TWI736017B

TWI736017B - 接合構造部

Info

Publication number: TWI736017B
Application number: TW108141319A
Authority: TW
Inventors: 關根重信
Original assignee: 日商納普拉有限公司
Priority date: 2019-10-04
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2021-08-11
Also published as: JP2021058900A; JP6744972B1; US10906136B1; CN112605553B; CN112605553A; TW202115905A

Abstract

本發明課題是提供一種接合構造部，其具有高於習知技術之耐熱性、接合強度及機械強度，能夠一邊抑制將熱膨脹率不同的元件及零件彼此接合時的氧化，一邊可靠性佳地接合。解決手段是藉由一種接合構造部而解決上述課題，該接合構造部特徵在於：在包含Sn及Sn-Cu合金的母相中，具有由Sn、Cu及Ni構成的金屬間化合物，且前述Sn-Cu合金及前述金屬間化合物的至少1部分是內晶接合(endotaxial junction)而成。

Description

接合構造部

本發明關於接合構造部。

IoT(Internet of Things；物聯網)的進展或在要求更進一步的節能當中，擔負其技術核心之功率半導體的重要性日益高漲。惟，在其之實際應用來說，有許多課題。功率半導體因為是處理高電壓、大電流的較大電力，而散發許多熱，呈高溫。對於現行之Si功率半導體所要求的耐熱性是應對於約175℃左右，而可耐受約200℃之溫度之Si功率半導體的開發正在進行，此外，如SiC及GaN般之次世代的功率半導體是被要求可耐受250～500℃。為了提高耐熱性，最好的手法是將元件及零件接合至散熱優良的Cu基板，但有下述問題點：元件及零件因熱膨脹率的不同而破壞，或是在接合部的接合材發生破損。於是，在現在來說，是使用配合元件及零件之熱膨脹率的高價陶瓷基板，正在尋求改善。

另一方面，說到接合材的話，具有如上述般之如SiC及GaN般之次世代的功率半導體所要求之高耐熱性的接合材是不存在的。例如，於專利文獻1所揭示之SnAgCu系接合材(粉末焊料材料)來說，不過是能夠應用於應對於約125℃左右之功率半導體，無法應用於次世代的功率半導體。

功率半導體要充分地發揮性能，需要使熱膨脹率不同的物質彼此接合，並且防止如上述般之元件及零件的破壞及接合部之接合材的破損。若可投入具有這般高耐熱性及高可靠性，且不使用如鉛般的環境污染物質的接合材的話，則可預見使用功率半導體的功率電子產業會大幅度成長。

另一方面，本申請人在專利文獻2中提案了一種金屬粒子：其係由外殻、與芯部構成，前述芯部包含金屬或者合金，而前述外殻是由金屬間化合物的網眼狀構成，並覆蓋前述芯部，前述芯部包含Sn或者Sn合金，前述外殻包含Sn與Cu的金屬間化合物。藉由此金屬粒子所形成之接合部，即便是被使用在歷經長時間持續著高溫運作狀態的情況，又或是在伴隨從高溫運作狀態往低溫停止狀態之大的溫度變動等苛刻環境下的情況，亦能夠歷經長期而維持較高的耐熱性、接合強度及機械強度。不過，於專利文獻2所示之金屬粒子是具有外殻與芯部的2層構造，外殻的金屬間化合物是藉著介隔存在於與接合對象物之間，而控制與Cu等其他接合對象物的擴散，並抑制柯肯德爾空隙(Kirkendall void)的產生者，但還不到可靠性佳地將熱膨脹率不同的元件及零件彼此接合。 [先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特開2007-268569號公報專利文獻2：日本特許第6029222號公報

[發明欲解決之課題]

因此，本發明的目的是在於提供一種接合構造部，其具有高於習知技術之耐熱性、接合強度及機械強度，且能夠可靠性佳地將熱膨脹率不同的元件及零件彼此接合。 [用以解決課題之手段]

