散热结构体及利用了散热结构体的半导体模块的利记博彩app
本发明涉及将金属、陶瓷、及半导体的各部件经由接合部件进行粘接的散热结构体、和利用了该散热结构体的半导体模块。
背景技术：
搭载于电力、铁道、汽车等的半导体模块中，要求高的动作电流密度和高的耐电压。通常，该半导体模块具有将半导体芯片、金属配线、陶瓷绝缘基板及散热基底基板分别利用考虑到散热性的接合部件粘接的散热结构体。另外，为了减轻陶瓷绝缘基板的翘曲，有时也在陶瓷绝缘基板和散热基底基板之间加入金属基板，这也利用接合部件粘接。作为接合部件，目前使用焊锡或银钎料，近来，除了考虑到对环境负荷的影响的无铅锡系焊锡或金属以外，还应用可粘接的活性银钎料等。锡系焊锡用于半导体芯片和金属配线、及陶瓷绝缘基板和散热基底的粘接。此时，焊锡不管含铅的有无，均不能直接粘接于半导体芯片或陶瓷绝缘基板上，因此，需要预先在这些粘接面上进行镀敷等金属化处理。活性银钎料用于金属配线和陶瓷绝缘基板、及陶瓷绝缘基板和用于降低其翘曲的金属基板的粘接中。
上述那样的半导体模块使动作时的半导体芯片的发热有效地散热是重要的。因此，要求半导体模块的各构成部件中具有高的热传导率，而且尽可能接近半导体芯片的热膨胀系数，在金属配线中应用铜(Cu)等，在陶瓷绝缘基板中应用氮化铝(AlN)等，及在散热基底基板中应用由铝(Al)和碳化硅(SiC)构成的Al-SiC等。另外，近来要求更高的动作电流密度，半导体芯片更大量地发热，因此，使半导体芯片从目前为止使用的硅(Si)向高温动作下优异的碳化硅(SiC)改变。与此同时，作为半导体模块，要求更优异的耐热性、散热性及热循环特性。特别是关于接合部件，对半导体模块的热可靠性造成的影响大，期待可以进行热可靠性比现有的无铅锡系焊锡或活性银钎料高的粘接的接合部件的出现。
专利文献1中提出了一种接合部件，其包含含有V2O5的无铅低熔点玻璃组合物和金属粒子。据此，可以提高粘接金属、陶瓷、半导体的任一项的接合体或半导体模块的粘接性和热传导性。另外，作为含有V2O5的无铅低熔点玻璃组合物之一，提出了软化点显著低的V2O5-TeO2-Ag2O系低熔点玻璃，含有5～65质量％的V2O5、15～50质量％的TeO2、10～60质量％的Ag2O是有效的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2013-151396号公报
技术实现要素：
发明所要解决的课题
与其它低熔点玻璃相比时，上述的V2O5-TeO2-Ag2O系低熔点玻璃的软化点的确低，但在加热烧成时易于结晶化，由于该结晶化倾向，阻碍软化流动性。该结晶化由于混合金属粒子或以膏的形态使用而进一步显著产生。当由于该结晶化损坏玻璃的软化流动性时，相对于被粘接材(金属、陶瓷，半导体)得不到高的粘结力，且容易残留大量气泡，因此，难以提供粘接性和散热性的双方优异的散热结构体及半导体模块。另外，由于粘接性和散热性不充分，因此，散热结构体及半导体模块的热循环特性也不佳。即，热可靠性的改善或提高是大的课题。
本发明的目的在于，提供热可靠性优异的散热结构体及半导体模块。
用于解决课题的手段
本发明为了达成所述目的，提供散热结构体，其是将作为金属、陶瓷、半导体的任一种的第一部件和第二部件经由含有无铅低熔点玻璃组合物和金属粒子的接合部件进行粘接了的散热结构体，其特征在于，所述无铅低熔点玻璃组合物用以下的氧化物换算计含有V2O5、TeO2及Ag2O作为主要成分，且这些主要成分的合计为78摩尔％以上，TeO2和Ag2O的含量相对于V2O5的含量分别为1～2倍，且含有合计20摩尔％以下的BaO、WO3或P2O5中任一种以上作为副成分，及含有合计2.0摩尔％以下的Y2O3、La2O3或Al2O3中任一种以上作为追加成分。
本发明还提供半导体模块，其是将半导体芯片、金属配线、陶瓷绝缘基板、含有金属的散热基底基板分别经由接合部件进行粘接了的半导体模块，其特征在于，所述接合部件中任一部件以上含有无铅低熔点玻璃组合物和金属粒子，所述无铅低熔点玻璃组合物用以下的氧化物换算计含有V2O5、TeO2及Ag2O作为主要成分，且这些主要成分的合计为78摩尔％以上，TeO2和Ag2O的含量相对于V2O5的含量分别为1～2倍，且含有合计20摩尔％以下的BaO、WO3或P2O5中任一种以上作为副成分，及含有合计2.0摩尔％以下的Y2O3、La2O3或Al2O3中任一种以上作为追加成分。
发明效果
根据本发明，能够提供热可靠性优异的散热结构体及半导体模块。
附图说明
图1是本发明一实施方式的散热结构体的概略立体图；
图2是图1所示的散热结构体的粘接部分的概略放大剖视图；
图3是本发明一实施方式的半导体模块的概略剖视图；
图4是玻璃特有的代表性的示差热分析(DTA)曲线的一例；
图5是表示粘接性评价试样的利记博彩app的概略图；
图6是表示本发明一实施例的接合部件中所含的无铅低熔点玻璃组合物(G-42)和金属粒子(Ag)的配合比例对热传导率及剪断应力造成的影响的图表。
具体实施方式
以下，关于本发明的实施方式，一边参照附图一边进行更详细地说明。但是，本发明不限定于在此提出的实施方式，可以在不变更宗旨的范围内适宜组合或改良。
(散热结构体)
图1中表示代表性的散热结构体的概略立体图，图2中表示该粘接部分的概略放大剖视图。本实施方式如图1及图2所示，涉及散热结构体，其是将作为金属、陶瓷、半导体的任一项的第一部件1、1’、1”、1”’和第二部件2经由接合部件3、3’、3”、3”’进行粘接，该接合部件3、3’、3”、3”’中含有无铅低熔点玻璃组合物4和金属粒子5。
该无铅低熔点玻璃组合物4中，以以下的氧化物换算计含有V2O5、TeO2及Ag2O作为主要成分，且这些主要成分的合计为78摩尔％以上，TeO2的含量相对于V2O5的含量为1～2倍，Ag2O的含量相对于V2O5的含量为1～2倍。另外，最大的特征在于，应用含有合计20摩尔％以下的BaO、WO3及P2O5中任一种以上作为副成分，及含有合计2.0摩尔％以下的Y2O3、La2O3及Al2O3中任一种以上作为追加成分的V2O5-TeO2-Ag2O系无铅低熔点玻璃组合物。此外，无铅是指不含有杂质量以上的铅，且允许不可避免的杂质量。
关于上述无铅低熔点玻璃组合物中作为主要成分的V2O5、TeO2及Ag2O的含有效果，在以下进行说明。Ag2O为了转化点、屈服点、软化点等特性温度的低温化和化学的稳定性的提高而含有。V2O5为了在玻璃制作时还原Ag2O以不析出金属Ag而含有。作为玻璃成分含有的Ag2O如果不以Ag+离子的状态存在于玻璃中，则得不到期望的低温化的效果。如果增多Ag2O的含量，即如果增多玻璃中的Ag+离子量，则实现低温化，但此时为了防止或抑制金属Ag的析出，需要也增加V2O5的含量。在玻璃制作时，相对于一个V5+离子，在玻璃中只可含有两个Ag+离子。如果超过两个，则金属Ag有析出的可能性。
TeO2是在玻璃制作时用于玻璃化的玻璃化成分。因此，如果不含有TeO2，则不能形成玻璃。但是，相对于一个V5+离子，Te4+离子只有一个是有效的，如果超过一个，Te和Ag的化合物有析出的可能性。
考虑到上述V2O5、TeO2及Ag2O含有的效果时，本实施方式的无铅低熔点玻璃组合物优选以以下的氧化物换算，V2O5、TeO2及Ag2O的合计为78摩尔％以上，TeO2和Ag2O的含量相对于V2O5的含量分别为1～2倍。如果低于或高于这些的组成范围，则有产生如下问题的可能性：在玻璃制作时，金属Ag析出，或低温化效果变小，或在加热烧成时显著结晶化，或化学的稳定性降低等。
