專利名稱：：半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于半導(dǎo)體裝置的釬料、使用該釬料制得的半導(dǎo)體裝置及其制造方法，具體而言，涉及用于將交流發(fā)電機(jī)的交流輸出轉(zhuǎn)換為直流輸出的車載交流發(fā)電機(jī)(交流發(fā)電機(jī))的半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
：用于車載交流發(fā)電機(jī)的半導(dǎo)體裝置，如專利文獻(xiàn)l(特開平07-221235號(hào)公報(bào))所示，為了耐受嚴(yán)格的溫度循環(huán)而具有減小由半導(dǎo)體元件與電極的熱膨脹率之差產(chǎn)生的熱應(yīng)力的結(jié)構(gòu)。另外，由于設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)附近，所以要求半導(dǎo)體裝置具有20(TC的耐熱溫度。因此使用例如固相線為30(TC左右的高Pb釬料(如含有95重量％的Pb和5重量%的Sn、固相線為300°C、液相線為314。C的Pb-Sn合金)連接半導(dǎo)體元件。但是，從環(huán)保觀點(diǎn)看，要求開發(fā)出使用排除了環(huán)境負(fù)荷大的Pb的連接材料的半導(dǎo)體裝置。作為不含有Pb、熔點(diǎn)與高Pb釬料相接近的無Pb釬料，有Au-20Sn(共晶、280°C)、Au-12Ge(共晶、356°C)、Au-3.15Si(共晶、363°C)等Au類材料，但其成本極高。另外，如果使用了Au含量較低的Au-20Sn，因其是硬釬料，所以存在著大面積連接時(shí)無法充分緩和應(yīng)力、半導(dǎo)體元件易破損的缺點(diǎn)。作為其他無Pb釬料，有熔點(diǎn)為200。C或200。C以上的Sn-3Ag-0.5Cu等Sn類中溫系釬料，廣泛用于將零件組裝到基板上，在150。C或150。C以下具有良好的連接可靠性。但是，長時(shí)間保持在200。C或200°C以上的使用環(huán)境中時(shí)，由于在連接界面處界面反應(yīng)加劇，導(dǎo)致空隙形成及金屬間化合物層成長等，由此引起連接可靠性降低。針對(duì)上述問題，作為抑制Sn類釬料的界面反應(yīng)的方法，如專利文獻(xiàn)2(專利第3152945號(hào)公報(bào))已報(bào)導(dǎo)，通過使用組成為Cu:0.1~2重量％、Ni:0.002-1重量％、其余為Sn的Sn類釬料，可以在通過添加Cu來押制被連接材料的銅腐蝕的同時(shí)，通過添加Ni來抑制連接界面上Cu6Sn5、Cu3Sn等金屬間化合物的成長。另外，專利文獻(xiàn)3(特開2002-280417號(hào)公報(bào))報(bào)導(dǎo)，釬料凸點(diǎn)形成中，在被連接材料表面上設(shè)置2種能與Sn類釬料反應(yīng)生成金屬間化合物的金屬層，通過將Sn類釬料球與該金屬層連接，在連接界面上形成由包括Sn在內(nèi)的2~3種元素構(gòu)成的金屬間化合物薄層，從而能夠抑制界面反應(yīng)。
發(fā)明內(nèi)容但是，現(xiàn)有的技術(shù)中存在著以下問題，即，對(duì)界面反應(yīng)的抑制不充分，連接可靠性低。特別是用于在高溫下使用的車載交流發(fā)電機(jī)(交流發(fā)電機(jī))的半導(dǎo)體裝置，利用現(xiàn)有的技術(shù)來抑制界面反應(yīng)是很困難的。即，雖然在上述專利文獻(xiàn)2的情況下，可以多少期待通過添加Ni來抑制界面反應(yīng)，但因Cu6Sn5、Cu3Sn化合物常與Cu及Sn類釬料相接觸，所以在200。C或200。C以上的高溫下界面反應(yīng)加劇。使Cu-Sn化合物繼續(xù)生長，在界面上形成空隙等，結(jié)果導(dǎo)致連接可靠性降低。另一方面，在上述專利文獻(xiàn)3的情況下，可以認(rèn)為是由于在最接近釬料處形成的金屬間化合物在Sn類釬料與金屬層之間形成隔離層，從而強(qiáng)化了抑制界面反應(yīng)的效果，但是，由于必須預(yù)先在被連接材料上設(shè)置2層金屬層，即，第1金屬層和第2金屬層，因此，存在以下問題增加鍍敷工序、選擇性的局部鍍敷導(dǎo)致高成本；采用不能設(shè)置電極的結(jié)構(gòu)時(shí)難以形成金屬層等。