接合銀漿的方法
【專利說明】接合銀漿的方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年12月30日提交到韓國知識產權局的韓國專利申請第10-2013-0167817號的優先權和權益，其全部內容并入本文以供參考。
技術領域
[0003]本發明涉及接合銀漿的方法。更具體地，本發明提供用于接合半導體裝置的銀漿接合方法。
【背景技術】
[0004]根據應用設備的尺寸和容量近來變大的趨勢，對具有高擊穿電壓、高電流和高速開關特性的電力用半導體裝置的需求持續增加。在半導體裝置當中，碳化硅(SiC)半導體裝置可具有優點。例如，由于碳化硅半導體裝置比常規的硅(Si)半導體裝置具有更寬的帶隙，因此可在升高的溫度更穩定地實施半導體特性。
[0005]然而，在升高的溫度可能額外地需要穩定地應用包裝材料，以獲得相當高溫的操作效果。特別地，由于用于接合半導體裝置的常規焊料具有小于約230°C的熔融溫度，所以焊料無法在可應用和操作碳化硅半導體裝置的約250°C或更高的接合溫度使用。
[0006]近來，已提出包括金(Au)等的高溫焊料作為替代物以代替常規焊料，但已經報道高溫焊料更昂貴并具有降低的特性例如接合強度。
[0007]上述在該【背景技術】部分公開的信息僅用于增強對本發明背景的理解，因此其可能含有不構成在該國本領域普通技術人員已經知曉的現有技術的信息。
【發明內容】
[0008]本發明提供一種無需使用玻璃粉而接合銀漿的方法。
[0009]在本發明的示例性實施方式中，接合銀漿的方法可以包括:制備包括多個銀粉末和多個鉛粉末的銀漿；加熱銀漿；和接合銀粉末。可執行加熱銀漿的步驟直到加熱溫度高于或等于約200°C。具體地，可執行加熱銀漿的步驟直到加熱溫度上升到約400°C。
[0010]在示例性實施方式中，加熱銀漿的步驟可包括:將鉛粉末轉化成液相鉛；以及用液相鉛環繞各個銀粉末的表面。使銀粉末相互接合的步驟可包括:使環繞各個銀粉末的表面的液相鉛與相鄰的液相鉛接觸；使液相鉛擴散到銀粉末中；和使銀粉末擴散到液相鉛中，以形成使銀粉末相互接合的接合部。在接合銀粉末的過程中，液相鉛可擴散到銀粉末中，以被移除。
[0011]在示例性實施方式中，鉛粉末的含量基于銀漿的總重量可在約0.lwt%至約1wt %,約Iwt %至約9wt %,約2wt %至約8wt %,約3wt %至約6wt %,或特別是約4wt %至約5wt%的范圍內。
[0012]根據本發明的各種示例性實施方式，加熱包括銀粉末和鉛粉末的銀漿的步驟可在鉛的熔融溫度或更高溫度下進行，以接合銀粉末。
【附圖說明】
[0013]根據結合附圖的以下【具體實施方式】可以更清楚地理解本發明的上述和其它目的、特征和優點。圖1至6相繼示出根據本發明的示例性實施方式的接合銀漿的示例性方法。
[0014]圖1示出根據本發明的示例性實施方式的包括銀粉末100和鉛粉末200的銀漿的示例性狀態；
[0015]圖2示出根據本發明的示例性實施方式的銀漿被加熱且鉛粉末210熔化為液相而銀粉末100保持粉末狀態的銀漿的示例性狀態；
[0016]圖3示出根據本發明的示例性實施方式的液相鉛210環繞各個單個的銀粉末200的銀漿的示例性狀態；
[0017]圖4示出根據本發明的示例性實施方式的環繞銀粉末的液相鉛210與相鄰的環繞其它銀粉末的液相鉛210接觸的銀漿的示例性狀態；
[0018]圖5示出根據本發明的示例性實施方式的在由液相鉛210環繞的銀粉末100之間形成接合部110的銀漿的示例性狀態；
[0019]圖6示出根據本發明的示例性實施方式的銀粉末100通過接合部接合而液相鉛擴散到銀粉末中的銀漿的示例性狀態；
[0020]圖1-6中提到的附圖標記包括對以下進一步討論的下列元件的參考:
[0021]100:銀粉末
[0022]110:接合部
[0023]200:鉛粉末
[0024]210:液相鉛
【具體實施方式】
[0025]本文使用的術語僅僅是為了說明【具體實施方式】的目的而不是意在限制本發明。如本文所使用的，單數形式“一個、一種”和“該”也意在包括復數形式，除非上下文中清楚指明。還可以理解的是，在說明書中使用的術語“包括”和/或“包含”是指存在所述特征、整數、步驟、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一個或多個其它特征、整數、步驟、操作、元件、部件和/或其群組。如本文所使用的，術語“和/或”包括一個或多個相關所列項目的任何和所有組合。
[0026]除非特別說明或從上下文明顯得到，否則本文所用的術語“約”理解為在本領域的正常容許范圍內，例如在均值的2個標準偏差內。“約”可以理解為在所述數值的8%,7%,6%,5%,4%,3%,2%U%>0.5%,0.1%,0.05%或0.01 % 內。除非另外從上下文清楚得到，本文提供的所有數值都由術語“約”修飾。
[0027]將參考附圖詳細地說明本發明的示例性實施方式。如本領域技術人員將理解，所描述的實施方式可以在不偏離本發明的主旨或范圍的情況下以各種不同的方式修改。相反，本文引入的示例性實施方式提供成使得所公開的內容徹底和完全并且將本發明的主旨充分地傳達給本領域技術人員。
[0028]在附圖中，為了清楚，層厚、膜、板、區域等放大。應理解，當層被稱為在另一層或基板“上”時，其可以直接在另一層或基板上，或存在介入層。相同的附圖標記在整個說明書中表示相同的元件。
[0029]根據本發明的示例性實施方式，可使用包括銀粉末100和鉛粉末200的銀漿接合碳化硅(SiC)半導體裝置。當接合半導體裝置時，銀漿可以形成于接合目標的半導體裝置上，且可以通過接合銀漿和銀漿而接合半導體裝置。換言之，當接合銀漿和銀漿時，可以接合碳化硅半導體裝置。
[0030]在下文中，將在各種示例性實施方式中描述接合銀漿的方法。
[0031]圖1至6相繼示出根據本發明的示例性實施方式的接合銀漿的示例性方法。在圖1中，可以制備包括多個銀粉末100和多個鉛粉末200的銀漿。在示例性實施方式中，銀粉末或鉛粉末可為顆粒形式。具體地，銀粉末中包含的鉛粉末200的含量基于銀漿的總重量可在約0.1wt %至約1wt %,約Iwt %至約9wt%,約2wt%至約8wt%,約3wt%至約6wt%,或特別是約4wt%至約5wt%的范圍內，沒有限制。然而，鉛粉末的含量可不限于此。此外，銀粉末100或鉛粉末200的直徑可在約I μ m至約10 μ m的范圍內。
[0032]在圖2中，可加熱包括銀粉末100和鉛粉末210的銀漿。可執行加熱步驟，直到加熱溫度高于或等于約200°C。具體地，加熱溫度可上升到約400°C。當加熱溫度達到可為約327°C的鉛熔融溫度時，圖1中的鉛粉末200熔化，并被轉化為液相鉛210。因為銀熔融溫度為約962°C，銀粉末100的粉末狀態在約400°C的溫度可得到保持。在該狀態下，液相鉛210與處于粉末狀態的銀粉末100之間可不發生化學反應。
[0033]在圖3和4中，液相鉛210在各個銀粉末100的表面上可處于潤濕狀態，并能夠環繞各個單個銀粉末100的表面。如本文中所用的術語“潤濕狀態”可指如下狀態，其中與固體表面接觸的氣體可被液相驅逐，因此固氣界面可轉化為固液界面。
[0034]隨后，如圖4所示，環繞銀粉末100的表面的液相鉛210可彼此靠近，并與相鄰的環繞其它銀粉末的液相鉛210直接接觸，因此，環繞銀粉末100的液相鉛210可彼此直接接觸。
