（例えばクラックが発生し易い領域にあるノッチ）にだけ装填されていてもよい。

ノッチは、溝や窪みの他、段（例えば断面Ｌ状）でもよい。段は複数（階段状）でもよい。このような段は、例えば、緩和層の外縁側（外周側）に形成される。

ノッチの底部（例えば開部からの最深位置）や段の隅部は、緩和層の中央域（例えば、緩和層の厚さの１／４〜３／４の範囲）にあるとよい。これによりクラックは、第１部材や接合層等から十分に離れたところを起点として、緩和層内をより確実に進展し得る。

第１部材の外縁や隅（例えば四隅）は、クラックの起点となり易い。少なくともそれらの付近にノッチが配置されていると、ノッチから緩和層内へクラックが誘導され易くなる。なお、本明細書でいう「第１部材の外縁近傍」または「第１部材の隅近傍」は、そのようにクラックの起点となり易い箇所に対応する縦方向（積層方向）または横方向（接合面方向）の領域を意味する。

ちなみに、既述した特許文献（ＷＯ２０１７−０８６３２４号公報）にあるように、緩和層（補強層）に連なるＩＭＣからなる誘導部が、さらにあってもよい。このため、その特許文献に記載されている内容は、適宜、本明細書内に組み込まれる。

《接合工程》
接合工程は、第２金属の融点以上で、第１金属と第２金属が反応してＩＭＣを生成する反応温度以上に接合材を加熱する工程ある。第１金属と第２金属の種類、第１部材と第２部材の耐熱性等により反応温度や保持時間は調整され得る。

《接合構造体》
本発明の接合構造体には、種々の形態が考えられる。その代表例は、半導体からなる第１部材と、金属からなる第２部材とを接合した半導体装置等である。より具体的にいうと、半導体素子を、金属製の電極や配線上に接合したパワーモジュール等である。

半導体素子は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ等からなり、そのＣＴＥは３〜５ｐｐｍ／Ｋ程度である。一方、金属の電極や配線は、Ｃｕ、Ａｌ等からなり、そのＣＴＥは１７〜２２ｐｐｍ／Ｋ程度である。このようにＣＴＥ不整合の大きな部材を接合するときでも、本発明によれば、十分な信頼性の確保が可能となり得る。

本発明の接合構造体の一例であるパワーモジュールについて、具体的な形態を示すことにより、本発明をさらに詳しく説明する。

次の内容はいずれの形態のパワーモジュールにも共通している。第１部材は、ＳｉＣからなるＩＧＢＴ等のチップ（デバイス、半導体素子）であり、その上下面にＮｉ（第１金）で被覆（メタライズ）された電極面（被覆層）がある。

第２部材は、金属電極を構成するＣｕ板であり、その上面（被接合面）にもＮｉがメタライズされた電極面がある。金属電極の下面側には、図示しないＤＢＣ（Direct Brazed Copper）基板やＤＢＡ（Direct Brazed Aluminum）基板等がある。

接合材は、芯材となるＡｌ（第３金属）箔からなる第３層（緩和層）を中心に、その両面側にＮｉからなる第２層があり、さらにそれらの両面側（最表面側）にＳｎ（第２金属）からなる第１層が形成された接合シートである。

本実施例でいう上下方向は、各図に示す上下方向である。これらの方向は、パワーモジュールの製造時または使用時の上下方向とは限らない。

［第１実施例］
（１）構造
パワーモジュールＭ１について、接合前→加熱過程（接合工程）→接合後の各様子を図１に示した。接合前のパワーモジュールＭ１は、ＳｉＣからなるチップ１０とその下面側にあるＮｉが成膜された電極面１１とその上面側にあるＮｉが成膜された電極面１３とを有する半導体素子１（第１部材の一例）と、Ｃｕ板２０とその上にＮｉが成膜された電極面２１を有する金属電極２（第２部材の一例）と、接合シート３（接合材の一例）からなる。なお、半導体素子１の電極面１３の外周囲には、適宜、絶縁層（ＳｉＮ等）が設けられる。

接合シート３は、Ａｌ（箔）からなる層３０（第３層／緩和層）と、その両面側に形成されたＮｉからなる層３１２、３２２（第２層）と、それらの両面側にそれぞれ形成されたＳｎからなる層３１１、３２１（第１層）とを有する。

さらに、層３０の上面側には開溝３０１（ノッチ）がある。開溝３０１は、半導体素子１の電極面１１側に開口（開部）している。また開溝３０１は、層３０の厚さの約１／２の深さを有する。換言すると、開溝３０１の溝底（底部）は、層３０の厚さの約１／２の位置にある。さらに開溝３０１は、電極面１１の下面外縁を囲む環状溝である。開溝３０１の内壁面上縁と電極面１１の下面外縁とは、上下方向に関して、ほぼ重なる位置にある。

接合シート３の占有面積は、金属電極２よりも小さいが、半導体素子１よりは大きい。本実施例の場合、層３１１、３１２は電極面１１と対応しており、両者は略同じ面積となっている。このため、層３０の上面外周域と開溝３０１上には、層３１１、３１２が形成されていない。なお、層３２１、３２２は、層３０の下側全面に形成されている。

