(57)【要約】  まず、第１金属板（１０１）における接合部形成領域の上に、酸化膜除去剤を含む水溶液（１０３）を配する。続いて、水溶液（１０３）が配置された状態で、第１金属板（１０１）の上に、第２金属板（１０２）を載置する。その後、第１金属板（１０１）と第２金属板（１０２）との互いの接合部形成領域に、上下方向から荷重を印加することにより、第１金属板（１０１）と第２金属板（１０２）とを互いに接合して接合部（１１０）を形成して、接合体を製造する。
2013027354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属からなる第１被接合部材の接合部形成領域の上に、酸化膜除去剤を含む溶液を配置した後、前記第１被接合部材の上に金属からなる第２被接合部材を載置し、
前記第１被接合部材の接合部形成領域に、荷重を印加することにより、前記第１被接合部材と前記第２被接合部材とを互いに接合して接合体を製造する、接合体の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記酸化膜除去剤は、水酸化カリウムであり、前記溶液における該水酸化カリウムの濃度は２％以下である、接合体の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記溶液は、酸化防止剤を含む、接合体の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記酸化防止剤は、ジエチルエタノールアミンであり、前記溶液における該ジエチルエタノールアミンの濃度は２％以下である、接合体の製造方法。
【請求項５】
請求項３又は４において、
前記溶液は、レオロジーコントロール剤を含む、接合体の製造方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記レオロジーコントロール剤は、ポリプロピレングリコール又はポリエチレングリコールであり、前記溶液における該ポリプロピレングリコール又はポリエチレングリコールの濃度は２％以下である、接合体の製造方法。
【請求項７】
請求項１又は２において、
前記第１被接合部材と前記第２被接合部材とを接合した後に、
接合した前記第１被接合部材と前記第２被接合部材との接合部を酸化性雰囲気にさらすことにより、前記接合部の周囲に酸化膜が形成された接合体を製造する、接合体の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項において、
少なくとも前記第１被接合部材に、前記接合部形成領域の周囲を囲む凹部又は凸部が形成されている、接合体の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項において、
前記第１被接合部材の前記接合部形成領域に荷重を印加する際に、前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材の少なくとも一方を加熱する、接合体の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項において、
前記第１被接合部材の前記接合部形成領域に荷重を印加する際に、前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材の少なくとも一方に超音波振動を印加する、接合体の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項において、
前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材は、銅、アルミニウム、ニッケル若しくは鉄からなる金属、又はこれらのうちの１つを主成分とする合金である、接合体の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の接合体の製造方法を用いて接合体を製造した後、前記接合体を封止してパワー半導体装置を製造する、パワー半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
それぞれ金属からなる第１被接合部材及び第２被接合部材の接合部の周囲に腐食防止膜が形成された、接合体。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記腐食防止膜は、前記第１被接合部材又は前記第２被接合部材における前記接合部の周囲の新生面上に直接形成された、接合体。
【請求項１５】
請求項１３又は１４において、
前記接合部の周囲において、前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材のそれぞれにフィレット形状が形成され、前記フィレット形状の前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材の表面に前記腐食防止膜が形成された、接合体。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記腐食防止膜は、ジエチルエタノールアミンにより構成された、接合体。
【請求項１７】
請求項１３〜１６のいずれか１項において、
前記接合部の周囲における前記第１被接合部材と前記第２被接合部材との間隔は、０．５μｍ以上且つ１００μｍ以下である、接合体。
【請求項１８】
請求項１３〜１７のいずれか１項において、
前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材は、リードフレーム又はバスバーであり、
