JP2018170481A - Method for connecting electronic component and conductor and method for manufacturing semiconductor module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子部品と導電体の接続方法および半導体モジュールの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for connecting an electronic component and a conductor and a method for manufacturing a semiconductor module.
半導体モジュールにおいて、半導体素子などの電子部品の電極と、バスバーなどの導電体とを電気的に接続する方法として、電子部品の電極と導電体との間に、ゴム粒子とそのゴム粒子の表面を被覆した金属被覆層を有する金属被覆ゴム粒子を介在させる方法が検討されている。非特許文献1には、高耐熱ゴムにポリイミド膜/銅/金をこの順で被覆した金属被覆ゴム粒子が開示されている。 In a semiconductor module, as a method of electrically connecting an electrode of an electronic component such as a semiconductor element and a conductor such as a bus bar, a rubber particle and the surface of the rubber particle are placed between the electrode of the electronic component and the conductor. A method of interposing metal-coated rubber particles having a coated metal coating layer has been studied. Non-Patent Document 1 discloses metal-coated rubber particles obtained by coating a highly heat-resistant rubber with polyimide film / copper / gold in this order.
ところで、半導体モジュールの高密度化や小型化に伴って、半導体モジュールの単位容積当たり発熱量は増加している。このため、半導体モジュールにおいては、高温でかつ高湿度の環境下で長期間保存または使用しても、半導体素子の電極とバスバーとの間の電気抵抗が上昇しないように接続することが重要である。しかしながら、非特許文献1に示されているような金属被覆層として銅と金とをこの順で積層した金/銅被覆ゴム粒子を用いて、半導体素子とバスバーとを接続した半導体モジュールは、高温高湿環境下で長期間保存または使用すると、半導体素子の電極とバスバーとの間の電気抵抗が上昇することがあり、電極とバスバーとの間の電気的な接続の信頼性が不十分となる場合があった。 By the way, with the increase in density and miniaturization of semiconductor modules, the amount of heat generated per unit volume of the semiconductor modules is increasing. For this reason, in a semiconductor module, it is important to connect so that the electrical resistance between the electrode of the semiconductor element and the bus bar does not increase even when stored or used for a long time in a high temperature and high humidity environment. . However, a semiconductor module in which a semiconductor element and a bus bar are connected using a gold / copper-coated rubber particle obtained by laminating copper and gold in this order as a metal coating layer as shown in Non-Patent Document 1 has a high temperature. When stored or used for a long time in a high humidity environment, the electrical resistance between the electrode of the semiconductor element and the bus bar may increase, and the reliability of the electrical connection between the electrode and the bus bar becomes insufficient. There was a case.
本発明の目的は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、高温高湿環境下で長期間保存または使用しても電子部品の電極と導電体とを高い信頼性で接続できる電子部品と導電体の接続方法を提供することにある。本発明はまた、高温高湿環境下で長期間保存または使用しても半導体素子の電極とバスバーとを高い信頼性で接続できる半導体モジュールの製造方法を提供することにもある。 An object of the present invention has been made in view of the circumstances described above, and is an electronic component that can connect an electrode of an electronic component and a conductor with high reliability even when stored or used for a long time in a high-temperature and high-humidity environment. And providing a method of connecting the conductor. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor module that can connect the electrode of a semiconductor element and a bus bar with high reliability even when stored or used for a long time in a high temperature and high humidity environment.
上記の課題を解決するために、本発明の発明者らは鋭意検討した結果、電子部品の電極と導電体との間に、ゴム粒子とそのゴム粒子の表面に形成された銀被覆層とを有する銀被覆ゴム粒子を配置する工程と、電子部品の電極と導電体とを加圧して、銀被覆ゴム粒子を介して電子部品の電極と導電体とを導通させる工程と、銀被覆ゴム粒子を介して電子部品の電極と導電体とを導通させた状態で、電子部品の電極と導電体とを固定する工程とを含む方法を用いて、電子部品の電極と導電体とを接続すると、高温高湿環境下で長期間保存または使用ときの電子部品の電極と導電体との電気的な接続の信頼性が向上するということを見出し、本発明を完成した。
上記の方法を用いると、高温高湿環境下で長期間保存または使用したときの電子部品の電極と導電体との電気的な接続の信頼性が向上する理由は、以下の通りであると考えられる。
金属被覆ゴム粒子の被覆金属層が、銅のような比較的卑な金属を含む場合は、高温もしくは高湿環境においては、被覆金属層内部において酸化が、また被覆金属層の層間において腐食が発生しやすい。このため、金属被覆ゴム粒子の導電性や弾性が劣化し、電気的な接続の信頼性が損なわれやすい。これに対して銀被覆層が形成された銀被覆ゴム粒子では、銀被覆層の酸化や腐食が発生しにくい。このため、電気的な接続の信頼性が向上する。
In order to solve the above problems, the inventors of the present invention have intensively studied. As a result, rubber particles and a silver coating layer formed on the surface of the rubber particles are provided between the electrode of the electronic component and the conductor. Arranging the silver-coated rubber particles having a step, pressurizing the electrodes and conductors of the electronic component, and electrically connecting the electrodes and conductors of the electronic components through the silver-coated rubber particles; and silver-coated rubber particles When the electrode of the electronic component and the conductor are connected using the method including the step of fixing the electrode of the electronic component and the conductor in a state where the electrode of the electronic component and the conductor are electrically connected to each other, The inventors have found that the reliability of the electrical connection between the electrode of the electronic component and the conductor when stored or used for a long time under a high humidity environment is improved, and the present invention has been completed.