另外，由于連接時(shí)必須使在連接面最表面處形成的金屬層與Sn類釬料反應(yīng)，形成隔離層，所以有可能存在以下問題如果最表面上形成的金屬層較厚，則連接時(shí)殘留有未反應(yīng)的最表面金屬層，不能充分發(fā)揮隔離層的效果；為了使最表面金屬層完全反應(yīng)而必須進(jìn)行延長連接時(shí)間等工序的調(diào)整。如果最表面金屬層4交薄，則用于抑制界面反應(yīng)的隔離層變薄，在200。C或200'C以上的高溫下可能無法充分抑制界面反應(yīng)。而且，如圖2所示，在與Sn類釬料的反應(yīng)中，連接面最表層上形成的層(如Cu層)15的未反應(yīng)部分殘留*露出時(shí)，會(huì)出現(xiàn)該露出部分發(fā)生氧化、腐蝕的問題。另一方面，如果如圖3所示，為避免連接面最表面層的殘留而進(jìn)行局部鍍敷等，在局部設(shè)置連接面最表面層，則Sn類釬料可能會(huì)潤濕擴(kuò)展到其下層的金屬層(如Ni層)11。此時(shí)，有可能在上述層之間形成金屬間化合物(如Ni-Sn化合物)16,在該部分發(fā)生界面反應(yīng)，并伴隨體積變化而生成空隙。本發(fā)明提供半導(dǎo)體元件的連接材料，所述連接材料環(huán)境負(fù)荷小，成本低，即使在200。C或200。C以上的高溫下長時(shí)間-使用也可保持連接可靠性，同時(shí)，提供使用上述連接材料的半導(dǎo)體裝置及車載交流發(fā)電機(jī)。以下對(duì)本申請(qǐng)公開的發(fā)明中的代表性發(fā)明的概要進(jìn)行說明。(1)一種半導(dǎo)體裝置，所述半導(dǎo)體裝置具有半導(dǎo)體元件；使用第一連接材料連接在半導(dǎo)體元件的第一面上的支承電極；使用第二的引線電極，其特征為，所述支承電極的連接部與所述引線電極的連接部均實(shí)施了Ni類鍍敷，所述第一連接材料和所述笫二連接材料是Cu6Sn5相含量比共晶組成多的Sn類釬料。(2)—種半導(dǎo)體裝置，所述半導(dǎo)體裝置具有半導(dǎo)體元件；使用第一連接材料連接在半導(dǎo)體元件的第一面上的支承電極；使用第二連接材料連接在上述支承電極所支承的上述半導(dǎo)體元件的第二面上的引線電極，其特征為，所述支承電極的連接部與所述引線電極的連接部均實(shí)施了Ni類鍍敷，所述第一連接材料和所述第二連接材料是在室溫到20(TC范圍內(nèi)含有Cu6Sn5相的Sn類釬料。(3)—種半導(dǎo)體裝置，所述半導(dǎo)體裝置具有半導(dǎo)體元件；通過第一連接部件連接在半導(dǎo)體元件的第一面上的支承電極；使用第二連接部件連接在上述支承電極所支承的上述半導(dǎo)體元件的第二面上的引線電極，其特征為，在所述支承電極與所述第一連接部件的界面及所述第一連接部件與所述半導(dǎo)體元件的界面處具有Ni類鍍層和Cu-Sn化合物層，在所述引線電極與所述笫二連接部件的界面及所迷第二連接部件與所述半導(dǎo)體元件的界面處具有Ni類鍍層和Cu-Sn化合物層。(4)一種車載交流發(fā)電機(jī)，其特征為，所述車載交流發(fā)電機(jī)搭載了上述(1)(3)中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置。本發(fā)明可提供一種車載交流發(fā)電機(jī)，所述車載交流發(fā)電機(jī)通過搭載所述半導(dǎo)體裝置，即便在將受發(fā)動(dòng)機(jī)的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力而轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞繞組產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換為直流電的車載交流發(fā)電機(jī)的通常使用環(huán)境，即，200。C或200。C以上的高溫下，也可以保持半導(dǎo)體裝置的連接可靠性，結(jié)果為即便在高溫下也不引起接觸不良等問題，并能耐受更高溫環(huán)境下的配置。(5)—種半導(dǎo)體裝置的制造方法，所述半導(dǎo)體裝置具有半導(dǎo)體元件；通過在室溫到200。