本發明人進行了反覆深入探討，結果發現：藉由一種接合構造部能夠解決前述課題，而至完成本發明；該接合構造部於特定的母相中具有特定的金屬化合物，且前述母相與前述金屬間化合物的至少1部分是內晶接合(endotaxial junction)著的。即本發明是如以下。

1.一種接合構造部，其特徵在於：其係在包含Sn及Sn-Cu合金的母相中，具有由Sn、Cu及Ni構成的金屬間化合物，為接合金屬體或合金體的接合構造部；且前述Sn-Cu合金及前述金屬間化合物的至少1部分是內晶接合而成。 2.如前述1記載之接合構造部，其特徵在於前述母相進一步包含Au。 3.如前述1記載之接合構造部，其特徵在於包含0.7～40質量%之Cu及0.1～5質量%之Ni。 4.如前述2記載之接合構造部，其特徵在於包含0.7～40質量%之Cu、0.1～5質量%之Ni及0.01～20質量%之Au。 [用以解決課題之手段]

本發明之接合構造部，是在包含Sn及Sn-Cu合金的母相中，具有由Sn、Cu及Ni構成的金屬間化合物，且前述Sn-Cu合金及前述金屬間化合物的至少1部分是內晶接合，且較佳的是因為有維持著內晶接合自我相似性(fractality；碎形性)結晶構造，因此能夠提供次世代功率半導體所要求的高耐熱性。

另一方面，Sn的結晶構造在約13℃～約160℃的溫度區域來說，是正方晶(此外，將具有正方晶之結晶構造之Sn稱為β-Sn。)，若成為低於此之溫度區域，則結晶構造變化為立方晶(此外，將具有立方晶之結晶構造之Sn稱為α-Sn。)。又，β-Sn的結晶構造是在超過約160℃的溫度區域下變化為高溫相結晶。然後，特別是在正方晶之β-Sn與立方晶之α-Sn之間的相轉移時來說，一般已知會產生大的體積變化。在本發明之接合構造部來說，有特徵是即便在約160℃以下(例如，即便在常溫下)亦含有高溫相結晶。例如，在把包含下述說明之金屬粒子的接合材在接合步驟中進行加熱之際，將該接合材作成不使完全地熔融的半熔融狀態，並作成包含金屬間化合物與母相之內晶接合的狀態的話，即便在冷卻後之160℃以下的溫度區域亦會維持含有高溫相結晶的狀態。然後，這樣的高溫相結晶，即便將溫度降低至某一程度，亦不容易引起往正方晶之低溫相結晶β-Sn的相轉移，且針對未相轉移至正方晶之β-Sn之狀態的Sn而言，不發生往α-Sn的相轉移，而不發生伴隨因溫度降低所致之往α-Sn的相轉移的大的體積變化。因此，即便是160℃以下的溫度區域(例如，即便是常溫)亦包含具有高溫相結晶之Sn的接合材，相較於組成包含Sn之其它接合材(即，即便在160℃以下之溫度區域亦不會故意使包含有高溫結晶相者)，因溫度變化所致之體積變化減少。再者，在電子零件來說，在Cu、Ag、Au、Ni外還可使用有各種各樣的金屬，但Sn是與該等各種各樣的金屬良好地接合。因此，本發明之接合構造部在寬廣的溫度區域(例如，即便是常溫亦)含有高溫相結晶相，藉由儘可能回避產生正方晶之低溫相β-Sn，而具有不容易引起因溫度變化所致之從正方晶之β-Sn相轉移至立方晶之α-Sn伴隨的體積變化這樣的性質，並且，與可使用於電子零件之各種各樣的金屬亦會良好地接合。因此，在接合細微的接合處尤其有用。如此這般，依據本發明的話，能夠提供一種接合構造部，其會在相較於習知技術更寬廣的溫度區域中形成體積變化受到抑制的接合，且具有高於習知技術之耐熱性、接合強度及機械強度，能夠可靠性佳地將熱膨脹率不同的元件及零件彼此接合。再者，確認了在高溫時之金屬間化合物的氧化抑制是藉由添加微量的Au而受到抑制。

[用以實施發明的形態]