When the above method is used, the reason why the reliability of the electrical connection between the electrode of the electronic component and the conductor when stored or used for a long time in a high temperature and high humidity environment is considered as follows. It is done.
When the coated metal layer of the metal-coated rubber particles contains a relatively base metal such as copper, oxidation occurs inside the coated metal layer and corrosion occurs between the coated metal layers in a high-temperature or high-humidity environment. It's easy to do. For this reason, the conductivity and elasticity of the metal-coated rubber particles are deteriorated, and the reliability of electrical connection tends to be impaired. In contrast, silver-coated rubber particles having a silver coating layer are unlikely to oxidize or corrode the silver coating layer. For this reason, the reliability of electrical connection is improved.
従って、本発明の電子部品と導電体の接続方法は、電極を有する電子部品と導電体とを電気的に接続する電子部品と導電体の接続方法であって、前記電子部品の前記電極と前記導電体との間に、ゴム粒子と該ゴム粒子の表面に形成された銀被覆層とを有する銀被覆ゴム粒子を配置する工程と、前記電子部品の前記電極と前記導電体とを加圧して、前記銀被覆ゴム粒子を介して前記電子部品の前記電極と前記導電体とを導通させる工程と、前記銀被覆ゴム粒子を介して前記電子部品の前記電極と前記導電体とを導通させた状態で、前記電子部品の前記電極と前記導電体とを固定する工程と、を含むことを特徴としている。 Therefore, the method for connecting an electronic component and a conductor according to the present invention is a method for connecting an electronic component and a conductor that electrically connect an electronic component having an electrode and a conductor, wherein the electrode of the electronic component and the conductor are connected to each other. A step of disposing silver-coated rubber particles having rubber particles and a silver coating layer formed on the surface of the rubber particles between the conductor, and pressurizing the electrode and the conductor of the electronic component; A step of electrically connecting the electrode of the electronic component and the conductor via the silver-coated rubber particles, and a state of electrically connecting the electrode of the electronic component and the conductor via the silver-coated rubber particles. And fixing the electrode and the conductor of the electronic component.
また、本発明の半導体モジュールの製造方法は、電極を有する半導体素子と、前記半導体素子の前記電極と接続しているバスバーとを含む半導体モジュールの製造方法であって、前記半導体素子の前記電極と前記バスバーとの間に、ゴム粒子と該ゴム粒子の表面に形成された銀被覆層とを有する銀被覆ゴム粒子を配置する工程と、前記半導体素子の前記電極と前記バスバーとを加圧して、前記銀被覆ゴム粒子を介して前記半導体素子の前記電極と前記バスバーとを導通させる工程と、前記銀被覆ゴム粒子を介して前記半導体素子の前記電極と前記バスバーとを導通させた状態で、前記半導体素子の前記電極と前記バスバーとを固定する工程と、を含むことを特徴としている。 The semiconductor module manufacturing method of the present invention is a semiconductor module manufacturing method including a semiconductor element having an electrode and a bus bar connected to the electrode of the semiconductor element, wherein the electrode of the semiconductor element A step of placing silver-coated rubber particles having rubber particles and a silver coating layer formed on the surface of the rubber particles between the bus bars, and pressurizing the electrodes and the bus bars of the semiconductor element, Conducting the electrode and the bus bar of the semiconductor element through the silver-coated rubber particles, and conducting the electrode and the bus bar of the semiconductor element through the silver-coated rubber particles, A step of fixing the electrode of the semiconductor element and the bus bar.
本発明によれば、高温高湿環境下で長期間保存または使用しても電子部品の電極と導電体とを高い信頼性で接続できる電子部品と導電体の接続方法を提供することが可能となる。また、高温高湿環境下で長期間保存または使用しても半導体素子の電極とバスバーとを高い信頼性で接続できる半導体モジュールの製造方法を提供するも可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for connecting an electronic component and a conductor that can connect the electrode and the conductor of the electronic component with high reliability even when stored or used for a long time in a high temperature and high humidity environment. Become. It is also possible to provide a method for manufacturing a semiconductor module that can connect the electrode of the semiconductor element and the bus bar with high reliability even when stored or used for a long time in a high temperature and high humidity environment.
以下に、本発明の実施形態について、添付した図面を参照して説明する。
本実施形態の電子部品と導電体の接続方法は、例えば、IGBT素子といった半導体素子と、バスバーなどの導電材とを電気的に接続させた半導体モジュールを製造する際に利用することができる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
The method for connecting an electronic component and a conductor according to this embodiment can be used, for example, when manufacturing a semiconductor module in which a semiconductor element such as an IGBT element and a conductive material such as a bus bar are electrically connected.
