JP6766542B2

JP6766542B2 - A bonding material to be bonded to the electrodes of a semiconductor device

Info

Publication number: JP6766542B2
Application number: JP2016178607A
Authority: JP
Inventors: 真男野口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-09-13
Filing date: 2016-09-13
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2036-09-13
Also published as: JP2018043261A

Description

本明細書に開示の技術は、半導体装置の電極に接合される接合材に関する。 The techniques disclosed herein relate to bonding materials that are bonded to electrodes of semiconductor devices.

特許文献１に、半導体装置の電極に接合される接合材が開示されている。この接合材は、銅、ニッケル、銀、鉄等によって構成されている多孔質部材と、多孔質部材の空孔内に配置されているはんだ層を備えている。接合材は、半導体装置の電極に接合される。接合材を介して、半導体装置の電極を外部の端子等に接続することができる。 Patent Document 1 discloses a bonding material to be bonded to an electrode of a semiconductor device. This bonding material includes a porous member made of copper, nickel, silver, iron, etc., and a solder layer arranged in the pores of the porous member. The bonding material is bonded to the electrodes of the semiconductor device. The electrodes of the semiconductor device can be connected to external terminals or the like via a bonding material.

特開２００４−２９８９６２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-298962

半導体装置の動作時に、半導体装置が発熱する。すると、半導体装置が熱膨張するとともに、半導体装置に接合されている接合材も熱膨張する。半導体装置と接合材との膨張率の差により、接合材の内部に応力が発生する。半導体装置と接合材は中央部から外周部に向かって膨張するので、応力は接合材の外周部で中央部よりも高くなる。接合材の外周部に繰り返し高い応力が加わると、その外周部で接合材にクラックが生じるおそれがある。したがって、本明細書では、接合材の外周部における応力を抑制する技術を提供する。 When the semiconductor device operates, the semiconductor device generates heat. Then, as the semiconductor device thermally expands, the bonding material bonded to the semiconductor device also thermally expands. Due to the difference in expansion coefficient between the semiconductor device and the bonding material, stress is generated inside the bonding material. Since the semiconductor device and the bonding material expand from the central portion toward the outer peripheral portion, the stress is higher at the outer peripheral portion of the bonding material than at the central portion. If high stress is repeatedly applied to the outer peripheral portion of the joint material, cracks may occur in the joint material at the outer peripheral portion. Therefore, the present specification provides a technique for suppressing stress at the outer peripheral portion of the bonding material.

本明細書が開示する接合材は、半導体装置の電極に接合される。この接合材は、多孔質部材と低融点金属層を備えている。前記多孔質部材は、第１金属により構成されている。前記低融点金属層は、前記第１金属よりも融点が低い第２金属により構成されており、前記多孔質部材の空孔内に配置されている。前記第１金属と前記第２金属が、加熱時に合金化する特性を備えている。前記第１金属のヤング率が、前記合金のヤング率よりも高い。前記第１金属の熱伝導率が、前記合金の熱伝導率よりも高い。前記接合材の中央部では、前記接合材の外周部よりも、前記多孔質部材の空孔率が低い。 The bonding material disclosed herein is bonded to an electrode of a semiconductor device. This bonding material includes a porous member and a low melting point metal layer. The porous member is made of a first metal. The low melting point metal layer is composed of a second metal having a melting point lower than that of the first metal, and is arranged in the pores of the porous member. The first metal and the second metal have a property of alloying when heated. The Young's modulus of the first metal is higher than the Young's modulus of the alloy. The thermal conductivity of the first metal is higher than the thermal conductivity of the alloy. In the central portion of the joining material, the porosity of the porous member is lower than that in the outer peripheral portion of the joining material.

なお、上記の「合金」は、金属間化合物であってもよいし、固溶体であってもよいが、金属間化合物であることが好ましい。 The above-mentioned "alloy" may be an intermetallic compound or a solid solution, but is preferably an intermetallic compound.