C范圍內(nèi)含有Cu6Sn5相的Sn類釬料與半導(dǎo)體元件的一側(cè)相連接的支承電極，所述支承電極實(shí)施了Ni類鍍敷；通過在室溫到20(TC范圍內(nèi)含有Cu6Sn5相的Sn類釬料與所述支承電極上所支承的上述半導(dǎo)體元件的另一側(cè)相連接的引線電極，所迷引線電極實(shí)施了Ni類鍍敷，所述半導(dǎo)體裝置制造方法的特征為，使用在室溫到200。C范圍內(nèi)含有Cu6Sn5相的Sn類釬料的連接工序是在220450°C、還原性環(huán)境氣體中進(jìn)行的。(6)—種半導(dǎo)體裝置的制造方法，所述半導(dǎo)體裝置具有半導(dǎo)體元件；利用連接部件及實(shí)施了Ni類鍍敷的應(yīng)力熱膨脹率差緩沖材料連接在半導(dǎo)體元件的一側(cè)的支承電極，所述支承電極實(shí)施了Ni類鍍敷；通過連接部件與上述支承電極所支承的上述半導(dǎo)體元件的另一側(cè)相連接的實(shí)施了Ni類鍍敷的引線電極，所迷半導(dǎo)體裝置使用在室溫到200。C范圍內(nèi)含有Cu6Sn5相的Sn類釬料作為連接部件，所述制造方法的特征為使用在室溫到200。C范圍內(nèi)含有Cu6Sn5相的Sn類釬料的連接工序是在220~450°C、還原性環(huán)境氣體中進(jìn)行的。(7)—種無Pb釬料連接材料，其特征為，所述無Pb釬料連接材料是Cu6Sn5相含量比共晶組成多的Sn類釬料。(8)—種無Pb釬料連接材料，其特征為，所述無Pb釬料連接材料為在室溫到20(TC范圍內(nèi)含有Cu6Sn5相的Sn類釬料。(9)一種無Pb釬料連接材料，其特征為，所述無Pb釬料連接材料為內(nèi)部含有Cu6Sn5相的Sn類釬料。圖1是模式地表示本發(fā)明連接狀況的剖面圖。圖2是模式地表示專利文獻(xiàn)3中可能的連接狀況的剖面圖。圖3是模式地表示專利文獻(xiàn)3中可能的連接狀況的剖面圖。圖4是模式地表示本發(fā)明的連接機(jī)構(gòu)的剖面圖。圖5是表示可作為熱膨脹率差緩沖材料使用的各種材料的楊氏模量及屈服應(yīng)力的圖。圖6是模式地表示本發(fā)明的連接機(jī)構(gòu)的剖面圖。圖7是模式地表示本發(fā)明的連接機(jī)構(gòu)的剖面圖。圖8表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的具體實(shí)施方式之一例。圖9表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的具體實(shí)施方式之一例。圖IO是模式地表示連接界面的空隙形成狀況的剖面圖。圖11是模式地表示連接界面的空隙形成狀況的剖面圖。圖12是模式地表示高溫放置試驗(yàn)后的連接界面的剖面圖。圖13是模式地表示高溫放置試驗(yàn)后的連接界面的剖面圖。圖14是Cu-Sn二相狀態(tài)圖。圖15表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的具體實(shí)施方式之一例。圖16表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的具體實(shí)施方式之一例。圖17表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的具體實(shí)施方式之一例。具體實(shí)施方式首先，根據(jù)圖4對(duì)本發(fā)明所述的連接材料和連接機(jī)構(gòu)進(jìn)行說明。本發(fā)明所述的連接材料之一例是在室溫到200。C范圍內(nèi)含有Cu-Sn化合物(如Cu6Sn5)相10的Sn類釬料箔17。通過使用釬料箔17連接設(shè)置有Ni類鍍層11的被連接材料12,在釬料箔17中以相的形式散布的Cu6Sn5相l(xiāng)O在Ni類鍍層11上析出或移動(dòng)到Ni類鍍層ll上，形成以Cu-Sn化合物為主體的化合物層10。其結(jié)果為，即便長時(shí)間暴露在200。C或200。C以上的高溫下，由于以Cu-Sn化合物為主體的化合物層10成為Ni類鍍層11與Sn類釬料的隔離層，從而能抑制由連接界面反應(yīng)引起的化合物層的成長和隨之產(chǎn)生的空隙。本發(fā)明的連接機(jī)構(gòu)中，因在被連接材料上預(yù)先設(shè)置至少一層Ni、Ni-P、Ni-B等Ni鍍層，故較少工序數(shù)即可完成連接。