另外，为了容易将本实施方式涉及的无铅低熔点玻璃组合物作为均匀的玻璃状态(非晶质状态)而得到，以及为了不促进得到的玻璃的结晶化倾向，作为副成分，优选以以下的氧化物换算计含有合计20摩尔％以下的BaO、WO3及P2O5中任一种以上。是由于，如果超过20摩尔％，则会高温化。作为追加成分含有的Y2O3、La2O3及Al2O3通过少量的含有，具有可显著降低结晶化倾向的效果，其含量在合计2.0摩尔％以下是有效。是由于，如果超过2.0摩尔％，则转化点、屈服点、软化点等的特性温度上升，或相反，结晶化倾向变大。就上述副成分和追加成分的有效的含量而言，副成分为3.7～16摩尔％，追加成分为0.2～1.0摩尔％。
上述中说明的V2O5-TeO2-Ag2O系低熔点玻璃组合物，与Al、Al合金、Ag及与Ag合金的湿润性及反应性优异，因此，在图1及图2中表示的第一部件1、1’、1”、1”’和第二部件2的粘接面上，预先形成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”’含有的金属粒子5中含有Ag、Al、Sn及Cu的任一种以上是有效的。这些的金属粒子通过上述V2O5-TeO2-Ag2O系的无铅低熔点玻璃组合物4的软化流动而易于缩颈，可得到良好的散热性。
作为应用了本实施方式的散热结构体的形式的代表例，可以举出半导体模块。图3中表示代表性的半导体模块的概略剖视图。该半导体模块将半导体芯片6、金属配线7、陶瓷绝缘基板8、散热基底基板9分别经由第一接合部件10、第二接合部件11及第三接合部件12进行粘接。另外，发射电极13和栅电极14从半导体芯片6的上面分别电连接至金属配线7’和7”。
在半导体模块的工作时，半导体芯片6发热至高温，因此，使该热经由第一接合部件10→金属配线7→第二接合部件11→陶瓷绝缘基板8→第三接合部件12，从散热基底基板9散热。因此，金属配线7、第一接合部件10、陶瓷绝缘基板8、第二接合部件11、第三接合部件12及散热基底基板9的热传导率越高，越有效。
半导体芯片6应用Si或SiC，金属配线7应用Cu或Al，陶瓷绝缘基板8应用AlN或Si3N4，散热基底基板9应用Al-SiC等。第一～第三接合部件10～13中，为了在低温可粘接或可进行对陶瓷的粘接，目前为止可使用无铅锡系焊锡或活性银钎料。但是，无铅锡系焊锡或活性银钎料不是纯金属，而是合金化的金属，该合金化降低了热传导率，且降低了散热性。另外，该合金化由于暴露在高温或其热循环，有时也脆化，而降低了半导体模块的热可靠性。本实施方式的半导体模块中，通过在第一～第三接合部件10～12中任一个以上展开之前说明的接合部件，能够提高该半导体模块的散热性、耐热性及热循环特性。
实施例
以下，基于具体的实施例更详细地说明本发明。但是，本发明不限定于在此提出的实施例，包含其变化。
〔实施例1〕
本实施例中，关于用于制作图1～3中所示那样的散热结构体或半导体模块的接合部件，制作该接合部件中含有的无铅低熔点玻璃组合物，并研究该组成对玻璃特性造成的影响。另外，在制作的无铅低熔点玻璃组合物中，评价混合90体积％作为金属粒子的Ag粒子，并进行加热烧成而制作的试样的热传导率。另外，在制作的无铅低熔点玻璃组合物中，混合90体积％作为金属粒子的Ag粒子，制作接合部件用的膏，且向金属、陶瓷或半导体的部件涂布、干燥、烧成及接合，由此，研究对各部件的粘接性。
另外，综合性地评价作为含有无铅低熔点玻璃组合物和金属粒子的接合部件的粘接温度、热传导率及粘接性。表1中表示制作的无铅低熔点玻璃组合物的组成。制作的无铅低熔点玻璃组合物的主要成分为V2O5、TeO2及Ag2O，副成分为BaO、WO3及P2O5，追加成分为Y2O3、La2O3及Al2O3。另外，表2中表示制作的无铅低熔点玻璃组合物的玻璃化状态、特性温度和结晶化倾向、及化学的稳定性的评价结果。表3中表示作为接合部件的无铅低熔点玻璃组合物设为10体积％、及Ag粒子设为90体积％时的粘接温度、热传导率及对金属、陶瓷及半导体的粘接性评价结果。另外，表3中还表示综合性地判定了这些的综合评价结果。
(无铅低熔点玻璃组合物的制作)
制作表1所示的无铅低熔点玻璃组合物G-01～77。表1所示的组成是玻璃制作时的配合组成。表1的单位全部是摩尔％。G-01～19、72～77为比较例，G20～71为实施例。作为初始原料，使用了新兴化学制V2O5、高纯度化学研究所制TeO2、和光纯药制Ag2O、高纯度化学研究所制BaCO3、高纯度化学研究所制WO3、高纯度化学研究所制P2O5、高纯度化学研究所制Y2O3、高纯度化学研究所制La2O3及高纯度化学研究所制Al2O3的粉末。
将各初始原料粉末以合计成为200g左右的方式称重、配合、混合，并投入石英玻璃坩埚中。将投入了原料混合粉末的石英玻璃坩埚设置于玻璃熔融炉内，以约10℃/分钟的升温速度加热到700～750℃，为了实现石英玻璃坩埚内的熔液的组成均匀化，一边利用氧化铝棒进行搅拌，一边保持1小时。然后，将石英玻璃坩埚从玻璃熔融炉取出，并使熔液流入预先加热至120℃左右的不锈钢铸模，分别制作无铅低熔点玻璃组合物G-01～77。接着，制作的无铅低熔点玻璃组合物粉碎制约10μm。
(玻璃化状态的评价)
使用该玻璃粉末，通过X射线衍射，根据结晶是否析出，评价制作的无铅低熔点玻璃组合物G-01～77的玻璃化状态。将评价结果在表2中表示。在析出结晶的情况下，观察到尖锐的衍射峰，另一方面，在未析出结晶的情况下，仅观测到宽的衍射峰。未确认了尖锐的衍射峰的无铅低熔点玻璃组合物，看做玻璃化状态良好，并评价为“合格”。另一方面，在确认了尖锐的衍射峰的情况下，结晶已经析出，且玻璃化状态未成为均匀的非晶质状态，评价为“不合格”。如果在玻璃制作时结晶已经析出，则通过之后的加热烧成促进结晶化，得不到良好的软化流动性，因此，不优选。如果得不到良好的软化流动性，则作为接合部件的粘接性或粘结性、及致密性变得缺乏。
(特性温度和结晶化倾向的评价)
使用该玻璃粉末，通过示差热分析(DTA)评价制作的无铅低熔点玻璃组合物G-01～77的特性温度和结晶化倾向。将评价结果在表2中表示。DTA使用大元件类型，向该大元件中加入约500mg的玻璃粉末，作为标准试样，使用高纯度的氧化铝(α-Al2O3)粉末，以大气中5℃/分钟的升温速度从室温加热到400℃，测定制作的各无铅低熔点玻璃组合物的DTA曲线。根据测定的DTA曲线，求得转化点Tg、屈服点Mg、软化点Ts、结晶化开始温度Tcry及结晶化产生的发热量。
图4中表示玻璃特有的代表性的DTA曲线的一例。该DTA曲线中，第一吸热峰的开始温度为转化点Tg，该吸热峰温度为屈服点Mg，第二吸热峰温度为软化点Ts，及结晶化产生的发热峰的开始温度为结晶化开始温度Tcry。此外，通常通过接线法求得各自的特性温度。Tg、Mg及Ts的特性温度根据玻璃的粘度定义，Tg是相当于1013.3poise的温度，Mg是相当于1011.0poise的温度，Ts是相当于107.65poise的温度。结晶化倾向根据Tcry和结晶化产生的发热峰的大小、即该发热量判定，可以说是Tcry的高温化、即Ts和Tcry的温度差增加时，结晶化发热量减少但不易结晶化的玻璃。但是，通常，Ts的低温化也导致Tcry的低温化，具有缩小Ts和Tcry的温度差的倾向。
