(57)【要約】【課題】高温環境下や冷熱サイクル下で使用されても高い信頼性を確保できる接合構造体を提供する。【解決手段】本発明の接合構造体は、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。第１部材は接合部よりも被接合面側の面積が大きい。接合部は、少なくとも第１部材側に、第１部材の被接合面上に設けられた第１金属からなる被覆層（１１）と、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（ＩＭＣ）からなり被覆層に接合している接合層（４１４）と、第１金属よりも高延性な第３金属からなる補強層（３０）と、第１金属からなり接合層と補強層とに接合している中間層（４３１１）と、ＩＭＣからなり、接合部の外縁より内側で、中間層を介さずに該補強層に直結している誘導部（４３１４）とを有する。この誘導部により、ＳＬＩＤ接合しても第１部材にクラック等が生じることが防止される。【選択図】図１
2019036601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記第１部材は前記接合部よりも被接合面側の面積が大きく、
前記接合部は、少なくとも第１部材側に、
該第１部材の被接合面上に設けられた第１金属からなる被覆層と、
該第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からなり該被覆層に接合している接合層と、
該第１金属よりも高延性な第３金属からなる補強層と、
該第１金属からなり該接合層と該補強層とに接合している中間層と、
該金属間化合物からなり、該接合部の外縁より内側で、該中間層を介さずに該補強層に直結している誘導部と、
を有する接合構造体。
【請求項２】
前記被覆層の外縁は、前記接合部の外縁よりも内側にある請求項１に記載の接合構造体。
【請求項３】
前記接合部の外周域に対面する前記第１部材の領域上に、前記第２金属の液相と反応しない材質からなる保護層を有する請求項１または２に記載の接合構造体。
【請求項４】
前記誘導部は、少なくとも前記補強層の中央側よりも外周側にある請求項１〜３のいずれかに記載の接合構造体。
【請求項５】
前記被覆層は、対面する前記接合部より拡張している請求項１に記載の接合構造体。
【請求項６】
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１〜５のいずれかに記載の接合構造体。
【請求項７】
前記第３金属は、ＡｌまたはＣｕである請求項１〜６のいずれかに記載の接合構造体。
【請求項８】
前記第１部材は半導体素子であり、
前記第２部材は金属電極である請求項１〜７のいずれかに記載の接合構造体。
【請求項９】
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、前記接合材よりも被接合面側の面積が大きいと共に、該第１部材の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部材側に、
該第１金属からなる第１層と、
該第１層の該被覆層側にあり該第１金属よりも低融点な第２金属からなる第２層と、
該第１層の他面側にあり該第１金属よりも高延性な第３金属からなる第３層とを少なくとも有し、
該第１部材の被覆層または該接合材の第２層の少なくとも一方の外縁は、該接合材の第３層の外縁よりも内側にあり、
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。
【請求項１０】
前記接合材は、少なくとも前記第１層中に、前記第１金属が形成されていない開溝部を、前記第３層の外縁よりも内側に有する請求項９に記載の接合構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温環境下または冷熱サイクル下で使用されても、信頼性等を確保できる接合構造体等に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）に起因した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。
【０００４】
また、ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｇａ２Ｏ３等からなる次世代のデバイスを用いる場合、従来以上に高温域（例えば１５０℃以上）で使用されることが予想されるため、接合部には一層高い耐熱性も要求される。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いるため、デバイスの動作温度はさらに上昇傾向にある。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２０１７−０８６３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１は、低融点金属と高融点金属を反応させ、低融点金属よりも高融点な金属間化合物（ＩＭＣ：intermetallic compound）を生成させて、その金属間化合物により部材間の接合を行う固液相互拡散接合（単に「ＳＬＩＤ（Solid Liquid InterDiffusion）接合」という。）を行うことを前提に、熱応力緩和性や耐熱疲労性の向上を図れる接合構造体を提案している。