前記リードフレーム又はバスバーは、銅若しくは銅を主成分とする合金、又は鉄若しくは鉄を主成分とする合金である、接合体。
【請求項１９】
請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の接合体を有する、パワー半導体装置。
【請求項２０】
請求項１９において、
少なくとも前記第１被接合部材に、前記接合部の周囲を囲む凹部又は凸部が形成されている、パワー半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被接合部材同士を接合する技術に関する。本発明は、特に、接合体、パワー半導体装置及びそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、異種又は同種の金属同士を接合する接合方法の１つとして、被接合部材同士に荷重を印加して接合する冷間圧接方法がある（例えば、特許文献１を参照。）。【０００３】
以下、従来の冷間圧接方法について、図８（ａ）〜図８（ｃ）を参照しながら説明する。【０００４】
まず、図８（ａ）に示すように、めっき層８ａが表面及び裏面に形成された板体２ａと、めっき層８ｂが表面及び裏面に形成された板体２ｂとを、重ねる。ここで、めっき層８ａ、８ｂは、ニッケル（Ｎｉ）で構成され、板体２ａ、２ｂは、銅（Ｃｕ）で構成されている。【０００５】
次に、図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示すように、ダイス６ａの各当接面を、めっき層８ａを介して板体２ａに当接させ、矢印Ａの方向に加圧する。同様に、図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示すように、ダイス６ｂの各当接面を、めっき層８ｂを介して板体２ｂに当接させ、矢印Ｂの方向に加圧する。このとき、ニッケルよりも銅の延性が大きいため、互いに圧接されためっき層８ａ、８ｂは、板体２ａ、２ｂの塑性流動に追従できずに、破断点に達して分断される。その結果、めっき層８ａ、８ｂが分断した板体２ａ、２ｂの領域に、新生面で構成された圧接部分５が形成される。ここで、めっき層８ａ、８ｂと板体２ａ、２ｂとの間に酸化膜が介在していても、該酸化膜は、めっき層８ａ、８ｂの分断に追従して移動し、各板体２ａ、２ｂには新生面が露出する。【０００６】
従って、被圧接物である板体２ａ、２ｂに形成される酸化膜を除去することなく、板体２ａ、２ｂよりも延性が小さいめっき層８ａ、８ｂを該板体２ａ、２ｂに設けておくことにより、板体２ａ、２ｂ同士を接合することができる。【０００７】
また、酸化膜除去液を酸化抑制剤に置換して接合する技術がある（例えば、特許文献２を参照。）。特許文献２では、少なくとも一方が銅からなる金属同士を接合するに際し、銅の接合面を酸化膜除去液に接触させて該接合面の酸化膜を除去し、銅の接合面に酸化膜除去液を付着させたまま、接合する金属の接合面を互いに接触させ、加熱・加圧して酸化膜除去液を酸化抑制剤に置換して接合している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公昭５９−０５２０３１号公報
【特許文献２】特開２００６−３３４５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の冷間圧接方法では、めっき層同士又は酸化膜同士の分断が不足する場合があり、接合部分の電気的な安定性が低くなる可能性があるという問題がある。【００１０】
また、特許文献２の接合方法では、酸化膜除去液を酸化抑制剤に置換する必要があり、置換のための条件が複雑になる可能性があるという問題がある。【００１１】
本発明は、これらの問題を解決し、金属同士の機械的な圧接により、電気的に安定した接合を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するため、本発明に係る接合体の製造方法は、金属からなる第１被接合部材の接合部形成領域の上に、酸化膜除去剤を含む溶液を配置した後、第１被接合部材の上に金属からなる第２被接合部材を載置し、第１被接合部材の接合部形成領域に、荷重を印加することにより、第１被接合部材と第２被接合部材とを接合して接合体を製造することを特徴とする。【００１３】
また、前記の目的を達成するため、本発明に係る接合体は、金属からなる第１被接合部材及び第２被接合部材の接合部に腐食防止膜が形成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る接合体、パワー半導体装置及びそれらの製造方法によると、金属同士の機械的な圧接により、電気的に安定した接合を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る金属間接合方法を示すフローチャートである。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る金属間接合方法を示す工程順の断面図である。
【図３】図３は、図２（ｃ）の平面図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る金属間接合方法による接合体の断面の走査電子顕微鏡写真を示す図である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｃ）は、本発明の一実施形態の第２変形例に係る金属間接合方法を示す工程順の断面図である。
【図６】図６は、本発明の一実施例に係る金属間接合方法を用いたパワーモジュールを示す断面図である。
【図７】図７（ａ）は、図６の接合部を含む領域を示す拡大断面図である。図７（ｂ）は接合部を含む領域を示す拡大平面図である。
