本發(fā)明涉及將金屬、陶瓷、及半導(dǎo)體的各部件經(jīng)由接合部件進(jìn)行粘接的散熱結(jié)構(gòu)體、和利用了該散熱結(jié)構(gòu)體的半導(dǎo)體模塊。

背景技術(shù)：

搭載于電力、鐵道、汽車等的半導(dǎo)體模塊中，要求高的動(dòng)作電流密度和高的耐電壓。通常，該半導(dǎo)體模塊具有將半導(dǎo)體芯片、金屬配線、陶瓷絕緣基板及散熱基底基板分別利用考慮到散熱性的接合部件粘接的散熱結(jié)構(gòu)體。另外，為了減輕陶瓷絕緣基板的翹曲，有時(shí)也在陶瓷絕緣基板和散熱基底基板之間加入金屬基板，這也利用接合部件粘接。作為接合部件，目前使用焊錫或銀釬料，近來(lái)，除了考慮到對(duì)環(huán)境負(fù)荷的影響的無(wú)鉛錫系焊錫或金屬以外，還應(yīng)用可粘接的活性銀釬料等。錫系焊錫用于半導(dǎo)體芯片和金屬配線、及陶瓷絕緣基板和散熱基底的粘接。此時(shí)，焊錫不管含鉛的有無(wú)，均不能直接粘接于半導(dǎo)體芯片或陶瓷絕緣基板上，因此，需要預(yù)先在這些粘接面上進(jìn)行鍍敷等金屬化處理?；钚糟y釬料用于金屬配線和陶瓷絕緣基板、及陶瓷絕緣基板和用于降低其翹曲的金屬基板的粘接中。

上述那樣的半導(dǎo)體模塊使動(dòng)作時(shí)的半導(dǎo)體芯片的發(fā)熱有效地散熱是重要的。因此，要求半導(dǎo)體模塊的各構(gòu)成部件中具有高的熱傳導(dǎo)率，而且盡可能接近半導(dǎo)體芯片的熱膨脹系數(shù)，在金屬配線中應(yīng)用銅(Cu)等，在陶瓷絕緣基板中應(yīng)用氮化鋁(AlN)等，及在散熱基底基板中應(yīng)用由鋁(Al)和碳化硅(SiC)構(gòu)成的Al-SiC等。另外，近來(lái)要求更高的動(dòng)作電流密度，半導(dǎo)體芯片更大量地發(fā)熱，因此，使半導(dǎo)體芯片從目前為止使用的硅(Si)向高溫動(dòng)作下優(yōu)異的碳化硅(SiC)改變。與此同時(shí)，作為半導(dǎo)體模塊，要求更優(yōu)異的耐熱性、散熱性及熱循環(huán)特性。特別是關(guān)于接合部件，對(duì)半導(dǎo)體模塊的熱可靠性造成的影響大，期待可以進(jìn)行熱可靠性比現(xiàn)有的無(wú)鉛錫系焊錫或活性銀釬料高的粘接的接合部件的出現(xiàn)。

專利文獻(xiàn)1中提出了一種接合部件，其包含含有V₂O₅的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物和金屬粒子。據(jù)此，可以提高粘接金屬、陶瓷、半導(dǎo)體的任一項(xiàng)的接合體或半導(dǎo)體模塊的粘接性和熱傳導(dǎo)性。另外，作為含有V₂O₅的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物之一，提出了軟化點(diǎn)顯著低的V₂O₅-TeO₂-Ag₂O系低熔點(diǎn)玻璃，含有5～65質(zhì)量％的V₂O₅、15～50質(zhì)量％的TeO₂、10～60質(zhì)量％的Ag₂O是有效的。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：特開(kāi)2013-151396號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

與其它低熔點(diǎn)玻璃相比時(shí)，上述的V₂O₅-TeO₂-Ag₂O系低熔點(diǎn)玻璃的軟化點(diǎn)的確低，但在加熱燒成時(shí)易于結(jié)晶化，由于該結(jié)晶化傾向，阻礙軟化流動(dòng)性。該結(jié)晶化由于混合金屬粒子或以膏的形態(tài)使用而進(jìn)一步顯著產(chǎn)生。當(dāng)由于該結(jié)晶化損壞玻璃的軟化流動(dòng)性時(shí)，相對(duì)于被粘接材(金屬、陶瓷，半導(dǎo)體)得不到高的粘結(jié)力，且容易殘留大量氣泡，因此，難以提供粘接性和散熱性的雙方優(yōu)異的散熱結(jié)構(gòu)體及半導(dǎo)體模塊。另外，由于粘接性和散熱性不充分，因此，散熱結(jié)構(gòu)體及半導(dǎo)體模塊的熱循環(huán)特性也不佳。即，熱可靠性的改善或提高是大的課題。

本發(fā)明的目的在于，提供熱可靠性優(yōu)異的散熱結(jié)構(gòu)體及半導(dǎo)體模塊。

用于解決課題的手段

本發(fā)明為了達(dá)成所述目的，提供散熱結(jié)構(gòu)體，其是將作為金屬、陶瓷、半導(dǎo)體的任一種的第一部件和第二部件經(jīng)由含有無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物和金屬粒子的接合部件進(jìn)行粘接了的散熱結(jié)構(gòu)體，其特征在于，所述無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物用以下的氧化物換算計(jì)含有V₂O₅、TeO₂及Ag₂O作為主要成分，且這些主要成分的合計(jì)為78摩爾％以上，TeO₂和Ag₂O的含量相對(duì)于V₂O₅的含量分別為1～2倍，且含有合計(jì)20摩爾％以下的BaO、WO₃或P₂O₅中任一種以上作為副成分，及含有合計(jì)2.0摩爾％以下的Y₂O₃、La₂O₃或Al₂O₃中任一種以上作為追加成分。

本發(fā)明還提供半導(dǎo)體模塊，其是將半導(dǎo)體芯片、金屬配線、陶瓷絕緣基板、含有金屬的散熱基底基板分別經(jīng)由接合部件進(jìn)行粘接了的半導(dǎo)體模塊，其特征在于，所述接合部件中任一部件以上含有無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物和金屬粒子，所述無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物用以下的氧化物換算計(jì)含有V₂O₅、TeO₂及Ag₂O作為主要成分，且這些主要成分的合計(jì)為78摩爾％以上，TeO₂和Ag₂O的含量相對(duì)于V₂O₅的含量分別為1～2倍，且含有合計(jì)20摩爾％以下的BaO、WO₃或P₂O₅中任一種以上作為副成分，及含有合計(jì)2.0摩爾％以下的Y₂O₃、La₂O₃或Al₂O₃中任一種以上作為追加成分。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠提供熱可靠性優(yōu)異的散熱結(jié)構(gòu)體及半導(dǎo)體模塊。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一實(shí)施方式的散熱結(jié)構(gòu)體的概略立體圖；

圖2是圖1所示的散熱結(jié)構(gòu)體的粘接部分的概略放大剖視圖；

圖3是本發(fā)明一實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊的概略剖視圖；

圖4是玻璃特有的代表性的示差熱分析(DTA)曲線的一例；

圖5是表示粘接性評(píng)價(jià)試樣的制作方法的概略圖；

圖6是表示本發(fā)明一實(shí)施例的接合部件中所含的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物(G-42)和金屬粒子(Ag)的配合比例對(duì)熱傳導(dǎo)率及剪斷應(yīng)力造成的影響的圖表。

具體實(shí)施方式

以下，關(guān)于本發(fā)明的實(shí)施方式，一邊參照附圖一邊進(jìn)行更詳細(xì)地說(shuō)明。但是，本發(fā)明不限定于在此提出的實(shí)施方式，可以在不變更宗旨的范圍內(nèi)適宜組合或改良。

(散熱結(jié)構(gòu)體)

圖1中表示代表性的散熱結(jié)構(gòu)體的概略立體圖，圖2中表示該粘接部分的概略放大剖視圖。本實(shí)施方式如圖1及圖2所示，涉及散熱結(jié)構(gòu)體，其是將作為金屬、陶瓷、半導(dǎo)體的任一項(xiàng)的第一部件1、1’、1”、1”’和第二部件2經(jīng)由接合部件3、3’、3”、3”’進(jìn)行粘接，該接合部件3、3’、3”、3”’中含有無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物4和金屬粒子5。

該無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物4中，以以下的氧化物換算計(jì)含有V₂O₅、TeO₂及Ag₂O作為主要成分，且這些主要成分的合計(jì)為78摩爾％以上，TeO₂的含量相對(duì)于V₂O₅的含量為1～2倍，Ag₂O的含量相對(duì)于V₂O₅的含量為1～2倍。另外，最大的特征在于，應(yīng)用含有合計(jì)20摩爾％以下的BaO、WO₃及P₂O₅中任一種以上作為副成分，及含有合計(jì)2.0摩爾％以下的Y₂O₃、La₂O₃及Al₂O₃中任一種以上作為追加成分的V₂O₅-TeO₂-Ag₂O系無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物。此外，無(wú)鉛是指不含有雜質(zhì)量以上的鉛，且允許不可避免的雜質(zhì)量。

關(guān)于上述無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物中作為主要成分的V₂O₅、TeO₂及Ag₂O的含有效果，在以下進(jìn)行說(shuō)明。Ag₂O為了轉(zhuǎn)化點(diǎn)、屈服點(diǎn)、軟化點(diǎn)等特性溫度的低溫化和化學(xué)的穩(wěn)定性的提高而含有。V₂O₅為了在玻璃制作時(shí)還原Ag₂O以不析出金屬Ag而含有。作為玻璃成分含有的Ag₂O如果不以Ag⁺離子的狀態(tài)存在于玻璃中，則得不到期望的低溫化的效果。如果增多Ag₂O的含量，即如果增多玻璃中的Ag⁺離子量，則實(shí)現(xiàn)低溫化，但此時(shí)為了防止或抑制金屬Ag的析出，需要也增加V₂O₅的含量。在玻璃制作時(shí)，相對(duì)于一個(gè)V⁵⁺離子，在玻璃中只可含有兩個(gè)Ag⁺離子。如果超過(guò)兩個(gè)，則金屬Ag有析出的可能性。

TeO₂是在玻璃制作時(shí)用于玻璃化的玻璃化成分。因此，如果不含有TeO₂，則不能形成玻璃。但是，相對(duì)于一個(gè)V⁵⁺離子，Te⁴⁺離子只有一個(gè)是有效的，如果超過(guò)一個(gè)，Te和Ag的化合物有析出的可能性。

考慮到上述V₂O₅、TeO₂及Ag₂O含有的效果時(shí)，本實(shí)施方式的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物優(yōu)選以以下的氧化物換算，V₂O₅、TeO₂及Ag₂O的合計(jì)為78摩爾％以上，TeO₂和Ag₂O的含量相對(duì)于V₂O₅的含量分別為1～2倍。如果低于或高于這些的組成范圍，則有產(chǎn)生如下問(wèn)題的可能性：在玻璃制作時(shí)，金屬Ag析出，或低溫化效果變小，或在加熱燒成時(shí)顯著結(jié)晶化，或化學(xué)的穩(wěn)定性降低等。