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体モジュールの断面図である。図2は、図1に示した半導体モジュールの平面図である。図3は、図1に示した半導体モジュールにおける半導体素子とバスバーの接合部の拡大図である。
図1において、半導体モジュール10は、半導体装置11と、半導体装置11に電気的に接続しているバスバー30と、半導体モジュール10とバスバー30を覆う樹脂60を含む。半導体装置11は、モジュール用基板20と、モジュール用基板20の一方の面(図1において上面)に搭載された半導体素子25と、モジュール用基板20の他方の面(図1において下面)に接続しているヒートシンク50とを含む。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor module according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the semiconductor module shown in FIG. FIG. 3 is an enlarged view of a junction between a semiconductor element and a bus bar in the semiconductor module shown in FIG.
In FIG. 1, the
モジュール用基板20は、セラミックス基板21と、セラミックス基板21の一方の面(図1において上面)に配置された回路層22、セラミックス基板21の他方の面(図1において下面)に配設された金属層23とを備えている。
The
セラミックス基板21は、絶縁性が高いセラミックスで構成されている。セラミックス基板21を構成するセラミックスの例としては、AlN(窒化アルミニウム)、Si3N4(窒化ケイ素)、Al2O3(アルミナ)が挙げられる。
The
回路層22は、導電性が高い金属で構成されている。回路層22を構成する金属としては、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金が挙げられる。
The
金属層23は、熱伝導性が高い金属で構成されている。金属層23を構成する金属としては、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金が挙げられる。
The
半導体素子25は、回路層22の上に接合材24を介して搭載されている。接合材としては、例えば、銀微粒子などの低融点で導電性が高い金属粒子を使用できる。
The
バスバー30は、入力端子31、出力端子32、信号端子33からなる。入力端子31および出力端子32は、半導体素子25と電気的に接続している。信号端子33は、モジュール用基板20の回路層22と電気的に接続されている。バスバー30は、金属材料から構成されている。バスバー30を構成する金属の例としては、銅、銅合金が挙げられる。
The
バスバー30は、銀被覆ゴム粒子40を介して半導体素子25もしくはモジュール用基板20に電気的に接続されている。銀被覆ゴム粒子40は、図3に示すように、ゴム粒子41とゴム粒子41の表面に形成された銀被覆層42とを有する。図3において、銀被覆ゴム粒子40は、入力端子31と半導体素子25との間に圧縮された形状とされている。銀被覆ゴム粒子40が圧縮された形状とされているので、銀被覆層42と入力端子31および半導体素子25との接触面積が広くなり導電性が向上する。
The
銀被覆ゴム粒子40のゴム粒子41としては、シリコーンゴム粒子、ウレタンゴム粒子、アクリルゴム粒子を用いることができる。ゴム粒子41は、加圧されて圧縮された形状となるように球状であることが好ましい。ただし、ゴム粒子41は真球である必要はない。ゴム粒子41は、20μm以上250μm以下であることが好ましい。平均粒子径が上記の範囲にあると、圧縮された形状となりやすい。また、銀被覆ゴム粒子40の銀含有量は、全体量に対して15質量%以上40%質量以下であることが好ましい。銀含有量が上記の範囲にあると、銀被覆ゴム粒子40の導電性が向上するとともに、銀被覆ゴム粒子40のゴム弾性を損なわない。
As the
銀被覆ゴム粒子40は、例えば、無電解めっき法によって、ゴム粒子41の表面に銀を析出させることによって製造することができる。
The silver-coated
ヒートシンク50は、半導体素子25にて発生した熱を、外部に放散するためのものである。ヒートシンク50には、冷却媒体が流通する流路51が設けられている。ヒートシンク50は、熱伝導性が高い金属で構成されている。ヒートシンク50を構成する金属としては、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金が挙げられる。
The
次に、本実施形態である半導体モジュールの製造方法について、図4を参照して説明する。 Next, the manufacturing method of the semiconductor module which is this embodiment is demonstrated with reference to FIG.