電極面１１に対応する層３０の中央域にある層３１２（Ｎｉ層）と層３１１（Ｓｎ層）は、例えば、マスクを配置した層３０（Ａｌ箔）上に、ＮｉとＳｎを順にスパッタして成膜（パターニング）される。層３０は、例えば、厚さ１００μｍ程度のＡｌ箔からなる。開溝３０１は、例えば、溝幅と溝深さが共に５０μｍ程度である。開溝３０１は、例えば、プレス成形、切削、レーザ照射等により形成される（後述する第４実施例、図５、図６参照）。

（２）接合工程
半導体素子１と金属電極２は、例えば、次のように接合される。上側から下側に向けて順に、半導体素子１、接合シート３および金属電極２を積層する。この際、接合シート３を、半導体素子１と金属電極２で挟持する。その加圧力は、例えば、０．５ＭＰａ程度である。

それらの積層体（挟持体）を、不活性雰囲気（真空雰囲気を含む）や活性雰囲気（水素雰囲気、還元雰囲気等）の加熱炉内で、所定の反応温度で加熱し、一定時間保持する。例えば、還元雰囲気の電気炉中なら、３５０℃×５分間加熱するとよい。

その昇温過程中に、接合シート３の層３１１、３２１が先ず溶融する。このとき溶融したＳｎは、電極面１１と層３１２の間、および電極面２１と層３２２の間で濡れ拡がる。層３１１、３２１の厚さおよび積層時の加圧力を調整することで、Ｓｎの濡れ拡がる領域の制御も可能となる。

本実施例では、電極面１１と層３１２の間の溶融Ｓｎが、開溝３０１へ流入しないように、層３１１の大きさ（面積）と厚さ（さらには加圧力）を調整した。一方、電極面２１と層３２２の間の溶融Ｓｎは、層３２２の外周囲側（層３０の外縁側）へ滲み出して、電極面２１上に漏出するように、層３２１の大きさと厚さを調整した。

この状態でさらに昇温すると、層３１１が溶融してできた溶融したＳｎは、電極面１１および層３１２と固液相互拡散（ＳＬＩＤ）反応を生じる。これにより、ＮｉＳｎ（ＩＭＣ／固相）からなる接合層４１４が形成される。このとき電極面１１と層３１２は、一部が残存して、それぞれ層４１１と層４３１２となる。こうしてチップ１０と層３０は、層４１１と層４３１２（中間層）を介して、接合層４１４により接合された状態となる。

また、層３２１が溶融してできたＳｎは、電極面２１および層３２２と反応して、ＩＭＣからなる接合層４２４を形成する。このとき電極面２１と層３２２は、一部が残存して、それぞれ層４２１と層４３２２となる。こうしてＣｕ板２０と層３０も、層４２１と層４３２２（中間層）を介して、接合層４２４により接合された状態となる。

このＳＬＩＤ反応の際、接合シート３の外縁側へ漏出して電極面２１上に溜まった溶融Ｓｎの一部は、電極面２１（Ｎｉ層）と反応して、層４２１（中間層）を介さずに、Ｃｕ板２０の上面に直結したＩＭＣからなる外周誘導部４３２４を形成する。

こうして、最上層である層４１１から最下層である層４２１まで（または接合層４１４から接合層４２４まで）の各層により構成された接合部４により、チップ１０（第１部材）とＣｕ板２０（第２部材）が接合されたパワーモジュールＭ１が得られる。

パワーモジュールＭ１は、発熱源であるチップ１０の作動により、チップ１０やその周辺には、熱応力が繰り返し作用する。このような熱応力は、低ヤング率（高延性）な層３０の弾・塑性変形により緩和される。また、熱応力の繰り返しによりクラックｃが生じる場合であっても、そのクラックｃは、開溝３０１の隅３０１ｃを起点として、層３０内を緩やかに、長期間かけて進展する。こうして、接合界面近傍（特に接合層４１４の付近）やチップ１０内へのクラックの進展が抑止され、パワーモジュールＭ１の機能が長期間確保される。

なお、開溝３０１は、連続的な環状である他、断続的な溝でも、点在した窪みでもよい。溝または窪みは、少なくとも、チップ１０の四隅付近に設けられるとよい。また、電極面２１側に開口した開溝（形態は開溝３０１と同様）を、層３０の下面側に設けてもよい。このとき、開溝３０１を併存させても、開溝３０１の置換としてもよい。

［第２実施例］
パワーモジュールＭ１の一部を変更したパワーモジュールＭ２について、接合前と接合後の各様子を図２に示した。なお、既述した部材または部位については、同符号を付することにより、それらの説明を省略する。この点は、後述する他の実施例についても同様である。

接合シート３の層３１１、３１２は、層３０の上面全体に形成されている。また、開溝３０１の両内壁面上および底面上にも、Ｎｉ層およびＳｎ層が形成されている。このとき、開溝３０１の開溝幅を狭くして（例えば１〜１０μｍとして）、Ｎｉ層とＳｎ層により、開溝３０１がほぼ閉塞された状態となってもよい。