接合材を半導体装置の電極に接合する際に、接合材が加熱される。すると、接合材の内部で第１金属と第２金属が合金化する。接合材の中央部では多孔質部材の空孔率が低いので、加熱後の接合材の中央部では合金に対する第１金属の割合が高くなる。第１金属の熱伝導率が高いので、加熱後の接合材の中央部の熱伝導率は高い。接合材の外周部では多孔質部材の空孔率が高いので、加熱後の接合材の外周部では第１金属に対する合金の割合が高くなる。合金のヤング率が低いので、加熱後の接合材の外周部のヤング率は低い。接合材の中央部は半導体装置の中央部に接合され、接合材の外周部は半導体装置の外周部に接合される。加熱後の接合材の中央部の熱伝導率が高いので、半導体装置の中央部から好適に放熱することができる。したがって、半導体装置の中央部の温度上昇を好適に抑制することができる。また、加熱後の接合材の外周部のヤング率が低いので、加熱後の接合材の外周部は柔軟性を有する。このため、加熱後の接合材の外周部に高い応力が生じることが抑制される。このように、この接合材によれば、半導体装置の中央部の温度上昇を抑制しながら、接合材の外周部における応力を抑制することができる。 When the bonding material is bonded to the electrodes of the semiconductor device, the bonding material is heated. Then, the first metal and the second metal are alloyed inside the bonding material. Since the porosity of the porous member is low in the central portion of the bonding material, the ratio of the first metal to the alloy is high in the central portion of the bonding material after heating. Since the thermal conductivity of the first metal is high, the thermal conductivity of the central portion of the bonding material after heating is high. Since the porosity of the porous member is high in the outer peripheral portion of the bonding material, the ratio of the alloy to the first metal is high in the outer peripheral portion of the bonding material after heating. Since the Young's modulus of the alloy is low, the Young's modulus of the outer peripheral portion of the bonding material after heating is low. The central portion of the bonding material is bonded to the central portion of the semiconductor device, and the outer peripheral portion of the bonding material is bonded to the outer peripheral portion of the semiconductor device. Since the thermal conductivity of the central portion of the bonding material after heating is high, heat can be suitably dissipated from the central portion of the semiconductor device. Therefore, the temperature rise in the central portion of the semiconductor device can be suitably suppressed. Further, since the Young's modulus of the outer peripheral portion of the bonded material after heating is low, the outer peripheral portion of the bonded material after heating has flexibility. Therefore, it is possible to prevent high stress from being generated on the outer peripheral portion of the bonded material after heating. As described above, according to this bonding material, it is possible to suppress the stress at the outer peripheral portion of the bonding material while suppressing the temperature rise in the central portion of the semiconductor device.

実施形態の接合材の断面図。Sectional drawing of the bonding material of embodiment. 接合材の製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of a joint material. 接合材の製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of a joint material. 接合材の製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of a joint material. 接合材の製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of a joint material. 接合材の使用方法の説明図。Explanatory drawing of how to use a joint material. 接合材の使用方法の説明図。Explanatory drawing of how to use a joint material.

図１に示す接合材１０は、多孔質部材２０と低融点金属層３０を有している。多孔質部材２０は、その内部に多数の空孔２２を有している。空孔２２は互いに繋がっている。低融点金属層３０は、空孔２２内に配置されている。各空孔２２は、低融点金属層３０によって満たされている。多孔質部材２０は、金属により構成されている。低融点金属層３０は、多孔質部材２０を構成する金属よりも融点が低い金属により構成されている。多孔質部材２０を構成する金属と低融点金属層３０を構成する金属は、加熱によって互いに合金化する組み合わせとされている。特に、本実施形態では、多孔質部材２０を構成する金属と低融点金属層３０を構成する金属は、加熱によって互いに反応して金属間化合物が生成される組み合わせとなっている。多孔質部材２０を構成する金属のヤング率は、加熱によって生成される金属間化合物のヤング率よりも高い。また、多孔質部材２０を構成する金属の熱伝導率は、加熱によって生成される金属間化合物の熱伝導率よりも高い。また、加熱によって生成される金属間化合物の融点は、低融点金属層３０を構成する金属の融点よりも高く、多孔質部材２０を構成する金属の融点よりも低い。上述した関係を満たす多孔質部材２０と低融点金属層３０との金属との組み合わせの例を、表１に示す。 The bonding material 10 shown in FIG. 1 has a porous member 20 and a low melting point metal layer 30. The porous member 20 has a large number of pores 22 inside. The holes 22 are connected to each other. The low melting point metal layer 30 is arranged in the pores 22. Each pore 22 is filled with a low melting point metal layer 30. The porous member 20 is made of metal. The low melting point metal layer 30 is made of a metal having a melting point lower than that of the metal constituting the porous member 20. The metal constituting the porous member 20 and the metal constituting the low melting point metal layer 30 are combined to be alloyed with each other by heating. In particular, in the present embodiment, the metal constituting the porous member 20 and the metal constituting the low melting point metal layer 30 are a combination of reacting with each other by heating to form an intermetallic compound. The Young's modulus of the metal constituting the porous member 20 is higher than the Young's modulus of the intermetallic compound produced by heating. Further, the thermal conductivity of the metal constituting the porous member 20 is higher than the thermal conductivity of the intermetallic compound produced by heating. Further, the melting point of the intermetallic compound produced by heating is higher than the melting point of the metal constituting the low melting point metal layer 30, and lower than the melting point of the metal constituting the porous member 20. Table 1 shows an example of the combination of the porous member 20 satisfying the above-mentioned relationship and the metal of the low melting point metal layer 30.