另外，為了容易將本實(shí)施方式涉及的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物作為均勻的玻璃狀態(tài)(非晶質(zhì)狀態(tài))而得到，以及為了不促進(jìn)得到的玻璃的結(jié)晶化傾向，作為副成分，優(yōu)選以以下的氧化物換算計(jì)含有合計(jì)20摩爾％以下的BaO、WO₃及P₂O₅中任一種以上。是由于，如果超過(guò)20摩爾％，則會(huì)高溫化。作為追加成分含有的Y₂O₃、La₂O₃及Al₂O₃通過(guò)少量的含有，具有可顯著降低結(jié)晶化傾向的效果，其含量在合計(jì)2.0摩爾％以下是有效。是由于，如果超過(guò)2.0摩爾％，則轉(zhuǎn)化點(diǎn)、屈服點(diǎn)、軟化點(diǎn)等的特性溫度上升，或相反，結(jié)晶化傾向變大。就上述副成分和追加成分的有效的含量而言，副成分為3.7～16摩爾％，追加成分為0.2～1.0摩爾％。

上述中說(shuō)明的V₂O₅-TeO₂-Ag₂O系低熔點(diǎn)玻璃組合物，與Al、Al合金、Ag及與Ag合金的濕潤(rùn)性及反應(yīng)性優(yōu)異，因此，在圖1及圖2中表示的第一部件1、1’、1”、1”’和第二部件2的粘接面上，預(yù)先形成Al、Al合金、Ag或Ag合金的膜是有效的，可得到更良好的粘接性。另外，在接合部件3、3’、3”、3”’含有的金屬粒子5中含有Ag、Al、Sn及Cu的任一種以上是有效的。這些的金屬粒子通過(guò)上述V₂O₅-TeO₂-Ag₂O系的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物4的軟化流動(dòng)而易于縮頸，可得到良好的散熱性。

作為應(yīng)用了本實(shí)施方式的散熱結(jié)構(gòu)體的形式的代表例，可以舉出半導(dǎo)體模塊。圖3中表示代表性的半導(dǎo)體模塊的概略剖視圖。該半導(dǎo)體模塊將半導(dǎo)體芯片6、金屬配線7、陶瓷絕緣基板8、散熱基底基板9分別經(jīng)由第一接合部件10、第二接合部件11及第三接合部件12進(jìn)行粘接。另外，發(fā)射電極13和柵電極14從半導(dǎo)體芯片6的上面分別電連接至金屬配線7’和7”。

在半導(dǎo)體模塊的工作時(shí)，半導(dǎo)體芯片6發(fā)熱至高溫，因此，使該熱經(jīng)由第一接合部件10→金屬配線7→第二接合部件11→陶瓷絕緣基板8→第三接合部件12，從散熱基底基板9散熱。因此，金屬配線7、第一接合部件10、陶瓷絕緣基板8、第二接合部件11、第三接合部件12及散熱基底基板9的熱傳導(dǎo)率越高，越有效。

半導(dǎo)體芯片6應(yīng)用Si或SiC，金屬配線7應(yīng)用Cu或Al，陶瓷絕緣基板8應(yīng)用AlN或Si₃N₄，散熱基底基板9應(yīng)用Al-SiC等。第一～第三接合部件10～13中，為了在低溫可粘接或可進(jìn)行對(duì)陶瓷的粘接，目前為止可使用無(wú)鉛錫系焊錫或活性銀釬料。但是，無(wú)鉛錫系焊錫或活性銀釬料不是純金屬，而是合金化的金屬，該合金化降低了熱傳導(dǎo)率，且降低了散熱性。另外，該合金化由于暴露在高溫或其熱循環(huán)，有時(shí)也脆化，而降低了半導(dǎo)體模塊的熱可靠性。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊中，通過(guò)在第一～第三接合部件10～12中任一個(gè)以上展開(kāi)之前說(shuō)明的接合部件，能夠提高該半導(dǎo)體模塊的散熱性、耐熱性及熱循環(huán)特性。

實(shí)施例

以下，基于具體的實(shí)施例更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。但是，本發(fā)明不限定于在此提出的實(shí)施例，包含其變化。

〔實(shí)施例1〕

本實(shí)施例中，關(guān)于用于制作圖1～3中所示那樣的散熱結(jié)構(gòu)體或半導(dǎo)體模塊的接合部件，制作該接合部件中含有的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物，并研究該組成對(duì)玻璃特性造成的影響。另外，在制作的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物中，評(píng)價(jià)混合90體積％作為金屬粒子的Ag粒子，并進(jìn)行加熱燒成而制作的試樣的熱傳導(dǎo)率。另外，在制作的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物中，混合90體積％作為金屬粒子的Ag粒子，制作接合部件用的膏，且向金屬、陶瓷或半導(dǎo)體的部件涂布、干燥、燒成及接合，由此，研究對(duì)各部件的粘接性。

另外，綜合性地評(píng)價(jià)作為含有無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物和金屬粒子的接合部件的粘接溫度、熱傳導(dǎo)率及粘接性。表1中表示制作的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物的組成。制作的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物的主要成分為V₂O₅、TeO₂及Ag₂O，副成分為BaO、WO₃及P₂O₅，追加成分為Y₂O₃、La₂O₃及Al₂O₃。另外，表2中表示制作的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物的玻璃化狀態(tài)、特性溫度和結(jié)晶化傾向、及化學(xué)的穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)結(jié)果。表3中表示作為接合部件的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物設(shè)為10體積％、及Ag粒子設(shè)為90體積％時(shí)的粘接溫度、熱傳導(dǎo)率及對(duì)金屬、陶瓷及半導(dǎo)體的粘接性評(píng)價(jià)結(jié)果。另外，表3中還表示綜合性地判定了這些的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

(無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物的制作)

制作表1所示的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物G-01～77。表1所示的組成是玻璃制作時(shí)的配合組成。表1的單位全部是摩爾％。G-01～19、72～77為比較例，G20～71為實(shí)施例。作為初始原料，使用了新興化學(xué)制V₂O₅、高純度化學(xué)研究所制TeO₂、和光純藥制Ag₂O、高純度化學(xué)研究所制BaCO₃、高純度化學(xué)研究所制WO₃、高純度化學(xué)研究所制P₂O₅、高純度化學(xué)研究所制Y₂O₃、高純度化學(xué)研究所制La₂O₃及高純度化學(xué)研究所制Al₂O₃的粉末。

將各初始原料粉末以合計(jì)成為200g左右的方式稱重、配合、混合，并投入石英玻璃坩堝中。將投入了原料混合粉末的石英玻璃坩堝設(shè)置于玻璃熔融爐內(nèi)，以約10℃/分鐘的升溫速度加熱到700～750℃，為了實(shí)現(xiàn)石英玻璃坩堝內(nèi)的熔液的組成均勻化，一邊利用氧化鋁棒進(jìn)行攪拌，一邊保持1小時(shí)。然后，將石英玻璃坩堝從玻璃熔融爐取出，并使熔液流入預(yù)先加熱至120℃左右的不銹鋼鑄模，分別制作無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物G-01～77。接著，制作的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物粉碎制約10μm。

(玻璃化狀態(tài)的評(píng)價(jià))

使用該玻璃粉末，通過(guò)X射線衍射，根據(jù)結(jié)晶是否析出，評(píng)價(jià)制作的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物G-01～77的玻璃化狀態(tài)。將評(píng)價(jià)結(jié)果在表2中表示。在析出結(jié)晶的情況下，觀察到尖銳的衍射峰，另一方面，在未析出結(jié)晶的情況下，僅觀測(cè)到寬的衍射峰。未確認(rèn)了尖銳的衍射峰的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物，看做玻璃化狀態(tài)良好，并評(píng)價(jià)為“合格”。另一方面，在確認(rèn)了尖銳的衍射峰的情況下，結(jié)晶已經(jīng)析出，且玻璃化狀態(tài)未成為均勻的非晶質(zhì)狀態(tài)，評(píng)價(jià)為“不合格”。如果在玻璃制作時(shí)結(jié)晶已經(jīng)析出，則通過(guò)之后的加熱燒成促進(jìn)結(jié)晶化，得不到良好的軟化流動(dòng)性，因此，不優(yōu)選。如果得不到良好的軟化流動(dòng)性，則作為接合部件的粘接性或粘結(jié)性、及致密性變得缺乏。

(特性溫度和結(jié)晶化傾向的評(píng)價(jià))

使用該玻璃粉末，通過(guò)示差熱分析(DTA)評(píng)價(jià)制作的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物G-01～77的特性溫度和結(jié)晶化傾向。將評(píng)價(jià)結(jié)果在表2中表示。DTA使用大元件類型，向該大元件中加入約500mg的玻璃粉末，作為標(biāo)準(zhǔn)試樣，使用高純度的氧化鋁(α-Al₂O₃)粉末，以大氣中5℃/分鐘的升溫速度從室溫加熱到400℃，測(cè)定制作的各無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物的DTA曲線。根據(jù)測(cè)定的DTA曲線，求得轉(zhuǎn)化點(diǎn)T_g、屈服點(diǎn)M_g、軟化點(diǎn)T_s、結(jié)晶化開(kāi)始溫度T_cry及結(jié)晶化產(chǎn)生的發(fā)熱量。

圖4中表示玻璃特有的代表性的DTA曲線的一例。該DTA曲線中，第一吸熱峰的開(kāi)始溫度為轉(zhuǎn)化點(diǎn)T_g，該吸熱峰溫度為屈服點(diǎn)M_g，第二吸熱峰溫度為軟化點(diǎn)T_s，及結(jié)晶化產(chǎn)生的發(fā)熱峰的開(kāi)始溫度為結(jié)晶化開(kāi)始溫度T_cry。此外，通常通過(guò)接線法求得各自的特性溫度。T_g、M_g及T_s的特性溫度根據(jù)玻璃的粘度定義，T_g是相當(dāng)于10^13.3poise的溫度，M_g是相當(dāng)于10^11.0poise的溫度，T_s是相當(dāng)于10^7.65poise的溫度。結(jié)晶化傾向根據(jù)T_cry和結(jié)晶化產(chǎn)生的發(fā)熱峰的大小、即該發(fā)熱量判定，可以說(shuō)是T_cry的高溫化、即T_s和T_cry的溫度差增加時(shí)，結(jié)晶化發(fā)熱量減少但不易結(jié)晶化的玻璃。但是，通常，T_s的低溫化也導(dǎo)致T_cry的低溫化，具有縮小T_s和T_cry的溫度差的傾向。