下面進一步詳細地說明本發明。首先，在本說明書中的術語規則即便沒有特別說明的情況，亦是根據以下內容。 (1)說到金屬的時候，不僅是金屬元素單體，有時會包含含有多個金屬元素的合金、金屬間化合物。 (2)當提及某一單體的金屬元素的情況，並非意指僅完全單純地只由該金屬元素構成的物質，亦一併意指包含些微的其它物質的情況。即，自不待言的是，並非意指把含有幾乎不對該金屬元素的性質造成影響的微量不純物者予以除外，例如：說到母相的情況，並非是意指把Sn之結晶中的原子已有一部分取代為其它元素(例如，Cu)者予以除外。例如，有前述其它物質或者其它元素於金屬粒子中含有0～0.1質量%的情況。 (3)所謂內晶接合是意指：金屬間化合物析出於成為金屬・合金之物質中(在本發明而言是包含Sn及Sn-Cu合金的母相)，而在此析出的正當中Sn-Cu合金與金屬間化合物是以晶格層級接合，並構成結晶粒。所謂內晶這個用語是公知的，例如有記載於自然化學(Nature Chemisry )3(2): 160-6，2011年第160頁左欄最後的段落。

本發明之接合構造部是能夠使用下述之金屬粒子(以下有時稱為本發明之金屬粒子)而形成。

本發明之金屬粒子特徵是在於：在包含Sn及Sn-Cu合金的母相中，具有由Sn、Cu及Ni構成的金屬間化合物，且前述Sn-Cu合金及前述金屬間化合物的至少1部分是內晶接合而成。

圖1是利用FIB(聚焦離子束)將本發明之金屬粒子薄切而得之剖面的STEM圖像。圖1所示之金屬粒子的粒徑大約是5μm，而本發明之金屬粒子的粒徑，例如宜為1μm～50μm的範圍。若參照圖1之金屬粒子，則該金屬粒子是於包含Sn及Sn-Cu合金的母相140中，具有著由Sn、Cu及Ni構成的金屬間化合物120。此外，可確認到金屬間化合物120是自我相似性(碎形性)的結晶構造。

本發明之金屬粒子，例如是Cu為0.7～40質量%、Ni為0.1～5質量%、剩餘部分為Sn，較佳是Cu為1～15質量%、Ni為0.5～3質量%、剩餘部分為Sn。

本發明之金屬粒子，例如能夠自由8質量%Cu、1質量%Ni及91質量%Sn構成之組成的原材料(以下稱為8Cu‧91Sn‧1Ni)來製造。例如，可藉由下述而獲得：在約650℃將8Cu‧91Sn‧1Ni予以熔融，並在氮氣氣體環境中將其供給至高速旋轉的碟形盤上，並透過離心力使該熔融金屬以小滴的形式飛散，並在減壓下使冷卻固化。

對於製造本發明之金屬粒子合適的製造裝置之一例，參照圖2進行說明。粒狀化室1的上部呈圓筒狀，下部呈錐狀，且於上部具有蓋2。在蓋2的中心部，噴嘴3被垂直插入，在噴嘴3的正下方，設有碟形旋轉盤4。符號5是支持碟形旋轉盤4能夠上下移動的機構。又，粒狀化室1的錐部分的下端，是連接有生成之粒子的排出管6。噴嘴3的上部是被連接到把進行粒狀化之金屬予以熔融的電爐(高頻電爐)7。利用混合氣體槽8調整為規定之成分的氣體環境氣體是透過配管9及配管10而分別被供給至粒狀化室1內部及電爐7上部。粒狀化室1內的壓力是透過閥11及排氣裝置12，而電爐7內的壓力是透過閥13及排氣裝置14來分別控制。從噴嘴3被供給至碟形旋轉盤4上的熔融金屬是利用碟形旋轉盤4所致之離心力呈細微的液滴狀而飛散，並在減壓下被冷卻而成為固體粒子。生成出之固體粒子是從排出管6被供給至自動過濾器15而被區分。符號16是微粒子回收裝置。