(半導体装置の作製工程)
半導体装置の作製工程では、まず、モジュール用基板20、接合材24、半導体素子25、ヒートシンク50を用意する。
モジュール用基板20の回路層22に、半導体素子25を、接合材24を介して接合する。次いで、モジュール用基板20の金属層23に、ヒートシンク50を接合する。モジュール用基板20の金属層23とヒートシンク50は、例えば、ろう付けにより接合することができる。以上により、図4(a)に示す半導体装置11を作製する。
(Semiconductor device manufacturing process)
In the manufacturing process of the semiconductor device, first, a
A
(銀被覆ゴム粒子層の形成工程)
銀被覆ゴム粒子層の形成工程では、まず銀被覆ゴム粒子40を溶媒43に分散させた塗布用ペーストを用意する。溶媒43としては、ペーストに対して優れた塗布性を付与し、常温〜150℃の範囲で乾燥が可能であるものなら特に限定されな。具体的にはエチレングリコールやグリセリンといった粘度が20℃にて10mPa・sを超える溶媒を好適に用いることができる。
(Process for forming silver-coated rubber particle layer)
In the step of forming the silver-coated rubber particle layer, first, a coating paste in which the silver-coated
図4(b)に示すように、半導体装置11の半導体素子25の電極および回路層22のバスバー30を接合する部分に、塗布用ペーストを塗布して銀被覆ゴム粒子層44を形成する。塗布用ペーストの塗布には、ディスペンサを用いることができる。
こうして、半導体装置11の所定の位置に銀被覆ゴム粒子層44が配置される。
As shown in FIG. 4B, a silver-coated
Thus, the silver-coated
銀被覆ゴム粒子層44の形成工程としては、塗布用ペーストを塗布する方法を用いずに、ボールマウンタ等の装置を用いて、銀被覆ゴム粒子40を回路層22に直接配置してもよい。
As a process of forming the silver-coated
(半導体装置とバスバーの接続工程)
半導体装置11とバスバー30の接続工程では、まず、銀被覆ゴム粒子層44の上にバスバー30を配置する。これによって、半導体装置11の半導体素子25の電極と入力端子31、出力端子32との間および回路層22と信号端子33の間に、銀被覆ゴム粒子40を配置する。
(Semiconductor device and bus bar connection process)
In the step of connecting the
次いで、図4(c)に示すように、治具70を用いて、半導体装置11の半導体素子25の電極と入力端子31、出力端子32および回路層22と信号端子33を加圧しながら、銀被覆ゴム粒子層44の溶媒を揮発除去して、銀被覆ゴム粒子40を介して半導体素子25の電極と入力端子31、出力端子32および回路層22と信号端子33とを導通させる。
Next, as shown in FIG. 4C, the
そして、銀被覆ゴム粒子40を介して半導体素子25の電極と入力端子31、出力端子32および回路層22と信号端子33とを導通させた状態で、半導体装置11とバスバー30とを固定する。固定方法としては、例えば、樹脂を半導体装置11とバスバー30との周囲に流し込み、次いで、その樹脂を硬化させる方法を用いることができる。樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂など半導体モジュールのモールド樹脂(封止材)として利用されている樹脂を用いることができる。半導体装置11とバスバー30とを固定する方法としては他に、半導体装置11とバスバー30とを加圧している治具70の可動部を樹脂埋めや融着により固定する方法を用いることができる。さらに治具70を用いる代わりに、樹脂製または金属製の筐体内部に、半導体装置11とバスバー30とを格納し、その筐体内部で、銀被覆ゴム粒子40を介して半導体素子25の電極と入力端子31、出力端子32および回路層22と信号端子33とが導通するように、蓋を介して半導体装置11とバスバー30と加圧し、その状態を維持したまま、筐体と蓋とを融着や接着することにより密閉する方法を用いることができる。
こうして、半導体素子25の電極と入力端子31、出力端子32および回路層22と信号端子33とを固定することによって、半導体装置とバスバーとが電気的に接合した半導体モジュールを得ることができる。
Then, the
Thus, by fixing the electrode of the
以上のような構成とされた本実施形態に係る半導体モジュール10の製造方法によれば、半導体素子25の電極と入力端子31、出力端子32および回路層22と信号端子33とを、銀被覆ゴム粒子を用いて導通させているので、半導体素子25の電極と入力端子31、出力端子32および回路層22と信号端子33との間の電気的な接続の信頼性が向上した接合体を半導体モジュール10を得ることができる。
According to the manufacturing method of the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, It can change suitably in the range which does not deviate from the technical idea of the invention.
例えば、本実施形態では、回路層22と信号端子33とを電気的に接続させた場合について説明したが、回路層22はプリント配線基板に接続させてもよい。また、本実施形態では、半導体装置11の半導体素子25の電極および回路層22のバスバー30を接合する部分に銀被覆ゴム粒子層44を形成した場合について説明したが、銀被覆ゴム粒子層44をバスバー30に形成してもよい。
For example, in the present embodiment, the case where the
さらに、本実施形態の電子部品と導電体の接続方法は、半導体素子25以外の電子部品と入力端子31、出力端子32以外の導電体との接続に利用することができる。例えば、半導体素子25以外の電子部品の例としてはLED素子が挙げられる。また、入力端子31、出力端子32以外の導電体の例としては、リード線、プリント配線基板、モジュール用基板などが挙げられる。
Furthermore, the connection method between the electronic component and the conductor according to the present embodiment can be used to connect an electronic component other than the
[本発明例1]
<銀被覆ゴム粒子の作製>
容量1Lのメスフラスコに、塩化第一錫15gと35%塩酸15mlを投入し、水で1.0Lに希釈(メスアップ)して、塩化第一錫水溶液を調製した。また、表面がシリコーンレジン層(厚み:50nm)で被覆されたシリコーンゴム粒子(平均粒子径:30μm)を用意した。
上記の塩化第一錫水溶液を25℃に維持しながら、この水溶液に上記のシリコーンゴム粒子20gを投入し、1時間撹拌した。撹拌終了後、シリコーンゴム粒子を濾別し、水洗した。これにより、表面に錫吸着層を有するシリコーンゴム粒子を得た。
[Invention Example 1]
<Preparation of silver-coated rubber particles>
A 1 L volumetric flask was charged with 15 g of stannous chloride and 15 ml of 35% hydrochloric acid and diluted to 1.0 L with water (measup) to prepare a stannous chloride aqueous solution. Moreover, the silicone rubber particle (average particle diameter: 30 micrometers) by which the surface was coat | covered with the silicone resin layer (thickness: 50 nm) was prepared.