使用含有低熔点玻璃组合物的接合部件向散热结构体或半导体模块展开时的粘接温度也不被接合部件中含有的金属粒子的种类、含量及粒径、且升温速度、气氛、压力等的烧成条件等影响，但通常大多情况下设定成比软化点Ts高20～60℃左右。金属粒子的含量越多，而且该粒径越小，越需要接合部件的粘接温度相对于低熔点玻璃组合物的软化点Ts设定成更高温，根据情况不同，进行比Ts高60℃以上的高温化，使接合部件中的低熔点玻璃组合物充分软化流动性，达成良好的粘接性或粘结性、及致密性。因此，在该粘接温度使低熔点玻璃组合物不结晶化是非常重要的。该结晶化倾向的评价根据Ts及Tcry和其发热量进行五个等级评价。在Ts低温为300℃以下，且直到400℃也未确认了结晶化产生的发热峰的情况下，判定为极其良好“a”。另外，在Ts稍微超过300℃，但直到400℃也未确认了结晶化产生的发热峰的情况下，判定为良好“b”。另一方面，在Ts与Tcry的温度差为50℃以上，而且结晶化产生的发热量低于5μV的情况下，存在一些问题且判定为“c”，在Ts与Tcry的温度差低于50℃，或结晶化产生的发热量为5μV以上的情况下，存在问题且判定为“d”，在双方的情况下，存在大的问题且判定为“e”。
(化学的稳定性的评价)
制作的无铅低熔点玻璃组合物G-01～77的化学的稳定性通过耐水性试验和耐酸性试验进行评价。将评价结果在表2中表示。玻璃试验片使用粉碎前的10～20mm左右的碎玻璃。耐水性试验中，将该碎玻璃在50℃的纯水中浸渍48小时。另外，耐酸性试验中，将该碎玻璃在室温在1当量硝酸水溶液中浸渍24小时。通过目视观察两试验后的碎玻璃外观，在该外观中没有看到变化的情况下判定为“合格”，另一方面，在看到变化的情况下判定为“不合格”。
(热传导率的评价)
将制作的无铅低熔点玻璃组合物G-01～77进一步进行微细地粉碎，使平均粒径成为2μm以下。另外，G-01～77的密度大致处于4.5～6.0g/cm3的范围。作为Ag粒子，使用平均粒径约为1.5μm的球状粒子。将该无铅低熔点玻璃组合物的粉末10体积％和Ag粒子90体积％进行配合、混合，使用手动压力机，制作直径10mm、厚度2mm的成形体。此外，此时的加压设为500kgf/cm2。将制作的成形体利用电炉，以大气中10℃/分钟的升温速度加热到比各无铅低熔点玻璃组合物的软化点Ts高50～60℃的温度，并保持30分钟，由此，制作烧结体。研磨制作的烧结体的上下面，通过氙气闪光法测定热传导率。将测定结果在表3中表示。
(接合部件用膏的制作)
将平均粒径为2μm以下的无铅低熔点玻璃组合物的粉末10体积％，和平均粒径为约1.5μm的球状Ag粒子90体积％进行配合，以它们的固体成分的含有率成为75～80质量％的方式，添加溶剂和粘度调整剂，并仔细地混合、混炼，由此，制作接合部件用膏。本实施例中，作为溶剂使用α-萜品醇，作为粘度调整剂使用异冰片基环己醇。
(粘接性评价试样的制作)
图5中表示粘接性评价试样的利记博彩app。首先，对由金属、陶瓷或半导体构成的直径5mm的圆板状基材15和一边10mm的四方板状基材16进行准备(a)。这些的圆板状基材15和四方板状基材16的材质使用Al、Cu、Al-SiC、AlN、Si的任一种。另外，也对在这些的粘接面17、18上形成Al膜、Cu膜、Ag膜的情况进行研究，对各无铅低熔点玻璃组合物，以以下的11种类的组成并评价粘接性。此外，下述中，前者为圆板状基材15，后者为四方板状基材16。另外，向粘接面17、18形成Al膜、Cu膜、Ag膜时，分别使用粒径为45μm以下的球状粒子，并通过低压的冷喷雾进行。
(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
在圆板状基材15的粘接面17上，通过点胶法将上述中制作的接合部件用膏19进行涂布(b)。然后，在大气中以120～150℃进行干燥。使该粘接面17和四方板状基材16的粘接面18贴合，并固定于耐热用加压夹具上。此时的加压设为30～50kPa。将此设置于电炉内，在大气中或非活性气体中(氮中)以10℃/分钟的升温速度加热到220℃并保持30分钟后，以相同的升温速度加热到比各自的无铅低熔点玻璃组合物的软化点Ts高50～60℃的温度，并保持30分钟，由此，对接合体进行制作(c)。上述(1)(2)(3)(6)(9)(11)在大气中加热，(4)(5)(7)(8)(10)在非活性气体中(氮中)加热。
(粘接性的评价)
上述中制作的接合体的粘接性通过测定剪断应力进行评价。剪断应力为30MPa以上时，评价为优异“a”，在20MPa以上、低于30MPa时评价为良好“b”，在10MPa以上、低于20MPa时评价为不充分“c”，在低于10MPa时评价为不适合“d”。
(综合评价)
综合地评价作为含有无铅低熔点玻璃组合物和金属粒子的接合部件的粘接温度、热传导率及粘接性。将评价结果在表3中表示。在粘接温度为300℃以下，热传导率为200W/mK以上及粘接性为20MPa以上的情况下，评价为优异“A”，在粘接温度超过300℃，但热传导率为200W/mK以上及粘接性为20MPa以上的情况下，评价为良好“B”。另一方面，即使粘接温度低，热传导率高，如果粘接性缺乏，则作为接合部件的可靠性也不足，因此，即使粘接温度低，热传导率高时，在得到一个10MPa以上、低于20MPa的粘接性的情况下，评价为不充分“C”，且在所有的粘接性低于10MPa的情况下，评价为不适合“D”。
如表1所示，比较例G-01～04的无铅低熔点玻璃组合物为V2O5-TeO2-Ag2O的三元系，比较例G-05～19还含有20摩尔％以下的BaO、WO3及P2O5中任一种以上作为副成分。实施例G-20～71及比较例G-72～77还含有Y2O3、La2O3及Al2O3中任一种作为追加成分，其含量在实施例G-20～71中为2摩尔％以下，在比较例G-72～77中为3～5摩尔％。
如表2所示，G-01～77的玻璃化状态在任何玻璃中均未确认了结晶的析出，为“合格”，为良好。另外，任何玻璃的转化点Tg、屈服点Mg及软化点Ts的特性温度均低。但是，结晶化开始温度Tcry和结晶化产生的发热量中未确认了大的不同。可知V2O5-TeO2-Ag2O的三元系的比较例G-01～04中，结晶化产生的发热量非常大，结晶化显著。另外，比较例G-01中，在软化之前产生结晶化，因此，未确认了软化点Ts。比较例G-05～19中，通过含有20摩尔％以下的BaO、WO3及P2O5中任一种以上作为副成分，大幅降低其发热量。但是，预测到不至于防止结晶化，得不到良好的软化流动性，且与金属粒子一起向接合部件展开不充分。
与之相对，实施例G-20～71中，含有合计2摩尔％以下的Y2O3、La2O3及Al2O3中至少一种作为追加成分，由此，防止结晶化，得到良好的软化流动性。另外，通过将副成分的含量设为3.7～16摩尔％，实现Ts的低温化。另外，可知追加成分含有0.2～1.0摩尔％，且得到充分的结晶化防止效果。但是，如果该追加成分超过2摩尔％进行含有，则如比较例G-72～77那样，再次发生结晶化，该结晶化倾向随着其含量而增加。
关于G-01～77的化学的稳定性，任何玻璃的耐水性均良好。就耐酸性而言，仅比较例G-16不充分，但其它玻璃为良好。比较例G-16的耐酸性降低的原因是由于，作为副成分的P2O5的含量多。
通过以上的玻璃组成研究，从表1和表2中表示的实施例G-20～71的组成和特性可知，接合部件中含有的无铅低熔点玻璃组合物含有V2O5、TeO2及Ag2O作为主要成分，这些主要成分的合计为78摩尔％以上，TeO2和Ag2O的含量相对于V2O5的含量，分别为1～2倍，还含有合计20摩尔％以下的BaO、WO3及P2O5中任一种以上作为副成分，及含有合计2.0摩尔％以下的Y2O3、La2O3及Al2O3中任一种以上作为追加成分是有效的。还可知，特别优选该无铅低熔点玻璃组合物的副成分的含量为3.7～16摩尔％，及追加成分的含量为0.2～1.0摩尔％。