使熔融金屬從高溫溶解到冷卻固化的過程，對用以形成本發明之金屬粒子是重要的。

例如可舉如以下般的條件。

將電爐7中之金屬的熔融溫度設定於600℃~800℃，並在保持該溫度的狀態下，將熔融金屬從噴嘴3供給至碟形旋轉盤4上。使用內徑60mm、深度3mm的碟形盤，作為碟形旋轉盤4，並設為每分8萬～10萬旋轉。使用具有進行減壓至9×10^-2 Pa左右之性能的真空槽作為粒狀化室1，在進行了減壓之後，一邊供給15～50℃的氮氣一邊同時地進行排氣，而使粒狀化室1內的氣壓成為1×10^-1 Pa以下。藉由該等條件所製造出之金屬粒子的粒徑，如前述般適宜地來說是1μm～50μm的範圍，進一步較佳為5μm～40μm。

又，在本發明之金屬粒子中之金屬間化合物的組成，以Sn、Cu、Ni之原子數的比而言，例如是Sn40～60、Cu30～50、Ni4～9。此外，在本發明之金屬粒子中金屬間化合物的比例，相對於金屬粒子整體，例如是20～60質量%，較佳為30～40質量%。前述金屬間化合物的組成及比例是能夠藉由按照前述金屬粒子的製造條件而滿足。

此外，在本發明之金屬粒子中，當把母相與金屬間化合物之接合面的整體令為100%時，內晶接合是較佳為30%以上，進一步較佳為60%以上。前述內晶接合的比例，例如是能夠如以下般進行而算出。把如下述圖1所示般之金屬粒子的剖面進行電子顯微鏡照片拍攝，並將金屬間化合物與Sn-Cu合金的接合面任意地取樣50處。接著，將該接合面進行圖像解析，調查：相對於已取樣之接合面，如下述圖5所示般之內晶接合是存在到哪種程度。

本發明之接合構造部是能夠藉由下述而形成：將前述金屬粒子加工為片狀或者糊狀，並在將其接至接合對象物的狀態下於160℃～180℃保持3分鐘以上，並在235℃～265℃下使熔融之後，使之固化。於材料包含本發明之金屬粒子的片是可藉由將該金屬粒子，例如，如以下般利用輥進行壓接而獲得。即，可藉由將本發明之金屬粒子供給至互相面對的旋轉中之一對壓接輥之間，從壓接輥對金屬粒子施加約100℃至150℃左右的熱，將金屬粒子予以壓接而獲得片。

再者，本發明之金屬粒子亦可為經施行過Au鍍敷者。該Au鍍敷是按照公知的方法進行即可。若使用這般之施行過Au鍍敷的金屬粒子，則當進行了糊化的情況，能夠抑制熔融時的金屬間化合物的氧化，可進行無助焊劑的接合。

此外，亦可使本發明之金屬粒子混雜於有機載劑中而獲得導電性糊。

再者，前述片或者前述導電性糊亦可添加SnAgCu系合金粒子、Cu、Cu合金粒子、Ni、Ni合金粒子、Au、Au合金粒子、該等的混合物、或者將Au鍍敷於該等的金屬或者合金粒子而成之粒子般的其它粒子，作成為與金屬粒子的混合物。該等其它粒子因應需要亦能夠以如Si般的金屬所塗布。例如，若組合導電性高於Sn的Cu、Ni合金粒子、Au及/或者Au合金粒子與金屬粒子，則可獲得導電性佳，且在相對寬廣的溫度區域下體積變化受到抑制的金屬接合層。

尤其是將前述Au、前述Au合金粒子、前述鍍敷有Au之粒子導入於前述片或者前述導電性糊，藉此能夠抑制在高溫時之金屬間化合物的氧化，能夠改善接合狀態而為較佳。此外，藉由抑制金屬間化合物的氧化，會有不需要助焊劑的優點。前述Au、前述Au合金粒子、前述鍍敷有Au之粒子的導入比例，相對於前述片或者前述導電性糊整體，例如是0.01～20質量%，較佳為15～20質量%。如此若導入前述Au、前述Au合金粒子、前述鍍敷有Au之粒子並形成接合構造部，則會變成前述Au、前述Au合金粒子、前述鍍敷有Au之粒子會形成該接合構造部之母相的一部分。