使用含有低熔點(diǎn)玻璃組合物的接合部件向散熱結(jié)構(gòu)體或半導(dǎo)體模塊展開(kāi)時(shí)的粘接溫度也不被接合部件中含有的金屬粒子的種類、含量及粒徑、且升溫速度、氣氛、壓力等的燒成條件等影響，但通常大多情況下設(shè)定成比軟化點(diǎn)T_s高20～60℃左右。金屬粒子的含量越多，而且該粒徑越小，越需要接合部件的粘接溫度相對(duì)于低熔點(diǎn)玻璃組合物的軟化點(diǎn)T_s設(shè)定成更高溫，根據(jù)情況不同，進(jìn)行比T_s高60℃以上的高溫化，使接合部件中的低熔點(diǎn)玻璃組合物充分軟化流動(dòng)性，達(dá)成良好的粘接性或粘結(jié)性、及致密性。因此，在該粘接溫度使低熔點(diǎn)玻璃組合物不結(jié)晶化是非常重要的。該結(jié)晶化傾向的評(píng)價(jià)根據(jù)T_s及T_cry和其發(fā)熱量進(jìn)行五個(gè)等級(jí)評(píng)價(jià)。在T_s低溫為300℃以下，且直到400℃也未確認(rèn)了結(jié)晶化產(chǎn)生的發(fā)熱峰的情況下，判定為極其良好“a”。另外，在T_s稍微超過(guò)300℃，但直到400℃也未確認(rèn)了結(jié)晶化產(chǎn)生的發(fā)熱峰的情況下，判定為良好“b”。另一方面，在T_s與T_cry的溫度差為50℃以上，而且結(jié)晶化產(chǎn)生的發(fā)熱量低于5μV的情況下，存在一些問(wèn)題且判定為“c”，在T_s與T_cry的溫度差低于50℃，或結(jié)晶化產(chǎn)生的發(fā)熱量為5μV以上的情況下，存在問(wèn)題且判定為“d”，在雙方的情況下，存在大的問(wèn)題且判定為“e”。

(化學(xué)的穩(wěn)定性的評(píng)價(jià))

制作的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物G-01～77的化學(xué)的穩(wěn)定性通過(guò)耐水性試驗(yàn)和耐酸性試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。將評(píng)價(jià)結(jié)果在表2中表示。玻璃試驗(yàn)片使用粉碎前的10～20mm左右的碎玻璃。耐水性試驗(yàn)中，將該碎玻璃在50℃的純水中浸漬48小時(shí)。另外，耐酸性試驗(yàn)中，將該碎玻璃在室溫在1當(dāng)量硝酸水溶液中浸漬24小時(shí)。通過(guò)目視觀察兩試驗(yàn)后的碎玻璃外觀，在該外觀中沒(méi)有看到變化的情況下判定為“合格”，另一方面，在看到變化的情況下判定為“不合格”。

(熱傳導(dǎo)率的評(píng)價(jià))

將制作的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物G-01～77進(jìn)一步進(jìn)行微細(xì)地粉碎，使平均粒徑成為2μm以下。另外，G-01～77的密度大致處于4.5～6.0g/cm³的范圍。作為Ag粒子，使用平均粒徑約為1.5μm的球狀粒子。將該無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物的粉末10體積％和Ag粒子90體積％進(jìn)行配合、混合，使用手動(dòng)壓力機(jī)，制作直徑10mm、厚度2mm的成形體。此外，此時(shí)的加壓設(shè)為500kgf/cm²。將制作的成形體利用電爐，以大氣中10℃/分鐘的升溫速度加熱到比各無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物的軟化點(diǎn)T_s高50～60℃的溫度，并保持30分鐘，由此，制作燒結(jié)體。研磨制作的燒結(jié)體的上下面，通過(guò)氙氣閃光法測(cè)定熱傳導(dǎo)率。將測(cè)定結(jié)果在表3中表示。

(接合部件用膏的制作)

將平均粒徑為2μm以下的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物的粉末10體積％，和平均粒徑為約1.5μm的球狀A(yù)g粒子90體積％進(jìn)行配合，以它們的固體成分的含有率成為75～80質(zhì)量％的方式，添加溶劑和粘度調(diào)整劑，并仔細(xì)地混合、混煉，由此，制作接合部件用膏。本實(shí)施例中，作為溶劑使用α-萜品醇，作為粘度調(diào)整劑使用異冰片基環(huán)己醇。

(粘接性評(píng)價(jià)試樣的制作)

圖5中表示粘接性評(píng)價(jià)試樣的制作方法。首先，對(duì)由金屬、陶瓷或半導(dǎo)體構(gòu)成的直徑5mm的圓板狀基材15和一邊10mm的四方板狀基材16進(jìn)行準(zhǔn)備(a)。這些的圓板狀基材15和四方板狀基材16的材質(zhì)使用Al、Cu、Al-SiC、AlN、Si的任一種。另外，也對(duì)在這些的粘接面17、18上形成Al膜、Cu膜、Ag膜的情況進(jìn)行研究，對(duì)各無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物，以以下的11種類的組成并評(píng)價(jià)粘接性。此外，下述中，前者為圓板狀基材15，后者為四方板狀基材16。另外，向粘接面17、18形成Al膜、Cu膜、Ag膜時(shí)，分別使用粒徑為45μm以下的球狀粒子，并通過(guò)低壓的冷噴霧進(jìn)行。

(1)AlN基材和Al-SiC基材

(2)Al膜形成AlN基材和Al膜形成Al-SiC基材

(3)Al基材和Al-SiC基材

(4)Cu基材和Al-SiC基材

(5)Ag膜形成Cu基材和Al膜形成Al-SiC基材

(6)Al基材和AlN基材

(7)Cu基材和AlN基材

(8)Ag膜形成Cu基材和Al膜形成AlN基材

(9)Al膜形成Si基材和Al膜形成AlN基材

(10)Al膜形成Si基材和Cu膜形成AlN基材

(11)Al膜形成Si基材和Ag膜形成AlN基材

在圓板狀基材15的粘接面17上，通過(guò)點(diǎn)膠法將上述中制作的接合部件用膏19進(jìn)行涂布(b)。然后，在大氣中以120～150℃進(jìn)行干燥。使該粘接面17和四方板狀基材16的粘接面18貼合，并固定于耐熱用加壓夾具上。此時(shí)的加壓設(shè)為30～50kPa。將此設(shè)置于電爐內(nèi)，在大氣中或非活性氣體中(氮中)以10℃/分鐘的升溫速度加熱到220℃并保持30分鐘后，以相同的升溫速度加熱到比各自的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物的軟化點(diǎn)T_s高50～60℃的溫度，并保持30分鐘，由此，對(duì)接合體進(jìn)行制作(c)。上述(1)(2)(3)(6)(9)(11)在大氣中加熱，(4)(5)(7)(8)(10)在非活性氣體中(氮中)加熱。

(粘接性的評(píng)價(jià))

上述中制作的接合體的粘接性通過(guò)測(cè)定剪斷應(yīng)力進(jìn)行評(píng)價(jià)。剪斷應(yīng)力為30MPa以上時(shí)，評(píng)價(jià)為優(yōu)異“a”，在20MPa以上、低于30MPa時(shí)評(píng)價(jià)為良好“b”，在10MPa以上、低于20MPa時(shí)評(píng)價(jià)為不充分“c”，在低于10MPa時(shí)評(píng)價(jià)為不適合“d”。

(綜合評(píng)價(jià))

綜合地評(píng)價(jià)作為含有無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物和金屬粒子的接合部件的粘接溫度、熱傳導(dǎo)率及粘接性。將評(píng)價(jià)結(jié)果在表3中表示。在粘接溫度為300℃以下，熱傳導(dǎo)率為200W/mK以上及粘接性為20MPa以上的情況下，評(píng)價(jià)為優(yōu)異“A”，在粘接溫度超過(guò)300℃，但熱傳導(dǎo)率為200W/mK以上及粘接性為20MPa以上的情況下，評(píng)價(jià)為良好“B”。另一方面，即使粘接溫度低，熱傳導(dǎo)率高，如果粘接性缺乏，則作為接合部件的可靠性也不足，因此，即使粘接溫度低，熱傳導(dǎo)率高時(shí)，在得到一個(gè)10MPa以上、低于20MPa的粘接性的情況下，評(píng)價(jià)為不充分“C”，且在所有的粘接性低于10MPa的情況下，評(píng)價(jià)為不適合“D”。

如表1所示，比較例G-01～04的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物為V₂O₅-TeO₂-Ag₂O的三元系，比較例G-05～19還含有20摩爾％以下的BaO、WO₃及P₂O₅中任一種以上作為副成分。實(shí)施例G-20～71及比較例G-72～77還含有Y₂O₃、La₂O₃及Al₂O₃中任一種作為追加成分，其含量在實(shí)施例G-20～71中為2摩爾％以下，在比較例G-72～77中為3～5摩爾％。

如表2所示，G-01～77的玻璃化狀態(tài)在任何玻璃中均未確認(rèn)了結(jié)晶的析出，為“合格”，為良好。另外，任何玻璃的轉(zhuǎn)化點(diǎn)T_g、屈服點(diǎn)M_g及軟化點(diǎn)T_s的特性溫度均低。但是，結(jié)晶化開(kāi)始溫度T_cry和結(jié)晶化產(chǎn)生的發(fā)熱量中未確認(rèn)了大的不同?？芍猇₂O₅-TeO₂-Ag₂O的三元系的比較例G-01～04中，結(jié)晶化產(chǎn)生的發(fā)熱量非常大，結(jié)晶化顯著。另外，比較例G-01中，在軟化之前產(chǎn)生結(jié)晶化，因此，未確認(rèn)了軟化點(diǎn)T_s。比較例G-05～19中，通過(guò)含有20摩爾％以下的BaO、WO₃及P₂O₅中任一種以上作為副成分，大幅降低其發(fā)熱量。但是，預(yù)測(cè)到不至于防止結(jié)晶化，得不到良好的軟化流動(dòng)性，且與金屬粒子一起向接合部件展開(kāi)不充分。

與之相對(duì)，實(shí)施例G-20～71中，含有合計(jì)2摩爾％以下的Y₂O₃、La₂O₃及Al₂O₃中至少一種作為追加成分，由此，防止結(jié)晶化，得到良好的軟化流動(dòng)性。另外，通過(guò)將副成分的含量設(shè)為3.7～16摩爾％，實(shí)現(xiàn)T_s的低溫化。另外，可知追加成分含有0.2～1.0摩爾％，且得到充分的結(jié)晶化防止效果。但是，如果該追加成分超過(guò)2摩爾％進(jìn)行含有，則如比較例G-72～77那樣，再次發(fā)生結(jié)晶化，該結(jié)晶化傾向隨著其含量而增加。

關(guān)于G-01～77的化學(xué)的穩(wěn)定性，任何玻璃的耐水性均良好。就耐酸性而言，僅比較例G-16不充分，但其它玻璃為良好。比較例G-16的耐酸性降低的原因是由于，作為副成分的P₂O₅的含量多。