【０００８】
具体的にいうと、第１部材（半導体素子）の接合層の外周囲に、高延性な金属からなる補強層（Ａｌ層）へ直結する誘導を設けることを提案している。これにより、第１部材の接合層の外周囲から補強層内へ熱応力が誘導される。その結果、冷熱サイクル下で発生し易いクラックは補強層内で優先的に発生、伝播することになり、上述した熱応力の緩和や耐熱疲労性の向上が図られる。
【０００９】
しかし、特許文献１の接合構造体を図５に示すような形態のパワーモジュールへ適用した場合、Ｃｕ板（電極／第２部材）の外周囲からＡｌ層（補強層）に直結した誘導部が形成されるのみならず、ＳｉＣ（デバイス／第１部材）の被接合面側にも直結した誘導部が形成され得る。後者の誘導部は、ＣＴＥ不整合により生じる熱応力をデバイスへ誘導し、デバイスにクラックを生じさせるおそれを招き得る。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、第１部材（例えば半導体素子）上にそれよりも面積の小さい第２部材（例えば金属電極）をＳＬＩＤ接合する場合でも、信頼性を確保できる接合構造体等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究した結果、第１部材上から補強層へ直結する誘導部を接合部の外縁より内側に設けることにより、ＳＬＩＤ接合された第１部材へクラックが導入されないようにすることに成功した。この成果を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。
【００１２】
《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、
前記第１部材は前記接合部よりも被接合面側の面積が大きく、前記接合部は、少なくとも第１部材側に、該第１部材の被接合面上に設けられた第１金属からなる被覆層と、該第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からなり該被覆層に接合している接合層と、該第１金属よりも高延性な第３金属からなる補強層と、該第１金属からなり該接合層と該補強層とに接合している中間層と、該金属間化合物からなり、該接合部の外縁より内側で、該中間層を介さずに該補強層に直結している誘導部と、を有する。
【００１３】
（２）本発明の接合構造体によれば、第１部材の被接合面側の面積が、接合部の接合面側の面積（特に補強層の面積）よりも大きい場合でも、誘導部が接合部の外縁より内側において、中間層を介さずに補強層へ直結された状態となっている。
【００１４】
このため、高温域下または冷熱サイクル下で、熱膨張係数差（ＣＴＥ不整合）や温度勾配等により、第１部材と第２部材の間に熱応力（温度サイクルストレス）が作用する場合でも、それらの応力は第１部材ではなく補強層へ効果的に誘導される。このため、第１部材にクラックが生じることが回避され、厳しい環境下でも第１部材の機能は安定的に維持される。仮にクラックが生じる場合でも、そのクラックは第１部材ではなく、接合部の補強層で生じる。その結果、接合部に作用する熱応力は長期的に緩和され、本発明の接合構造体は優れた信頼性を発揮し得る。
【００１５】
ちなみに、本発明に係る接合層や誘導部は高融点な金属間化合物（ＩＭＣ）からなる。このため、接合構造体（特に接合部近傍）の温度が接合工程時の加熱温度以上になっても、本発明の接合構造体は、安定した接合状態を維持し、優れた耐熱性を発揮する。この結果、本発明の接合構造体は相当な高温域でも使用可能である。
【００１６】
なお、本発明に係る補強層は、高延性（高靱性）な金属（第３金属）からなるため、補強層内におけるクラックの進展は遅く、補強層が塑性変形等を伴いながら接合部近傍に作用する熱応力を緩和する。
【００１７】
《接合構造体の製造方法》
（１）本発明は接合構造体の製造方法としても把握できる。すなわち本発明は、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、前記接合材よりも被接合面側の面積が大きいと共に、該第１部材の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部材側に、該第１金属からなる第１層と、該第１層の該被覆層側にあり該第１金属よりも低融点な第２金属からなる第２層と、該第１層の他面側にあり該第１金属よりも高延性な第３金属からなる第３層とを少なくとも有し、該第１部材の被覆層または該接合材の第２層の少なくとも一方の外縁は、該接合材の第３層の外縁よりも内側にあり、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ＩＭＣ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。
【００１８】
（２）本発明では、第１部材の被覆層（第１金属層）または接合材の第２層（第２金属層）の少なくとも一方の外縁が、接合材の第３層（第３金属層）の外縁よりも内側にある。これにより、第１部材の被接合面側の面積が接合材の被接合面側の面積（特に第３層の面積）よりも大きい場合でも、接合部の外縁より内側で、第１層（第１金属層／中間層に相当）を介さずに第３層（補強層に相当）に直結されたＩＭＣからなる誘導部が形成されるようになる。こうして本発明の製造方法によれば、上述したような高信頼性の接合構造体を得ることができる。
