(57)【要約】【課題】接合物間の熱伝達性能を向上させること。【解決手段】基板１１と半導体素子１２を、導電性接着剤からなる接着層１３で接合する場合に、基板１１の表面に複数の凹部１５を形成する。凹部１５は、接着層１３に含有される銀フィラー１７との接触箇所を増加させるために、銀フィラー１７の平均粒径以下のサイズで形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の接合物と第２の接合物を、導電性フィラーと樹脂を含有する導電性接着剤を用いて接合した接合構造であって、
前記第１の接合物及び前記第２の接合物の少なくとも何れか一方の接合物の表面に、前記導電性フィラーと複数箇所で接するフィラー受け部を形成したことを特徴とする導電性接着剤を用いた接合構造。
【請求項２】
前記導電性フィラーは、銀又は銅からなることを特徴とする請求項１に記載の導電性接着剤を用いた接合構造。
【請求項３】
前記フィラー受け部は、前記導電性フィラーの平均粒径以下のサイズからなる凹みであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の導電性接着剤を用いた接合構造。
【請求項４】
前記第１の接合物と前記第２の接合物は、一方が半導体素子であり、他方が基板であることを特徴とする請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載の導電性接着剤を用いた接合構造。
【請求項５】
前記フィラー受け部は、前記基板の表面に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の導電性接着剤を用いた接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の接合物と第２の接合物を導電性接着剤によって接合する接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、接合物としての半導体素子と金属板の接合には、半田付けが用いられている。このような半田を用いた接合構造は、特許文献１に開示されている。また、半導体素子と金属板を、導電性接着剤を用いて接合する接合構造も知られている。導電性接着剤は、半田に比べて低温で接合できるため、低温環境化で部材を接合したい場合に適している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１８６６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
導電性接着剤は、固着を担う樹脂と導電を担う金属（導電性フィラー）から構成される。そして、導電性接着剤による接合は、接合物間において導電性フィラーが接触し合うことで熱伝達経路を形成し、接触箇所が多いほど熱伝達を良好に行うことができる。しかし、導電性接着剤に含有される導電性フィラーの接触状態を人的又は機械的に制御することは難しい。
【０００５】
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、導電性接着剤を用いて第１の接合物と第２の接合物を接合する場合において、接合物間の熱伝達性能を向上し得る接合構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、第１の接合物と第２の接合物を、導電性フィラーと樹脂を含有する導電性接着剤を用いて接合した接合構造であって、前記第１の接合物及び前記第２の接合物の少なくとも何れか一方の接合物の表面に、前記導電性フィラーと複数箇所で接するフィラー受け部を形成したことを要旨とする。
【０００７】
これによれば、導電性接着剤に含有される導電性フィラーは、接合物の表面に形成されたフィラー受け部によって受けられる。つまり、導電性フィラーと接合物の表面との接触箇所を増加させることができる。したがって、第１の接合物と第２の接合物の間の熱伝達性能を向上させることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の導電性接着剤を用いた接合構造において、前記導電性フィラーは、銀又は銅からなることを要旨とする。これによれば、第１の接合物と第２の接合物の間の熱伝達性能を好適に向上させることができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の導電性接着剤を用いた接合構造において、前記フィラー受け部は、前記導電性フィラーの平均粒径以下のサイズからなる凹みであることを要旨とする。
【００１０】