【図８】図８（ａ）〜図８（ｃ）は、従来例に係る金属の冷間圧接方法を示す工程順の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（一実施形態）
本発明の一実施形態に係る接合体及びその製造方法について、図１のフローチャート、図２（ａ）〜図２（ｃ）及び図３を参照しながら説明する。なお、本実施形態で用いる第１金属板１０１及び第２金属板１０２には、それぞれ、その表面に酸化膜が形成されている。
【００１７】
まず、第１工程として、図２（ａ）に示すように、被接合部材の一例である第１金属板（第１被接合部材）１０１の接合部形成領域の上に、溶液の一例である水溶液１０３を滴下して配置する（図１のステップＳ０１）。水溶液１０３には、酸化膜除去剤、酸化防止剤（防錆剤）及びレオロジーコントロール（粘性抑制）剤を含み、これらの成分以外が水（Ｈ２Ｏ）である液体を用いる。ここで、水溶液１０３を第１金属板１０１に滴下することで、第１金属板１０１の酸化膜が除去されて新生面が露出する（図１のステップＳ０２）。続いて、第１金属板１０１と接合するための第２金属板１０２を、第１金属板１０１の上方に配置して待機させる（図１のステップＳ０３）。接合部形成領域は、図２（ｃ）に示す第１金属板１０１と第２金属板１０２との接合部１１０を形成するために定義した領域である。接合部形成領域の大きさは、予め過去の実験データなどから算出された金属間の接合面積から求められる。
【００１８】
ここで、酸化膜除去剤には、濃度（質量％）が２％以下の水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いた。また、酸化防止剤には、濃度（質量％）が２％以下のジエチルエタノールアミン（（ＨＯＣＨ２ＣＨ２）２ＮＨ）を用いた。また、レオロジーコントロール剤には、濃度（質量％）が２％以下のポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）を用いた。
【００１９】
なお、酸化膜除去剤は、水酸化カリウムに代えて、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、ギ酸（ＨＣＯＯＨ）、又は酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）を用いることができる。また、酸化防止剤は、ジエチルエタノールアミンに代えて、ジシクロヘキシルアミンを用いることができる。また、レオロジーコントロール剤は、ポリプロピレングリコールに代えて、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を用いることができる。
【００２０】
本実施形態において、接合時に電気的に安定していることだけを目的とする場合、水溶液１０３は、酸化膜除去剤のみが含まれていれば良い。そのため、接合時に電気的に安定していることだけを目的とする場合は、酸化防止剤及びレオロジーコントロール剤は、適宜添加すればよい。
【００２１】
だが、接合後の電気的な長期信頼性を目的とする場合、水溶液１０３は、酸化膜除去剤に加えて、酸化防止剤が含まれていることが望ましい。酸化防止剤は、金属板１０１、１０２同士が部分的に圧接される際に、酸化膜除去剤が接合部の周辺の領域に拡がることで露出した新生面上に固着して、露出した新生面の酸化を防止する。
【００２２】
さらに、レオロジーコントロール剤は、水溶液１０３の粘性を制御し、水溶液１０３の拡がりを抑制するために使用している。本実施形態のように、酸化膜除去剤に加えて酸化防止剤が含まれている場合、レオロジーコントロール剤を加えて水溶液１０３の拡がりを抑制する必要がある。
【００２３】
水溶液１０３の滴下量は、例えば、０．１５ｍｌ／ｍｍ２以上且つ１．５ｍｌ／ｍｍ２以下とすればよい。
【００２４】
次に、第２工程として、図２（ｂ）に示すように、第１金属板１０１の上に滴下された水溶液１０３に、第２金属板１０２を接触させる（図１のステップＳ０４）。ここで、水溶液１０３に第２金属板１０２を接触させることで、第２金属板１０２の酸化膜が水溶液１０３により除去されて、第２金属板１０２に新生面が露出する（図１のステップＳ０５）。続いて、少なくとも一方が予め加熱された金属パンチ１０５ａ、１０５ｂを用いて、第１金属板１０１及び第２金属板１０２の一部の領域に対して上下方向（主面に垂直な方向）から所定の荷重を印加する（図１のステップＳ０６）。所定の荷重として好ましい荷重は、１０ｇ／ｃｍ２以上且つ５００ｇ／ｃｍ２以下である。なお、好ましい荷重の値は、金属板１０１、１０２の形状、寸法及び用途等によって変化する値であり、上記の値に限られない。
【００２５】
ここで、例えば、金属板１０１、１０２がパワー半導体装置等の半導体装置の構成部材である場合、荷重を印加する時間は、生産性を考慮して、８０秒以内が良い。
【００２６】
また、金属パンチ１０５ａ、１０５ｂの加熱温度までの加熱は、内蔵ヒータ等によって荷重の印加前に予め行っている。金属板１０１、１０２が半導体装置の構成部材である場合には、半導体素子等に対する熱の影響も考慮して、例えば、金属パンチ１０５ａ、１０５ｂの加熱温度を８０℃以上且つ２００℃以下に設定すればよい。このように、金属パンチ１０５ａ、１０５ｂを加熱温度まで加熱することで、金属板１０１、１０２の接合を高速且つ確実にすると共に、水溶液１０３中の水分及び酸化膜除去剤を蒸発させている（図１のステップＳ０７）。
【００２７】
さらには、加熱と同時に又は単独で、金属パンチ１０５ａ、１０５ｂ若しくは金属板１０１、１０２の少なくとも１つに超音波を印加すると、水溶液１０３中の酸化膜除去剤及び酸化防止剤の濃度が均一となるように、水溶液１０３を攪拌させることができると共に、更に接合を高速且つ確実に行うことも可能である。