While maintaining the above stannous chloride aqueous solution at 25 ° C., 20 g of the above silicone rubber particles were added to this aqueous solution and stirred for 1 hour. After the stirring, the silicone rubber particles were separated by filtration and washed with water. Thereby, silicone rubber particles having a tin adsorption layer on the surface were obtained.
水2.0Lに、エチレンジアミン四酢酸四ナトリウム(錯化剤)130.0g、水酸化ナトリウム32.0g、ホルマリン(還元剤)60mlを溶解し、錯化剤及び還元剤を含む水溶液を調製した。また、硝酸銀21.5g、25%アンモニア水23mL、水130mLを混合し、硝酸銀水溶液を調製した。 In 2.0 L of water, 130.0 g of tetrasodium ethylenediaminetetraacetate (complexing agent), 32.0 g of sodium hydroxide and 60 ml of formalin (reducing agent) were dissolved to prepare an aqueous solution containing the complexing agent and the reducing agent. Further, 21.5 g of silver nitrate, 23 mL of 25% aqueous ammonia, and 130 mL of water were mixed to prepare an aqueous silver nitrate solution.
次に、上記の錯化剤及び還元剤を含む水溶液中に、上記の表面に錫吸着層を有するシリコーンゴム粒子を投入して、シリコーンゴム粒子スラリーを調製した。その後、シリコーンゴム粒子スラリーを撹拌しながら、このスラリーに上記の硝酸銀水溶液を滴下して、シリコーンゴム粒子の表面を、生成する銀被覆シリコーンゴム粒子100質量部中の銀の含有量が40質量部となるように銀で被覆した。その後、スラリーを水洗し、乾燥することで銀被覆シリコーンゴム粒子を得た。 Next, silicone rubber particles having a tin adsorption layer on the surface were put into an aqueous solution containing the complexing agent and the reducing agent to prepare a silicone rubber particle slurry. Then, while stirring the silicone rubber particle slurry, the silver nitrate aqueous solution is dropped into the slurry, and the surface of the silicone rubber particles is 40 parts by mass of silver in 100 parts by mass of the silver-coated silicone rubber particles to be generated. It was covered with silver so that Thereafter, the slurry was washed with water and dried to obtain silver-coated silicone rubber particles.
<半導体モジュールの作製>
(半導体装置の作製)
モジュール用基板20として、セラミックス基板21がAlN板(27mm×17mm、厚さ0.6mm)で構成され、回路層22が純アルミニウム(25mm×15mm、厚さ0.3mm)で構成され、金属層23が純アルミニウム(25mm×15mm、厚さ0.6mm)で構成されたものを用意した。半導体素子25として、IGBT素子(13mm×10mm、厚さ0.25mm)を用意し、接合材24として銀ナノ粒子を用意した。ヒートシンク50としては、アルミニウム板(A6063:40.0mm×40.0mm、厚さ2.5mm)を用意した。
モジュール用基板20の回路層22に、接合材24を用いて半導体素子25を接合した。また、モジュール用基板20の金属層23に、ろう材を用いて、ヒートシンク50を接合した。こうして、図4(a)に示す半導体装置11を作製した。
<Fabrication of semiconductor module>
(Fabrication of semiconductor devices)
As the
A
(塗布用ペーストの調製)
作製した銀被覆シリコーンゴム粒子10質量部とエチレングリコール4質量部とを、自転公転ミキサーを用いて混合し、塗布用ペーストを調製した。
(Preparation of coating paste)
The produced silver-coated silicone rubber particles (10 parts by mass) and ethylene glycol (4 parts by mass) were mixed using an auto-revolution mixer to prepare a coating paste.
(銀被覆ゴム粒子層の形成)
上記の塗布用ペーストをシリンジに充填した。次いで、図4(b)に示すように、ディスペンサを用いて、半導体素子25の電極および回路層22のバスバー30を接合する部分に、上記の塗布用ペーストを塗布して銀被覆ゴム粒子層44を形成した。
(Formation of silver-coated rubber particle layer)
The above paste for application was filled in a syringe. Next, as shown in FIG. 4B, the above-mentioned coating paste is applied to the portion where the electrode of the
(半導体装置とバスバーの接続)
半導体素子25の電極および回路層22に形成した銀被覆ゴム粒子層44の上に、入力端子31、出力端子32および回路層22と信号端子33をそれぞれ配置した。次いで、図4(c)に示すように、カーボン製の治具70を用いて、半導体装置11の半導体素子25の電極と入力端子31、出力端子32および回路層22と信号端子33を、50kPaの圧力で加圧しながら、銀被覆ゴム粒子層44のエチレングリコールを揮発除去して、銀被覆ゴム粒子40を介して半導体素子25の電極と入力端子31、出力端子32および回路層22と信号端子33とを導通させた。そして、この導通状態を維持しながら、半導体素子25の電極と入力端子31、出力端子32および回路層22と信号端子33の周囲を、モールド樹脂により樹脂埋めした後、治具70を取り外して、図1に示す半導体モジュール10を得た。
(Connection between semiconductor device and bus bar)
On the electrode of the
[本発明例2]
<銀被覆ゴム粒子の作製>
シリコーンゴム粒子の代わりに、ウレタンゴム粒子(平均粒子径:20μm)を用いたこと、さらに生成する銀被覆ウレタンゴム粒子100質量部中の銀の含有量が20質量部となるように薬剤量を変更した以外は、本発明例1と同様の操作を行って、銀被覆ウレタンゴム粒子を作製した。
[Invention Example 2]
<Preparation of silver-coated rubber particles>
Instead of silicone rubber particles, urethane rubber particles (average particle size: 20 μm) were used, and the amount of drug was adjusted so that the silver content in 100 parts by mass of the resulting silver-coated urethane rubber particles was 20 parts by mass. Except for the change, the same operation as in Invention Example 1 was performed to produce silver-coated urethane rubber particles.