【００１９】
上述したような誘導部が形成される理由は次のように考えられる。ＩＭＣを生じる反応温度は、通常、第２金属の融点よりも相応に高い。このため、接合工程中の加熱温度が第２金属の融点からＩＭＣの反応温度に至る期間中、第２層（第２金属）は第１層と被覆層との間で液相状態となる。この液相は、第１部材または第２部材の自重や製造装置等により、多かれ少なかれ、加圧された状態となり、接合面に沿った方向に流動する。
【００２０】
ここで、第１部材の被覆層または接合材の第２層は接合材の第３層の外縁よりも内側にある。このため、第２金属の液相は接合材の第３層の外周囲へ漏出せず、接合部の外縁より内側で、第１層を介さずに第３層に直結した誘導部が形成されるようになる。なお、各層の厚さや大きさ、第１部材と第２部材の加圧量等を調整することにより、補強層に直結した誘導部の形成位置や大きさの制御が可能である。
【００２１】
ちなみに、第２金属層（第２層に相当）を第１の被覆層（第１金属層）上に設ければ、上述した接合材に替えて、第１層（第１金属層）と第３層（第３金属層）からなる接合材を用いることもできる。
【００２２】
《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、異なってもよい。
【００２３】
（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。
【００２４】
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補強層（第３層）に相応しい。
【００２５】
（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。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】従来の接合構造を適用したパワーモジュールを示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
《第１金属と第２金属》
第１層（中間層）となる第１金属と、第１金属とＩＭＣ（単相）を生成する第２金属とは種々考えられる。第１金属と第２金属の組合わせは、接合構造体の耐熱温度、接合工程中の加熱温度、熱膨張係数等を考慮して選択される。
【００２９】
第１金属として、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。
【００３０】
例えば、Ｎｉ層（第１層または中間層）とＳｎ層（第２層）を接触させつつ、例えば、約３５０℃で５分間程度加熱すると、ニッケルスズ（ＮｉＳｎ）というＩＭＣ単相が得られる。このＮｉＳｎ（ＩＭＣ）の融点は約７９５℃である。従って、第１金属をＮｉ、第２金属をＳｎとする組合わせは、例えば、ＳｉＣ等からなる次世代半導体素子（第１部材）を用いたパワーモジュール（接合構造体）のように、１５０℃以上の耐熱性が必要とされる一方で、接合工程時の加熱温度を４００℃以下にする必要がある場合に有効である。
【００３１】
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、接合材側にある中間層（第１層）と、第１部材側にある被覆層とは、異種な第１金属よりも同種の第１金属からなると好ましい。
【００３２】
《第３金属》
第３層または補強層となる第３金属も種々考えられる。例えば、高延性や低ヤング率に加えて、熱伝導性や電導性に優れるＡｌ、Ｃｕまたはそれらの合金が第３金属として好ましい。なお、接合構造体の耐久性を確保するため、補強層は中間層や接合層よりも厚い箔状であると好ましい。
【００３３】
《誘導部》
誘導部は、接合部内で中間層を介さずに補強層に直結している。誘導部は、ほぼ同時に生成される接合層とも連なっていると好ましい。誘導部は、補強層の中央側にあっても良いが、外周側にあるとより好ましい。外周側（外縁の内側付近）ほど、冷熱サイクル下で、ＣＴＥ不整合による熱応力が集中し易く、破壊起点を生じ易いからである。
【００３４】
誘導部は、少なくとも一箇所以上にあれば良く、点在している状態でも、連続している状態でもよい。誘導部は、補強層の外周側で、連続的さらに周状的（環状的）に形成されていると、より好ましい。
【００３５】
誘導部の形成位置の調整方法は種々ある。例えば、被覆層の外縁を、接合部の外縁よりも内側にするとよい。この場合、被覆層（第１金属層）が存在しない第１部材の領域上にはＩＭＣが生成されず、その外周域に対面して第１金属層がある領域に、補強層に直結した誘導部が形成され易くなる。
【００３６】
また、接合部の外周域に対面する第１部材の領域上に、第２金属の液相と反応しない材質からなる保護層を設けてもよい。この場合も上記の場合と同様であるが、保護層の形成により、第１部材上にＩＭＣが生成されることを積極的に回避できる。保護層は、第１部材の表面に形成された樹脂層（例えばポリイミド層）、化合物層（例えばＳｉＮ層）等であり、これらは絶縁層を兼ねると好ましい。
【００３７】