【００２８】
次に、第３工程として、図２（ｃ）及び図３に示すように、第１金属板１０１及び第２金属板１０２で荷重が印加された領域に接合部１１０が形成されることで、第１金属板１０１と第２金属板１０２とを接合し、第１金属板１０１及び第２金属板１０２からなる接合体を製造する（図１のステップＳ０８）。一般的な金属プレスでの接合を行った場合、図２（ｃ）及び図３に示すように、接合部１１０の周囲の金属板１０１、１０２は、フィレット形状となる。接合体は、接合部１１０の周囲の金属板１０１、１０２に、図２（ｃ）及び図３に示すように、それぞれフィレット形状を形成することで、金属板１０１、１０２の間の隙間を埋めて、接合している。
【００２９】
本実施形態では、前述の成分を有する水溶液１０３を用いると共に金属パンチ１０５ａ、１０５ｂを加熱することで、接合部１１０の周囲に、主な成分として酸化防止剤を含む腐食防止膜（金属板が鉄（Ｆｅ）の場合は防錆有機膜）１０３Ａを形成している（図１のステップＳ０９）。腐食防止膜１０３Ａは、水溶液１０３の水分及び酸化膜除去剤が蒸発した後に形成された膜である。この腐食防止膜１０３Ａは、接合部１１０の周囲に形成された金属板１０１、１０２のフィレット形状の側面に形成される。このように、腐食防止膜１０３Ａを形成することで、露出した新生面が酸化腐食して接合部１１０が劣化することを防ぐことが可能である。
【００３０】
なお、本実施形態では、接合時の第１金属板１０１と第２金属板１０２との間隔を、０．５μｍ以上且つ１００μｍ以下としている。
【００３１】
ここで、第１金属板１０１と第２金属板１０２との間隔を０．５μｍ以上としている理由は、金属板１０１、１０２の間に酸化膜除去に必要なだけの水溶液１０３を存在させるためである。
【００３２】
また、間隔を１００μｍ以下としている理由は、鉛直上側の金属板（図２（ｃ）では第２金属板１０２）に形成されるフィレット形状の表面に、毛細管現象を利用して水溶液１０３（接合後は、腐食防止膜１０３Ａ）を流し込んで存在させるためである。
【００３３】
図４（ａ）〜図４（ｃ）に、第１金属板１０１及び第２金属板１０２に、それぞれ銅（Ｃｕ）を用いた場合の接合体の断面の走査電子顕微鏡写真を示す。ここでは、水溶液１０３の滴下量を０．７２ｍｌ／ｍｍ２としている。
【００３４】
図４（ｂ）は、図４（ａ）の領域１１１ａ（接合部１１０の中央部分）の５００倍の部分拡大断面図である。図４（ｃ）は、図４（ａ）の領域１１１ｂ（接合部１１０の外周部分）の５００倍の部分拡大断面図及び２０００倍の部分拡大断面図である。なお、図４（ｃ）には、接合部１１０以外の断面、すなわち、接合していない領域の断面も含まれている。
【００３５】
図４（ｂ）の部分拡大断面図からは、金属板１０１、１０２の接合部１１０が確実に形成されていることが分かる。
【００３６】
また、図４（ｃ）の部分拡大断面図からは、金属板１０１、１０２の接合部１１０の周囲の部分では、部分的に接合しており、金属板１０１、１０２の間に空隙が存在していることが分かる。
【００３７】
なお、第１金属板１０１の組成及び第２金属板１０２の組成は、水溶液１０３の組成及び接合条件を適宜変更することで、本実施形態で用いた銅（Ｃｕ）以外とすることも可能である。半導体装置を構成する部材である場合には、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）及び鉄（Ｆｅ）のうちのいずれか１つの金属又はそれを主成分とする合金を用いることが多い。
【００３８】
また、金属板１０１、１０２において、これらの金属又は合金は、同種でもよく、異種でもよい。但し、金属板１０１、１０２を異種とした場合は、それぞれの金属の種類に適した水溶液１０３を用いる必要がある。すなわち、異種の金属の表面のそれぞれに、異なる特性の酸化膜が形成されている場合は、それら両方に適した水溶液１０３を用いる必要がある。
【００３９】
また、本実施形態においては、金属接合を行う部材として板状の金属（金属板）を用いたが、本発明は、必ずしも板状である必要はなく、一般に接合可能な形状であればよい。
【００４０】
このように、本実施形態によると、加熱した金型パンチと酸化膜除去剤等を含む水溶液とを用いることにより、簡便で且つ電気的に安定した金属接合を行い、接合体を製造することができる。
【００４１】
なお、電線に代わって電源供給ラインとして用いられる、棒状の金属部材であるバスバー（Ｂｕｓ  Ｂａｒ）は、従来、ねじ止めにより機械的及び電気的な接合が行われている。本実施形態を、例えばバスバーに用いれば、ねじ止めが不要となり、接合工程が簡略化できると共に、バスバーを用いる電気機器の重量を軽減することも可能となる。
【００４２】
また、本発明は、接合面に粒界を配して接合する、いわゆる粒界接合にも適用することができる。
【００４３】
（一実施形態の第１変形例）
第１変形例として、水溶液１０３が酸化防止剤を含まない場合に、第１金属板１０１と第２金属板１０２とを互いに接合した後に、特定の条件下で酸化膜を形成しても良い。このようにして、前述の新生面に形成される腐食防止膜１０３Ａに代えて、酸化膜を形成することで、酸化腐食を防止できる。具体的には、接合した第１金属板１０１と第２金属板１０２とを酸化性雰囲気（例えば、加熱した酸素（Ｏ２）雰囲気）にさらして、接合部１１０から流出した酸化膜除去剤による新生面に酸化膜を形成することで、前述の腐食防止膜１０３Ａに代えて酸化腐食を防止することができる。
【００４４】