另外，本發(fā)明的連接機(jī)構(gòu)中，所形成的隔離層的厚度依賴于釬料箔中所含的Cu-Sn化合物相的量，因此可通過Cu-Sn化合物量的增減來調(diào)節(jié)隔離層的厚度。而且，如圖1所示，在釬料潤濕的連接界面上，釬料中的Cu-Sn化合物lO在Ni類鍍層11上主動(dòng)析出或移動(dòng)至Ni類鍍層11上，形成Cu-Sn化合物的隔離層，故連接后的連接部不會(huì)出現(xiàn)如圖2和圖3所示的問題。此處，利用表示Sn-Cu二相狀態(tài)圖的圖14來說明像本發(fā)明的連接材料那樣處于以相的形式含有Cu-Sn化合物的狀態(tài)和在室溫到20(TC范圍內(nèi)含有Cu6Sn5相的Sn類釬料的狀態(tài)的條件。如果含Cu量比Sn-0.9Cu少，則釬料熔融并凝固時(shí)，含量比共晶組成多的Sn作為初晶首先析出，最后Sn和Cu6Sn5凝固成共晶組織。此時(shí)，Cu6Sn5在連接內(nèi)部的晶粒邊界等處分散并析出，故未在Ni類鍍層上析出形成隔離層。因此，無法獲得耐熱性。另一方面，如果含Cu量比Sn-0.9Cu多，則釬料熔融并凝固時(shí)，Cu6Sn5相首先析出。此時(shí)，由于Cu6Sn5在Ni鍍層上優(yōu)先析出，因此形成了Cu-Sn化合物的隔離層。最后，Sn和Cu6Sn5凝固成共晶組織。采用上述機(jī)構(gòu)形成了Cu-Sn化合物的隔離層。即，作為本發(fā)明的連接材料，只要選擇Cu6Sn5相含量比共晶組織多的組成即可。如果是Sn-Cu兩相系統(tǒng)，則只要含Cu量在0.9wt%或0.9wt%以上即可，^f旦當(dāng)含有其4也元素時(shí)，由于合金系不同共晶組成也不同，故任意場(chǎng)合，只要選擇Cu6Sn5相含量比共晶組成多的連接材料即可。另外，由于通常使用的Sn-3Ag-0.5Cu或Sn-0.7Cu與共晶組成相比，Cu6Sn5相較少，故Ni類鍍層上沒有形成隔離層。以上對(duì)本發(fā)明的連接材料和連接機(jī)構(gòu)進(jìn)行了說明，但是連接材料的使用形態(tài)并不限定于箔狀，如圖6和圖7所示，膏狀或線狀等任一種形狀的連接材料在連接后均可在Ni類鍍層上形成Cu-Sn化合物的隔離層?？筛鶕?jù)連接環(huán)境來適當(dāng)?shù)剡x擇使用形態(tài)。需要說明的是，為得到良好的潤濕性，在室溫到20(TC范圍內(nèi)含有Cu6Sn5相的Sn類釬料優(yōu)選液相線溫度在連接溫度以下的組成。其次，通過表示用于車載交流發(fā)電機(jī)的半導(dǎo)體裝置的圖8和圖9對(duì)使用了本發(fā)明的連接材料的半導(dǎo)體裝置及其制造方法的實(shí)施方式之一例進(jìn)行i兌明。如圖8所示的半導(dǎo)體裝置，具有半導(dǎo)體元件l;通過使用本發(fā)明的連接材料形成的連接部件2連接在半導(dǎo)體元件1的第一面上的引線電極7，所述引線電極7的連接部實(shí)施了Ni類鍍敷；通過由本發(fā)明的連接材料連接的連接部件4與半導(dǎo)體元件1的第二面相連接的熱膨脹率差緩沖材料5,所述熱膨脹率差緩沖材料5的連接部實(shí)施了Ni類鍍敷；通過由本發(fā)明的連接材料連接的連接部件6與熱膨脹率差緩沖材料5的另一面相連接的支承電極3，所述支承電極3的連接部實(shí)施了Ni類鍍敷。通過使用本發(fā)明的連接材料進(jìn)行連接，可提供即便在高溫下使用也能抑制界面反應(yīng)、且具有連接可靠性的半導(dǎo)體裝置。需要說明的是，不必在所有的連接部均使用本發(fā)明的連接材料，可以部分使用其他材料，但是，從連接可靠性的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選將本發(fā)明的連接材料用于所有的連接部。此時(shí)，只要是Cu6Sn5相的含量比共晶組成多的連接材料即可，可以使用任何材料，而且，各連接部也可以使用不同的材料。此處，作為熱膨脹率差緩沖材料5，可使用Al、Mg、Ag、Zn、Cu、Ni中的任一種。這些僉屬的屈服應(yīng)力小，易惰性變形。通過在連接部賦予上述金屬，可緩和在連接后冷卻時(shí)以及在溫度循環(huán)時(shí)由于被連接材料的熱膨脹率之差而在連接部產(chǎn)生的應(yīng)力。此時(shí)，如圖5所示，優(yōu)選屈服應(yīng)力在75MPa或75MPa以下。