さらに、誘導部の位置や形態を高精度に制御するため、少なくとも第１層中に、第１金属が形成されていない開溝部を有する接合材を用いて接合工程を行ってもよい。その開溝部は、特に、第３層の外縁よりも内側に有るとより好ましい。この場合、接合工程中に溶融した第２金属の液相は開溝部に流入し、周囲の第１金属と反応しつつ、開溝部にＩＭＣからなる誘導部が確実に形成され易くなる。開溝部の数や形態は所望する誘導部の数や形態に依る。なお、開溝部の外周側の第２層（第２金属層）は無くてもよい。
【００３８】
外周域に第２層を設けない接合材や開溝部を有する接合材等を用いると、接合工程中に溶融した第２金属の液相が第１部材の外周囲側へ漏出することが防止される。その結果、第１金属からなる被覆層を接合部より拡張して設けた場合でも、接合部の領域内に収まる誘導部を形成できる。なお、被覆層を拡張することにより、接合材の位置ズレに対する許容度を拡大できる。
【００３９】
《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る。
【００４０】
《接合構造体の形態》
本発明の接合構造体には様々な形態が考えられる。接合構造体の好例は、半導体素子を金属電極や基板の金属配線上に接合したパワーモジュールである。半導体素子は、例えば、ＣＴＥが３〜７ｐｐｍ／ＫであるＳｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ等からなり、金属電極は、例えば、ＣＴＥが１５〜２５ｐｐｍ／ＫであるＣｕまたはＡｌからなる。
【実施例】
【００４１】
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。
【００４２】
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、その上面には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、その下面（被接合面）にもＮｉがメタライズされた電極面がある。接合材は、Ａｌ（第３金属）箔からなる第３層を中心に、その両面側にＮｉからなる第１層と、さらにそれらの両面側にＳｎ（第２金属）からなる第２層とが順に形成されている。チップは、その下面側で、図示しないＤＢＣ（Direct Brazed Copper）基板やＤＢＡ（Direct Brazed Aluminum）基板等の上に実装される。本実施例（各図）に示した上下方向は、鉛直方向に対する上下方向である。但し、それらの方向と、実際にパワーモジュールが製造される時または使用される時の上下方向は異なっていてもよい。
【００４３】
［第１実施例］
（１）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（第１部材）とその上にＮｉが成膜された電極面１１と電極面１１の外周囲に設けられた絶縁層（ＳｉＮ）１２を有する半導体素子１と、Ｃｕ板２０（第２部材）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と、接合シート３からなる。
【００４４】
接合シート３は、Ａｌ（箔）からなる層３０（第３層）と、その両面側に形成されたＮｉからなる層３１１、３２１（第１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３１２、３２２（第２層）とを有する。
【００４５】
接合シート３の占有面積は、金属電極２よりも大きいが、半導体素子１よりは小さい。但し、本実施例に係る電極面１１と電極面２１は略同じ大きさ（面積）であり、Ｎｉからなる電極面１１の外縁は、接合シート３（層３１１等）の外縁よりも内側になっている。この点は、後述する第４実施例を除いて、他の実施例についても同様である。
【００４６】
（２）半導体素子１と金属電極２の接合は次のようになされる。下側から上側に向けて順番に、半導体素子１、接合シート３および金属電極２を積層して配置する。半導体素子１と金属電極２で接合シート３を挟持した状態の積層体（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）の加熱炉に入れて、所定の反応温度まで加熱して、一定時間保持する。例えば、挟持する圧力（加圧量）を０．５ＭＰａとして、還元雰囲気の電気炉中で、３５０℃×５分間加熱するとよい。
【００４７】
その昇温過程中に、接合シート３の層３１２、３２２が先ず溶融する。これにより、電極面１１と層３１１の間および電極面２１と層３２１の間で、溶融したＳｎが濡れ拡がる。層３１２、３２２の厚さと上記加圧量を調整することにより、Ｓｎが濡れ拡がる領域は、ほぼ、層３１１、３２１または層３０の存在範囲（領域）内に制御される。
【００４８】
ここで、電極面２１と層３２１の間の溶融Ｓｎは、電極面２１の外周囲側へ滲み出して、層３２１上に漏出して溜まる。一方、電極面１１と層３１１の間の溶融Ｓｎも電極面１１の外周囲側へ滲み出すが、層３１１の外周囲端を超えて漏出することはなく、層３１１の外周域と絶縁層１２との間に留まる。
【００４９】
この状態でさらに昇温されると、層３１２が溶融してできたＳｎは、電極面１１および層３１１と固液相互拡散（ＳＬＩＤ）反応を生じて、ＮｉＳｎ（ＩＭＣ／固相）からなる接合層４１４を形成する。このとき電極面１１と層３１１は、一部が残存して、それぞれ層４１１と層４３１１になる。こうしてチップ１０と層３０は、層４１１と層４３１１（中間層）を介して、接合層４１４で接合された状態となる。