通過(guò)以上的玻璃組成研究，從表1和表2中表示的實(shí)施例G-20～71的組成和特性可知，接合部件中含有的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物含有V₂O₅、TeO₂及Ag₂O作為主要成分，這些主要成分的合計(jì)為78摩爾％以上，TeO₂和Ag₂O的含量相對(duì)于V₂O₅的含量，分別為1～2倍，還含有合計(jì)20摩爾％以下的BaO、WO₃及P₂O₅中任一種以上作為副成分，及含有合計(jì)2.0摩爾％以下的Y₂O₃、La₂O₃及Al₂O₃中任一種以上作為追加成分是有效的。還可知，特別優(yōu)選該無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物的副成分的含量為3.7～16摩爾％，及追加成分的含量為0.2～1.0摩爾％。

接著，在含有無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物10體積％、作為金屬粒子的Ag粒子90體積％的接合部件中，研究其實(shí)現(xiàn)可能性。如表3所示，在使用了V₂O₅-TeO₂-Ag₂O的三元系無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物即比較例G-01～04的情況下，粘接溫度為250～320℃且熱傳導(dǎo)率為117～152W/mK。該熱傳導(dǎo)率與純銀的固塊體的熱傳導(dǎo)率(429W/mK)相比非常低，但另一方面，與現(xiàn)有的無(wú)鉛錫系焊錫或活性銀釬料的熱傳導(dǎo)率(20～70W/mK)相比相當(dāng)高。但是，各接合體中的粘接性均非常缺乏，不能展開(kāi)至接合部件。其原因在于，比較例G-01～04的玻璃的結(jié)晶化顯著，在加熱燒成時(shí)得不到良好的軟化流動(dòng)性。另外，該結(jié)晶化將玻璃的平均粒徑微細(xì)化至2μm以下，因此，比表2中表示的結(jié)晶化傾向更顯著地結(jié)晶化的可能性高。

在使用含有BaO、WO₃及P₂O₅中任一種以上作為副成分的比較例G-05～19的情況下，粘接溫度為270～350℃且熱傳導(dǎo)率為151～188W/mK，顯示熱傳導(dǎo)率比上述比較例G-01～04高的傾向。其結(jié)果暗示了，通過(guò)含有BaO、WO₃及P₂O₅中任一種以上，稍微抑制結(jié)晶化傾向。但是，關(guān)于各接合體的粘接性，在比較例G-07、11、13～16及19中確認(rèn)了一些改善，但不充分。除這些以外的比較例G-05、06、08～10、12、17及18中，與比較例G-01～04一樣不適合。比較例G-01～19中，對(duì)熱傳導(dǎo)率和粘接性的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行考察，結(jié)果可知，在使用了確認(rèn)了粘接性的改善傾向的比較例G-07、11、13～16及19的情況下，熱傳導(dǎo)率高為170～188W/mK。由此，防止V₂O₅-TeO₂-Ag₂O系無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物的結(jié)晶化，且得到良好的軟化流動(dòng)性期待及發(fā)現(xiàn)可提高作為接合部件的散熱性和粘接性的雙方。

在使用了除了上述副成分以外，還含有Y₂O₃、La₂O₃及Al₂O₃中任一種以上作為追加成分，且防止結(jié)晶化的實(shí)施例G-20～71的情況下，粘接溫度為270～370℃且熱傳導(dǎo)率高為220～246W/mK。另外，在(1)～(11)的任何接合體中均得到20MPa以上的剪斷應(yīng)力，粘接性為良好。特別是在將Al膜或Ag膜形成于粘接面上的接合體(2)(5)(8)(9)(11)中，達(dá)成特別高至30MPa以上的剪斷應(yīng)力。與上述的比較例G-01～19相比時(shí)，實(shí)施例G-20～71通過(guò)防止結(jié)晶化，達(dá)成良好的軟化流動(dòng)性，熱傳導(dǎo)率即散熱性進(jìn)一步提高，還大幅改善粘接性。特別是在使用了實(shí)施例G-23～28、34～36、39、41～43、50、51及54～58的情況下，進(jìn)行300℃以下的低溫粘接即在低溫的接合是可能的。通過(guò)使用實(shí)施例G-20～71來(lái)提高熱傳導(dǎo)率的理由是由于，通過(guò)玻璃進(jìn)行軟化流動(dòng)，促進(jìn)作為金屬粒子使用的Ag粒子間的縮頸。實(shí)施例G-20～71中，加熱產(chǎn)生的的軟化流動(dòng)時(shí)形成至粘接面的Al膜或Ag膜和濕潤(rùn)性良好。另外，與這些適當(dāng)反應(yīng)，使與玻璃構(gòu)成成分的化合物形成于粘接界面上。在使用了Al膜的情況下，通過(guò)與玻璃的反應(yīng)，除去了表面的氧化被膜。由此，認(rèn)為可達(dá)成堅(jiān)固的粘結(jié)或粘接。該情況不限于純Al或純Ag的膜，當(dāng)然在Al合金或Ag合金的膜中也可期待同樣的效果。

但是，如果上述追加成分的含量多，則如表2中表示那樣，再次發(fā)生結(jié)晶化，軟化流動(dòng)性劣化。因此，在使用了比較例G-72～77的情況下，粘接溫度為310～320℃且熱傳導(dǎo)率降低至168～201W/mK。另外，在任何接合體中，其粘接性均降低，剪斷應(yīng)力成為低于20MPa。

以上，由說(shuō)明的表1～3，作為具有高的散熱性和粘接性的接合部件，與金屬粒子一起含有的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物含有V₂O₅、TeO₂及Ag₂O作為主要成分，且這些主要成分的合計(jì)為78摩爾％以上，且TeO₂和Ag₂O的含量相對(duì)于V₂O₅的含量分別為1～2倍，還含有20摩爾％以下的BaO、WO₃及P₂O₅中任一種以上作為副成分，以及還含有2.0摩爾％以下的Y₂O₃、La₂O₃及Al₂O₃中任一種以上作為追加成分是有效的。特別優(yōu)選副成分的含量為3.7～16摩爾％，及追加成分的含量為0.2～1.0摩爾％。含有該無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物的接合部件可有效地展開(kāi)至散熱結(jié)構(gòu)體或半導(dǎo)體模塊。另外，如果在散熱結(jié)構(gòu)體或半導(dǎo)體模塊的粘接面上形成Al膜或Ag膜或Al合金膜、或Ag合金膜，則進(jìn)行更強(qiáng)有力的粘接是可能的。

[表1]

[表2]

[表3]

〔實(shí)施例2〕

本實(shí)施例中，關(guān)于用于制作圖1～3中所示那樣的散熱結(jié)構(gòu)體或半導(dǎo)體模塊的接合部件，對(duì)該接合部件中含有的金屬粒子進(jìn)行了研究。金屬粒子使用了Ag、Al、Sn及Cu的球狀粒子。就使用的粒徑而言，Ag、Al及Cu為45μm以下，Sn為38μm以下。另外，作為接合部件中含有的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物，使用了表1和表2中表示的實(shí)施例G-30和34。這些的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物的平均粒徑設(shè)為2μm以下。無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物和金屬粒子的比例以體積％計(jì)設(shè)為30：70，與實(shí)施例1一樣，制作用于評(píng)價(jià)熱傳導(dǎo)率的試樣。但是，在制作該試樣時(shí)，為了盡可能不氧化，不在大氣中而在非活性氣體中(氬氣中)加熱金屬粒子，由此，得到燒結(jié)體。

得到的燒結(jié)體與實(shí)施例1同樣，通過(guò)氙氣閃光法測(cè)定熱傳導(dǎo)率。另外，使用上述金屬粒子和無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物的粉末，以與上述相同的配合比例，與實(shí)施例1同樣分別制作接合部件用的膏。而且，使用該膏，與實(shí)施例1同樣，制作各種的接合體，并通過(guò)剪斷應(yīng)力評(píng)價(jià)該粘接性。但是，在制作各接合體時(shí)，不在大氣中使用，加熱氣氛全部設(shè)為非活性氣體中(氬氣中)。

表4中表示含有無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物G-30和34的接合部件的粘接溫度、熱傳導(dǎo)率及使用了這些組合物的接合體的粘接性評(píng)價(jià)結(jié)果。此外，粘接溫度設(shè)定成比與實(shí)施例1同樣使用的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物、在此G-30和34的軟化點(diǎn)T_s高50～60℃的溫度。Ag、Al、Sn及Cu的體積的熱傳導(dǎo)率為429W/mK、237W/mK、67W/mK及401W/mK。這些是純金屬的熱傳導(dǎo)率，在共晶等中合金化時(shí)，低熔點(diǎn)化，可使粘接溫度低溫化，但該熱傳導(dǎo)率會(huì)顯著地降低是眾所周知的。

例如，目前用作接合部件的錫系焊錫或活性銀釬料的熱傳導(dǎo)率為20～70W/mK左右。如本實(shí)施例，含有無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物的接合部件中，金屬粒子可使用純金屬，而且在低溫可縮頸該純金屬粒子的方面也是非常有利的方面。在本實(shí)施例中證明這一方面。

含有70體積％的Ag作為金屬粒子的接合部件中，如表4所示，無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物G-30、34中均得到160W/mK左右的熱傳導(dǎo)率。比固塊的Ag的熱傳導(dǎo)率顯著降低，但與現(xiàn)有的錫系焊錫或活性銀釬料相比非常高，利用G-30或34促進(jìn)了Ag粒子的縮頸。認(rèn)為這是如下機(jī)制進(jìn)行的：可以說(shuō)通過(guò)G-30或34進(jìn)行軟化流動(dòng)，Ag粒子的一部分在玻璃中溶解，另一方面，Ag的納米粒子從玻璃中析出，而進(jìn)行Ag粒子的縮頸。

另外，就制作的接合體的粘接性而言，在(1)～(11)的任何接合體中均得到20MPa以上的剪斷應(yīng)力，粘接性良好。特別是在將Al膜或Ag膜形成于粘接面的接合體(2)(5)(8)(9)(11)中，達(dá)成非常高至30MPa以上的剪斷應(yīng)力，該粘接性優(yōu)異。這是由于，G-30或34的Al膜或Ag膜和濕潤(rùn)性良好，而且適當(dāng)進(jìn)行反應(yīng)。

在含有70體積％的Al作為金屬粒子的接合部件中，如表4所示那樣，在無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物G-30、34中均得到90W/mK左右的熱傳導(dǎo)率。比固塊的Al的熱傳導(dǎo)率顯著降低，但比現(xiàn)有的錫系焊錫或活性銀釬料高，利用G-30或34促進(jìn)Al粒子的縮頸。認(rèn)為這是如下機(jī)制進(jìn)行的：可以說(shuō)通過(guò)G-30或34進(jìn)行軟化流動(dòng)，Al粒子表面的氧化被膜被除去，Al和玻璃中的V進(jìn)行反應(yīng)，形成它們的合金層，并且Ag的納米粒子從玻璃析出，而進(jìn)行Al粒子的縮頸。

另外，就制作的接合體的粘接性而言，在(1)～(11)的任何接合體中，均得到20MPa以上的剪斷應(yīng)力，粘接性良好。特別是在將Al膜或Ag膜形成于粘接面的接合體(2)(5)(8)(9)(11)中，達(dá)成非常高至30MPa以上的剪斷應(yīng)力，且該粘接性優(yōu)異。這是由于，與含有Ag粒子的情況同樣，G-30或34的Al膜或Ag膜和濕潤(rùn)性良好，且適當(dāng)進(jìn)行反應(yīng)。