接着，在含有无铅低熔点玻璃组合物10体积％、作为金属粒子的Ag粒子90体积％的接合部件中，研究其实现可能性。如表3所示，在使用了V2O5-TeO2-Ag2O的三元系无铅低熔点玻璃组合物即比较例G-01～04的情况下，粘接温度为250～320℃且热传导率为117～152W/mK。该热传导率与纯银的固块体的热传导率(429W/mK)相比非常低，但另一方面，与现有的无铅锡系焊锡或活性银钎料的热传导率(20～70W/mK)相比相当高。但是，各接合体中的粘接性均非常缺乏，不能展开至接合部件。其原因在于，比较例G-01～04的玻璃的结晶化显著，在加热烧成时得不到良好的软化流动性。另外，该结晶化将玻璃的平均粒径微细化至2μm以下，因此，比表2中表示的结晶化倾向更显著地结晶化的可能性高。
在使用含有BaO、WO3及P2O5中任一种以上作为副成分的比较例G-05～19的情况下，粘接温度为270～350℃且热传导率为151～188W/mK，显示热传导率比上述比较例G-01～04高的倾向。其结果暗示了，通过含有BaO、WO3及P2O5中任一种以上，稍微抑制结晶化倾向。但是，关于各接合体的粘接性，在比较例G-07、11、13～16及19中确认了一些改善，但不充分。除这些以外的比较例G-05、06、08～10、12、17及18中，与比较例G-01～04一样不适合。比较例G-01～19中，对热传导率和粘接性的关联性进行考察，结果可知，在使用了确认了粘接性的改善倾向的比较例G-07、11、13～16及19的情况下，热传导率高为170～188W/mK。由此，防止V2O5-TeO2-Ag2O系无铅低熔点玻璃组合物的结晶化，且得到良好的软化流动性期待及发现可提高作为接合部件的散热性和粘接性的双方。
在使用了除了上述副成分以外，还含有Y2O3、La2O3及Al2O3中任一种以上作为追加成分，且防止结晶化的实施例G-20～71的情况下，粘接温度为270～370℃且热传导率高为220～246W/mK。另外，在(1)～(11)的任何接合体中均得到20MPa以上的剪断应力，粘接性为良好。特别是在将Al膜或Ag膜形成于粘接面上的接合体(2)(5)(8)(9)(11)中，达成特别高至30MPa以上的剪断应力。与上述的比较例G-01～19相比时，实施例G-20～71通过防止结晶化，达成良好的软化流动性，热传导率即散热性进一步提高，还大幅改善粘接性。特别是在使用了实施例G-23～28、34～36、39、41～43、50、51及54～58的情况下，进行300℃以下的低温粘接即在低温的接合是可能的。通过使用实施例G-20～71来提高热传导率的理由是由于，通过玻璃进行软化流动，促进作为金属粒子使用的Ag粒子间的缩颈。实施例G-20～71中，加热产生的的软化流动时形成至粘接面的Al膜或Ag膜和湿润性良好。另外，与这些适当反应，使与玻璃构成成分的化合物形成于粘接界面上。在使用了Al膜的情况下，通过与玻璃的反应，除去了表面的氧化被膜。由此，认为可达成坚固的粘结或粘接。该情况不限于纯Al或纯Ag的膜，当然在Al合金或Ag合金的膜中也可期待同样的效果。
但是，如果上述追加成分的含量多，则如表2中表示那样，再次发生结晶化，软化流动性劣化。因此，在使用了比较例G-72～77的情况下，粘接温度为310～320℃且热传导率降低至168～201W/mK。另外，在任何接合体中，其粘接性均降低，剪断应力成为低于20MPa。
以上，由说明的表1～3，作为具有高的散热性和粘接性的接合部件，与金属粒子一起含有的无铅低熔点玻璃组合物含有V2O5、TeO2及Ag2O作为主要成分，且这些主要成分的合计为78摩尔％以上，且TeO2和Ag2O的含量相对于V2O5的含量分别为1～2倍，还含有20摩尔％以下的BaO、WO3及P2O5中任一种以上作为副成分，以及还含有2.0摩尔％以下的Y2O3、La2O3及Al2O3中任一种以上作为追加成分是有效的。特别优选副成分的含量为3.7～16摩尔％，及追加成分的含量为0.2～1.0摩尔％。含有该无铅低熔点玻璃组合物的接合部件可有效地展开至散热结构体或半导体模块。另外，如果在散热结构体或半导体模块的粘接面上形成Al膜或Ag膜或Al合金膜、或Ag合金膜，则进行更强有力的粘接是可能的。
[表1]
[表2]
[表3]
〔实施例2〕
本实施例中，关于用于制作图1～3中所示那样的散热结构体或半导体模块的接合部件，对该接合部件中含有的金属粒子进行了研究。金属粒子使用了Ag、Al、Sn及Cu的球状粒子。就使用的粒径而言，Ag、Al及Cu为45μm以下，Sn为38μm以下。另外，作为接合部件中含有的无铅低熔点玻璃组合物，使用了表1和表2中表示的实施例G-30和34。这些的无铅低熔点玻璃组合物的平均粒径设为2μm以下。无铅低熔点玻璃组合物和金属粒子的比例以体积％计设为30：70，与实施例1一样，制作用于评价热传导率的试样。但是，在制作该试样时，为了尽可能不氧化，不在大气中而在非活性气体中(氩气中)加热金属粒子，由此，得到烧结体。
得到的烧结体与实施例1同样，通过氙气闪光法测定热传导率。另外，使用上述金属粒子和无铅低熔点玻璃组合物的粉末，以与上述相同的配合比例，与实施例1同样分别制作接合部件用的膏。而且，使用该膏，与实施例1同样，制作各种的接合体，并通过剪断应力评价该粘接性。但是，在制作各接合体时，不在大气中使用，加热气氛全部设为非活性气体中(氩气中)。
表4中表示含有无铅低熔点玻璃组合物G-30和34的接合部件的粘接温度、热传导率及使用了这些组合物的接合体的粘接性评价结果。此外，粘接温度设定成比与实施例1同样使用的无铅低熔点玻璃组合物、在此G-30和34的软化点Ts高50～60℃的温度。Ag、Al、Sn及Cu的体积的热传导率为429W/mK、237W/mK、67W/mK及401W/mK。这些是纯金属的热传导率，在共晶等中合金化时，低熔点化，可使粘接温度低温化，但该热传导率会显著地降低是众所周知的。
例如，目前用作接合部件的锡系焊锡或活性银钎料的热传导率为20～70W/mK左右。如本实施例，含有无铅低熔点玻璃组合物的接合部件中，金属粒子可使用纯金属，而且在低温可缩颈该纯金属粒子的方面也是非常有利的方面。在本实施例中证明这一方面。
含有70体积％的Ag作为金属粒子的接合部件中，如表4所示，无铅低熔点玻璃组合物G-30、34中均得到160W/mK左右的热传导率。比固块的Ag的热传导率显著降低，但与现有的锡系焊锡或活性银钎料相比非常高，利用G-30或34促进了Ag粒子的缩颈。认为这是如下机制进行的：可以说通过G-30或34进行软化流动，Ag粒子的一部分在玻璃中溶解，另一方面，Ag的纳米粒子从玻璃中析出，而进行Ag粒子的缩颈。
另外，就制作的接合体的粘接性而言，在(1)～(11)的任何接合体中均得到20MPa以上的剪断应力，粘接性良好。特别是在将Al膜或Ag膜形成于粘接面的接合体(2)(5)(8)(9)(11)中，达成非常高至30MPa以上的剪断应力，该粘接性优异。这是由于，G-30或34的Al膜或Ag膜和湿润性良好，而且适当进行反应。
在含有70体积％的Al作为金属粒子的接合部件中，如表4所示那样，在无铅低熔点玻璃组合物G-30、34中均得到90W/mK左右的热传导率。比固块的Al的热传导率显著降低，但比现有的锡系焊锡或活性银钎料高，利用G-30或34促进Al粒子的缩颈。认为这是如下机制进行的：可以说通过G-30或34进行软化流动，Al粒子表面的氧化被膜被除去，Al和玻璃中的V进行反应，形成它们的合金层，并且Ag的纳米粒子从玻璃析出，而进行Al粒子的缩颈。
另外，就制作的接合体的粘接性而言，在(1)～(11)的任何接合体中，均得到20MPa以上的剪断应力，粘接性良好。特别是在将Al膜或Ag膜形成于粘接面的接合体(2)(5)(8)(9)(11)中，达成非常高至30MPa以上的剪断应力，且该粘接性优异。这是由于，与含有Ag粒子的情况同样，G-30或34的Al膜或Ag膜和湿润性良好，且适当进行反应。
在含有70体积％的Sn作为金属粒子的接合部件中，如表4所示那样，在无铅低熔点玻璃组合物G-30、34中均得到40W/mK左右的热传导率。比固块的Sn的热传导率低，但与现有的锡系焊锡为同水平。