このように、接合部１１０の周囲の領域を酸化膜により安定化させることで、腐食防止膜１０３Ａと同様に、接合体の長期信頼性を確保することができる。すなわち、第１変形例として、酸化防止剤を用いることなく接合体の長期信頼性を確保することができる。
【００４５】
但し、本第１変形例の場合、別工程にて酸化膜を形成するため、水溶液１０３に含まれる酸化膜除去剤による酸化膜除去の影響を取り除く必要がある。酸化膜除去剤による酸化膜除去の影響を取り除くためには、例えば、熱処理を行えば良い。
【００４６】
なお、酸化工程は、例えば加熱温度を１００℃とし、加熱時間を１時間程度とすればよい。
【００４７】
（一実施形態の第２変形例）
以下、本発明の一実施形態の第２変形例について図５（ａ）〜図５（ｃ）を参照しながら説明する。
【００４８】
図５（ａ）に示すように、本第２変形例では、第１金属板１０１及び第２金属板１０２の接合部１１０を形成する面に、接合部を形成する領域を囲むように、それぞれ溶液流出防止手段の一例である溝部（凹部）１０６を形成している。溝部１０６の形成位置は、例えば、押圧面が円形状の金属パンチ１０５ａ、１０５ｂの押圧径の１．２倍以上且つ２倍以下の径となる位置とする。又は、溝部１０６の形成位置は、接合部形成領域の周囲を、該接合部形成領域の面積の約１．２５倍の面積となる位置とする。すなわち、溝部１０６の形成位置は、接合部形成領域の酸化膜を除去するのに滴下される水溶液１０３が、充分な量だけ滴下された場合に拡がる面積である。なお、溝部１０６の配置の形状（平面形状）は、欠けた部分がない環状であれば、特に限定されない。例えば、金属パンチ１０５ａ、１０５ｂの押圧面の形状が円形状である場合には、溝部１０６を円形状に配置すればよい。
【００４９】
また、各溝部１０６の深さは、各金属板１０１、１０２の厚さのそれぞれ２分の１以下とする。ここで、溝部１０６の深さを金属板１０１、１０２の厚さのそれぞれ２分の１以下とするのは、溝部１０６の深さが金属板１０１、１０２の厚さの２分の１を超えると、金属板１０１、１０２の強度を保てなくなるからである。
【００５０】
なお、溝部１０６は、例えば、酸性溶液を用いたエッチングにより形成することができる。続いて、第１金属板１０１における接合部形成領域の上に、水溶液１０３を滴下する（図１のステップＳ０１）。
【００５１】
次に、図５（ｂ）に示すように、水溶液１０３が滴下された第１金属板１０１の上に第２金属板１０２を載置して接触させる（図１のステップＳ０４）。このとき、水溶液１０３は溝部１０６に流れ込むため、第１金属板１０１及び第２金属板１０２の接触界面の間に拡がりにくくなる。従って、金属板１０１、１０２を半導体装置の構成部材に用いる場合には、半導体装置を構成する機能素子等に水溶液１０３が浸潤して、該機能素子等に悪影響を与えることを防止することができる。
【００５２】
続いて、金属パンチ１０５ａ、１０５ｂを用いて、第１金属板１０１及び第２金属板１０２の一部の領域に対して上下方向（主面に垂直な方向）から所定の荷重を印加して、図５（ｃ）に示すように、第１金属板１０１及び第２金属板１０２に接合部１１０を形成する。
【００５３】
なお、本第２変形例においては、溶液流出防止手段の一例として、金属板１０１、１０２の接合部形成領域の周囲に、水溶液１０３の拡がりを防止する溝部（凹部）１０６を形成したが、溝部１０６は、金属板１０１、１０２のいずれか一方に形成してもよい。少なくとも、鉛直下側に配置される第１金属板１０１にのみ溝部１０６を形成することで、水溶液１０３の拡がりを、ほぼ防止できる。
【００５４】
また、溝部１０６に代えて、第１金属板１０１及び第２金属板１０２の少なくとも一方に、溶液流出防止手段の一例として、接合部形成領域の周囲を囲み、且つ接合面から突出する突起部（凸部）を設けてもよい。このようにしても、突起部により水溶液１０３が堰き止められるので、該水溶液１０３の不要な拡がりを防止することができる。
【００５５】
なお、突起部は、例えば、プレス法を用いて形成することができる。
【実施例】
【００５６】
以下、本発明に係る接合体及びその製造方法の一実施例として、例えばインバータ制御機器の内部に組み込まれるパワーモジュール（パワー半導体装置）を例に挙げて、図６、図７（ａ）及び図７（ｂ）を参照しながら説明する。【００５７】
図６、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、本実施例に係るパワーモジュールは、パワー素子Ｔ１を第１ダイパッド部の上に保持する第１リードフレーム２０１と、制御素子Ｔ２を第２ダイパッド部の上に保持する第２リードフレーム２０２と、第１リードフレーム２０１の下面に絶縁シート２１１を介在して固着された放熱板２０３と、封止樹脂材からなる外装体２０４とから構成されている。【００５８】
外装体２０４は、パワー素子Ｔ１を含む第１リードフレーム２０１の一方の端部と、制御素子Ｔ２を含む第２リードフレーム２０２の一方の端部とを覆うと共に、放熱板２０３の下面を露出するように形成されている。【００５９】
ここで、第１ダイパッド部の少なくとも一部と第２ダイパッド部とは、パワーモジュールの小型化を図るべく、平面視で互いに重なっている。さらに、パワー素子Ｔ１の少なくとも一部と制御素子Ｔ２とは、平面視で互いに重なるように配置されている。【００６０】
さらに、本実施例に係るパワーモジュールにおいては、第１リードフレーム２０１において、複数のリードのうちの１つをパワー素子用中継リード２０１ｂとしている。また、第２リードフレーム２０２においては、複数のリードのうちの１つを制御素子用中継リード２０２ｂとしている。【００６１】