[0035]在圖5中，環繞銀粉末100的液相鉛210可通過液相鉛210與液相鉛210之間的接觸，逐漸擴散到銀粉末100中，從而減少環繞銀粉末100的液相鉛210的量或厚度。此外，銀粉末100可擴散到彼此接觸的液相鉛210中，從而形成可接合銀粉末100的接合部110。
[0036]在圖6中，環繞銀粉末100的液相鉛210可完全擴散到銀粉末100中，從而被移除。因此，銀漿中的銀粉末100可通過接合部110在至少一個或更多其它銀粉末處接合。因此，可接合銀漿，并且由于銀漿的接合可接合形成有銀漿的半導體裝置。
[0037]根據示例性實施方式，接合銀粉末100和銀粉末100的方法可以是瞬間液相擴散連接。如本文中所用的術語“瞬間液相擴散連接”可指接合基本上相同的金屬組分A的方法，可包括:將熔融溫度低于金屬A的熔融溫度的金屬B置于金屬A之間；將金屬A和B的混合物加熱至金屬B的熔融溫度或更高但低于金屬A的熔融溫度；以及將可處于液相的金屬B擴散到固相金屬A中。此后,可移除金屬B,并且可使固相金屬A互相接合。
[0038]在本發明的示例性實施方式中，可使用熔融溫度低于銀的熔融溫度的鉛來接合銀和銀。因為銀的熔點充分高于鉛的熔點，因此銀粉末100可以是接合用材料，而鉛粉末200可以是用于接合銀粉末100的活化材料。如上描述，當接合銀漿時，銀粉末100可擴散到液相鉛210中，而液相鉛210可擴散到銀粉末100中。因此，接合時間可被縮短。
[0039]在相關技術中，常規的銀漿接合可通過燒結來進行，燒結可能依賴于溫度，此外燒結時間可能依賴于銀粉末的大小。根據本發明的各種示例性實施方式，因為可通過將銀粉末加熱到鉛的熔融溫度或更高來接合銀粉末而不熔化或影響銀粉末，因此可以使用很大顆粒的銀粉末。
[0040]此外，因為常規的銀漿可包括燒結介質材料例如玻璃粉且這種燒結介質材料并非金屬，所以可能增加其電阻。然而，根據本發明的各種示例實施方式，可不使用燒結介質材料，可將金屬鉛用作用于接合銀粉末的活化材料。因此，可減小電阻。
[0041]盡管結合目前所認為的示例性實施方式描述本發明，但是將理解的是，本發明不限制于示例性實施方式，而是意在覆蓋包括在所附權利要求的主旨和范圍內的各種改變和等同布置。
【主權項】
1.一種接合銀漿的方法，包括: 制備包括多個銀粉末和多個鉛粉末的銀漿； 加熱所述銀漿；以及 接合所述銀粉末。
2.根據權利要求1所述的方法，其中執行加熱所述銀漿的步驟，直到加熱溫度上升到約 400。。。
3.根據權利要求1所述的方法，其中加熱所述銀漿的步驟包括: 將所述鉛粉末轉化為液相鉛；以及 用所述液相鉛環繞各個銀粉末表面。
4.根據權利要求3所述的方法，其中接合所述銀粉末的步驟包括: 使環繞各個銀粉末表面的液相鉛與相鄰的液相鉛接觸； 使所述液相鉛擴散到所述銀粉末中；以及 使所述銀粉末擴散到所述液相鉛中，以形成接合所述銀粉末的接合部。
5.根據權利要求1所述的方法，其中在接合所述銀粉末的過程中，所述液相鉛擴散到所述銀粉末中，以被移除。
6.根據權利要求1所述的方法，其中所述鉛粉末的含量基于所述銀漿的總重量在約4wt %至約5wt %的范圍內。
【專利摘要】本發明提供一種接合銀漿的方法。該方法包括制備含有銀粉末和鉛粉末的銀漿，以及加熱銀漿。然后接合銀粉末。
【IPC分類】H01L21-60
【公開號】CN104752241
【申請號】CN201410482929
【發明人】洪坰國, 鄭永均, 李鐘錫, 千大煥, 姜修檳
【申請人】現代自動車株式會社
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2014年9月19日
【公告號】DE102014216921A1, US20150183063