<半導体モジュールの作製>
銀被覆シリコーンゴム粒子の代わりに上記の銀被覆ウレタンゴム粒子を用いたこと、塗布用ペーストを用いる代わりに、上記の銀被覆ウレタンゴム粒子を、メタルマスクを用いたボールマウンタにより配置して、銀被覆ゴム粒子層を成形したこと以外は、本発明例1と同様にして半導体モジュールを作製した。
<Fabrication of semiconductor module>
The silver-coated urethane rubber particles are used in place of the silver-coated silicone rubber particles, and the silver-coated urethane rubber particles are arranged by a ball mounter using a metal mask instead of using a coating paste, and silver A semiconductor module was produced in the same manner as in Example 1 except that the coated rubber particle layer was formed.
[本発明例3]
<銀被覆ゴム粒子の作製>
シリコーンゴム粒子の代わりに、アクリルゴム粒子(平均粒子径:250μm)を用いたこと、さらに生成する銀被覆アクリルゴム粒子100質量部中の銀の含有量が15質量部となるように薬剤量を変更した以外は、本発明例1と同様にして銀被覆アクリルゴム粒子を作製した。
[Invention Example 3]
<Preparation of silver-coated rubber particles>
Instead of silicone rubber particles, acrylic rubber particles (average particle size: 250 μm) were used, and the amount of drug was adjusted so that the silver content in 100 parts by mass of the silver-coated acrylic rubber particles to be produced was 15 parts by mass. Except for the change, silver-coated acrylic rubber particles were produced in the same manner as in Invention Example 1.
<半導体モジュールの作製>
銀被覆シリコーンゴム粒子の代わりに上記の銀被覆アクリルゴム粒子を用いたこと以外は、本発明例2と同様にして半導体モジュールを作製した。
<Fabrication of semiconductor module>
A semiconductor module was produced in the same manner as in Example 2 except that the above silver-coated acrylic rubber particles were used in place of the silver-coated silicone rubber particles.
[本発明例4]
<銀被覆ゴム粉末の作製>
シリコーンゴム粒子(平均粒子径:30μm)の代わりに、平均粒子径が100μmのシリコーンゴム粒子を用いたこと、塩化第一錫水溶液に投入する前に、シリコーンゴム粒子20gをアルカリ洗浄液にて表面洗浄し、次いで乾燥した後、大気プラズマを照射することで表面改質を行ったこと以外は、本発明例1と同様にして銀被覆シリコーンゴム粒子を作製した。
[Invention Example 4]
<Preparation of silver-coated rubber powder>
Use silicone rubber particles with an average particle size of 100 μm instead of silicone rubber particles (average particle size: 30 μm), and surface-clean 20 g of silicone rubber particles with an alkaline cleaning solution before putting them into an aqueous stannous chloride solution. Then, after drying, silver-coated silicone rubber particles were produced in the same manner as Example 1 except that the surface was modified by irradiating with atmospheric plasma.
<半導体モジュールの作製>
銀被覆シリコーンゴム粒子として、上記の銀被覆シリコーンゴム粒子を用いたこと以外は、本発明例1と同様にして半導体モジュールを作製した。
<Fabrication of semiconductor module>
A semiconductor module was produced in the same manner as Example 1 except that the above silver-coated silicone rubber particles were used as the silver-coated silicone rubber particles.
[比較例1]
<金/銅被覆ゴム粒子の作製>
シリコーンゴム粒子(平均粒子径:100μm)20gを、アルカリ洗浄液にて表面洗浄し、次いで乾燥した後、大気プラズマを照射することで表面改質を行った。表面改質したシリコーンゴム粒子を水3Lに分散させて、シリコーンゴム粒子スラリーを調製した。調製したシリコーンゴム粒子スラリーを撹拌しながら、このスラリーに塩化パラジウム0.3g、塩化第一錫20g及び塩酸(濃度35質量%)200gを添加し、ウォーターバスにて30℃で15分保持した後、スラリーを水洗および濾過し、ケークとした。このケークに対し、スラリーの体積が1.5Lとなるよう水を加え、表面に錫パラジウム吸着層を有するシリコーンゴム粒子のスラリーを調製した。
[Comparative Example 1]
<Preparation of gold / copper coated rubber particles>
20 g of silicone rubber particles (average particle size: 100 μm) were subjected to surface cleaning with an alkali cleaning solution, then dried, and then subjected to surface modification by irradiation with atmospheric plasma. Surface-modified silicone rubber particles were dispersed in 3 L of water to prepare a silicone rubber particle slurry. While stirring the prepared silicone rubber particle slurry, 0.3 g of palladium chloride, 20 g of stannous chloride and 200 g of hydrochloric acid (concentration 35 mass%) were added to this slurry, and the mixture was kept at 30 ° C. for 15 minutes in a water bath. The slurry was washed with water and filtered to form a cake. Water was added to the cake so that the volume of the slurry was 1.5 L, and a slurry of silicone rubber particles having a tin palladium adsorption layer on the surface was prepared.