接合部を含む領域２３０を拡大した図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、パワー素子用中継リード２０１ｂ及び制御素子用中継リード２０２ｂの端部同士を、本発明に係る接合部（合金層）２１２により接合して、接合体を形成することで、パワーモジュールを製造している。【００６２】
以下、本実施例に係るパワーモジュールの詳細を説明する。【００６３】
第１リードフレーム２０１は、例えば銅（Ｃｕ）等の導電性が高い金属からなる。【００６４】
パワー素子Ｔ１は、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）又は金属酸化膜型電界効果トランジスタ（パワーＭＯＳＦＥＴ）を用いることができる。【００６５】
パワー素子Ｔ１は、第１リードフレーム２０１の第１ダイパッド部の上面にろう材２０６により固着されている。パワー素子Ｔ１におけるボンディングパッド（図示せず）と第１リードフレーム２０１の複数のリードとは、例えばアルミニウム（Ａｌ）からなるワイヤ２０７により電気的に接続されている。【００６６】
放熱板２０３は、例えば銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）等を用いることができる。放熱板２０３とダイパッド部との間に設けられる絶縁シート２１１は、熱伝導性を有する絶縁性材料からなる。【００６７】
第２リードフレーム２０２は、例えば銅（Ｃｕ）又は４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉ）等からなる。【００６８】
制御素子Ｔ２は、パワー素子Ｔ１を制御する半導体チップであり、例えば駆動回路及び過電流防止回路等を含む。制御素子Ｔ２は、第２リードフレーム２０２の第２ダイパッド部の上面に、例えば銀（Ａｇ）ペースト材２０９により固着されている。制御素子Ｔ２のボンディングパッド（図示せず）と第２リードフレーム２０２の複数のリードとは、金（Ａｕ）からなるワイヤ２１０によって互いに電気的に接続されている。【００６９】
上述したように、本実施例においては、第１リードフレーム２０１にパワー素子用中継リード２０１ｂを設けると共に、第２リードフレーム２０２に制御素子用中継リード２０２ｂを設け、パワー素子用中継リード２０１ｂと制御素子用中継リード２０２ｂとを、本発明に係る金属間接合方法を用いた接合部２１２によって互いに接合して製造している。【００７０】
このように、本実施例においては、パワー素子用中継リード２０１ｂと制御素子用中継リード２０２ｂとの接合に、酸化膜除去剤、酸化防止剤及びレオロジーコントロール剤等を含む水溶液を用いて金属接合を行うことにより、電気的に接続して製造している。このとき、接合部２１２の周囲には防錆有機膜２０３Ａが形成される。【００７１】
従って、中継リード２０１ｂ、２０２ｂの接合に、半田材又はろう材を用いることなく、機械的な圧接による接合により、長期にわたって安定な金属接合を得ることができる。【００７２】
なお、第１リードフレーム２０１及び第２リードフレーム２０２に銅（Ｃｕ）を用いる場合には、例えば、鉄（Ｆｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、錫（Ｓｎ）、燐（Ｐ）又はシリコン（Ｓｉ）等を添加した合金を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明に係る接合体、パワー半導体装置及びそれらの製造方法は、例えば金属同士の機械的な圧接による接合を電気的に安定して行うことができ、半導体装置用のリードフレーム及び電池用のバスバー等の広範な分野に有効である。
【符号の説明】
【００７４】
１０１    第１金属板
１０２    第２金属板
１０３    水溶液
１０３Ａ  腐食防止膜
１０５ａ、１０５ｂ    金属パンチ
１０６    溝部
１１０    接合部
１１１ａ、１１１ｂ    領域
２０１    第１リードフレーム
２０１ｂ  パワー素子用中継リード
２０２    第２リードフレーム
２０２ｂ  制御素子用中継リード
２０３Ａ  防錆有機膜
２０４    外装体
２０６    ろう材
２０７    ワイヤ
２０９    銀ペースト材
２１０    ワイヤ
２１１    絶縁シート
２１２    接合部
２３０    接合部を含む領域
Ｔ１      パワー素子
Ｔ２      制御素子
【図１】
2013027354.tif 000003
【図２】
2013027354.tif 000004
【図３】
2013027354.tif 000005
【図４】
2013027354.tif 000006
【図５】
2013027354.tif 000007
【図６】
2013027354.tif 000008
【図７】
2013027354.tif 000009
【図８】
2013027354.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月25日(2012.12.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属からなる第１被接合部材の接合部形成領域の上に、酸化膜除去剤を含む溶液を配置した後、前記第１被接合部材の上に金属からなる第２被接合部材を載置し、
前記第１被接合部材の接合部形成領域に、荷重を印加することにより、前記第１被接合部材と前記第２被接合部材とを互いに接合して接合体を製造するに際し、
前記酸化膜除去剤は、水酸化カリウムであり、前記溶液における該水酸化カリウムの濃度は２％以下である、接合体の製造方法。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
請求項１において、