另外，就制作的接合体的粘接性而言，在(1)～(11)的任何接合体中，均得到20MPa以上的剪断应力，粘接性良好。特别是在使用了Cu基材的接合体(4)、将Cu膜或Ag膜形成于粘接面的接合体(5)(8)(10)(11)中，达成非常高至30MPa以上的剪断应力，该粘接性优异。这是由于，利用含有的Sn粒子，提高与Cu基材或Cu膜的粘接性。在现有的焊锡中，可以与Cu或Ag粘接，但与Al或陶瓷的粘接性缺乏。与之相对，在使用了Sn粒子的本实施例中，Sn本身的热传导率比Ag等差，因此，为与现有的锡系焊锡大致同等的热传导率，但通过本实施例的无铅低熔点玻璃组合物的含有，与Cu或Ag以外的Al或陶瓷进行粘接也成为可能。
在含有70体积％的Cu作为金属粒子的接合部件中，如表4所示那样，在无铅低熔点玻璃组合物G-30、34中均得到90W/mK左右的热传导率。比固块的Cu的热传导率显著降低，但比现有的锡系焊锡或活性银钎料高，利用G-30或34促进Cu粒子的缩颈。认为这是如下机制进行的：可以说与Ag粒子同样，通过G-30或34进行软化流动，Cu粒子的一部分在玻璃中溶解，另一方面，Ag的纳米粒子从玻璃中析出，而进行Cu粒子的缩颈。但是，另一方面，考虑到通过作为氧化物玻璃的G-30或34进行软化流动，有时Cu粒子的表面也被氧化，因此，不如Ag粒子那样，热传导率不变高。
另外，就制作的接合体的粘接性而言，在(1)～(11)的任何接合体中，均得到20MPa以上的剪断应力，粘接性良好。但是，与Ag粒子、Al粒子及Sn粒子不同，Cu粒子中未得到30MPa以上的高的剪断应力。这是由于，当Cu溶解于G-30或34的玻璃中时，其软化流动性不足，且结晶化倾向变大。
以上可知，本实施例中的散热结构体或半导体模块中，作为接合部件所含有的金属粒子，可应用Ag、Al、Sn及Cu。特别是Ag粒子的含有可提高热传导率，且散热性优异。本实施例中，作为金属粒子，对Ag、Al、Sn及Cu进行了研究，但当然，通过应用本实施例涉及的无铅低熔点玻璃组合物，其它金属粒子的应用可能性是充分的。
[表4]
〔实施例3〕
本实施例中，关于用于制作图1～3中表示那样的散热结构体或半导体模块的接合部件，对该接合部件中含有的无铅低熔点玻璃组合物和金属粒子的配合比例进行了研究。作为无铅低熔点玻璃组合物，使用了表1和表2所示的实施例G-42，作为金属粒子，使用了平均粒径为1.5μm的球状Ag粒子。G-42的玻璃粉末和Ag粒子的配合比例以体积％计，设为100：0、20：80、30：70、40：60、50：50、60：40、70：30、80：20、90：10、及95：5的10种类，与实施例1同样，制作用于评价热传导率的试样。此外，G-42粉末的平均粒径设为2μm以下。另外，加热气氛设为非活性气体中(氮中)，以300℃得到烧结体。
得到的烧结体与实施例1同样，通过氙气闪光法测定热传导率，并评价散热性。另外，使用了上述G-42粉末和Ag粒子，以与上述相同的10种类的配合比例与实施例1同样，分别制作接合部件用的膏。而且，使用这些膏，与实施例1同样，制作上述(2)的Al膜形成AlN基材和Al膜形成Al-SiC基材的接合体，并通过剪断应力评价该粘接性。但是，当制作(2)的接合体时，加热气氛设为非活性气体中(氮中)，以300℃进行烧成。
图6中表示G-42粉末和Ag粒子的配合比例、热传导率及剪断应力的关系。G-42的固块的热传导率约为0.6W/mK，但在仅由G-42粉末(100体积％)制作的烧结体中，如图6所示增加至约3W/mK。认为这是由于Ag从玻璃析出，因此，热传导率变大。热传导率的变化由于Ag粒子的增加和G-42粉末的减少而增加，Ag粒子为40体积％，G-42粉末为60体积％，成为相当于现有的无铅锡系焊锡的热传导率。另外，Ag粒子为60体积％以上，G-42粉末为40体积％以下，得到超过现有的无铅锡系焊锡或活性银钎料的100W/mK以上的热传导率。Ag粒子的增加是为了使Ag粒子的缩颈形成的网络进行致密化，而提高热传导率的增加。该缩颈是由于G-42进行软化流动所带来的，G-42的含有是必要不可缺少的。
如图6所示，剪断应力由于Ag粒子的增加和G-42粉末的减少而增加，Ag粒子为70～80体积％，G-42粉末为20～30体积％时，剪断应力成为最大值，然后大幅减少。就得到剪断应力为20MPa以上的良好的粘接性的范围而言，Ag粒子为40体积％以上、低于95体积％，G-42粉末超过5体积％、60体积％以下。特别是就30MPa以上的优异的粘接性而言，Ag粒子为55体积％以上、90体积％以下，G-42粉末为10体积％以上、45体积％以下的范围。
以上，考虑到热传导率和剪断应力，即散热性和粘接性的双方时，优选接合部件中含有的无铅低熔点玻璃组合物为5～60体积％，及金属粒子优选为40～95体积％。特别是无铅低熔点玻璃组合物为10～40体积％及金属粒子为60～90体积％是有效的。
〔实施例4〕
本实施例中，有效利用实施例1～3的见解，制作图1和图2中表示的散热结构体，实施热循环试验。图1中的第一部件1、1’、1”及1”’使用了横30mm、纵40mm、厚度0.635mm的AlN基板，第二部件2使用了横80mm、纵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中表示的实施例G-50作为无铅低熔点玻璃组合物，作为金属粒子，使用平均粒径为1.5μm的球状Ag粒子，其比例以体积％计设为20：80。另外，G-50的平均粒径设为2μm以下。
使用上述G-50粉末和Ag粒子，与实施例1同样，制作接合部件用的膏。将该膏通过丝网印刷法分别涂布于AlN基板和Al-SiC基板的粘接面上，在大气中以120～150℃进行干燥。接着，利用电炉将这些以大气中10℃/分钟的升温速度加热到220℃，保持30分钟后，以相同的升温速度加热到280℃并保持30分钟，由此，对AlN基板和Al-SiC基板的粘接面进行预烧成。使这些贴合，通过热压以真空中0.5MPa的加压加热到300℃并保持30分钟，由此，制作图1所示那样的散热结构体。确认了制作的散热结构体的粘接状态通过超声波探伤端法也不会剥离等，进行了良好地粘接。另外，如实施例1～3中叙述的那样，当然本实施例中的接合部件的热传导率高，制作的散热结构体具有高的散热性。
将制作的散热结构体放入热循环试验机中，重复进行1000次的-40～+150℃的热循环。热循环试验后的散热结构体通过超声波探伤端法评价其粘接状态。其结果，确认了在热循环试验前后没看到变化，具有良好的热循环特性。
〔实施例5〕
本实施例中，与实施例4同样，有效利用实施例1～3的见解，制作图1和图2中表示的散热结构体，实施热循环试验。图1中的第一部件1、1’、1”及1”’使用了横15mm、纵20mm、厚度1.0mm的Si基板，第二部件2使用了横40mm、纵50mm及厚度0.635mm的AlN基板。另外，在Si基板的粘接面上，通过溅射法使用了厚度1～2μm的Al膜，及在AlN基板的粘接面上，使用了粒径为75μm以下的球状Al粒子，通过低压的冷喷雾形成厚度100～200μm左右的Al膜。此外，在Al膜形成至AlN基板的粘接面时，不只是对粘接Si基板的部位，而是对整个面实施Al膜。接合部件3、3’、3”及3”’中，使用了表1和表2中表示的实施例G-61作为无铅低熔点玻璃组合物，作为金属粒子，使用了平均粒径为1.5μm的球状Ag粒子，其比例以体积％计设为15：85。另外，G-61的平均粒径设为2μm以下。