此外，在前述片或者前述導電性糊來說，亦能夠摻合已在前述本發明之金屬粒子施行過Au鍍敷而成的金屬粒子。若使用這般之施行過Au鍍敷而成的金屬粒子，則在進行了糊化的情況，能夠抑制熔融時金屬間化合物的氧化，且無助焊劑的接合成為可能。

在前述片或者前述導電性糊中，本發明之金屬粒子的比例，例如是50質量%以上，較佳為70～80質量%。

圖9是用以說明在本發明之接合構造部之構造的示意剖面圖。在圖9中，接合構造部300是接合被形成在被相對向配置之基板100、500的金屬/合金體101、501(在圖9來說是Cu電極)。接合構造部300特徵是：在包含Sn及Sn-Cu合金的母相中，具有由Sn、Cu及Ni構成的金屬間化合物，且前述母相及前述金屬間化合物的至少1部分是內晶接合而成，並且前述母相是與前述金屬體或者合金體101、501接合著。

基板100、500具備半導體元件，例如是構成功率裝置等電子/電氣機器的基板，金屬/合金體101、501是作為電極、凸塊、端子或者引線導體等，被一體地設於基板100、500的連接構件。在功率裝置等電子/電氣機器來說，金屬/合金體101、501，一般來說是以Cu或者其合金所構成。話雖如此，相當於基板100、500的部分，並非排除以金屬/合金體所構成者。

如上述般，本發明之接合構造部能夠使用本發明之金屬粒子而形成。本發明人等可確認到：使用該金屬粒子在加熱後可獲得的本發明之接合構造部，是具有與該金屬粒子之結晶構造同樣的結晶構造。

即，本發明之接合構造部的組成，例如是包含0.7～40質量%之Cu及0.1～5質量%之Ni，較佳是包含1～15質量%之Cu及0.5～3質量%之Ni。又，由Sn、Cu及Ni構成的金屬間化合物較佳具有自我相似性(碎形性)結晶構造。又，前述金屬間化合物的組成以Sn、Cu、Ni的原子數之比計，例如是Sn40～60、Cu30～50、Ni4～9。又，相對於接合構造部，在本發明之接合構造部中金屬間化合物的比例，例如是50～90質量%，較佳為60～80質量%。

本發明之接合構造部是前述Sn-Cu合金及前述金屬間化合物的至少1部分是內晶接合而成。當把母相與金屬間化合物的接合面整體設為100%時，內晶接合較佳為30%以上，進一步較佳為60%以上。

此外，本發明之接合構造部之前述母相及/或者前述金屬間化合物具有與金屬/合金體101、501磊晶(epitaxial)接合著的構造。

[實施例]

以下藉由實施例及比較例進一步說明本發明，但本發明未被限制於下述例。

實施例1

使用8Cu‧91Sn‧1Ni作為原材料，藉由圖2所示之製造裝置，製造了直徑約3~40μm的金屬粒子1。

此時採用以下條件。

於電爐7設置熔融坩堝，於其中置入8Cu‧91Sn‧1Ni，以650℃進行熔融，在保持著該溫度的狀態下，將熔融金屬從噴嘴3供給至碟形旋轉盤4上。

使用內徑60mm、深度3mm之碟形盤作為碟形旋轉盤4，並設為每分8萬~10萬旋轉。

使用具有減壓至9×10^-2Pa左右之性能的真空槽作為粒狀化室1，並在進行了減壓之後，一面供給15~50℃的氮氣一面同時地進行排氣，使粒狀化室1內的氣壓成為1×10^-1Pa以下。

所獲得之金屬粒子1是具有如前述圖1所示般之剖面。

圖3是圖1所示之金屬粒子剖面透過EDS進行之元素分布分析的分析結果。由該分析結果來看，弄清楚了Cu是10.24質量%，Ni是0.99質量%，剩餘部分Sn是88.76質量%。