前記溶液は、酸化防止剤を含む、接合体の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記酸化防止剤は、ジエチルエタノールアミンであり、前記溶液における該ジエチルエタノールアミンの濃度は２％以下である、接合体の製造方法。
【請求項５】
請求項３又は４において、
前記溶液は、レオロジーコントロール剤を含む、接合体の製造方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記レオロジーコントロール剤は、ポリプロピレングリコール又はポリエチレングリコールであり、前記溶液における該ポリプロピレングリコール又はポリエチレングリコールの濃度は２％以下である、接合体の製造方法。
【請求項７】
請求項１において、
前記第１被接合部材と前記第２被接合部材とを接合した後に、
接合した前記第１被接合部材と前記第２被接合部材との接合部を酸化性雰囲気にさらすことにより、前記接合部の周囲に酸化膜が形成された接合体を製造する、接合体の製造方法。
【請求項８】
請求項１、３〜７のいずれか１項において、
少なくとも前記第１被接合部材に、前記接合部形成領域の周囲を囲む凹部又は凸部が形成されている、接合体の製造方法。
【請求項９】
請求項１、３〜８のいずれか１項において、
前記第１被接合部材の前記接合部形成領域に荷重を印加する際に、前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材の少なくとも一方を加熱する、接合体の製造方法。
【請求項１０】
請求項１、３〜９のいずれか１項において、
前記第１被接合部材の前記接合部形成領域に荷重を印加する際に、前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材の少なくとも一方に超音波振動を印加する、接合体の製造方法。
【請求項１１】
請求項１、３〜１０のいずれか１項において、
前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材は、銅、アルミニウム、ニッケル若しくは鉄からなる金属、又はこれらのうちの１つを主成分とする合金である、接合体の製造方法。
【請求項１２】
請求項１、３〜１１のいずれか１項に記載の接合体の製造方法を用いて接合体を製造した後、前記接合体を封止してパワー半導体装置を製造する、パワー半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
それぞれ金属からなる第１被接合部材及び第２被接合部材の接合部の周囲に腐食防止膜が形成された、接合体。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記腐食防止膜は、前記第１被接合部材又は前記第２被接合部材における前記接合部の周囲の新生面上に直接形成された、接合体。
【請求項１５】
請求項１３又は１４において、
前記接合部の周囲において、前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材のそれぞれにフィレット形状が形成され、前記フィレット形状の前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材の表面に前記腐食防止膜が形成された、接合体。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記腐食防止膜は、ジエチルエタノールアミンにより構成された、接合体。
【請求項１７】
請求項１３〜１６のいずれか１項において、
前記接合部の周囲における前記第１被接合部材と前記第２被接合部材との間隔は、０．５μｍ以上且つ１００μｍ以下である、接合体。
【請求項１８】
請求項１３〜１７のいずれか１項において、
前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材は、リードフレーム又はバスバーであり、
前記リードフレーム又はバスバーは、銅若しくは銅を主成分とする合金、又は鉄若しくは鉄を主成分とする合金である、接合体。
【請求項１９】
請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の接合体を有する、パワー半導体装置。
【請求項２０】
請求項１９において、
少なくとも前記第１被接合部材に、前記接合部の周囲を囲む凹部又は凸部が形成されている、パワー半導体装置。
【手続補正書】
【提出日】平成26年2月3日(2014.2.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
前記の目的を達成するため、本発明に係る接合体の製造方法は、金属からなる第１被接合部材の接合部形成領域の上に、酸化膜除去剤を含む溶液を配置した後、第１被接合部材の上に金属からなる第２被接合部材を載置し、第１被接合部材の接合部形成領域に、荷重を印加することにより、第１被接合部材と第２被接合部材とを互いに接合して接合体を製造するに際し、酸化膜除去剤は、水酸化カリウムであり、溶液における該水酸化カリウムの濃度は２％以下であることを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
また、前記の目的を達成するため、本発明に係る接合体は、それぞれ金属からなる第１被接合部材及び第２被接合部材の接合部の周囲に酸化腐食防止膜が形成され、第１被接合部材及び第２被接合部材は、リードフレーム又はバスバーであり、リードフレーム又はバスバーは、銅若しくは銅を主成分とする合金、又は鉄若しくは鉄を主成分とする合金であることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属からなる第１被接合部材の接合部形成領域の上に、酸化膜除去剤を含む溶液を配置した後、前記第１被接合部材の上に金属からなる第２被接合部材を載置し、