接合材１０は、中央部１０ａと、中央部１０ａの周囲に配置された外周部１０ｂを有している。接合材１０の厚み方向に沿って見たときに、外周部１０ｂは中央部１０ａの周囲を一巡している。中央部１０ａでは、外周部１０ｂよりも、多孔質部材２０の空孔率が低い。すなわち、中央部１０ａでは、外周部１０ｂよりも、空孔２２の密度が低い。したがって、中央部１０ａでは外周部１０ｂよりも多孔質部材２０を構成する金属の体積比率が高く、外周部１０ｂでは中央部１０ａよりも低融点金属層３０を構成する金属の体積比率が高い。 The joining material 10 has a central portion 10a and an outer peripheral portion 10b arranged around the central portion 10a. When viewed along the thickness direction of the bonding material 10, the outer peripheral portion 10b goes around the central portion 10a. In the central portion 10a, the porosity ratio of the porous member 20 is lower than that in the outer peripheral portion 10b. That is, the density of the pores 22 in the central portion 10a is lower than that in the outer peripheral portion 10b. Therefore, the volume ratio of the metal constituting the porous member 20 is higher in the central portion 10a than in the outer peripheral portion 10b, and the volume ratio of the metal constituting the low melting point metal layer 30 is higher in the outer peripheral portion 10b than in the central portion 10a.

次に、接合材１０の製造方法について説明する。まず、多孔質部材２０の材料金属により構成された金属粉末を有機溶媒（例えば、エチレングリコール等）に混合したペーストを作成する。金属粉末が有機溶媒中に均等に分散するように、十分にペーストを撹拌する。なお、ここでは、金属粉末の密度が高い第１のペーストと、金属粉末の密度が低い第２のペーストを準備する。次に、図２に示すように、グラファイトプレート５０上に作成したペーストを塗布する。つまり、図２に示すように、有機溶媒４２と金属粉末４０とが混合されたペーストをグラファイトプレート５０上に塗布する。ここでは、まず、金属粉末４０の密度が高い第１のペーストをグラファイトプレート５０上に塗布することで、中央部１０ａを作成する。次に、金属粉末４０の密度が低い第２のペーストを中央部１０ａの周囲を囲むようにグラファイトプレート５０上に塗布することで、外周部１０ｂを作成する。外周部１０ｂは、中央部１０ａに隣接するとともに中央部１０ａと略同じ厚さとなるように塗布する。ペーストの塗布には、ステンシルマスクを用いた塗布方法や、シリンジを用いた塗布方法を用いることができる。 Next, a method for manufacturing the bonding material 10 will be described. First, a paste is prepared by mixing a metal powder composed of the material metal of the porous member 20 with an organic solvent (for example, ethylene glycol). Stir the paste well so that the metal powder is evenly dispersed in the organic solvent. Here, a first paste having a high density of the metal powder and a second paste having a low density of the metal powder are prepared. Next, as shown in FIG. 2, the prepared paste is applied onto the graphite plate 50. That is, as shown in FIG. 2, a paste in which the organic solvent 42 and the metal powder 40 are mixed is applied onto the graphite plate 50. Here, first, a first paste having a high density of the metal powder 40 is applied onto the graphite plate 50 to create the central portion 10a. Next, the outer peripheral portion 10b is created by applying a second paste having a low density of the metal powder 40 on the graphite plate 50 so as to surround the periphery of the central portion 10a. The outer peripheral portion 10b is applied so as to be adjacent to the central portion 10a and have substantially the same thickness as the central portion 10a. For coating the paste, a coating method using a stencil mask or a coating method using a syringe can be used.