使用上述G-61粉末和Ag粒子，与实施例1同样，制作接合部件用的膏。将该膏通过丝网印刷法涂布于形成有Al膜的Si基板和AlN基板的粘接面上，在大气中以120～150℃进行干燥。接着，利用电炉将这些以非活性气体中(氮中)10℃/分钟的升温速度加热到220℃，并保持30分钟后，以相同的升温速度加热到330℃并保持30分钟，由此，在各个粘接面上预烧成接合部件。使这些贴合，通过热压以真空中1MPa的加压加热到350℃，并保持30分钟，由此，制作图1所示那样的散热结构体。确认了制作的散热结构体的粘接状态通过超声波探伤端法也不会剥离等，进行了良好地粘接。另外，如实施例1～3中叙述的那样，当然是本实施例中的接合部件的热传导率高，制作的散热结构体具有高的散热性。
将制作的散热结构体放入热循环试验机中，重复进行1000次的-40～+150℃的热循环。热循环试验后的散热结构体通过超声波探伤端法评价其粘接状态。其结果，确认了在热循环试验前后没看到变化，具有良好的热循环特性。
〔实施例6〕
本实施例中，与实施例4同样，有效利用实施例1～3的见解，制作图1和图2中表示的散热结构体，实施热循环试验。图1中的第一部件1、1’、1”及1”’使用了横30mm、纵40mm、厚度0.635mm的AlN基板，第二部件2使用了横80mm、纵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，使用粒径为75μm以下的粒状Al粒子，通过低压的冷喷雾分别形成厚度100～200μm左右的Al膜。此外，Al膜形成至Al-SiC基板的粘接面时，不只是粘接AlN基板的部位，而是对整个面实施Al膜。接合部件3、3’、3”及3”’中，使用了表1和表2中表示的实施例G-58作为无铅低熔点玻璃组合物，作为金属粒子，使用了平均粒径为1.5μm的球状Ag粒子，其比例以体积％计设为25：75。另外，G-58的平均粒径设为2μm以下。
使用上述G-58粉末和Ag粒子，与实施例1同样，制作接合部件用的膏。将该膏通过丝网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，在大气中以120～150℃进行干燥。接着，利用电炉将这些基板以大气中10℃/分钟的升温速度加热到220℃，并保持30分钟后，以相同的升温速度加热到280℃并保持30分钟，由此，在各个粘接面上预烧成接合部件。使这些贴合，通过热压以真空中0.5MPa的加压加热到300℃，并保持30分钟，由此，制作图1所示那样的散热结构体。确认了制作的散热结构体的粘接状态通过超声波探伤端法也不会剥离等，进行了良好地粘接。另外，如实施例1～3中叙述的那样，当然是本实施例中的接合部件的热传导率高，制作的散热结构体具有高的散热性。
将制作的散热结构体放入热循环试验机中，重复进行1000次的-40～+175℃的热循环。热循环试验后的散热结构体通过超声波探伤端法评价其粘接状态。其结果，确认了在热循环试验前后没看到变化，具有良好的热循环特性。
〔实施例7〕
本实施例中，与实施例4同样，有效利用实施例1～3的见解，制作图1和图2中表示的散热结构体，实施热循环试验。图1中的第一部件1、1’、1”及1”’使用了横30mm、纵40mm、厚度0.635mm的AlN基板，第二部件2使用了横80mm、纵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中表示的实施例G-38作为无铅低熔点玻璃组合物，作为金属粒子，使用了粒径为75μm以下的球状Al粒子，其比例以体积％计设为30：70。另外，G-38的平均粒径设为2μm以下。
将上述G-38粉末和Al粒子仔细地混合，以使其尽可能地均匀，使用该混合粉末，通过低压的冷喷雾在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基板的粘接面时，不只是对粘接AlN基板的部位，而且对整个面实施玻璃和Al的混合膜。使这些贴合，通过热压以真空中0.8MPa的加压加热到310℃，并保持30分钟，由此，制作图1所示那样的散热结构体。确认了制作的散热结构体的粘接状态通过超声波探伤端法也不会剥离等，进行了良好地粘接。另外，如实施例1～3中叙述的那样，当然本实施例中的接合部件的热传导率高，制作的散热结构体具有较高的散热性。
将制作的散热结构体放入热循环试验机中，重复进行1000次的-40～+200℃的热循环。热循环试验后的散热结构体通过超声波探伤端法评价其粘接状态。其结果，确认了在热循环试验前后没看到变化，具有良好的热循环特性。
〔实施例8〕
本实施例中，与实施例4同样，有效利用实施例1～3的见解，制作图1和图2中表示的散热结构体，实施热循环试验。图1中的第一部件1、1’、1”及1”’使用了横15mm、纵20mm、厚度1.0mm的SiC基板，第二部件2使用了横40mm、纵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中表示的实施例G-46作为无铅低熔点玻璃组合物，作为金属粒子，使用了粒径为75μm以下的球状Al粒子，其比例以体积％计设为10：90。另外，G-46的平均粒径设为2μm以下。
将上述G-46粉末和Al粒子仔细地混合，以使其尽可能地均匀，使用该混合粉末，通过低压的冷喷雾，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基板的粘接面时，不只是对粘接SiC基板的部位，而且对整个面实施玻璃和Al的混合膜。使这些贴合，通过热压以真空中1.2MPa的加压加热到340℃，并保持30分钟，由此，制作图1所示那样的散热结构体。确认了制作的散热结构体的粘接状态通过超声波探伤端法也不会剥离等，进行了良好地粘接。另外，如实施例1～3中叙述的那样，当然本实施例中的接合部件的热传导率高，制作的散热结构体具有高的散热性。
将制作的散热结构体放入热循环试验机中，重复进行1000次的-40～+200℃的热循环。热循环试验后的散热结构体通过超声波探伤端法评价其粘接状态。其结果，确认了在热循环试验前后没看到变化，具有良好的热循环特性。
〔实施例9〕
本实施例中，有效利用实施例1～8的见解，制作图3中表示的半导体模块，实施热循环试验。图3中的半导体芯片6使用了约12mm×10mm×0.5mm大小的Si芯片，金属配线7、7’及7”使用了厚度约为0.3mm的Cu配线，陶瓷绝缘基板8使用了约60mm×50mm×0.635mm大小的AlN基板，散热基底基板9使用了约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使用了含有上述实施例的无铅低熔点玻璃组合物和金属粒子的接合部件，第二接合部件11、11’及11”使用了现有的活性银钎料。
金属配线7、7’及7”的Cu配线利用由活性银钎料构成的第二接合部件11、11’及11”预先粘接于陶瓷绝缘基板8的AlN基板上。此时，为了防止陶瓷绝缘基板8的AlN基板的翘曲，在相反的面上也同时使用活性银钎料，粘接厚度约为0.2mm的Cu的薄板。本实施例中，制成如下散热结构体：在利用活性银钎料粘接有Cu配线和Cu薄板的AlN基板的Cu配线侧的面上，利用第一接合部件10搭载8个半导体芯片6(Si芯片)，进一步将6个该部件利用第三接合部件12搭载至散热基底基板9(Al-SiC基板)。
第一接合部件10和第三接合部件12以膏的形态进行使用。第一接合部件10中，使用了表1和表2中表示的实施例G-32作为无铅低熔点玻璃组合物，使用了平均粒径为1.5μm的球状Ag粒子作为金属粒子，其比例以体积％计设为15：85。另外，第三接合部件12中，使用了表1和表2中表示的实施例G-35作为无铅低熔点玻璃组合物，使用平均粒径为1.5μm的球状Ag粒子作为金属粒子，其比例以体积％计设为30：70。此外，G-32和35的平均粒径设为2μm以下。使用上述G-32粉末和Ag粒子、及G-35粉末和Ag粒子，与实施例1同样，分别制作第一及第三接合部件用的膏。