これによれば、フィラー受け部を金属性フィラーの平均粒径以下のサイズで形成しているので、フィラー受け部の凹み内に導電性フィラーが入り込み難い。つまり、導電性フィラーは、フィラー受け部の凹み周辺に接触して止まることになる。その結果、導電性フィラーと接合物の表面との接触箇所を増加させることができる。したがって、第１の接合物と第２の接合物の間の熱伝達性能を向上させることができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載の導電性接着剤を用いた接合構造において、前記第１の接合物と前記第２の接合物は、一方が半導体素子であり、他方が基板であることを要旨とする。これによれば、基板と半導体素子の間の熱伝達性能を好適に向上させることができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の導電性接着剤を用いた接合構造において、前記フィラー受け部は、前記基板の表面に形成されていることを要旨とする。これによれば、フィラー受け部を容易に形成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、導電性接着剤を用いて第１の接合物と第２の接合物を接合する場合において、接合物間の熱伝達性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】半導体装置の正面図。
【図２】（ａ）は本実施形態の基板と半導体素子の接合界面を示す拡大図、（ｂ）は比較例の基板と半導体素子の接合界面を示す拡大図。
【図３】凹部を形成した基板の表面を示す平面図。
【図４】別例を説明する説明図。
【図５】（ａ），（ｂ）は別例を説明する説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１に示すように、半導体装置１０は、第１の接合物としての基板１１の表面に第２の接合物としての半導体素子１２が接合されている。基板１１と半導体素子１２は、導電性フィラーと樹脂を含有する導電性接着剤を用いて接合されている。これにより、基板１１と半導体素子１２の間には、接着層１３が形成される。本実施形態において導電性接着剤には、導電性フィラーとして銀が含有されている一方で、樹脂としてエポキシ樹脂が含有されている。基板１１は、金属板からなり、下部電極として機能する。そして、半導体素子１２の上面には、上部電極１４が接合される。
【００１６】
以下、基板１１と半導体素子１２の接合構造を詳しく説明する。
図１及び図２（ａ）に示すように、基板１１の表面、すなわち半導体素子１２の接合面には、複数の凹部（ディンプル）１５が形成されている。これらの凹部１５は、基板１１の表面における半導体素子１２の接合領域１６に形成されている。つまり、基板１１の表面に半導体素子１２を接合した際、凹部１５は、半導体素子１２の下面に対向する領域、すなわち接合領域１６に存在する。そして、複数の凹部１５は、図３に示すように、接合領域１６において縦横に形成されている。
【００１７】
各凹部１５は、導電性接着剤に含有される銀フィラー１７の平均粒径以下のサイズからなる凹みである。具体的には、数μｍ〜数十μｍのサイズとなる。このような凹部１５を接合領域１６に形成した場合は、接着層１３に無数に含まれる銀フィラー１７が基板１１の表面と接触する接触箇所が増加する。なお、銀フィラー１７は、基板１１の表面に対して面接触又は点接触する。
【００１８】
図２（ｂ）に示すように、基板１１の表面を平坦面とした場合、基板１１の表面と銀フィラー１７の接触箇所は、凹部１５を形成した場合に比して少ない。つまり、基板１１の表面に凹部１５を形成した場合、基板１１の表面には、無数の凹凸が形成されることになる。そして、本実施形態の凹部１５は銀フィラー１７の平均粒径以下のサイズで形成されていることから、銀フィラー１７の全体が凹部１５内に入り込み難い。つまり、銀フィラー１７は、凹部１５に入り込むことなく、接触した状態で止まる。これにより、銀フィラー１７は、基板１１の表面に形成されている凹凸と接触して基板１１の表面との接触箇所が増加する。以上により、凹部１５は、フィラーと複数箇所で接するフィラー受け部として作用する。図２（ａ）には、凹部１５内に入り込まなかった銀フィラー１７が、凹部１５と複数箇所で接触している状態を示している。なお、図２（ａ）において銀フィラー１７は、説明を簡素化するために規則的な配列で図示しているが、実際には接着層１３において不規則に配列されるとともに、形状も不均一である。
【００１９】
各凹部１５は、基板１１の表面を研磨することによって形成される。より具体的に言えば、アルミナ粉末などの研磨剤を吹き付けるブラスト処理による表面処理を施すことによって形成される。
【００２０】
以下、本実施形態の半導体装置１０の作用を説明する。
基板１１と半導体素子１２を接合させる場合、基板１１の接合領域１６に導電性接着剤を塗布し、半導体素子１２を搭載してから熱を加えることで導電性接着剤を熱硬化する。これにより、基板１１と半導体素子１２は、接着層１３を介して接合される。
【００２１】
基板１１の表面に形成した凹部１５のサイズは、銀フィラー１７の平均粒径よりも小さい。このため、接着層１３の銀フィラー１７は、凹部１５内に入り込み難く、基板１１の表面と複数箇所で接触する。つまり、基板１１の表面と銀フィラー１７の接触箇所が増加した状態となる。一方、接着層１３に含有される無数の銀フィラー１７同士は、もともと接触し易い状態であり、その状態が維持される。
【００２２】
