]实施方式1.
[0035]图1是本发明的实施方式1的半导体装置的剖面图以及俯视图。图1(a)是半导体装置的剖面图，图1(b)是半导体装置的俯视图。半导体装置30具备形成于以硅(Si)、碳化硅(SiC)等宽带隙半导体材料为基体材料的半导体元件9的Ag层10与形成于电路基板12的Ag层4之间夹持了的合金层13，合金层13具有由Ag层4、Ag层10的Ag成分和Sn形成了的Ag3Sn的金属间化合物，包含Ag的多根导线5从合金层13的外周侧延伸地配置。作为安装半导体元件9的安装基板的电路基板12是DBC (Direct Bonded Cupper)基板，具备绝缘材料2、在绝缘材料2的上侧形成了的上电极1以及在绝缘材料2的下侧形成了的下电极3。合金层13是金属间化合物，是例如Ag3Sn。为了形成合金层13，在电路基板12的Ag层4处形成了配置有多根导线5的导线构造体20。多根导线5在同一方向上从合金层13的外周侧延伸地配置。导线构造体20形成于比半导体元件9的X方向的宽度cl、Z方向的宽度c2更宽的范围内。导线构造体20的X方向的宽度是b3、Z方向的宽度是b2。在图1(b)中，明不地记载了多根导线5中的7根导线5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g。配置多根导线5的间距是bl。另外，导线的符号总体上使用5，在区分说明的情况下使用5a至5g。
[0036]构成导线构造体20的各导线5在图1(a)、图1(b)中的左侧设置了弯曲部11。在导线5中，在从半导体元件9的搭载位置向左外侧离开了长度a2的位置，形成球形结合部6，在从半导体元件9的搭载位置向右外侧离开了长度a3的位置，形成针脚式结合部7。另夕卜，弯曲部11能够是任意的高度，但在该弯曲部11最终地形成环路时成为最高的位置。长度al是对半导体元件9的X方向的宽度cl加上长度a2以及长度a3而得到的长度。球形结合部6比导线5的导线径更大，从球形结合部6的左外侧的端至针脚式结合部7的右外侧的端的长度是b3。
[0037]接下来，在接合半导体元件9和电路基板12的接合部处形成合金层13时，在本发明的接合方法中，理论上证明在合金层13中形成金属间化合物Ag3Sn，并且不残留Sn。为了使得在接合部的内部不残留Sn，尽管有形成条件的最佳值，但在专利文献1、2中，仅示出了形成Ag3Sn，未在理论上证明在接合部的内部不残留Sn。S卩，在专利文献1、2所示的数值限定的范围中，证明Sn未残留的依据不足。
[0038]图2是说明本发明的合金层的图，图3是示出金属间化合物Ag3Sn的基本特性的图。最初，使用图3，说明Ag、Sn、Ag3Sn的基本的物性。在图3中，Ag列是关于Ag3Sn的Ag的数值，Sn列是关于Ag3Sn的Sn的数值，合计列是关于Ag3Sn的数值。关于Ag3Sn，由于Ag和Sn的构成比在原子％ (at% )下是3:1，所以有Ag75at%:Sn25at%。如果为了将其设为质量％ (wt% )，将Ag的原子量设为108g/mol、将Sn的原子量设为119g/mol来进行计算，则有Ag73wt%:Sn27wt%。进而，如果为了将其设为体积％ (vol % )，将Ag的密度设为10.5g/cm3、将Sn的密度设为?.4g/cm3来进行计算，则有Ag66vol%:Sn34vol%。即，即使在Ag的周围无限地存在Sn，形成Ag3Sn的是Ag的体积的约一半(34/66 = 0.52 N 0.5)，这以外的Sn不扩散而残留。在其他见解下，如果Ag形成Ag3Sn，则仅增大Ag的体积的约0.5倍(即变成约1.5倍)。