在含有70體積％的Sn作為金屬粒子的接合部件中，如表4所示那樣，在無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物G-30、34中均得到40W/mK左右的熱傳導(dǎo)率。比固塊的Sn的熱傳導(dǎo)率低，但與現(xiàn)有的錫系焊錫為同水平。

另外，就制作的接合體的粘接性而言，在(1)～(11)的任何接合體中，均得到20MPa以上的剪斷應(yīng)力，粘接性良好。特別是在使用了Cu基材的接合體(4)、將Cu膜或Ag膜形成于粘接面的接合體(5)(8)(10)(11)中，達(dá)成非常高至30MPa以上的剪斷應(yīng)力，該粘接性優(yōu)異。這是由于，利用含有的Sn粒子，提高與Cu基材或Cu膜的粘接性。在現(xiàn)有的焊錫中，可以與Cu或Ag粘接，但與Al或陶瓷的粘接性缺乏。與之相對(duì)，在使用了Sn粒子的本實(shí)施例中，Sn本身的熱傳導(dǎo)率比Ag等差，因此，為與現(xiàn)有的錫系焊錫大致同等的熱傳導(dǎo)率，但通過(guò)本實(shí)施例的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物的含有，與Cu或Ag以外的Al或陶瓷進(jìn)行粘接也成為可能。

在含有70體積％的Cu作為金屬粒子的接合部件中，如表4所示那樣，在無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物G-30、34中均得到90W/mK左右的熱傳導(dǎo)率。比固塊的Cu的熱傳導(dǎo)率顯著降低，但比現(xiàn)有的錫系焊錫或活性銀釬料高，利用G-30或34促進(jìn)Cu粒子的縮頸。認(rèn)為這是如下機(jī)制進(jìn)行的：可以說(shuō)與Ag粒子同樣，通過(guò)G-30或34進(jìn)行軟化流動(dòng)，Cu粒子的一部分在玻璃中溶解，另一方面，Ag的納米粒子從玻璃中析出，而進(jìn)行Cu粒子的縮頸。但是，另一方面，考慮到通過(guò)作為氧化物玻璃的G-30或34進(jìn)行軟化流動(dòng)，有時(shí)Cu粒子的表面也被氧化，因此，不如Ag粒子那樣，熱傳導(dǎo)率不變高。

另外，就制作的接合體的粘接性而言，在(1)～(11)的任何接合體中，均得到20MPa以上的剪斷應(yīng)力，粘接性良好。但是，與Ag粒子、Al粒子及Sn粒子不同，Cu粒子中未得到30MPa以上的高的剪斷應(yīng)力。這是由于，當(dāng)Cu溶解于G-30或34的玻璃中時(shí)，其軟化流動(dòng)性不足，且結(jié)晶化傾向變大。

以上可知，本實(shí)施例中的散熱結(jié)構(gòu)體或半導(dǎo)體模塊中，作為接合部件所含有的金屬粒子，可應(yīng)用Ag、Al、Sn及Cu。特別是Ag粒子的含有可提高熱傳導(dǎo)率，且散熱性優(yōu)異。本實(shí)施例中，作為金屬粒子，對(duì)Ag、Al、Sn及Cu進(jìn)行了研究，但當(dāng)然，通過(guò)應(yīng)用本實(shí)施例涉及的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物，其它金屬粒子的應(yīng)用可能性是充分的。

[表4]

〔實(shí)施例3〕

本實(shí)施例中，關(guān)于用于制作圖1～3中表示那樣的散熱結(jié)構(gòu)體或半導(dǎo)體模塊的接合部件，對(duì)該接合部件中含有的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物和金屬粒子的配合比例進(jìn)行了研究。作為無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物，使用了表1和表2所示的實(shí)施例G-42，作為金屬粒子，使用了平均粒徑為1.5μm的球狀A(yù)g粒子。G-42的玻璃粉末和Ag粒子的配合比例以體積％計(jì)，設(shè)為100：0、20：80、30：70、40：60、50：50、60：40、70：30、80：20、90：10、及95：5的10種類，與實(shí)施例1同樣，制作用于評(píng)價(jià)熱傳導(dǎo)率的試樣。此外，G-42粉末的平均粒徑設(shè)為2μm以下。另外，加熱氣氛設(shè)為非活性氣體中(氮中)，以300℃得到燒結(jié)體。

得到的燒結(jié)體與實(shí)施例1同樣，通過(guò)氙氣閃光法測(cè)定熱傳導(dǎo)率，并評(píng)價(jià)散熱性。另外，使用了上述G-42粉末和Ag粒子，以與上述相同的10種類的配合比例與實(shí)施例1同樣，分別制作接合部件用的膏。而且，使用這些膏，與實(shí)施例1同樣，制作上述(2)的Al膜形成AlN基材和Al膜形成Al-SiC基材的接合體，并通過(guò)剪斷應(yīng)力評(píng)價(jià)該粘接性。但是，當(dāng)制作(2)的接合體時(shí)，加熱氣氛設(shè)為非活性氣體中(氮中)，以300℃進(jìn)行燒成。

圖6中表示G-42粉末和Ag粒子的配合比例、熱傳導(dǎo)率及剪斷應(yīng)力的關(guān)系。G-42的固塊的熱傳導(dǎo)率約為0.6W/mK，但在僅由G-42粉末(100體積％)制作的燒結(jié)體中，如圖6所示增加至約3W/mK。認(rèn)為這是由于Ag從玻璃析出，因此，熱傳導(dǎo)率變大。熱傳導(dǎo)率的變化由于Ag粒子的增加和G-42粉末的減少而增加，Ag粒子為40體積％，G-42粉末為60體積％，成為相當(dāng)于現(xiàn)有的無(wú)鉛錫系焊錫的熱傳導(dǎo)率。另外，Ag粒子為60體積％以上，G-42粉末為40體積％以下，得到超過(guò)現(xiàn)有的無(wú)鉛錫系焊錫或活性銀釬料的100W/mK以上的熱傳導(dǎo)率。Ag粒子的增加是為了使Ag粒子的縮頸形成的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行致密化，而提高熱傳導(dǎo)率的增加。該縮頸是由于G-42進(jìn)行軟化流動(dòng)所帶來(lái)的，G-42的含有是必要不可缺少的。

如圖6所示，剪斷應(yīng)力由于Ag粒子的增加和G-42粉末的減少而增加，Ag粒子為70～80體積％，G-42粉末為20～30體積％時(shí)，剪斷應(yīng)力成為最大值，然后大幅減少。就得到剪斷應(yīng)力為20MPa以上的良好的粘接性的范圍而言，Ag粒子為40體積％以上、低于95體積％，G-42粉末超過(guò)5體積％、60體積％以下。特別是就30MPa以上的優(yōu)異的粘接性而言，Ag粒子為55體積％以上、90體積％以下，G-42粉末為10體積％以上、45體積％以下的范圍。

以上，考慮到熱傳導(dǎo)率和剪斷應(yīng)力，即散熱性和粘接性的雙方時(shí)，優(yōu)選接合部件中含有的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物為5～60體積％，及金屬粒子優(yōu)選為40～95體積％。特別是無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物為10～40體積％及金屬粒子為60～90體積％是有效的。

〔實(shí)施例4〕

本實(shí)施例中，有效利用實(shí)施例1～3的見(jiàn)解，制作圖1和圖2中表示的散熱結(jié)構(gòu)體，實(shí)施熱循環(huán)試驗(yàn)。圖1中的第一部件1、1’、1”及1”’使用了橫30mm、縱40mm、厚度0.635mm的AlN基板，第二部件2使用了橫80mm、縱100mm、厚度5.0mm的Al-SiC基板。接合部件3、3’、3”及3”’中，使用表1和表2中表示的實(shí)施例G-50作為無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物，作為金屬粒子，使用平均粒徑為1.5μm的球狀A(yù)g粒子，其比例以體積％計(jì)設(shè)為20：80。另外，G-50的平均粒徑設(shè)為2μm以下。

使用上述G-50粉末和Ag粒子，與實(shí)施例1同樣，制作接合部件用的膏。將該膏通過(guò)絲網(wǎng)印刷法分別涂布于AlN基板和Al-SiC基板的粘接面上，在大氣中以120～150℃進(jìn)行干燥。接著，利用電爐將這些以大氣中10℃/分鐘的升溫速度加熱到220℃，保持30分鐘后，以相同的升溫速度加熱到280℃并保持30分鐘，由此，對(duì)AlN基板和Al-SiC基板的粘接面進(jìn)行預(yù)燒成。使這些貼合，通過(guò)熱壓以真空中0.5MPa的加壓加熱到300℃并保持30分鐘，由此，制作圖1所示那樣的散熱結(jié)構(gòu)體。確認(rèn)了制作的散熱結(jié)構(gòu)體的粘接狀態(tài)通過(guò)超聲波探傷端法也不會(huì)剝離等，進(jìn)行了良好地粘接。另外，如實(shí)施例1～3中敘述的那樣，當(dāng)然本實(shí)施例中的接合部件的熱傳導(dǎo)率高，制作的散熱結(jié)構(gòu)體具有高的散熱性。

將制作的散熱結(jié)構(gòu)體放入熱循環(huán)試驗(yàn)機(jī)中，重復(fù)進(jìn)行1000次的-40～+150℃的熱循環(huán)。熱循環(huán)試驗(yàn)后的散熱結(jié)構(gòu)體通過(guò)超聲波探傷端法評(píng)價(jià)其粘接狀態(tài)。其結(jié)果，確認(rèn)了在熱循環(huán)試驗(yàn)前后沒(méi)看到變化，具有良好的熱循環(huán)特性。

〔實(shí)施例5〕

本實(shí)施例中，與實(shí)施例4同樣，有效利用實(shí)施例1～3的見(jiàn)解，制作圖1和圖2中表示的散熱結(jié)構(gòu)體，實(shí)施熱循環(huán)試驗(yàn)。圖1中的第一部件1、1’、1”及1”’使用了橫15mm、縱20mm、厚度1.0mm的Si基板，第二部件2使用了橫40mm、縱50mm及厚度0.635mm的AlN基板。另外，在Si基板的粘接面上，通過(guò)濺射法使用了厚度1～2μm的Al膜，及在AlN基板的粘接面上，使用了粒徑為75μm以下的球狀A(yù)l粒子，通過(guò)低壓的冷噴霧形成厚度100～200μm左右的Al膜。此外，在Al膜形成至AlN基板的粘接面時(shí)，不只是對(duì)粘接Si基板的部位，而是對(duì)整個(gè)面實(shí)施Al膜。接合部件3、3’、3”及3”’中，使用了表1和表2中表示的實(shí)施例G-61作為無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物，作為金屬粒子，使用了平均粒徑為1.5μm的球狀A(yù)g粒子，其比例以體積％計(jì)設(shè)為15：85。另外，G-61的平均粒徑設(shè)為2μm以下。