次に、図３に示すように、ペーストを加熱しながら、加圧板５２によってペーストを上から加圧する。例えば、放電プラズマ焼結装置等によってこの工程を実施することができる。加熱によって、有機溶媒４２が揮発する。また、ペーストの加圧によって、金属粉末４０が圧縮されるとともに互いに密着する。金属粉末４０が圧縮された状態で加熱されることによって、金属粉末４０同士が互いに結合する。これによって、図４に示す多孔質部材２０が形成される。このように製造された多孔質部材２０は、空孔率が低い中央部１０ａと、中央部１０ａの周囲に配置されていると共に空孔率が高い外周部１０ｂを有する。 Next, as shown in FIG. 3, the paste is pressed from above by the pressure plate 52 while heating the paste. For example, this step can be carried out by a discharge plasma sintering apparatus or the like. The organic solvent 42 volatilizes by heating. Further, the pressure of the paste compresses the metal powders 40 and causes them to adhere to each other. By heating the metal powder 40 in a compressed state, the metal powder 40 binds to each other. As a result, the porous member 20 shown in FIG. 4 is formed. The porous member 20 produced in this way has a central portion 10a having a low porosity and an outer peripheral portion 10b arranged around the central portion 10a and having a high porosity.

次に、図５に示すように、低融点金属層３０の材料金属を溶融させた溶融金属３０ａを容器内に準備し、溶融金属３０ａ内に多孔質部材２０を浸漬する。すると、多孔質部材２０の空孔２２内に溶融金属３０ａが流入し、空孔２２内に溶融金属３０ａが充填される。その後、容器内の溶融金属３０ａから多孔質部材２０を引き上げる。多孔質部材２０を引き上げると、空孔２２内の溶融金属３０ａが冷えて凝固する。これによって、空孔２２内に低融点金属層３０が形成される。すなわち、図１に示す接合材１０が完成する。なお、溶融金属３０ａ内に多孔質部材２０を浸漬するときに多孔質部材２０が加熱されるが、浸漬時間が短いので、多孔質部材２０と溶融金属３０ａはほとんど反応しない。すなわち、多孔質部材２０を構成する金属と溶融金属３０ａから金属間化合物が生成される反応はほとんど生じない。したがって、空孔２２内には低融点金属層３０が形成される。 Next, as shown in FIG. 5, a molten metal 30a obtained by melting the material metal of the low melting point metal layer 30 is prepared in a container, and the porous member 20 is immersed in the molten metal 30a. Then, the molten metal 30a flows into the pores 22 of the porous member 20, and the molten metal 30a is filled in the pores 22. After that, the porous member 20 is pulled up from the molten metal 30a in the container. When the porous member 20 is pulled up, the molten metal 30a in the pores 22 cools and solidifies. As a result, the low melting point metal layer 30 is formed in the pores 22. That is, the bonding material 10 shown in FIG. 1 is completed. When the porous member 20 is immersed in the molten metal 30a, the porous member 20 is heated, but since the immersion time is short, the porous member 20 and the molten metal 30a hardly react with each other. That is, the reaction of forming an intermetallic compound from the metal constituting the porous member 20 and the molten metal 30a hardly occurs. Therefore, the low melting point metal layer 30 is formed in the pores 22.