关于更详细的构造和制法，以下进行说明。在Si芯片的粘接面上，通过溅射法形成厚度为1～2μm的Al膜。在AlN基板上利用活性银钎料粘接的Cu配线和Cu薄板的两个粘接面及Al-SiC基板的粘接面上，使用粒径为75μm以下的球状Al粒子，通过低压的冷喷雾分别形成厚度100～200μm左右的Al膜。接着，在形成于Si芯片上的Al膜上的粘接面和形成于Cu配线的Al膜上的粘接面上，使用上述第一接合部件用的膏，通过丝网印刷法进行涂布，在大气中以120～150℃进行干燥。在干燥后，利用电炉将这些基板以非活性气体中(氩气中)10℃/分钟的升温速度加热到220℃，并保持30分钟后，以相同的升温速度加热到310℃并保持30分钟，由此，在各个粘接面上预烧成第一接合部件。使这些贴合，通过热压以真空中0.8MPa的加压加热到330℃，并保持30分钟，由此，进行粘接。
接着，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，通过丝网印刷法进行涂布，在大气中以120～150℃进行干燥。在干燥后，利用电炉将这些以非活性气体中(氩气中)10℃/分钟的升温速度加热到220℃，并保持30分钟后，以相同的升温速度加热到270℃并保持30分钟，由此，在各个粘接面上预烧成第三接合部件。使这些贴合，通过热压以真空中0.5MPa的加压加热到290℃，并保持30分钟，由此，进行粘接。
而且，如图3所示，通过将发射电极13和栅电极14连接，制作半导体模块。确认了制作的半导体模块的第一接合部件10和第三接合部件12的各粘接状态通过超声波探伤端法也不会剥离等，进行了良好地粘接。另外，还确认了制作的半导体模块在高的电流密度也进行动作。另外，如实施例1～3中叙述的那样，当然本实施例中的第一接合部件10和第三接合部件12的热传导率高，制作的半导体模块具有高的散热性。
将制作的半导体模块放入热循环试验机中，重复进行1000次的-40～+150℃的热循环。热循环试验后的半导体模块通过超声波探伤端法评价各个部位的粘接状态。其结果，确认了在热循环试验前后没看到变化，具有良好的热循环特性。另外，确认了在与试验前一样高的电流密度也进行动作。
〔实施例10〕
本实施例中，与实施例9同样，有效利用实施例1～8的见解，制作图3中表示的半导体模块，实施热循环试验。图3中的半导体芯片6、金属配线7、7’及7”、陶瓷绝缘基板8及散热基底基板9使用了与实施例9相同的材质及形状的基板。另外，与实施例9同样使用现有的活性银钎料作为第二接合部件11、11’及11”，将Cu配线和Cu薄板粘接于AlN基板上。另外，在Si芯片的粘接面上，与实施例9同样通过溅射法，形成了厚度为1～2μm的Al膜。
第一接合部件10使用了表1和表2中表示的实施例G-55作为无铅低熔点玻璃组合物，使用粒径为75μm以下的球状Ag粒子作为金属粒子，其比例以体积％计设为20：80。另外，第三接合部件12中，使用表1和表2中表示的实施例G-47作为无铅低熔点玻璃组合物，使用粒径为75μm以下的球状Al粒子作为金属粒子，其比例以体积％计设为15：85。此外，G-55和47将平均粒径设为2μm以下。在形成本实施例的第一接合部件10和第三接合部件12时，不以实施例9中应用那样的膏的形态，将上述G-55粉末和Ag粒子、及G-47粉末和Al粒子仔细地混合，使其尽可能均匀，并通过使用了它们的混合粉末的低压的冷喷雾进行。
关于更详细的构造和制法，以下进行说明。首先，在利用活性银钎料粘接于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，通过低压的冷喷雾分别形成厚度100～200μm左右的第三接合部件的膜。使这些贴合，通过热压以真空中1MPa的加压加热到340℃，并保持30分钟，由此，进行粘接。接着，在形成于Si芯片的Al膜上的粘接面和形成于Cu配线的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，通过低压的冷喷雾分别形成厚度100～200μm左右的第一接合部件的膜。使这些膜贴合，通过热压以真空中0.7MPa的加压加热至300℃，并保持30分钟，由此，进行粘接。
而且，如图3所示，通过将发射电极13和栅电极14连接，制作半导体模块。确认了制作的半导体模块的第一接合部件10和第三接合部件12的各粘接状态通过超声波探伤端法也不会剥离等，进行了良好地粘接。另外，还确认了制作的半导体模块在高的电流密度也进行动作。另外，如实施例1～3中叙述的那样，当然本实施例中的第一接合部件10和第三接合部件12的热传导率高，制作的半导体模块具有高的散热性。
将制作的半导体模块放入热循环试验机中，与实施例9同样，重复进行1000次的-40～+150℃的热循环。热循环试验后的半导体模块通过超声波探伤端法评价各个部位的粘接状态。其结果，确认了在热循环试验前后没看到变化，具有良好的热循环特性。另外，确认了在与试验前同样高的电流密度也进行动作。
〔实施例11〕
本实施例中，与实施例9及实施例10同样，有效利用实施例1～8的见解，制作图3中表示的半导体模块，实施热循环试验。图3中的半导体芯片6使用了约12mm×10mm×0.5mm大小的Si芯片，金属配线7、7’及7”使用了厚度约为0.5mm的Al配线，陶瓷绝缘基板8使用了约60mm×50mm×0.635mm大小的AlN基板，散热基底基板9使用了约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，使用了上述实施例涉及的含有无铅低熔点玻璃组合物和金属粒子的接合部件。在Si芯片的粘接面及AlN基板的两粘接面上，与实施例9同样，通过溅射法形成厚度为1～2μm的Al膜。此外，AlN基板的Al配线侧以配线形状形成Al膜。
第一接合部件10中，使用表1和表2中表示的实施例G-51作为无铅低熔点玻璃组合物，使用粒径为75μm以下的球状Ag粒子作为金属粒子，其比例以体积％计设为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中表示的实施例G-59作为无铅低熔点玻璃组合物，使用粒径为75μm以下的球状Al粒子作为金属粒子，其比例以体积％计设为25：75。此外，G-51和59将平均粒径设为2μm以下。在本实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的形成时，与实施例10同样，将上述G-51粉末和Ag粒子、及G-59粉末和Al粒子仔细地混合，使其尽可能均匀，并通过使用了它们的混合粉末的低压的冷喷雾进行。
关于更详细的构造和制法，以下进行说明。首先，在形成于AlN基板两面的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，通过低压的冷喷雾分别形成厚度100～200μm左右的第二接合部件和第三接合部件的膜。使这些贴合，并在这些之上进一步配置Al配线，通过热压以真空中0.7MPa的加压加热到330℃，并保持30分钟，由此，进行粘接。接着，在形成于Si芯片的Al膜上的粘接面和Al配线的粘接面上，使用包含上述G-51粉末和Ag粒子的混合粉末，分别形成通过低压的冷喷雾分别形成厚度100～200μm左右的第一接合部件的膜。使这些贴合，通过热压以真空中0.9MPa的加压加热至300℃，并保持30分钟，由此，进行粘接。