以上により、基板１１と半導体素子１２の間には、基板１１の表面と銀フィラー１７との接触箇所が増加したことで、熱抵抗の少ない熱伝達経路が形成される。したがって、半導体素子１２の発する熱を、基板１１側に良好に伝達できる。また、銀フィラー１７は、凹部１５に入り込み難いが、導電性接着剤に含有される樹脂は凹部１５内に容易に入り込む。このため、基板１１と半導体素子１２の接着性能は、良好に維持される。
【００２３】
したがって、本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）フィラー受け部として機能する凹部１５を接合物である基板１１の表面に形成した。これにより、導電性接着剤に含有される銀フィラー１７は、接合物（基板１１）と接着層１３の接合界面において凹部１５と接触し、接触箇所が増加する。したがって、接合物間の熱伝達性能を向上させることができる。
【００２４】
（２）凹部１５を銀フィラー１７の平均粒径以下のサイズで形成している。これによれば、銀フィラー１７は、凹部１５内に入り込み難い。つまり、銀フィラー１７は、凹部１５周辺に接触して止まることになる。その結果、接合物（基板１１）との接触箇所を増加させることができる。したがって、接合物間の熱伝達性能を向上させることができる。
【００２５】
（３）基板１１と半導体素子１２の接合構造において導電性接着剤を用いた。基板１１の表面に凹部１５を形成することで、基板１１と半導体素子１２の間の熱伝達性能を好適に向上させることができる。
【００２６】
（４）そして、凹部１５を、基板１１の表面に形成した。したがって、凹部１５を、半導体素子１２の表面に形成する場合に比して容易に形成することができる。つまり、半導体装置１０の製造工程を簡素化することができ、半導体装置１０のコスト増を抑制することができる。
【００２７】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  図４に示すように、凹部１５を銀フィラー１７の形状に倣いやすい形状で形成しても良い。これによれば、銀フィラー１７の形状と凹部１５の形状が一致、又はほぼ一致することになるので、銀フィラー１７は基板１１の表面に倣うようにして接触し易い。これにより、銀フィラー１７の接触性をより向上させることができる。つまり、基板１１の表面と銀フィラー１７の接触箇所をより増加させることができる。
【００２８】
○  図５（ａ）に示すように、基板１１の表面に連続する溝１９を形成し、当該溝１９をフィラー受け部としても良い。図５（ａ）には、縦方向と横方向のそれぞれに溝１９を形成している。また、溝１９の間隔は一定でも良いし、不定でも良い。なお、図５（ａ）は、基板１１の接合領域１６のみを図示している。
【００２９】
○  図５（ｂ）に示すように、基板１１の表面に、方向性を不規則とした溝２０を形成し、当該溝２０をフィラー受け部としても良い。接着層１３内において銀フィラー１７は、不規則に配列されていることから、方向性を不規則とした溝２０を形成することで、基板１１の表面と銀フィラー１７とが接触し易く、接触箇所を増加させることができる。図５（ｂ）は、基板１１の接合領域１６のみを図示している。
【００３０】
○  凹部１５を平面視した時の形状は、多角形（正方形、長方形、三角形、菱形など）、円、楕円など、任意の形状に変更しても良い。また、凹部１５は、同じ形状でも良いし、異なる形状が混在していても良い。
【００３１】
○  導電性接着剤は、エポキシ系樹脂をバインダとする接着剤に限らず、ポリウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、又はポリイミド系樹脂をバインダとする接着剤でも良い。
○  また、上記接着剤に含有される導電性フィラーは、銅でも良い。また、導電性フィラーは、ニッケルやカーボンでも良い。
【００３２】
○  本実施形態は、金属板同士の接合に適用しても良い。そして、少なくとも何れか一方の金属板の表面に凹部１５を形成する。また、本実施形態は、半導体素子１２とヒートスプレッダ（接合物）などの冷却装置の接合に適用しても良い。
【００３３】
○  基板１１の下部にヒートシンクなどの冷却装置を設けても良い。
○  フィラー受け部（凹部１５、溝１９，２０）を、基板１１の表面に代えて、半導体素子１２の表面、すなわち基板１１と接合する面に形成しても良い。また、フィラー受け部を、基板１１の表面と半導体素子１２の表面の両面に形成しても良い。
【００３４】
○  半導体素子１２は、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ、又はダイオードでも良い。
○  基板１１の表面に金属粉を散布した後に加圧することによって、当該金属粉で基板１１の表面を窪ませて凹部１５を形成しても良い。
【００３５】
○  基板１１の表面をサンドペーパーによって研磨することによって、基板１１の表面に凹部１５や、溝１９，２０を形成しても良い。
【符号の説明】
【００３６】
１０…半導体装置、１１…基板、１２…半導体素子、１３…接着層、１５…凹部、１７…銀フィラー、１９，２０…溝。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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