次に、接合材１０の使用方法について説明する。接合材１０は、図６に示す半導体装置７０と基板６０との接続に用いられる。半導体装置７０は、半導体基板７０ａとその裏面に設けられた電極７０ｂを有する。半導体基板７０ａの主材料はＳｉＣ（炭化シリコン）であり、半導体装置７０は２５０℃程度の高温でも動作することが可能である。基板６０は、基板本体６０ｂとその表面に設けられたメッキ層６０ａ（金属層）を有する。接合材１０は、電極７０ｂとメッキ層６０ａとの接続に用いられる。 Next, a method of using the bonding material 10 will be described. The bonding material 10 is used for connecting the semiconductor device 70 and the substrate 60 shown in FIG. The semiconductor device 70 has a semiconductor substrate 70a and an electrode 70b provided on the back surface thereof. The main material of the semiconductor substrate 70a is SiC (silicon carbide), and the semiconductor device 70 can operate even at a high temperature of about 250 ° C. The substrate 60 has a substrate main body 60b and a plating layer 60a (metal layer) provided on the surface thereof. The bonding material 10 is used for connecting the electrode 70b and the plating layer 60a.

まず、図６に示すように、基板６０、接合材１０及び半導体装置７０を積層する。接合材１０を、電極７０ｂとメッキ層６０ａに接触させる。接合材１０の中央部１０ａが半導体装置７０の中央部に接触し、接合材１０の外周部１０ｂが半導体装置７０の外周部に接触する。次に、図６に示す積層体をリフロー炉に投入することで、積層体を加熱する。なお、基板６０、接合材１０及び半導体装置７０の酸化を防ぐために、水素などの還元雰囲気下で加熱することが好ましい。ここでは、ピーク温度が低融点金属層３０の融点よりも高い温度（例えば、低融点金属層３０がＳｎにより構成されている場合には、２３２℃以上の温度）となるように積層体を加熱する。すると、低融点金属層３０が溶融する。電極７０ｂ及びメッキ層６０ａは、低融点金属層３０に対して濡れ性が高い金属によって構成されている。したがって、溶融した低融点金属層３０は液相拡散反応によって電極７０ｂ及びメッキ層６０ａと反応し、金属間化合物が生成される。これによって、接合材１０が電極７０ｂ及びメッキ層６０ａに対して接合される。すなわち、電極７０ｂとメッキ層６０ａが、接合材１０を介して電気的に接続される。また、溶融した低融点金属層３０は、液相拡散反応によって多孔質部材２０と反応する。これによって、図７に示すように、金属間化合物３２が生成する。金属間化合物３２の融点は低融点金属層３０の融点よりも高いので、金属間化合物３２は生成される際に固化する。ここでは、図７に示すように、低融点金属層３０の略全体を金属間化合物３２に変化させる。多孔質部材２０は、大部分が元の純金属として残存する。その結果、図７に示すように、多孔質部材２０の空孔２２内が金属間化合物３２によって満たされている構造が得られる。 First, as shown in FIG. 6, the substrate 60, the bonding material 10, and the semiconductor device 70 are laminated. The bonding material 10 is brought into contact with the electrode 70b and the plating layer 60a. The central portion 10a of the bonding material 10 contacts the central portion of the semiconductor device 70, and the outer peripheral portion 10b of the bonding material 10 contacts the outer peripheral portion of the semiconductor device 70. Next, the laminate shown in FIG. 6 is put into the reflow furnace to heat the laminate. In order to prevent oxidation of the substrate 60, the bonding material 10, and the semiconductor device 70, it is preferable to heat the substrate 60 in a reducing atmosphere such as hydrogen. Here, the laminate is heated so that the peak temperature is higher than the melting point of the low melting point metal layer 30 (for example, when the low melting point metal layer 30 is composed of Sn, the temperature is 232 ° C. or higher). To do. Then, the low melting point metal layer 30 melts. The electrode 70b and the plating layer 60a are made of a metal having high wettability with respect to the low melting point metal layer 30. Therefore, the molten low melting point metal layer 30 reacts with the electrode 70b and the plating layer 60a by the liquid phase diffusion reaction, and an intermetallic compound is produced. As a result, the bonding material 10 is bonded to the electrode 70b and the plating layer 60a. That is, the electrode 70b and the plating layer 60a are electrically connected via the bonding material 10. Further, the molten low melting point metal layer 30 reacts with the porous member 20 by a liquid phase diffusion reaction. This produces the intermetallic compound 32, as shown in FIG. Since the melting point of the intermetallic compound 32 is higher than the melting point of the low melting point metal layer 30, the intermetallic compound 32 solidifies when it is produced. Here, as shown in FIG. 7, substantially the entire low melting point metal layer 30 is changed to the intermetallic compound 32. Most of the porous member 20 remains as the original pure metal. As a result, as shown in FIG. 7, a structure is obtained in which the pores 22 of the porous member 20 are filled with the intermetallic compound 32.