また、銅塩として硫酸銅五水和物80g、錯化剤としてエチレンジアミン四酢酸ナトリウム170g、安定化剤としてシアン化ナトリウム15mgをイオン交換水600gに撹拌溶解して、銅めっき液を調製した。 Further, 80 g of copper sulfate pentahydrate as a copper salt, 170 g of sodium ethylenediaminetetraacetate as a complexing agent, and 15 mg of sodium cyanide as a stabilizing agent were stirred and dissolved in 600 g of ion-exchanged water to prepare a copper plating solution.
次いで、上記の錫パラジウム吸着層を有するシリコーンゴム粒子のスラリーに、還元剤としてホルムアルデヒド(濃度37質量%)100mL、界面活性剤としてポリエチレングリコール20mgを添加した後、撹拌しながら、ウォーターバスにて50℃で加熱した。この加熱したスラリーに、上記の銅めっき液を滴下し、一定時間撹拌して、錫パラジウム吸着層を設けたシリコーンゴム粒子に銅めっきを施し、銅被覆ゴム粒子を生成させた。次に、銅被覆ゴム粒子が生成したスラリーを水洗した。こうして、銅被覆ゴム粒子のスラリーを調製した。 Next, after adding 100 mL of formaldehyde (concentration: 37% by mass) as a reducing agent and 20 mg of polyethylene glycol as a surfactant to the slurry of silicone rubber particles having the tin palladium adsorption layer, the mixture was stirred in a water bath for 50 hours. Heated at ° C. To the heated slurry, the above copper plating solution was dropped and stirred for a certain period of time, and the copper rubber was applied to the silicone rubber particles provided with the tin-palladium adsorption layer to produce copper-coated rubber particles. Next, the slurry in which the copper-coated rubber particles were generated was washed with water. Thus, a slurry of copper-coated rubber particles was prepared.
また、水100mLに、シアン化金カリウム1.1g、シアン化カリウム2.5g、水酸化カリウム2.3gを溶解混合して、金めっき液を調製した。 Moreover, 1.1 g of potassium gold cyanide, 2.5 g of potassium cyanide, and 2.3 g of potassium hydroxide were dissolved and mixed in 100 mL of water to prepare a gold plating solution.
水洗後の銅被覆ゴム粒子スラリーに、水及びテトラヒドロホウ酸カリウム1.2gを加えて、1Lのスラリーとした。このスラリーを撹拌しながら80℃まで昇温し、上記の金めっき液を添加し、最表面に金めっきを施すことで、金/銅被覆シリコーンゴム粒子を得た。得られた金/銅被覆シリコーン粒子は、粒子100質量部のうち、金が3質量部、銅が15質量部であった。 To the copper-coated rubber particle slurry after washing with water, 1.2 g of water and potassium tetrahydroborate were added to make a 1 L slurry. The slurry was heated to 80 ° C. while stirring, the above gold plating solution was added, and gold plating was performed on the outermost surface to obtain gold / copper-coated silicone rubber particles. The obtained gold / copper-coated silicone particles were 3 parts by mass of gold and 15 parts by mass of copper, out of 100 parts by mass of the particles.
<半導体モジュールの作製>
銀被覆シリコーンゴム粒子の代わりに上記の金/銅被覆シリコーンゴム粒子を用いたこと以外は、本発明例1と同様にして半導体モジュールを作製した。
<Fabrication of semiconductor module>
A semiconductor module was produced in the same manner as in Example 1 except that the above gold / copper-coated silicone rubber particles were used in place of the silver-coated silicone rubber particles.
<評価>
本発明例1〜4および比較例1で作製した半導体モジュールを、温度85℃、湿度85%RHの恒温恒湿槽内に1000時間静置し、湿熱環境試験を実施した。湿熱環境試験前後の構造体の半導体素子に対してソースとゲート間の抵抗値を測定した。このとき、湿熱環境試験前の抵抗値を100としたときの、湿熱環境試験後の抵抗値を表1に示した。
<Evaluation>
The semiconductor modules produced in Invention Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were left in a constant temperature and humidity chamber at a temperature of 85 ° C. and a humidity of 85% RH for 1000 hours, and a wet heat environment test was performed. The resistance value between the source and the gate was measured for the semiconductor element of the structure before and after the wet heat environment test. At this time, the resistance value after the wet heat environment test when the resistance value before the wet heat environment test is 100 is shown in Table 1.