【００５０】
ところで、このＳＬＩＤ反応の際、層３１１の外周域は、絶縁層１２に対面しており、その領域に電極面１１（Ｎｉ層）は存在しない。このため、その外周域内において、層３１２からできた溶融Ｓｎは、層３１１とのみ反応して、層４３１１（中間層）を介さずに、層３０の下面に直結したＩＭＣからなる誘導部４３１４が形成されるようになる。要するに、誘導部４３１４がチップ１０側に接合されることはない。
【００５１】
また、層３２２が溶融してできたＳｎは、電極面２１および層３２１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３２１は、一部が残存して、層４２１と層４３２１になる。こうしてＣｕ板２０と層３０は、層４２１と層４３２１（中間層）を介して、接合層４２４で接合された状態となる。
【００５２】
なお、層３２１の外周域上に、電極面２１（Ｎｉ層）は存在しない。このため層３２２からできた溶融Ｓｎは、Ｃｕ板２０の外周囲端側へ漏出して、層３２１の外周域上に溜まる。この溶融Ｓｎは、層３２１と反応して、層４３２１（中間層）を介さずに、層３０の上面に直結したＩＭＣからなる誘導部４３２４を形成する。但し、本発明の場合、第２部材側において、中間層を介さずに補強層に直結される誘導部の存在は必須ではない。
【００５３】
こうして、最下層である層４１１から最上層である層４２１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。
【００５４】
パワーモジュールＭ１が、ある程度継続した高温下と低温下に繰り返し曝される冷熱サイクル下にある場合、チップ１０とＣｕ板２０のＣＴＥ不整合による熱応力は、主に、層３０に直結している誘導部４３１４を通じて、層３０へ誘導される。この結果、クラックＣが生じるときは、チップ１０に生じず、層３０に生じるようになり、パワーモジュールＭ１の信頼性が確保される。
【００５５】
［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。
【００５６】
パワーモジュールＭ２の半導体素子１は、電極面１１の外周囲にある絶縁層１２上に、ポリイミドからなる樹脂層１３がさらにパターニング（成膜）されている。溶融Ｓｎは、ポリイミドに対して実質的に濡れず、弾かれた状態となる。このため、層３１２が溶融してできた溶融Ｓｎは、Ｎｉからなる層３１１の外周域に密着した状態となる。この結果、層３０に直結した誘導部４３１４がより確実に形成され易くなる。
【００５７】
［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。パワーモジュールＭ３の接合シート３は、外周域側に周状（環状）の開溝部３１０、３２０を両面に有する。
【００５８】
開溝部３１０は、Ｎｉからなる層３１１とＳｎからなる層３１２とがパターニングされていない領域であり、開溝部３２０は、Ｎｉからなる層３２１とＳｎからなる層３２２とがパターニングされていない領域である。このような接合シート３は、例えば、開溝部３１０、３２０に対応する位置にマスクを配置したＡｌ箔（層３０）の各面上に、ＮｉおよびＳｎを順にスパッタしてＮｉ層およびＳｎ層を成膜することにより製作できる。なお、開溝部は、非連続的または点在的な形態でも良いし、複数設置されてもよい。
【００５９】
接合シート３が開溝部３１０、３２０を備えることにより、誘導部４３１４、４３２４の形成をより確実にできる。また、誘導部４３１４、４３２４が形成される位置精度の向上も図れ、クラックＣが発生する起点位置の再現性も高めることができる。
【００６０】
［第４実施例］
パワーモジュールＭ３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。
【００６１】
本実施例に係る接合シート３の層３１２、３２２は、層３１１、３２１の外周域上にＳｎが成膜されておらず、それらの外周縁は開溝部３１０、３２０で区画された状態となっている。また、電極面１１は、接合シート３よりも拡張されている。
【００６２】
パワーモジュールＭ４もパワーモジュールＭ３と同様に、誘導部４３１４、４３２４が特定位置に形成されて、クラックＣの起点位置の再現性が高くなる。また、電極面１１が接合シート３よりも拡張している。このため、電極面１１上に積層される接合シート３の位置ずれ許容度も大きくできる。
【００６３】
なお、電極面１１（Ｎｉ層）が拡張されていても、接合シート３の外周域側にＳｎ層がなく、また開溝部３１０、３２０も形成されているため、チップ１０に直結するようなＩＭＣが形成されることはない。
【符号の説明】
【００６４】
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
４          接合部
４１４      接合層
４３１４    誘導部
【図１】
2019036601.tif 000003
【図２】
2019036601.tif 000004
【図３】
2019036601.tif 000005
【図４】
2019036601.tif 000006
【図５】
2019036601.tif 000007