なお、金属間化合物３２の融点は低融点金属層３０の融点よりも高い。また、多孔質部材２０の融点は金属間化合物３２の融点よりもさらに高い。例えば、多孔質部材２０がＣｕによって構成されており、低融点金属層３０がＳｎによって構成されている場合には、金属間化合物３２としてＣｕ_６Ｓｎ_５が生成される。金属間化合物３２（Ｃｕ_６Ｓｎ_５）の融点（約４１５℃）は、低融点金属層３０（Ｓｎ）の融点（約２３２℃）よりも高い。また、多孔質部材２０（Ｃｕ）の融点（約１０８５℃）は、金属間化合物３２（Ｃｕ_６Ｓｎ_５）の融点（約４１５℃）よりも高い。加熱後の接合材１０は、融点が高い金属間化合物３２と多孔質部材２０により構成されている。このため、加熱後の接合材１０は、高い耐熱性を有する。例えば、ＳｉＣを主材料とする半導体装置７０が動作可能な定格温度（約２５０℃）において、接合材１０は十分な耐熱性を有している。接合材１０によれば、はんだ等に比べて、より高い耐熱性を確保することができる。すなわち、接合材１０は、低融点金属層３０の融点の温度において接合することが可能である一方で、接合後は低融点金属層３０の融点よりも高い耐熱温度を有する。 The melting point of the intermetallic compound 32 is higher than the melting point of the low melting point metal layer 30. Further, the melting point of the porous member 20 is even higher than the melting point of the intermetallic compound 32. For example, when the porous member 20 is made of Cu and the low melting point metal layer 30 is made of Sn, Cu ₆ Sn ₅ is produced as the intermetallic compound 32. The melting point (about 415 ° C.) of the intermetallic compound 32 (Cu ₆ Sn ₅ ) is higher than the melting point (about 232 ° C.) of the low melting point metal layer 30 (Sn). Further, the melting point (about 1085 ° C.) of the porous member 20 (Cu) is higher than the melting point (about 415 ° C.) of the intermetallic compound 32 (Cu ₆ Sn ₅ ). The bonded material 10 after heating is composed of an intermetallic compound 32 having a high melting point and a porous member 20. Therefore, the bonding material 10 after heating has high heat resistance. For example, the bonding material 10 has sufficient heat resistance at a rated temperature (about 250 ° C.) at which a semiconductor device 70 using SiC as a main material can operate. According to the bonding material 10, higher heat resistance can be ensured as compared with solder or the like. That is, while the bonding material 10 can be bonded at the temperature of the melting point of the low melting point metal layer 30, it has a heat resistant temperature higher than the melting point of the low melting point metal layer 30 after bonding.

上述したように、中央部１０ａでは、外周部１０ｂよりも、多孔質部材２０の空孔率が低い。上述したように空孔２２は金属間化合物３２で満たされているので、中央部１０ａでは、外周部１０ｂよりも、金属間化合物３２の体積比率が低い。すなわち、中央部１０ａでは、外周部１０ｂよりも、多孔質部材２０の体積比率が高い。多孔質部材２０のヤング率は、金属間化合物３２のヤング率よりも高い。また、多孔質部材２０の熱伝導率は、金属間化合物３２の熱伝導率よりも高い。中央部１０ａでは外周部１０ｂよりも多孔質部材２０の体積比率が高いので、中央部１０ａは外周部１０ｂよりも高いヤング率を有し、中央部１０ａは外周部１０ｂよりも高い熱伝導率を有する。 As described above, in the central portion 10a, the porosity ratio of the porous member 20 is lower than that in the outer peripheral portion 10b. Since the pores 22 are filled with the intermetallic compound 32 as described above, the volume ratio of the intermetallic compound 32 in the central portion 10a is lower than that in the outer peripheral portion 10b. That is, the volume ratio of the porous member 20 is higher in the central portion 10a than in the outer peripheral portion 10b. The Young's modulus of the porous member 20 is higher than the Young's modulus of the intermetallic compound 32. Further, the thermal conductivity of the porous member 20 is higher than the thermal conductivity of the intermetallic compound 32. Since the volume ratio of the porous member 20 is higher in the central portion 10a than in the outer peripheral portion 10b, the central portion 10a has a higher Young's modulus than the outer peripheral portion 10b, and the central portion 10a has a higher thermal conductivity than the outer peripheral portion 10b. Have.