使用上述G-61粉末和Ag粒子，與實(shí)施例1同樣，制作接合部件用的膏。將該膏通過(guò)絲網(wǎng)印刷法涂布于形成有Al膜的Si基板和AlN基板的粘接面上，在大氣中以120～150℃進(jìn)行干燥。接著，利用電爐將這些以非活性氣體中(氮中)10℃/分鐘的升溫速度加熱到220℃，并保持30分鐘后，以相同的升溫速度加熱到330℃并保持30分鐘，由此，在各個(gè)粘接面上預(yù)燒成接合部件。使這些貼合，通過(guò)熱壓以真空中1MPa的加壓加熱到350℃，并保持30分鐘，由此，制作圖1所示那樣的散熱結(jié)構(gòu)體。確認(rèn)了制作的散熱結(jié)構(gòu)體的粘接狀態(tài)通過(guò)超聲波探傷端法也不會(huì)剝離等，進(jìn)行了良好地粘接。另外，如實(shí)施例1～3中敘述的那樣，當(dāng)然是本實(shí)施例中的接合部件的熱傳導(dǎo)率高，制作的散熱結(jié)構(gòu)體具有高的散熱性。

將制作的散熱結(jié)構(gòu)體放入熱循環(huán)試驗(yàn)機(jī)中，重復(fù)進(jìn)行1000次的-40～+150℃的熱循環(huán)。熱循環(huán)試驗(yàn)后的散熱結(jié)構(gòu)體通過(guò)超聲波探傷端法評(píng)價(jià)其粘接狀態(tài)。其結(jié)果，確認(rèn)了在熱循環(huán)試驗(yàn)前后沒(méi)看到變化，具有良好的熱循環(huán)特性。

〔實(shí)施例6〕

本實(shí)施例中，與實(shí)施例4同樣，有效利用實(shí)施例1～3的見(jiàn)解，制作圖1和圖2中表示的散熱結(jié)構(gòu)體，實(shí)施熱循環(huán)試驗(yàn)。圖1中的第一部件1、1’、1”及1”’使用了橫30mm、縱40mm、厚度0.635mm的AlN基板，第二部件2使用了橫80mm、縱100mm及厚度5.0mm的Al-SiC基板。另外，在AlN基板和Al-SiC基板的粘接面上，使用粒徑為75μm以下的粒狀A(yù)l粒子，通過(guò)低壓的冷噴霧分別形成厚度100～200μm左右的Al膜。此外，Al膜形成至Al-SiC基板的粘接面時(shí)，不只是粘接AlN基板的部位，而是對(duì)整個(gè)面實(shí)施Al膜。接合部件3、3’、3”及3”’中，使用了表1和表2中表示的實(shí)施例G-58作為無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物，作為金屬粒子，使用了平均粒徑為1.5μm的球狀A(yù)g粒子，其比例以體積％計(jì)設(shè)為25：75。另外，G-58的平均粒徑設(shè)為2μm以下。

使用上述G-58粉末和Ag粒子，與實(shí)施例1同樣，制作接合部件用的膏。將該膏通過(guò)絲網(wǎng)印刷法涂布于形成有Al膜的AlN基板和Al-SiC基板的粘接面上，在大氣中以120～150℃進(jìn)行干燥。接著，利用電爐將這些基板以大氣中10℃/分鐘的升溫速度加熱到220℃，并保持30分鐘后，以相同的升溫速度加熱到280℃并保持30分鐘，由此，在各個(gè)粘接面上預(yù)燒成接合部件。使這些貼合，通過(guò)熱壓以真空中0.5MPa的加壓加熱到300℃，并保持30分鐘，由此，制作圖1所示那樣的散熱結(jié)構(gòu)體。確認(rèn)了制作的散熱結(jié)構(gòu)體的粘接狀態(tài)通過(guò)超聲波探傷端法也不會(huì)剝離等，進(jìn)行了良好地粘接。另外，如實(shí)施例1～3中敘述的那樣，當(dāng)然是本實(shí)施例中的接合部件的熱傳導(dǎo)率高，制作的散熱結(jié)構(gòu)體具有高的散熱性。

將制作的散熱結(jié)構(gòu)體放入熱循環(huán)試驗(yàn)機(jī)中，重復(fù)進(jìn)行1000次的-40～+175℃的熱循環(huán)。熱循環(huán)試驗(yàn)后的散熱結(jié)構(gòu)體通過(guò)超聲波探傷端法評(píng)價(jià)其粘接狀態(tài)。其結(jié)果，確認(rèn)了在熱循環(huán)試驗(yàn)前后沒(méi)看到變化，具有良好的熱循環(huán)特性。

〔實(shí)施例7〕

本實(shí)施例中，與實(shí)施例4同樣，有效利用實(shí)施例1～3的見(jiàn)解，制作圖1和圖2中表示的散熱結(jié)構(gòu)體，實(shí)施熱循環(huán)試驗(yàn)。圖1中的第一部件1、1’、1”及1”’使用了橫30mm、縱40mm、厚度0.635mm的AlN基板，第二部件2使用了橫80mm、縱100mm及厚度5.0mm的Al-SiC基板。接合部件3、3’、3”及3”’中，使用了表1和表2中表示的實(shí)施例G-38作為無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物，作為金屬粒子，使用了粒徑為75μm以下的球狀A(yù)l粒子，其比例以體積％計(jì)設(shè)為30：70。另外，G-38的平均粒徑設(shè)為2μm以下。

將上述G-38粉末和Al粒子仔細(xì)地混合，以使其盡可能地均勻，使用該混合粉末，通過(guò)低壓的冷噴霧在AlN基板和Al-SiC基板的粘接面上形成100～200μm左右的玻璃和Al的混合膜。此外，在形成至Al-SiC基板的粘接面時(shí)，不只是對(duì)粘接AlN基板的部位，而且對(duì)整個(gè)面實(shí)施玻璃和Al的混合膜。使這些貼合，通過(guò)熱壓以真空中0.8MPa的加壓加熱到310℃，并保持30分鐘，由此，制作圖1所示那樣的散熱結(jié)構(gòu)體。確認(rèn)了制作的散熱結(jié)構(gòu)體的粘接狀態(tài)通過(guò)超聲波探傷端法也不會(huì)剝離等，進(jìn)行了良好地粘接。另外，如實(shí)施例1～3中敘述的那樣，當(dāng)然本實(shí)施例中的接合部件的熱傳導(dǎo)率高，制作的散熱結(jié)構(gòu)體具有較高的散熱性。

將制作的散熱結(jié)構(gòu)體放入熱循環(huán)試驗(yàn)機(jī)中，重復(fù)進(jìn)行1000次的-40～+200℃的熱循環(huán)。熱循環(huán)試驗(yàn)后的散熱結(jié)構(gòu)體通過(guò)超聲波探傷端法評(píng)價(jià)其粘接狀態(tài)。其結(jié)果，確認(rèn)了在熱循環(huán)試驗(yàn)前后沒(méi)看到變化，具有良好的熱循環(huán)特性。

〔實(shí)施例8〕

本實(shí)施例中，與實(shí)施例4同樣，有效利用實(shí)施例1～3的見(jiàn)解，制作圖1和圖2中表示的散熱結(jié)構(gòu)體，實(shí)施熱循環(huán)試驗(yàn)。圖1中的第一部件1、1’、1”及1”’使用了橫15mm、縱20mm、厚度1.0mm的SiC基板，第二部件2使用了橫40mm、縱50mm及厚度0.635mm的AlN基板。接合部件3、3’、3”及3”’中，使用了表1和表2中表示的實(shí)施例G-46作為無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物，作為金屬粒子，使用了粒徑為75μm以下的球狀A(yù)l粒子，其比例以體積％計(jì)設(shè)為10：90。另外，G-46的平均粒徑設(shè)為2μm以下。

將上述G-46粉末和Al粒子仔細(xì)地混合，以使其盡可能地均勻，使用該混合粉末，通過(guò)低壓的冷噴霧，在SiC基板和AlN基板的粘接面上形成了100～200μm左右的玻璃和Al的混合膜。此外，在形成至AlN基板的粘接面時(shí)，不只是對(duì)粘接SiC基板的部位，而且對(duì)整個(gè)面實(shí)施玻璃和Al的混合膜。使這些貼合，通過(guò)熱壓以真空中1.2MPa的加壓加熱到340℃，并保持30分鐘，由此，制作圖1所示那樣的散熱結(jié)構(gòu)體。確認(rèn)了制作的散熱結(jié)構(gòu)體的粘接狀態(tài)通過(guò)超聲波探傷端法也不會(huì)剝離等，進(jìn)行了良好地粘接。另外，如實(shí)施例1～3中敘述的那樣，當(dāng)然本實(shí)施例中的接合部件的熱傳導(dǎo)率高，制作的散熱結(jié)構(gòu)體具有高的散熱性。

將制作的散熱結(jié)構(gòu)體放入熱循環(huán)試驗(yàn)機(jī)中，重復(fù)進(jìn)行1000次的-40～+200℃的熱循環(huán)。熱循環(huán)試驗(yàn)后的散熱結(jié)構(gòu)體通過(guò)超聲波探傷端法評(píng)價(jià)其粘接狀態(tài)。其結(jié)果，確認(rèn)了在熱循環(huán)試驗(yàn)前后沒(méi)看到變化，具有良好的熱循環(huán)特性。

〔實(shí)施例9〕

本實(shí)施例中，有效利用實(shí)施例1～8的見(jiàn)解，制作圖3中表示的半導(dǎo)體模塊，實(shí)施熱循環(huán)試驗(yàn)。圖3中的半導(dǎo)體芯片6使用了約12mm×10mm×0.5mm大小的Si芯片，金屬配線7、7’及7”使用了厚度約為0.3mm的Cu配線，陶瓷絕緣基板8使用了約60mm×50mm×0.635mm大小的AlN基板，散熱基底基板9使用了約160mm×180mm×5mm大小的Al-SiC基板，第一接合部件10和第三接合部件12使用了含有上述實(shí)施例的無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物和金屬粒子的接合部件，第二接合部件11、11’及11”使用了現(xiàn)有的活性銀釬料。

金屬配線7、7’及7”的Cu配線利用由活性銀釬料構(gòu)成的第二接合部件11、11’及11”預(yù)先粘接于陶瓷絕緣基板8的AlN基板上。此時(shí)，為了防止陶瓷絕緣基板8的AlN基板的翹曲，在相反的面上也同時(shí)使用活性銀釬料，粘接厚度約為0.2mm的Cu的薄板。本實(shí)施例中，制成如下散熱結(jié)構(gòu)體：在利用活性銀釬料粘接有Cu配線和Cu薄板的AlN基板的Cu配線側(cè)的面上，利用第一接合部件10搭載8個(gè)半導(dǎo)體芯片6(Si芯片)，進(jìn)一步將6個(gè)該部件利用第三接合部件12搭載至散熱基底基板9(Al-SiC基板)。