又，在金屬粒子1中之金屬間化合物，是佔金屬粒子中30~35質量%。

圖4是顯示在圖1所示之金屬粒子1之剖面的各種部位中Cu、Ni及Sn的定量值的圖。如圖4所示般，在金屬粒子剖面的pt1～pt7的各部位中，Cu、Ni及Sn的定量值是不同的。此事表示金屬間化合物在母相金屬中構築了碎形結晶構造。

圖5是金屬粒子1之剖面的TEM圖像(a)、(b)及透射型電子繞射圖案(c)。若參照圖5(a)，則了解到在包含Sn及Sn-Cu合金的母相140中，存在有由Sn、Cu及Ni構成的金屬間化合物120。圖5(b)是圖5(a)之被圍成矩形之部分的放大圖。若參照圖5(b)，則確認到：在母相140與金屬間化合物120之間，晶格常數(及結晶方位)一致(在圖5(b)來說是0.30nm)，且各個結晶連續地以晶格層級接合著。即，依據上述圖5(b)的話，因為實現晶格接合而確認了是內晶接合，並且，若依據圖5(c)之母相140與金屬間化合物120的界面之透射型電子繞射圖案的話，也可確認到：在該結晶之間沒有緩衝層。再者，該內晶接合是被形成在Sn-Cu合金與金屬間化合物之間。

又，從圖5來看，了解到：在本實施例之金屬粒子中Sn的至少一部分，即便在常溫下亦是含有高溫相結晶。進一步從圖5來看，確認到該內晶接合的界面具有碎形結晶構造。因具有碎形結晶構造，而金屬間化合物的脆性被克服，此外Sn的高溫相結晶變得更易被維持，能夠進一步可靠性佳地接合熱膨脹率不同的元件及零件彼此，且即便接合構造部被施加高溫・極冷循環，亦能夠維持充分的接合。

其次，將金屬粒子1進行乾粉壓接而作成片，並將該片使用於銅基板與矽元件的接合，進行了260℃的高溫保持試驗(HTS)時，獲得了下面這樣的試驗結果：從試驗起始時至約100小時為止，抗剪強度從約50MPa上升至約60MPa，而超過在100小時的時間區域來說，大致穩定在60MPa。此外，在(-40～175℃)的冷熱循環試驗(TCT)來說，歷經全部循環(1000循環)獲得了抗剪強度穩定在約50MPa這樣的試驗結果。

圖6是利用包含金屬粒子1的接合材接合銅基板與矽元件，並供至冷熱衝擊試驗後之接合部剖面的光學顯微鏡圖像。冷熱衝擊試驗是以低溫曝露溫度為-40℃，高溫曝露溫度為175℃進行了1000循環。從圖6來看，可確認：銅基板與矽元件之間的接合部未崩解，且矽元件亦未被破壞，維持著良好的接合狀態。

圖10是顯示在實施例1所獲得之接合構造部的剖面中金屬間化合物結晶與母相之Sn-Cu合金的界面之TEM圖像。此外右下部分是Sn-Cu合金-金屬間化合物結晶界面的透射型電子繞射圖案。由此TEM圖像及繞射圖案來看，金屬間化合物是具有與Sn-Cu合金內晶接合而成的結晶構造一事變得明確。

實施例2 使用由8質量%Cu、3質量%Ni及89質量%Sn構成的組成的原材料，與實施例1同樣地製造了金屬粒子2。其次，均勻地混合70質量份金屬粒子2、30質量份之90質量%Cu・10質量%Ni合金粉末，進行乾粉壓接而作成了片(50μm厚)。將該片使用於銅基板與矽元件的接合，進行了260℃的高溫保持試驗(HTS)時，獲得了下述這樣的試驗結果：從試驗起始時至約100小時為止來說，抗剪強度是從約60MPa上升至約70MPa，在超過100小時的時間區域來說，大致穩定在60MPa。此外，在(-40～175℃)的冷熱循環試驗(TCT)來說，獲得了在歷經全部循環(1000循環)，抗剪強度穩定在約50MPa這樣的試驗結果。