如果屈服應(yīng)力在100MPa或100MPa以上，則無法充分緩和應(yīng)力，半導(dǎo)體元件有時(shí)發(fā)生破裂。厚度優(yōu)選30500[im。如果厚度為3(Him以下，則無法充分緩和應(yīng)力，半導(dǎo)體元件與金屬間化合物層有時(shí)出現(xiàn)裂縫。厚度在500jim以上時(shí)，有可能因A1、Mg、Ag、Zn的熱膨脹率比Cu制的電極大，使熱膨脹率的效果變大，導(dǎo)致可靠性降低。另外，作為熱膨脹率差緩沖材料5，可使用Cu/殷鋼合金/Cu復(fù)合材料、Cu/Cu20復(fù)合材料、Cu-Mo合金、Ti、Mo、W中的任一種。通過所述的熱膨脹率差緩沖材料5,可緩和半導(dǎo)體元件與Cu電極之間的熱膨脹率之差在溫度循環(huán)時(shí)和連接后冷卻時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力。此時(shí)，如果厚度過薄，則無法充分緩和應(yīng)力，導(dǎo)致半導(dǎo)體元件與金屬間化合物層出現(xiàn)裂縫，故優(yōu)選厚度為30nm或30nm以上。與高鉛釬料相比，Sn類釬料的熱導(dǎo)率高，所以能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體裝置的低電阻化和高放熱化，如圖9所示，可以省略熱膨脹率差緩沖材料5,但是為了即便使用比高鉛釬料更硬的Sn類釬料也應(yīng)得到充分的連接可靠性，優(yōu)選插入熱膨脹率差緩沖材料5。作為各被連接材料所設(shè)的Ni類鍍層，如上所述，使用Ni、Ni-P、Ni-B等即可，在上述鍍層上可進(jìn)一步進(jìn)行鍍Au、鍍Ag。這樣可提高潤濕性。此種情況下，由于Au、Ag鍍層在連接時(shí)全部向釬料內(nèi)部擴(kuò)散，可在底層的Ni類鍍層上形成Cu-Sn化合物的隔離層。以下對(duì)半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說明。按照?qǐng)D8所示的部件及連接部件的順序，即，在支承電極3上重疊下述部件在室溫到200°C范圍內(nèi)含有Cu6Sn5相的Sn類釬料箔6;熱膨脹系數(shù)為11xiO-6/。C、直徑為6.8mm、厚度為0.6mm的由鍍NiCIC(Cu/Inver/Cu)覆層材料形成的熱膨脹率差緩沖材料5;在室溫到20(TC范圍內(nèi)含有Cu6Sn5相的Sn類釬料箔4;直徑為6mm、厚度為0.2mm的鍍Ni半導(dǎo)體元件1;在室溫到200。C范圍內(nèi)舍有Cu6Sn5相的Sn類釬料箔2;直徑為4.5mm、厚度為0.2mm的帶有Cu板的Cu引線電極7，然后將上述層合部件放入定位夾具內(nèi)，利用熱處理爐，在氮?dú)庵谢煊?0%氫氣的還原性環(huán)境氣體中，以380°C、1分鐘的溫度條件進(jìn)行連接，然后在連接部周圍注入硅橡膠8,使其硬化，制造半導(dǎo)體裝置。需要說明的是，連接工序如果在220450°C、還原性環(huán)境氣體中進(jìn)行，即使不使用焊劑也可以進(jìn)行良好的連接。實(shí)際測(cè)定該半導(dǎo)體裝置經(jīng)溫度循環(huán)試驗(yàn)和高溫放置試驗(yàn)后的半導(dǎo)體元件及各部件之間的連接強(qiáng)度，結(jié)果如表l所示。[表l]<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>強(qiáng)度為初始連接強(qiáng)度的80%或80%以上時(shí)用0標(biāo)記，小于80%時(shí)用x標(biāo)記。由上述結(jié)果可知，實(shí)施例1~6中的所有半導(dǎo)體裝置經(jīng)-4(TC(30min.)/200。C(30min.)500次循環(huán)的溫度循環(huán)試驗(yàn)后，強(qiáng)度均能保持在初始連接強(qiáng)度的80%或80%以上。另外，在210。C、1000h的高溫放置試驗(yàn)后，實(shí)施例1~6的所有半導(dǎo)體裝置的強(qiáng)度也能保持在初始連接強(qiáng)度的80%或80%以上。而且，試驗(yàn)前與試驗(yàn)后的熱阻變化在10%以內(nèi)。