半導体素子１、接合シート３および金属電極２の接合工程（第１実施例参照）により、開溝３０１内には、ＮｉＳｎ（ＩＭＣ）の充填部４３０４が形成される。充填部４３０４は接合層４１４と連結した状態となる。このため、接合層４１４に作用する熱応力は、充填部４３０４を介して開溝３０１（特に隅３０１ｃ）へ伝播され易くなる。その結果、クラックｃは、より確実に層３０内で発生、進展するようになる。従って、パワーモジュールＭ２はより信頼性が高いものとなる。

［第３実施例］
パワーモジュールＭ１の一部を変更したパワーモジュールＭ３について、接合前と接合後の各様子を図３に示した。接合シート３の開溝３０１は、層３０の外周端面側に開口を有する環状溝である。層３１１、３１２は、層３０の下面全体に形成された層３２１、３２２と同様に、層３０の上面全体に形成されている。

パワーモジュールＭ３もパワーモジュールＭ１と同様に、隅３０１ｃを起点として、クラックｃが層３０内を緩やかに、長期に亘って進展するため、耐久性（信頼性）に優れる。

［第４実施例］
パワーモジュールＭ１の一部を変更したパワーモジュールＭ４について、接合前と接合後の各様子を図４に示した。接合シート３は、開溝３０１ではなく、層３０の上面外周域に環状の段３０４を有する。

パワーモジュールＭ４もパワーモジュールＭ１と同様に、隅３０４ｃを起点として、層３０の内部をクラックｃが緩やかに、長期に亘って進展するため、耐久性（信頼性）に優れる。

［第５実施例］
（１）パワーモジュールＭ１、Ｍ２に係る開溝３０１を有する層３０の製作例を図５に示した。具体的には次の通りである。

Ａｌ箔のシートＳの一面側へ、微小幅の環状凸部が複数形成された金型面を押し当てる。こうして、開溝３０１に相当する環状の彫り込みが複数同時に形成される。その彫り込まれたシートＳを、層３０に相当する所定サイズの桝目で切断する。こうして、上面側に環状の開溝３０１を有する層３０が得られる。

（２）パワーモジュールＭ３に係る開溝３０１を有する層３０の製作例を図６に示した。具体的には次の通りである。

先ず、Ａｌ箔のシートＳを、層３０に相当する所定サイズの桝目で切断する。分割された各Ａｌ箔片を重ね、それらの両端側を押圧（保持）して積層体Ｓ１とする。各Ａｌ箔片の幅中央へレーザを照射して、外周囲を走査する。こうして、側面側に環状の開溝３０１を有する層３０が得られる。

Ｍ パワーモジュール（接合構造体）
１ 半導体素子
１０ チップ（第１部材）
１１ 電極面（被覆層）
２ 金属電極
２０ Ｃｕ板（第２部材）
３ 接合シート
３０ Ａｌ層（緩和層）
３０１ 開溝
３０４ 段
４ 接合部
４１４ 接合層

Claims (12)

1. 第１部材と、
   該第１部材と接合され得る第２部材と、
   該第１部材と該第２部材を接合する接合部と、
   を備える接合構造体であって、
   前記接合部は、少なくとも第１部材側から順に、
   第１金属と該第１金属よりも低融点な第２金属との金属間化合物を含む接合層と、
   該第１金属よりも低ヤング率な第３金属からなる緩和層とを有し、
   該緩和層は、クラックを該緩和層内へ誘導するノッチを備える接合構造体。
2. 前記ノッチは、前記緩和層の表面側に開部があると共に該緩和層の内側に底部がある溝または窪みである請求項１に記載の接合構造体。
3. 前記ノッチの開部は、前記接合層側にある請求項２に記載の接合構造体。
4. 少なくとも一部のノッチ内には、前記金属間化合物が装填されている請求項３に記載の接合構造体。
5. 前記ノッチの開部は、前記緩和層の外周端面側にある請求項２に記載の接合構造体。
6. 前記ノッチの底部は、前記緩和層の厚さの１／４〜３／４の範囲内にある請求項２〜５のいずれかに記載の接合構造体。
7. 前記ノッチは、前記緩和層の外縁側にある段である請求項１に記載の接合構造体。
8. 前記ノッチは、前記第１部材の外縁付近にある請求項１〜７のいずれかに記載の接合構造体。
9. 前記ノッチは、前記第１部材の隅付近にある請求項１〜８のいずれかに記載の接合構造体。
10. 前記第３金属はＡｌまたはＡｌ合金である請求項１〜９のいずれかに記載の接合構造体。
11. 前記第１金属は、ＮｉまたはＣｕであり、
    前記第２金属は、Ｓｎである請求項１〜１０のいずれかに記載の接合構造体。
12. 前記第１部材は半導体からなり、
    前記第２部材は金属からなる請求項１〜１１のいずれかに記載の接合構造体。

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