而且，如图3所示，通过将发射电极13和栅电极14连接，制作半导体模块。确认了制作的半导体模块的第一接合部件10、第二接合部件11、11’及11”、和第三接合部件12的各粘接状态通过超声波探伤端法也不会剥离等，进行了良好地粘接。另外，还确认了制作的半导体模块在高的电流密度也进行动作。另外，如实施例1～3中叙述的那样，当然本实施例中的第一接合部件、第二接合部件及第三接合部件的热传导率高，制作的半导体模块具有高的散热性。
将制作的半导体模块放入热循环试验机中，重复进行1000次的-40～+175℃的热循环。热循环试验后的半导体模块通过超声波探伤端法评价各个部位的粘接状态。其结果，确认了在热循环试验前后没看到变化，具有良好的热循环特性。另外，确认了在与试验前同样高的电流密度也进行动作。
〔实施例12〕
本实施例中，与实施例9～11同样，有效利用实施例1～8的见解，制作图3中表示的半导体模块，实施热循环试验。图3中的半导体芯片6使用了约12mm×10mm×0.5mm大小的SiC芯片，金属配线7、7’及7”使用了厚度约为0.5mm的Al配线，陶瓷绝缘基板8使用了约60mm×50mm×0.635mm大小的AlN基板，散热基底基板9使用了约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，使用了上述实施例的含有无铅低熔点玻璃组合物和金属粒子的接合部件。在SiC芯片的粘接面及AlN基板的两粘接面上，与实施例9及实施例11同样，通过溅射法，形成厚度为1～2μm的Al膜。此外，AlN基板的Al配线侧以配线形状形成Al膜。
第一接合部件10中，使用表1和表2中表示的实施例G-23作为无铅低熔点玻璃组合物，使用粒径为75μm以下的球状Al粒子作为金属粒子，其比例以体积％计设为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中表示的实施例G-49作为无铅低熔点玻璃组合物，使用粒径为75μm以下的球状Al粒子作为金属粒子，其比例以体积％计设为20：80。此外，G-23和49将平均粒径设为2μm以下。形成本实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时，与实施例10或实施例11同样，将上述G-23粉末和Al粒子、及G-49粉末和Al粒子仔细地混合，使其尽可能均匀，并通过使用了它们的混合粉末的低压的冷喷雾进行。
关于更详细的构造和制法，以下进行说明。首先，形成于AlN基板两面的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，分别通过低压的冷喷雾分别形成厚度100～200μm左右的第二接合部件和第三接合部件的膜。使这些贴合，在这些膜上进一步配置Al配线，通过热压以真空中1MPa的加压加热到340℃，并保持30分钟，由此，进行粘接。接着，在形成于SiC芯片的Al膜上的粘接面和Al配线的粘接面上，使用包含上述G-23粉末和Al粒子的混合粉末，通过低压的冷喷雾分别形成厚度100～200μm左右的第一接合部件的膜。使这些贴合，通过热压以真空中0.7MPa的加压加热到270℃，并保持30分钟，由此，进行粘接。
而且，如图3所示，通过将发射电极13和栅电极14连接，制作半导体模块。确认了制作的半导体模块的第一接合部件10、第二接合部件11、11’及11”、和第三接合部件12的各粘接状态通过超声波探伤端法也不会剥离等，进行了良好地粘接。另外，还确认了制作的半导体模块在高的电流密度下也进行动作。另外，如实施例1～3中叙述的那样，当然本实施例中的第一接合部件，第二接合部件及第三接合部件的热传导率高，制作的半导体模块具有高的散热性。
将制作的半导体模块放入热循环试验机中，重复进行1000次的-40～+200℃的热循环。热循环试验后的半导体模块通过超声波探伤端法评价各个部位的粘接状态。其结果，确认了在热循环试验前后没看到变化，具有良好的热循环特性。另外，确认了在与试验前同样高的电流密度也进行动作。
〔实施例13〕
本实施例中，与实施例9～12同样，有效利用实施例1～8的见解，制作图3中表示的半导体模块，实施热循环试验。图3中的半导体芯片6使用了约12mm×10mm×0.5mm大小的SiC芯片，金属配线7、7’及7”使用了厚度约为0.3mm的Cu配线，陶瓷绝缘基板8使用了约60mm×50mm×0.635mm大小的Si3N4基板，散热基底基板9使用了约160mm×180mm×5mm大小的Al-SiC基板。另外，与实施例9或实施例10同样，使用现有的活性银钎料作为第二接合部件11、11’及11”，将Cu配线和Cu薄板粘接于Si3N4基板上。另外，在SiC芯片的粘接面上，与实施例12同样，通过溅射法形成厚度为1～2μm的Al膜。
第一接合部件10中，使用表1和表2中表示的实施例G-30作为无铅低熔点玻璃组合物，使用粒径为75μm以下的球状Al粒子作为金属粒子，其比例以体积％计设为11：89。另外，第三接合部件12中，使用表1和表2中表示的实施例G-34作为无铅低熔点玻璃组合物，使用粒径为75μm以下的球状Al粒子作为金属粒子，其比例以体积％计设为18：82。此外，G-30和34将平均粒径设为2μm以下。形成本实施例的第一接合部件10和第三接合部件12时，与实施例10～12同样，将上述G-30粉末和Al粒子、及G-34粉末和Al粒子仔细地混合，使其尽可能均匀，并通过使用了它们的混合粉末的低压的冷喷雾进行。
关于更详细的构造和制法，以下进行说明。首先，在形成于SiC芯片的Al膜上的粘接面和利用活性银钎料粘接于Si3N4基板的Cu配线的粘接面上，使用包含上述G-30粉末和Al粒子的混合粉末，分别形成通过低压的冷喷雾分别形成厚度100～200μm左右的第一接合部件的膜。使这些贴合，通过热压以真空中1.2MPa的加压加热到330℃，并保持30分钟，由此，进行粘接。接着，在利用活性银钎料粘接于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，通过低压的冷喷雾分别形成厚度100～200μm左右的第三接合部件的膜。使这些贴合，通过热压以真空中0.8MPa的加压加热到290℃，并保持30分钟，由此，进行粘接。
而且，如图3所示，通过将发射电极13和栅电极14连接，制作半导体模块。确认了制作的半导体模块的第一接合部件10和第三接合部件12的各粘接状态通过超声波探伤端法也不会剥离等，进行了良好地粘接。另外，还确认了制作的半导体模块在高的电流密度下也进行动作。另外，如实施例1～3中叙述的那样，当然本实施例中的第一接合部件10和第三接合部件12的热传导率高，制作的半导体模块具有高的散热性。
将制作的半导体模块放入热循环试验机中，与实施例12同样，重复进行1000次的-40～+200℃的热循环。热循环试验后的半导体模块通过超声波探伤端法评价各个部位的粘接状态。其结果，确认了在热循环试验前后没看到变化，具有良好的热循环特性。另外，确认了在与试验前同样高的电流密度也进行动作。
根据以上，能够提供具有良好的粘接性、散热性、耐热性及热循环特性、即热可靠性优异的散热结构体及半导体模块。
符号说明
1、1’、1”、1”’：第一部件
2：第二部件
3、3’、3”、3”’：接合部件
4：无铅低熔点玻璃组合物
5：金属粒子
6：半导体芯片
7、7’、7”：金属配线
8：陶瓷绝缘基板
9：散热基底基板
10：第一接合部件
11、11’、11”：第二接合部件
12：第三接合部件
13：发射电极
14：栅电极
15：圆板状基材
16：四方板状基材
17：粘接面
18：粘接面
19：接合部件用膏
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