圖12中，作為其中之一例，給出使用Sn-5Cu釬料連接的樣品在210°C、lOOOh高溫放置后的連接界面的剖面圖。由于Cu-Sn化合物隔離層的存在，使得高溫放置后Ni層未消失仍有殘留，也未觀察到體積變化而形成的空隙。以上已說明了使用在室溫到200°C范圍內(nèi)含有Cu6Sn5相的Sn類釬料對(duì)全體結(jié)構(gòu)同時(shí)進(jìn)行連接的工序，另外，還可以分成幾個(gè)部件進(jìn)行連接，例如，首先制作使用在室溫到200。C范圍內(nèi)含有Cu6Sn5相的Sn類釬料在熱膨脹率差緩沖材料5上連接上述半導(dǎo)體元件1及帶有Cu板的引線電極7的部件，然后利用在室溫到20(TC范圍內(nèi)含有Cu6Sn5相的Sn類釬料將上述部件連接在支承電極3上等。按照如圖9所示的部件與連接部件的順序，即，在支承電極3上，重疊下述部件在室溫到20(TC范圍內(nèi)含有Cu6Sn5相的Sn類釬料箔，即連接部件4;直徑為6mm、厚度為0.2mm的鍍Ni半導(dǎo)體元件1;在室溫到200。C范圍內(nèi)含有Cu6Sn5相的Sn類釬料箔，即連接部件2;直徑為4.5mm、厚度為0.2mm、帶有Cu板的Cu引線電極7;然后將將上述層合部件放入定位夾具內(nèi)，利用熱處理爐，在氮?dú)庵谢煊?0%氫氣的還原性環(huán)境氣體中，以450°C、5分鐘的溫度條件進(jìn)行連接，然后在連接部周圍注入硅橡膠8，使其硬化，制造半導(dǎo)體裝置。實(shí)際測(cè)定該半導(dǎo)體裝置經(jīng)溫度循環(huán)試驗(yàn)和高溫放置試驗(yàn)后的半導(dǎo)體元件及各部件之間的連接強(qiáng)度，結(jié)果如表l所示。強(qiáng)度為初始連4妄強(qiáng)度的80%或80%以上時(shí)用0標(biāo)記，小于80。/o時(shí)用x標(biāo)記。由上述結(jié)果可知，實(shí)施例7~12中的所有半導(dǎo)體裝置經(jīng)-40。C(30min.)/200。C(30min.)500次循環(huán)的溫度循環(huán)試驗(yàn)后，強(qiáng)度能保持在初始連接強(qiáng)度的80%或80%以上。另外，在210。C、1000h的高溫放置試驗(yàn)后，實(shí)施例7~12的所有半導(dǎo)體裝置的強(qiáng)度也能保持在初始連接強(qiáng)度的80%或80%以上。并且，試驗(yàn)前與試驗(yàn)后的熱阻變化在10%以內(nèi)。下面，作為比較例，對(duì)Cu6Sn5相含量不多于共晶組成的連接材料的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行說明。連接結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1~6相同。其結(jié)果如表l所示，強(qiáng)皮為初始連接強(qiáng)度的80°/?；?0。/。以上時(shí)用o標(biāo)記，小于80%時(shí)用x標(biāo)記。在比較例1、2中，經(jīng)-40。C(30min.)/200。C(30min.)500次循環(huán)的溫度循環(huán)試驗(yàn)后，強(qiáng)度均能保持在初始連接強(qiáng)度的80%或80%以上。但是經(jīng)21(TC、1000h的高溫放置試驗(yàn)后，比較例l、2的強(qiáng)度都小于初始連接強(qiáng)度的80%。觀察其連接剖面，發(fā)現(xiàn)在連接界面上形成如圖10、11所示的空隙14。認(rèn)為高溫放置導(dǎo)致界面反應(yīng)加劇，伴隨化合物層成長的體積變化形成空隙，導(dǎo)致連接強(qiáng)度降低。圖13中，作為其中之一例，給出用Sn-3Ag-0.5Cu釬料連接的樣品在210°C、lOOOh高溫放置后的連接界面的剖面圖。因未形成Cu-Sn化合物的隔離層，所以Sn與Ni反應(yīng)，Ni層完全消失，且底層的Cu也與Sn反應(yīng)，使Cu-Sn化合物層變厚。其結(jié)果為，體積變化較大而形成空隙，無法保持良好的連接狀態(tài)。比較例3、4經(jīng)-40。C(30min.)/200。C(30min.)500次循環(huán)的溫度循環(huán)試驗(yàn)及21(TC、1000h的高溫放置試驗(yàn)后，強(qiáng)度都小于初始連接強(qiáng)度的80%。