表1からわかるように、金/銅被覆ゴム粒子を用いた比較例1の半導体モジュールは、湿熱環境試験後の電気抵抗が10倍以上上昇した。この湿熱環境試験後の半導体モジュールについて、半導体素子の電極とバスバーとの接合部を取出し、顕微鏡を用いて観察したところ、金/銅被覆ゴム粒子の銅層が酸化および腐食していることが確認された。従って、比較例1の半導体モジュールは、金/銅被覆ゴム粒子の銅層の酸化および腐食によって湿熱環境試験後の電気抵抗が顕著に大きくなったと考えられる。
これに対して、銀被覆ゴム粒子を用いた本発明例1〜4においては、湿熱環境試験後の電気抵抗がほぼ湿熱環境試験前の電気抵抗と同等であり、湿熱環境試験による抵抗劣化が観察されず、良好な導電性を維持することができ、半導体素子の電極とバスバーとの電気的な接続の信頼性が向上していることが確認された。
As can be seen from Table 1, in the semiconductor module of Comparative Example 1 using gold / copper-coated rubber particles, the electrical resistance after the wet heat environment test increased by 10 times or more. About the semiconductor module after this wet heat environment test, when the joint part between the electrode of the semiconductor element and the bus bar is taken out and observed with a microscope, it is confirmed that the copper layer of the gold / copper-coated rubber particles is oxidized and corroded. It was done. Therefore, it is considered that the electrical resistance after the wet heat environment test was significantly increased in the semiconductor module of Comparative Example 1 due to oxidation and corrosion of the copper layer of the gold / copper-coated rubber particles.
In contrast, in Examples 1 to 4 of the present invention using silver-coated rubber particles, the electrical resistance after the wet heat environment test is almost the same as the electrical resistance before the wet heat environment test, and resistance deterioration due to the wet heat environment test is observed. Thus, it was confirmed that good conductivity can be maintained, and the reliability of electrical connection between the electrode of the semiconductor element and the bus bar is improved.
本発明の電子部品と導電体の接続方法は、LED素子やパワーモジュールの素子等の半導体デバイスと基板との接続に利用できる。 The method for connecting an electronic component and a conductor according to the present invention can be used for connecting a semiconductor device such as an LED element or an element of a power module and a substrate.
10 半導体モジュール
11 半導体装置
20 モジュール用基板
21 セラミックス基板
22 回路層
23 金属層
30 バスバー
31 入力端子
32 出力端子
33 信号端子
40 銀被覆ゴム粒子
41 ゴム粒子
42 銀被覆層
43 溶媒
44 銀被覆ゴム粒子層
50 ヒートシンク
51 流路
60 樹脂
70 治具
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記電子部品の前記電極と前記導電体との間に、ゴム粒子と該ゴム粒子の表面に形成された銀被覆層とを有する銀被覆ゴム粒子を配置する工程と、
前記電子部品の前記電極と前記導電体とを加圧して、前記銀被覆ゴム粒子を介して前記電子部品の前記電極と前記導電体とを導通させる工程と、
前記銀被覆ゴム粒子を介して前記電子部品の前記電極と前記導電体とを導通させた状態で、前記電子部品の前記電極と前記導電体とを固定する工程と、
を含むことを特徴とする電子部品と導電体の接続方法。 A method for connecting an electronic component and a conductor to electrically connect an electronic component having an electrode and a conductor,
Disposing silver-coated rubber particles having rubber particles and a silver coating layer formed on the surface of the rubber particles between the electrode of the electronic component and the conductor;
Pressurizing the electrode and the conductor of the electronic component to electrically connect the electrode of the electronic component and the conductor through the silver-coated rubber particles;
Fixing the electrode and the conductor of the electronic component in a state in which the electrode and the conductor of the electronic component are conducted through the silver-coated rubber particles;
A method for connecting an electronic component and a conductor.
前記半導体素子の前記電極と前記バスバーとの間に、ゴム粒子と該ゴム粒子の表面に形成された銀被覆層とを有する銀被覆ゴム粒子を配置する工程と、
前記半導体素子の前記電極と前記バスバーとを加圧して、前記銀被覆ゴム粒子を介して前記半導体素子の前記電極と前記バスバーとを導通させる工程と、
前記銀被覆ゴム粒子を介して前記半導体素子の前記電極と前記バスバーとを導通させた状態で、前記半導体素子の前記電極と前記バスバーとを固定する工程と、
を含むことを特徴とする半導体モジュールの製造方法。 A semiconductor module manufacturing method comprising a semiconductor element having an electrode and a bus bar connected to the electrode of the semiconductor element,
Disposing silver-coated rubber particles having rubber particles and a silver coating layer formed on the surface of the rubber particles between the electrode of the semiconductor element and the bus bar;
Pressurizing the electrode of the semiconductor element and the bus bar and electrically connecting the electrode of the semiconductor element and the bus bar through the silver-coated rubber particles;
Fixing the electrode of the semiconductor element and the bus bar in a state in which the electrode of the semiconductor element and the bus bar are conducted through the silver-coated rubber particles;
A method for manufacturing a semiconductor module, comprising:
Priority Applications (1)
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