前記第１被接合部材の接合部形成領域に、荷重を印加することにより、前記第１被接合部材と前記第２被接合部材とを互いに接合して接合体を製造するに際し、
前記酸化膜除去剤は、水酸化カリウムであり、前記溶液における該水酸化カリウムの濃度は２％以下である、接合体の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記溶液は、酸化防止剤を含む、接合体の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記酸化防止剤は、ジエチルエタノールアミンであり、前記溶液における該ジエチルエタノールアミンの濃度は２％以下である、接合体の製造方法。
【請求項４】
請求項２又は３において、
前記溶液は、レオロジーコントロール剤を含む、接合体の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記レオロジーコントロール剤は、ポリプロピレングリコール又はポリエチレングリコールであり、前記溶液における該ポリプロピレングリコール又はポリエチレングリコールの濃度は２％以下である、接合体の製造方法。
【請求項６】
請求項１において、
前記第１被接合部材と前記第２被接合部材とを接合した後に、
接合した前記第１被接合部材と前記第２被接合部材との接合部を酸化性雰囲気にさらすことにより、前記接合部の周囲に酸化膜が形成された接合体を製造する、接合体の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、
少なくとも前記第１被接合部材に、前記接合部形成領域の周囲を囲む凹部又は凸部が形成されている、接合体の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項において、
前記第１被接合部材の前記接合部形成領域に荷重を印加する際に、前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材の少なくとも一方を加熱する、接合体の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項において、
前記第１被接合部材の前記接合部形成領域に荷重を印加する際に、前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材の少なくとも一方に超音波振動を印加する、接合体の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項において、
前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材は、銅、アルミニウム、ニッケル若しくは鉄からなる金属、又はこれらのうちの１つを主成分とする合金である、接合体の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の接合体の製造方法を用いて接合体を製造した後、前記接合体を封止してパワー半導体装置を製造する、パワー半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
それぞれ金属からなる第１被接合部材及び第２被接合部材の接合部の周囲に酸化腐食防止膜が形成され、
前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材は、リードフレーム又はバスバーであり、
前記リードフレーム又はバスバーは、銅若しくは銅を主成分とする合金、又は鉄若しくは鉄を主成分とする合金である、接合体。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記酸化腐食防止膜は、前記第１被接合部材又は前記第２被接合部材における前記接合部の周囲の新生面上に直接形成された、接合体。
【請求項１４】
請求項１２又は１３において、
前記接合部の周囲において、前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材のそれぞれにフィレット形状が形成され、前記フィレット形状の前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材の表面に前記酸化腐食防止膜が形成された、接合体。
【請求項１５】
請求項１２〜１４のいずれか１項において、
前記酸化腐食防止膜は、ジエチルエタノールアミンにより構成された、接合体。
【請求項１６】
請求項１２〜１５のいずれか１項において、
前記接合部の周囲における前記第１被接合部材と前記第２被接合部材との間隔は、０．５μｍ以上且つ１００μｍ以下である、接合体。
【請求項１７】
請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の接合体を有する、パワー半導体装置。
【請求項１８】
請求項１７において、
少なくとも前記第１被接合部材に、前記接合部の周囲を囲む凹部又は凸部が形成されている、パワー半導体装置。
【国際調査報告】
2013027354.tif 000011
2013027354.tif 000012
2013027354.tif 000013
2013027354.tif 000014
2013027354.tif 000015
2013027354.tif 000016
2013027354.tif 000017