比較例1、2經(jīng)-40。C(30min.)/200。C(30min.)500次循環(huán)的溫度循環(huán)試-驗(yàn)后，強(qiáng)度均保持在初始連接強(qiáng)度的80%或80%以上，但是經(jīng)210°C、lOOOh的高溫放置試驗(yàn)后，強(qiáng)度都小于初始連接強(qiáng)度的80%，未得到連接可靠性。觀察其連接剖面，發(fā)現(xiàn)在連接界面上形成如圖10、11所示的空隙14。認(rèn)為在高溫放置下導(dǎo)致界面反應(yīng)加劇，伴隨化合物層成長的體積變化形成空隙，導(dǎo)致連接強(qiáng)度降低。比較例5是利用高鉛釬料的比較例，任何一個(gè)試驗(yàn)都顯示了良好的結(jié)果。下面，利用圖15對(duì)使用本發(fā)明的連接材料的半導(dǎo)體裝置的其他形態(tài)進(jìn)行說明。圖15是印刷基板上的部件組裝的例子，具有下述部件印刷基板102;使用本發(fā)明的連接材料連接并組裝在上述印刷基板102上的表面組裝部件101;使用本發(fā)明的連接材料連接并組裝在上述印刷基板102上的芯片103;使用本發(fā)明的連接材料連接并組裝在上述印刷基板102上的插入組裝部件104。圖中未示出，但各個(gè)連4妻面均實(shí)施了Ni類鍍教。通過使用本發(fā)明的連接4幾構(gòu)進(jìn)行組裝，可提供在高溫下也能抑制界面反應(yīng)、連接可靠性高的半導(dǎo)體裝置。另外，圖15同時(shí)安裝了表面組裝部件101、芯片103、插入組裝部件104，但也可以只安裝其中任意一個(gè)或二個(gè)。在部分連接中也可使用Sn-3Ag-0.5Cu等其他釬料材料。下面，利用圖16對(duì)使用本發(fā)明的連接材料的半導(dǎo)體裝置的其他形態(tài)進(jìn)行說明。如圖16所示的半導(dǎo)體裝置，具有下述部件半導(dǎo)體元件l;用本發(fā)明的連接材料連接在半導(dǎo)體元件1上的框架105;通過引線108與半導(dǎo)體元件1上所設(shè)的電極(圖中未示出)電連接的外部引線電極107;用于覆蓋半導(dǎo)體元件1而設(shè)置的模制樹脂。圖中未示出，但各個(gè)連接面均進(jìn)行了Ni類鍍敷。使用本發(fā)明的連接機(jī)構(gòu)，可提供在高溫下也能抑制界面反應(yīng)、連接可靠性高的半導(dǎo)體裝置。利用圖17對(duì)其他半導(dǎo)體裝置的形態(tài)進(jìn)行說明。如圖17所示的半導(dǎo)體裝置，是以RF模塊等為代表的構(gòu)造，具有下述部件模塊基板109;用本發(fā)明的連接材料連接在所述模塊基板上的表面組裝部件101;用本發(fā)明的連接材料連接在所述模塊基板上的半導(dǎo)體元件1;用本發(fā)明的連接材料連接在所述模塊基板上的芯片部件；設(shè)置在所述模塊基板l的背面上的釬料球IIO。圖中雖未示出，但各個(gè)連接面均實(shí)施了Ni類鍍敷。使用本發(fā)明的連接機(jī)構(gòu)，可提供在高溫下也能抑制界面反應(yīng)、連接可靠性高的半導(dǎo)體裝置。另外，圖15同時(shí)安裝了表面組裝部件101、芯片部件103、插入組裝部件104,但也可以只安裝其中任意一個(gè)或二個(gè)。在部分的連接中也可使用Sn-3Ag-0.5Cu等其他釬料。以上，對(duì)半導(dǎo)體的實(shí)施方式進(jìn)行了幾點(diǎn)說明，但本發(fā)明并不限定于此，在不脫離本發(fā)明主旨的前提下，可進(jìn)行各種變更。例如，可用于大功率晶體管、大功率IC、IGBT基板、RF模塊等前端模塊、車輛用功率模塊等的管芯焊接等。另外，連接中所用的本發(fā)明的連接材料，只要是Cu6Sn5相含量比共晶組成多的Sn類釬料即可，不限定其使用形式，可為對(duì)印刷基板的整平處理、對(duì)零件的浸泡、印刷、箔、線等任一種方法。本發(fā)明能提供環(huán)境負(fù)荷小且具有200。C或200'C以上的耐熱性的半導(dǎo)體裝置。權(quán)利要求1、一種半導(dǎo)體裝置，所述半導(dǎo)體裝置具有半導(dǎo)體元件；使用第一連接材料連接在半導(dǎo)體元件的第一面上的支承電極；使用第二連接材料連接在上述支承電極所支承的上述半導(dǎo)體元件的第二面上的引線電極，其特征為，所述支承電極的連接部與所述引線電極的連接部均實(shí)施了Ni類鍍敷，所述第一連接材料和所述第二連接材料是Cu6Sn5相含量比共晶組成多的Sn類釬料。