半導体装置７０は、動作時に発熱する。半導体装置７０の中央部（中央部１０ａの上側の部分）は、その周囲を半導体装置７０の外周部（外周部１０ｂの上側の部分）に囲まれている。このため、半導体装置７０の中央部で生じた熱は横方向に放熱され難い。しかしながら、本実施形態では、半導体装置７０の中央部が接合材１０の中央部１０ａに接合されている。中央部１０ａは高い熱伝導率を有するので、半導体装置７０の中央部で生じた熱が中央部１０ａを介して効率的に放熱される。したがって、半導体装置７０の中央部の温度上昇を抑制することができる。また、半導体装置７０の外周部は接合材１０の外周部１０ｂに接合されている。外周部１０ｂの熱伝導率は中央部１０ａよりも低い。このため、半導体装置７０の外周部では、接合材１０を介した放熱効率がそれほど高くはない。しかしながら、半導体装置７０の外周部では、半導体基板７０ａの外周面からも放熱される。このため、半導体装置７０の外周部でも温度上昇を抑制することができる。このように、半導体装置７０の中央部と外周部の何れでも、適切に温度上昇が抑制される。 The semiconductor device 70 generates heat during operation. The central portion (the upper portion of the central portion 10a) of the semiconductor device 70 is surrounded by the outer peripheral portion (the upper portion of the outer peripheral portion 10b) of the semiconductor device 70. Therefore, the heat generated in the central portion of the semiconductor device 70 is difficult to be dissipated in the lateral direction. However, in the present embodiment, the central portion of the semiconductor device 70 is joined to the central portion 10a of the bonding material 10. Since the central portion 10a has a high thermal conductivity, the heat generated in the central portion of the semiconductor device 70 is efficiently dissipated through the central portion 10a. Therefore, it is possible to suppress the temperature rise in the central portion of the semiconductor device 70. Further, the outer peripheral portion of the semiconductor device 70 is joined to the outer peripheral portion 10b of the bonding material 10. The thermal conductivity of the outer peripheral portion 10b is lower than that of the central portion 10a. Therefore, in the outer peripheral portion of the semiconductor device 70, the heat dissipation efficiency via the bonding material 10 is not so high. However, in the outer peripheral portion of the semiconductor device 70, heat is also dissipated from the outer peripheral surface of the semiconductor substrate 70a. Therefore, the temperature rise can be suppressed even in the outer peripheral portion of the semiconductor device 70. In this way, the temperature rise is appropriately suppressed in both the central portion and the outer peripheral portion of the semiconductor device 70.

半導体装置７０が発熱すると、半導体装置７０と接合材１０が熱膨張する。半導体装置７０の線膨張係数は、接合材１０の線膨張係数よりも小さい。したがって、接合材１０は半導体装置７０よりも大きく膨張しようとする。しかしながら、半導体装置７０によって拘束されることで接合材１０の膨張が抑制される。その結果、接合材１０の内部に応力が生じる。接合材１０は中央部１０ａ（中央部）から外周部１０ｂ（外周部）に向かって膨張するので、接合材１０の中央部１０ａでは高い応力は生じないが、接合材１０の外周部１０ｂでは高い応力が生じやすい。しかしながら、外周部１０ｂはヤング率が低く、柔軟性を有する。したがって、外周部１０ｂの内部に応力が生じることが抑制される。また、中央部１０ａはヤング率が高いが、上述したように中央部１０ａでは高い応力が生じない。このように、接合材１０の中央部１０ａと外周部１０ｂのいずれでも、高い応力が生じることが抑制される。したがって、接合材１０は、繰り返しの温度変化に対して耐久性が高い。 When the semiconductor device 70 generates heat, the semiconductor device 70 and the bonding material 10 thermally expand. The coefficient of linear expansion of the semiconductor device 70 is smaller than the coefficient of linear expansion of the bonding material 10. Therefore, the bonding material 10 tends to expand more than the semiconductor device 70. However, the expansion of the bonding material 10 is suppressed by being restrained by the semiconductor device 70. As a result, stress is generated inside the bonding material 10. Since the joining material 10 expands from the central portion 10a (central portion) toward the outer peripheral portion 10b (outer peripheral portion), high stress does not occur in the central portion 10a of the joining material 10, but it is high in the outer peripheral portion 10b of the joining material 10. Stress is likely to occur. However, the outer peripheral portion 10b has a low Young's modulus and is flexible. Therefore, it is possible to prevent stress from being generated inside the outer peripheral portion 10b. Further, although the Young's modulus is high in the central portion 10a, high stress does not occur in the central portion 10a as described above. In this way, it is possible to prevent high stress from being generated in either the central portion 10a or the outer peripheral portion 10b of the bonding material 10. Therefore, the bonding material 10 has high durability against repeated temperature changes.