比較例1 再者，作為比較例，把習知之SnAgCu系接合材(粒徑5μm之粉末焊料材料)的STEM圖像，與透過EDS進行之元素分布分析的分析結果顯示於圖7。依據圖7(a)～(d)的話，確認到：習知之SnAgCu系接合材是不存在金屬間化合物，且單一金屬的元素是分散的。又，亦確認到：金屬母相的Sn-Cu合金不具有高溫相的結晶構造。在這般的習知之SnAgCu系接合材來說，在(-40～175℃)的冷熱循環試驗(TCT)來說，不堪100循環接合部就會崩解，無論如何也無法獲得如本發明之金屬粒子般的耐熱性及強度。圖8是利用比較例1所獲得之接合材接合銅基板與矽元件，並供至冷熱衝擊試驗後之接合部剖面的光學顯微鏡圖像。冷熱衝擊試驗是以低溫曝露溫度為-40℃，高溫曝露溫度為175℃進行了50循環。從圖8來看，可確認：即便在冷熱衝擊試驗50循環後，銅基板及矽元件間的接合部亦是會崩解的。

以上，參照附加圖式詳細地說明了本發明，但本發明並非被限定於該等者，是本領域技術人員的話，基於其基本的技術思想及教示，當然能夠想到各種變形例。

1:粒狀化室 2:蓋 3:噴嘴 4:碟形旋轉盤 5:旋轉盤支持機構 6:粒子排出管 7:電爐 8:混合氣體槽 9:配管 10:配管 11:閥 12:排氣裝置 13:閥 14:排氣裝置 15:自動過濾器 16:微粒子回收裝置 120:金屬間化合物 140:母相

圖1是利用FIB(聚焦離子束)將本發明之金屬粒子薄切後之剖面的STEM圖像。圖2是用以說明合適於製造本發明之金屬粒子之製造裝置之一例的圖。圖3是圖1所示之金屬粒子剖面透過EDS進行的元素分布分析(Element Mapping)的分析結果。圖4是顯示在圖1所示之金屬粒子剖面的各種部位中之Cu、Ni及Sn的定量值。圖5是在實施例1所獲得之金屬粒子剖面之TEM圖像及透射型電子繞射圖案。圖6是利用包含在實施例1所獲得之金屬粒子之接合材將銅基板與矽元件予以接合，並供至冷熱衝擊試驗後之接合部剖面的光學顯微鏡圖像。圖7是習知之SnAgCu系接合材剖面的STEM圖像，與透過EDS進行的元素分布分析的分析結果。圖8是利用在比較例1所獲得之接合材將銅基板與矽元件予以接合，並供至冷熱衝擊試驗之後之接合部剖面的光學顯微鏡圖像。圖9是用以說明本發明接合構造部之構造的示意剖面圖。圖10是顯示在實施例1所獲得之接合構造部的剖面中之金屬間化合物結晶與母相之界面的TEM圖像，及母相-金屬間化合物結晶界面的透射型電子繞射圖案。

Claims

一種接合構造部，其特徵在於其係在包含Sn及Sn-Cu合金的母相中，具有由Sn、Cu及Ni構成的金屬間化合物，為接合金屬體或合金體的接合構造部，前述Sn-Cu合金及前述金屬間化合物是內晶接合(endotaxial junction)而成，當把前述Sn-Cu合金與前述金屬間化合物之接合面的整體設為100%時，前述內晶接合的比例為30%以上，前述接合構造部係包含0.7~40質量%的Cu、0.1~5質量%的Ni，剩餘部分為Sn。
一種接合構造部，其特徵在於其係在包含Sn及Sn-Cu合金的母相中，具有由Sn、Cu及Ni構成的金屬間化合物，為接合金屬體或合金體的接合構造部，前述母相進一步包含Au，前述Sn-Cu合金及前述金屬間化合物是內晶接合而成，當把前述Sn-Cu合金與前述金屬間化合物之接合面的整體設為100%時，前述內晶接合的比例為30%以上，前述接合構造部係包含0.7~40質量%的Cu、0.1~5質量%的Ni、0.01~20質量%的Au，剩餘部分為Sn。