2、如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征為，所述第一連接材料和所述第二連接材料是在室溫到200。C范圍內(nèi)含有Cu6Sn5相的Sn類釬料。3、一種半導(dǎo)體裝置，所述半導(dǎo)體裝置具有半導(dǎo)體元件；使用第一連接部件連接在半導(dǎo)體元件的第一面上的支承電極；使用第二連接部件連接在上述支承電極所支承的上述半導(dǎo)體元件的第二面上的引線電極，其特征為，在所述支承電極與所述第一連接部件的界面及所述第一連接部件與所述半導(dǎo)體元件的界面處具有Ni類鍍層和Cu-Sn化合物層，在所述引線電極與所述第二連接部件的界面及所述第二連接部件與所述半導(dǎo)體元件的界面處具有Ni類鍍層和Cu-Sn化合物層。4、如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征為，所述支承電極與所述半導(dǎo)體元件之間具有熱膨脹率差緩沖材料。5、權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其特征為，所述熱膨脹率差緩沖材料為Al、Mg、Ag、Zn、Cu、Ni中的任一種。6、權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其特征為，所述熱膨脹率差緩沖材料為Cu/殷鋼合金/Cu復(fù)合材料、Cu/Cu20復(fù)合材料Cu-Mo合金、Ti、Mo、W中的任一種。7、如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征為，所述Ni類鍍敷為Ni、Ni-P、Ni-B等鍍敷中的任一種。8、如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其特征為，在所述Ni類鍍層上進(jìn)一步用Au、Ag、Pd中的至少一種實(shí)施鍍敷。9、如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征為，所述Cu-Sn化合物為Cu6Sn5。10、如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征為，所述連接材料的形狀為箔狀、膏狀、線狀中的任一種。11、一種車載交流發(fā)電機(jī)，其特征為，所述車栽交流發(fā)電機(jī)搭載了權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置。12、一種半導(dǎo)體裝置，所述半導(dǎo)體裝置具有基板；通過連接部件連接在上述基板上的半導(dǎo)體元件，其特征為，在所述基板與所述連鍍層和Cu-Sn化合物層。13、一種半導(dǎo)體裝置，所述半導(dǎo)體裝置具有基板；通過連接部件連接在上述基板上的半導(dǎo)體元件，其特征為，在所述基板的連接面與所述半導(dǎo)體元件的連接面處設(shè)有Ni類鍍層，所述連接材料是Cu6Sn5相的含量比共晶組成多的Sn類釬料。14、如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置，其特征為，所述Cu-Sn化合物為Cu6Sn5。15、如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置，其特征為，所述連接材料的形狀為箔狀、膏狀、線狀中的任一種。全文摘要本發(fā)明提供一種抑制界面反應(yīng)、具有200℃或200℃以上的耐熱性的半導(dǎo)體裝置，作為該裝置中的200℃耐熱性的連接方法，是通過組合室溫到200℃范圍內(nèi)含有Cu6Sn5相的Sn類釬料與Ni類鍍敷來實(shí)現(xiàn)的。文檔編號(hào)B23K35/22GK101123229SQ20061011540公開日2008年2月13日申請(qǐng)日期2006年8月8日優(yōu)先權(quán)日2005年8月31日發(fā)明者中村直人,佐佐木康二,平光真二,松吉聰,池田靖申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所