なお、上述した実施形態では、半導体基板７０ａがＳｉＣにより構成されていたが、Ｓｉ（シリコン）により構成されていてもよいし、他の化合物半導体により構成されていてもよい。また、上述した実施形態では、合金として金属間化合物が生成されたが、合金として金属の固溶体が生成されてもよい。 In the above-described embodiment, the semiconductor substrate 70a is made of SiC, but it may be made of Si (silicon) or another compound semiconductor. Further, in the above-described embodiment, the intermetallic compound is produced as the alloy, but a solid solution of the metal may be produced as the alloy.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above. The technical elements described herein or in the drawings exhibit their technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques illustrated in the present specification or drawings achieve a plurality of objectives at the same time, and achieving one of the objectives itself has technical usefulness.

１０：接合材
１０ａ：中央部
１０ｂ：外周部
２０：多孔質部材
２２：空孔
３０：低融点金属層
３２：金属間化合物
６０：基板
６０ａ：メッキ層
６０ｂ：基板本体
７０：半導体装置
７０ａ：半導体基板
７０ｂ：電極 10: Bonding material 10a: Central portion 10b: Outer peripheral portion 20: Porous member 22: Pore 30: Low melting point metal layer 32: Intermetallic compound 60: Substrate 60a: Plating layer 60b: Substrate body 70: Semiconductor device 70a: Semiconductor Substrate 70b: Electrode

Claims

A bonding material used for bonding to an electrode of a semiconductor device before being bonded to the electrode .
Porous member composed of first metal and
A low melting point metal layer composed of a second metal having a melting point lower than that of the first metal and arranged in the pores of the porous member.
Is equipped with
The first metal and the second metal have the property of alloying when heated.
The Young's modulus of the first metal is higher than the Young's modulus of the alloy.
The thermal conductivity of the first metal is higher than the thermal conductivity of the alloy.
A joining material having a lower porosity of the porous member in the central portion of the joining material than in the outer peripheral portion of the joining material.

The bonding material according to claim 1, wherein the pores of the porous member are filled with the low melting point metal layer.

It is a method of joining a bonding material to the electrodes of a semiconductor device.
The bonding material before joining to the electrode
Porous member composed of first metal and
A low melting point metal layer composed of a second metal having a melting point lower than that of the first metal and arranged in the pores of the porous member.
Is equipped with
In the joining material before joining to the semiconductor device, the porosity ratio of the porous member is lower in the central portion of the joining material than in the outer peripheral portion of the joining material.
In the method, the bonding material is brought into contact with the electrode so that the central portion of the bonding material contacts the central portion of the semiconductor device and the outer peripheral portion of the bonding material contacts the outer peripheral portion of the semiconductor device. It has a step of joining the bonding material to the electrode by heating the semiconductor device and the bonding material in this state.
In the step, the first metal and the second metal are alloyed so that the porous member composed of the first metal remains.
The Young's modulus of the first metal is higher than the Young's modulus of the alloy.
The thermal conductivity of the first metal is higher than the thermal conductivity of the alloy.
Method.

The method according to claim 3, wherein in the bonding material after bonding to the electrode, the inside of the pores of the porous member is filled with the alloy.

The method according to claim 3 or 4, wherein in the bonding material before bonding to the electrode, the inside of the pores of the porous member is filled with the low melting point metal layer.