第一接合部件10和第三接合部件12以膏的形態(tài)進(jìn)行使用。第一接合部件10中，使用了表1和表2中表示的實(shí)施例G-32作為無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物，使用了平均粒徑為1.5μm的球狀A(yù)g粒子作為金屬粒子，其比例以體積％計(jì)設(shè)為15：85。另外，第三接合部件12中，使用了表1和表2中表示的實(shí)施例G-35作為無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物，使用平均粒徑為1.5μm的球狀A(yù)g粒子作為金屬粒子，其比例以體積％計(jì)設(shè)為30：70。此外，G-32和35的平均粒徑設(shè)為2μm以下。使用上述G-32粉末和Ag粒子、及G-35粉末和Ag粒子，與實(shí)施例1同樣，分別制作第一及第三接合部件用的膏。

關(guān)于更詳細(xì)的構(gòu)造和制法，以下進(jìn)行說(shuō)明。在Si芯片的粘接面上，通過(guò)濺射法形成厚度為1～2μm的Al膜。在AlN基板上利用活性銀釬料粘接的Cu配線和Cu薄板的兩個(gè)粘接面及Al-SiC基板的粘接面上，使用粒徑為75μm以下的球狀A(yù)l粒子，通過(guò)低壓的冷噴霧分別形成厚度100～200μm左右的Al膜。接著，在形成于Si芯片上的Al膜上的粘接面和形成于Cu配線的Al膜上的粘接面上，使用上述第一接合部件用的膏，通過(guò)絲網(wǎng)印刷法進(jìn)行涂布，在大氣中以120～150℃進(jìn)行干燥。在干燥后，利用電爐將這些基板以非活性氣體中(氬氣中)10℃/分鐘的升溫速度加熱到220℃，并保持30分鐘后，以相同的升溫速度加熱到310℃并保持30分鐘，由此，在各個(gè)粘接面上預(yù)燒成第一接合部件。使這些貼合，通過(guò)熱壓以真空中0.8MPa的加壓加熱到330℃，并保持30分鐘，由此，進(jìn)行粘接。

接著，在形成于Cu薄板的Al膜上的粘接面和形成于Al-SiC基板的Al膜上的粘接面上，使用上述第三接合部件用的膏，通過(guò)絲網(wǎng)印刷法進(jìn)行涂布，在大氣中以120～150℃進(jìn)行干燥。在干燥后，利用電爐將這些以非活性氣體中(氬氣中)10℃/分鐘的升溫速度加熱到220℃，并保持30分鐘后，以相同的升溫速度加熱到270℃并保持30分鐘，由此，在各個(gè)粘接面上預(yù)燒成第三接合部件。使這些貼合，通過(guò)熱壓以真空中0.5MPa的加壓加熱到290℃，并保持30分鐘，由此，進(jìn)行粘接。

而且，如圖3所示，通過(guò)將發(fā)射電極13和柵電極14連接，制作半導(dǎo)體模塊。確認(rèn)了制作的半導(dǎo)體模塊的第一接合部件10和第三接合部件12的各粘接狀態(tài)通過(guò)超聲波探傷端法也不會(huì)剝離等，進(jìn)行了良好地粘接。另外，還確認(rèn)了制作的半導(dǎo)體模塊在高的電流密度也進(jìn)行動(dòng)作。另外，如實(shí)施例1～3中敘述的那樣，當(dāng)然本實(shí)施例中的第一接合部件10和第三接合部件12的熱傳導(dǎo)率高，制作的半導(dǎo)體模塊具有高的散熱性。

將制作的半導(dǎo)體模塊放入熱循環(huán)試驗(yàn)機(jī)中，重復(fù)進(jìn)行1000次的-40～+150℃的熱循環(huán)。熱循環(huán)試驗(yàn)后的半導(dǎo)體模塊通過(guò)超聲波探傷端法評(píng)價(jià)各個(gè)部位的粘接狀態(tài)。其結(jié)果，確認(rèn)了在熱循環(huán)試驗(yàn)前后沒(méi)看到變化，具有良好的熱循環(huán)特性。另外，確認(rèn)了在與試驗(yàn)前一樣高的電流密度也進(jìn)行動(dòng)作。

〔實(shí)施例10〕

本實(shí)施例中，與實(shí)施例9同樣，有效利用實(shí)施例1～8的見(jiàn)解，制作圖3中表示的半導(dǎo)體模塊，實(shí)施熱循環(huán)試驗(yàn)。圖3中的半導(dǎo)體芯片6、金屬配線7、7’及7”、陶瓷絕緣基板8及散熱基底基板9使用了與實(shí)施例9相同的材質(zhì)及形狀的基板。另外，與實(shí)施例9同樣使用現(xiàn)有的活性銀釬料作為第二接合部件11、11’及11”，將Cu配線和Cu薄板粘接于AlN基板上。另外，在Si芯片的粘接面上，與實(shí)施例9同樣通過(guò)濺射法，形成了厚度為1～2μm的Al膜。

第一接合部件10使用了表1和表2中表示的實(shí)施例G-55作為無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物，使用粒徑為75μm以下的球狀A(yù)g粒子作為金屬粒子，其比例以體積％計(jì)設(shè)為20：80。另外，第三接合部件12中，使用表1和表2中表示的實(shí)施例G-47作為無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物，使用粒徑為75μm以下的球狀A(yù)l粒子作為金屬粒子，其比例以體積％計(jì)設(shè)為15：85。此外，G-55和47將平均粒徑設(shè)為2μm以下。在形成本實(shí)施例的第一接合部件10和第三接合部件12時(shí)，不以實(shí)施例9中應(yīng)用那樣的膏的形態(tài)，將上述G-55粉末和Ag粒子、及G-47粉末和Al粒子仔細(xì)地混合，使其盡可能均勻，并通過(guò)使用了它們的混合粉末的低壓的冷噴霧進(jìn)行。

關(guān)于更詳細(xì)的構(gòu)造和制法，以下進(jìn)行說(shuō)明。首先，在利用活性銀釬料粘接于AlN基板的Cu薄板的粘接面和Al-SiC基板的粘接面上，使用包含上述G-47粉末和Al粒子的混合粉末，通過(guò)低壓的冷噴霧分別形成厚度100～200μm左右的第三接合部件的膜。使這些貼合，通過(guò)熱壓以真空中1MPa的加壓加熱到340℃，并保持30分鐘，由此，進(jìn)行粘接。接著，在形成于Si芯片的Al膜上的粘接面和形成于Cu配線的Al膜上的粘接面上，使用包含上述G-55粉末和Ag粒子的混合粉末，通過(guò)低壓的冷噴霧分別形成厚度100～200μm左右的第一接合部件的膜。使這些膜貼合，通過(guò)熱壓以真空中0.7MPa的加壓加熱至300℃，并保持30分鐘，由此，進(jìn)行粘接。

而且，如圖3所示，通過(guò)將發(fā)射電極13和柵電極14連接，制作半導(dǎo)體模塊。確認(rèn)了制作的半導(dǎo)體模塊的第一接合部件10和第三接合部件12的各粘接狀態(tài)通過(guò)超聲波探傷端法也不會(huì)剝離等，進(jìn)行了良好地粘接。另外，還確認(rèn)了制作的半導(dǎo)體模塊在高的電流密度也進(jìn)行動(dòng)作。另外，如實(shí)施例1～3中敘述的那樣，當(dāng)然本實(shí)施例中的第一接合部件10和第三接合部件12的熱傳導(dǎo)率高，制作的半導(dǎo)體模塊具有高的散熱性。

將制作的半導(dǎo)體模塊放入熱循環(huán)試驗(yàn)機(jī)中，與實(shí)施例9同樣，重復(fù)進(jìn)行1000次的-40～+150℃的熱循環(huán)。熱循環(huán)試驗(yàn)后的半導(dǎo)體模塊通過(guò)超聲波探傷端法評(píng)價(jià)各個(gè)部位的粘接狀態(tài)。其結(jié)果，確認(rèn)了在熱循環(huán)試驗(yàn)前后沒(méi)看到變化，具有良好的熱循環(huán)特性。另外，確認(rèn)了在與試驗(yàn)前同樣高的電流密度也進(jìn)行動(dòng)作。

〔實(shí)施例11〕

本實(shí)施例中，與實(shí)施例9及實(shí)施例10同樣，有效利用實(shí)施例1～8的見(jiàn)解，制作圖3中表示的半導(dǎo)體模塊，實(shí)施熱循環(huán)試驗(yàn)。圖3中的半導(dǎo)體芯片6使用了約12mm×10mm×0.5mm大小的Si芯片，金屬配線7、7’及7”使用了厚度約為0.5mm的Al配線，陶瓷絕緣基板8使用了約60mm×50mm×0.635mm大小的AlN基板，散熱基底基板9使用了約160mm×180mm×5mm大小的Al-SiC基板。

另外，第一接合部件10、第二接合部件11、11’及11”、和第三接合部件12中，使用了上述實(shí)施例涉及的含有無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物和金屬粒子的接合部件。在Si芯片的粘接面及AlN基板的兩粘接面上，與實(shí)施例9同樣，通過(guò)濺射法形成厚度為1～2μm的Al膜。此外，AlN基板的Al配線側(cè)以配線形狀形成Al膜。

第一接合部件10中，使用表1和表2中表示的實(shí)施例G-51作為無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物，使用粒徑為75μm以下的球狀A(yù)g粒子作為金屬粒子，其比例以體積％計(jì)設(shè)為15：85。另外，第二接合部件11、11’及11”和第三接合部件12中，使用表1和表2中表示的實(shí)施例G-59作為無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物，使用粒徑為75μm以下的球狀A(yù)l粒子作為金屬粒子，其比例以體積％計(jì)設(shè)為25：75。此外，G-51和59將平均粒徑設(shè)為2μm以下。在本實(shí)施例的第一接合部件10、及第二接合部件11、11’及11”和第三接合部件12的形成時(shí)，與實(shí)施例10同樣，將上述G-51粉末和Ag粒子、及G-59粉末和Al粒子仔細(xì)地混合，使其盡可能均勻，并通過(guò)使用了它們的混合粉末的低壓的冷噴霧進(jìn)行。

關(guān)于更詳細(xì)的構(gòu)造和制法，以下進(jìn)行說(shuō)明。首先，在形成于AlN基板兩面的Al膜上的粘接面和Al-SiC基板的粘接面上，使用包含上述G-59粉末和Al粒子的混合粉末，通過(guò)低壓的冷噴霧分別形成厚度100～200μm左右的第二接合部件和第三接合部件的膜。使這些貼合，并在這些之上進(jìn)一步配置Al配線，通過(guò)熱壓以真空中0.7MPa的加壓加熱到330℃，并保持30分鐘，由此，進(jìn)行粘接。接著，在形成于Si芯片的Al膜上的粘接面和Al配線的粘接面上，使用包含上述G-51粉末和Ag粒子的混合粉末，分別形成通過(guò)低壓的冷噴霧分別形成厚度100～200μm左右的第一接合部件的膜。使這些貼合，通過(guò)熱壓以真空中0.9MPa的加壓加熱至300℃，并保持30分鐘，由此，進(jìn)行粘接。

而且，如圖3所示，通過(guò)將發(fā)射電極13和柵電極14連接，制作半導(dǎo)體模塊。確認(rèn)了制作的半導(dǎo)體模塊的第一接合部件10、第二接合部件11、11’及11”、和第三接合部件12的各粘接狀態(tài)通過(guò)超聲波探傷端法也不會(huì)剝離等，進(jìn)行了良好地粘接。另外，還確認(rèn)了制作的半導(dǎo)體模塊在高的電流密度也進(jìn)行動(dòng)作。另外，如實(shí)施例1～3中敘述的那樣，當(dāng)然本實(shí)施例中的第一接合部件、第二接合部件及第三接合部件的熱傳導(dǎo)率高，制作的半導(dǎo)體模塊具有高的散熱性。

將制作的半導(dǎo)體模塊放入熱循環(huán)試驗(yàn)機(jī)中，重復(fù)進(jìn)行1000次的-40～+175℃的熱循環(huán)。熱循環(huán)試驗(yàn)后的半導(dǎo)體模塊通過(guò)超聲波探傷端法評(píng)價(jià)各個(gè)部位的粘接狀態(tài)。其結(jié)果，確認(rèn)了在熱循環(huán)試驗(yàn)前后沒(méi)看到變化，具有良好的熱循環(huán)特性。另外，確認(rèn)了在與試驗(yàn)前同樣高的電流密度也進(jìn)行動(dòng)作。

〔實(shí)施例12〕

本實(shí)施例中，與實(shí)施例9～11同樣，有效利用實(shí)施例1～8的見(jiàn)解，制作圖3中表示的半導(dǎo)體模塊，實(shí)施熱循環(huán)試驗(yàn)。圖3中的半導(dǎo)體芯片6使用了約12mm×10mm×0.5mm大小的SiC芯片，金屬配線7、7’及7”使用了厚度約為0.5mm的Al配線，陶瓷絕緣基板8使用了約60mm×50mm×0.635mm大小的AlN基板，散熱基底基板9使用了約160mm×180mm×5mm大小的Al-SiC基板。另外，第一接合部件10、第二接合部件11、11’及11”、和第三接合部件12中，使用了上述實(shí)施例的含有無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物和金屬粒子的接合部件。在SiC芯片的粘接面及AlN基板的兩粘接面上，與實(shí)施例9及實(shí)施例11同樣，通過(guò)濺射法，形成厚度為1～2μm的Al膜。此外，AlN基板的Al配線側(cè)以配線形狀形成Al膜。

第一接合部件10中，使用表1和表2中表示的實(shí)施例G-23作為無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物，使用粒徑為75μm以下的球狀A(yù)l粒子作為金屬粒子，其比例以體積％計(jì)設(shè)為12：88。另外，第二接合部件11、11’及11”和第三接合部件12中，使用表1和表2中表示的實(shí)施例G-49作為無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物，使用粒徑為75μm以下的球狀A(yù)l粒子作為金屬粒子，其比例以體積％計(jì)設(shè)為20：80。此外，G-23和49將平均粒徑設(shè)為2μm以下。形成本實(shí)施例的第一接合部件10、及第二接合部件11、11’及11”和第三接合部件12時(shí)，與實(shí)施例10或?qū)嵤├?1同樣，將上述G-23粉末和Al粒子、及G-49粉末和Al粒子仔細(xì)地混合，使其盡可能均勻，并通過(guò)使用了它們的混合粉末的低壓的冷噴霧進(jìn)行。

關(guān)于更詳細(xì)的構(gòu)造和制法，以下進(jìn)行說(shuō)明。首先，形成于AlN基板兩面的Al膜上的粘接面和Al-SiC基板的粘接面上，使用包含上述G-49粉末和Al粒子的混合粉末，分別通過(guò)低壓的冷噴霧分別形成厚度100～200μm左右的第二接合部件和第三接合部件的膜。使這些貼合，在這些膜上進(jìn)一步配置Al配線，通過(guò)熱壓以真空中1MPa的加壓加熱到340℃，并保持30分鐘，由此，進(jìn)行粘接。接著，在形成于SiC芯片的Al膜上的粘接面和Al配線的粘接面上，使用包含上述G-23粉末和Al粒子的混合粉末，通過(guò)低壓的冷噴霧分別形成厚度100～200μm左右的第一接合部件的膜。使這些貼合，通過(guò)熱壓以真空中0.7MPa的加壓加熱到270℃，并保持30分鐘，由此，進(jìn)行粘接。

而且，如圖3所示，通過(guò)將發(fā)射電極13和柵電極14連接，制作半導(dǎo)體模塊。確認(rèn)了制作的半導(dǎo)體模塊的第一接合部件10、第二接合部件11、11’及11”、和第三接合部件12的各粘接狀態(tài)通過(guò)超聲波探傷端法也不會(huì)剝離等，進(jìn)行了良好地粘接。另外，還確認(rèn)了制作的半導(dǎo)體模塊在高的電流密度下也進(jìn)行動(dòng)作。另外，如實(shí)施例1～3中敘述的那樣，當(dāng)然本實(shí)施例中的第一接合部件，第二接合部件及第三接合部件的熱傳導(dǎo)率高，制作的半導(dǎo)體模塊具有高的散熱性。

將制作的半導(dǎo)體模塊放入熱循環(huán)試驗(yàn)機(jī)中，重復(fù)進(jìn)行1000次的-40～+200℃的熱循環(huán)。熱循環(huán)試驗(yàn)后的半導(dǎo)體模塊通過(guò)超聲波探傷端法評(píng)價(jià)各個(gè)部位的粘接狀態(tài)。其結(jié)果，確認(rèn)了在熱循環(huán)試驗(yàn)前后沒(méi)看到變化，具有良好的熱循環(huán)特性。另外，確認(rèn)了在與試驗(yàn)前同樣高的電流密度也進(jìn)行動(dòng)作。

〔實(shí)施例13〕

本實(shí)施例中，與實(shí)施例9～12同樣，有效利用實(shí)施例1～8的見(jiàn)解，制作圖3中表示的半導(dǎo)體模塊，實(shí)施熱循環(huán)試驗(yàn)。圖3中的半導(dǎo)體芯片6使用了約12mm×10mm×0.5mm大小的SiC芯片，金屬配線7、7’及7”使用了厚度約為0.3mm的Cu配線，陶瓷絕緣基板8使用了約60mm×50mm×0.635mm大小的Si₃N₄基板，散熱基底基板9使用了約160mm×180mm×5mm大小的Al-SiC基板。另外，與實(shí)施例9或?qū)嵤├?0同樣，使用現(xiàn)有的活性銀釬料作為第二接合部件11、11’及11”，將Cu配線和Cu薄板粘接于Si₃N₄基板上。另外，在SiC芯片的粘接面上，與實(shí)施例12同樣，通過(guò)濺射法形成厚度為1～2μm的Al膜。

第一接合部件10中，使用表1和表2中表示的實(shí)施例G-30作為無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物，使用粒徑為75μm以下的球狀A(yù)l粒子作為金屬粒子，其比例以體積％計(jì)設(shè)為11：89。另外，第三接合部件12中，使用表1和表2中表示的實(shí)施例G-34作為無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物，使用粒徑為75μm以下的球狀A(yù)l粒子作為金屬粒子，其比例以體積％計(jì)設(shè)為18：82。此外，G-30和34將平均粒徑設(shè)為2μm以下。形成本實(shí)施例的第一接合部件10和第三接合部件12時(shí)，與實(shí)施例10～12同樣，將上述G-30粉末和Al粒子、及G-34粉末和Al粒子仔細(xì)地混合，使其盡可能均勻，并通過(guò)使用了它們的混合粉末的低壓的冷噴霧進(jìn)行。

關(guān)于更詳細(xì)的構(gòu)造和制法，以下進(jìn)行說(shuō)明。首先，在形成于SiC芯片的Al膜上的粘接面和利用活性銀釬料粘接于Si₃N₄基板的Cu配線的粘接面上，使用包含上述G-30粉末和Al粒子的混合粉末，分別形成通過(guò)低壓的冷噴霧分別形成厚度100～200μm左右的第一接合部件的膜。使這些貼合，通過(guò)熱壓以真空中1.2MPa的加壓加熱到330℃，并保持30分鐘，由此，進(jìn)行粘接。接著，在利用活性銀釬料粘接于Si₃N₄基板的Cu薄板的粘接面和Al-SiC基板的粘接面上，使用包含上述G-34粉末和Al粒子的混合粉末，通過(guò)低壓的冷噴霧分別形成厚度100～200μm左右的第三接合部件的膜。使這些貼合，通過(guò)熱壓以真空中0.8MPa的加壓加熱到290℃，并保持30分鐘，由此，進(jìn)行粘接。

而且，如圖3所示，通過(guò)將發(fā)射電極13和柵電極14連接，制作半導(dǎo)體模塊。確認(rèn)了制作的半導(dǎo)體模塊的第一接合部件10和第三接合部件12的各粘接狀態(tài)通過(guò)超聲波探傷端法也不會(huì)剝離等，進(jìn)行了良好地粘接。另外，還確認(rèn)了制作的半導(dǎo)體模塊在高的電流密度下也進(jìn)行動(dòng)作。另外，如實(shí)施例1～3中敘述的那樣，當(dāng)然本實(shí)施例中的第一接合部件10和第三接合部件12的熱傳導(dǎo)率高，制作的半導(dǎo)體模塊具有高的散熱性。

將制作的半導(dǎo)體模塊放入熱循環(huán)試驗(yàn)機(jī)中，與實(shí)施例12同樣，重復(fù)進(jìn)行1000次的-40～+200℃的熱循環(huán)。熱循環(huán)試驗(yàn)后的半導(dǎo)體模塊通過(guò)超聲波探傷端法評(píng)價(jià)各個(gè)部位的粘接狀態(tài)。其結(jié)果，確認(rèn)了在熱循環(huán)試驗(yàn)前后沒(méi)看到變化，具有良好的熱循環(huán)特性。另外，確認(rèn)了在與試驗(yàn)前同樣高的電流密度也進(jìn)行動(dòng)作。

根據(jù)以上，能夠提供具有良好的粘接性、散熱性、耐熱性及熱循環(huán)特性、即熱可靠性優(yōu)異的散熱結(jié)構(gòu)體及半導(dǎo)體模塊。

符號(hào)說(shuō)明

1、1’、1”、1”’：第一部件

2：第二部件

3、3’、3”、3”’：接合部件

4：無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃組合物

5：金屬粒子

6：半導(dǎo)體芯片

7、7’、7”：金屬配線

8：陶瓷絕緣基板

9：散熱基底基板

10：第一接合部件

11、11’、11”：第二接合部件

12：第三接合部件

13：發(fā)射電極

14：柵電極

15：圓板狀基材

16：四方板狀基材

17：粘接面

18：粘接面

19：接合部件用膏