[0039]使用关于本发明的接合半导体元件9和电路基板12的接合部的简单的模型，来说明在接合部的内部不残留Sn。由Ag构成的导线(适当地称为Ag导线)5c、5d配置于Sn层8的内部，在该Sn层8的上侧配置了 Ag层10，在Sn层8的下侧配置了 Ag层4。关于该模型，简单地示出了如下结构，即对本发明的被接合材料(半导体元件9、上电极1)实施Ag镀层，Ag导线在面内仅在一个方向上伸展，并且以在焊料熔融时不流过的方式被结合，从其上方使Sn熔融，形成Ag3Sn (熔点470°C左右)。在包含了导线直径x的Ag导线5c、5d的Sn层8的上下有厚度z的Ag层10、4，Ag导线5c、5d以某个间距y的间隔而排列。图2中的点a是Ag导线5c的圆和Ag层10的接点，点c是Ag导线5c的圆和Ag层4的接点。图2中的点b是Ag导线5d的圆和Ag层10的接点，点d是Ag导线5d的圆和Ag层4的接点。
[0040]Ag导线5的间距通过导线结合装置而在一定程度上被限制，相对于导线径X (导线直径X)，间距y存在y = 2.5x左右的界限。将间距y的装置上的界限值设为式(1)。间距y需要式(2)的条件。如果使间距进一步变窄，则导线结合装置接触到邻接的导线。例如，如果是Φ 12 μ m的Ag导线，则间距是30 μ m，如果是Φ 20 μ m，则间距是50 μ m。
[0041 ] y = 2.5x...(1)
[0042]y = 2.5x...(2)
[0043]需要如图2那样，周边的Ag扩散到由点a、b、c、d包围的Sn层8的内部的区域A1，来形成Ag3Sn。如上所述，如果Ag移动到Sn层8而形成Ag3Sn，则仅增大Ag的体积的约0.5倍，如果考虑这样的结果，则关于针对Ag3Sn产生的界限值，以下的关系式成立。
[0044]Ag的供给量X0.5兰由abed包围了的区域A1...(3)
[0045]关于图2的剖面具体地应用了该关系式(3)而得到的计算式如以下那样表示。
[0046]0.5X(2yz+JT (x/2)2) = (xy- η (χ/2)2)...(4)
[0047]此处，左边的2yz是区域A2和区域A3的合计面积，左边的π (χ/2)2是半圆区域Α4和半圆区域Α5的合计面积。右边是区域Α1的面积。
[0048]如果使式⑷变形，则经式(5)变成式(6)。
[0049]yz+1/8 π x2^ xy-2/8 π χ 2...(5)
[0050]yz+3/8 π χ2^ xy...(6)
[0051]此处，如果将表示上述间距y的装置上的界限值的式(1)应用于式(6)，则经式(7)?(10)变成式(11)。
[0052]2.5χζ+3/8 π χ2^ 2.5χ 2...(7)
[0053]2.5ζ+3/8 π χ 会 2.5χ...(8)
[0054]2.5ζ ^ (2.5-3/8 π ) χ...(9)
[0055]ζ ^ ((2.5-3/8 π )/2.5)χ...(10)
[0056]ζ = 0.53χ...(11)
[0057]如果在式(11)中应用表示上述间距y的装置上的界限值的式(1)，则得到式(12)。
[0058]ζ ^ 0.21y...(12)
[0059]如果整合以上的结果，贝在Ag导线直径X、间距y、Ag层的厚度ζ之间，以下的三个式子成立。
[0060]y = 2.5χ...(2)
[0061]ζ = 0.53x...(11)
[0062]ζ ^ 0.21y...(12)
[0063]进而，还能够计算必要的Sn的量。如果作为Sn的供给方法考虑从箔状的Sn层8供给，则如以下那样计算Sn层8的必要的厚度t。
[0064]t N (xy- π (x/2)2)/y...(13)
[0065]如果在式(13)中应用式⑴来消去y或者X，则得到式(14)、式(15)。
[0066]t N 0.68χ...(14)
[0067]t N 0.27y...(15)
[0068]实际上，Sn向外浸润扩展，所以需要与上述式(14)、式(15)相比稍微厚地供给。
[0069]根据上述结果，制作了改变Ag导线径X、间距y、Sn层的厚度ζ而得到的样品。使用图1、图4，说明具体的样品制作方法。
[0070]首先，作为电路基板12，准备市面销售的大小30mmX30mm、厚度1.12mm的DBC基板。由Cu构成的上电极1、由Si3N4构成的绝缘材料2、由Cu构成的下电极3的厚度分别是0.4mm、0.32mm、0.4mm。针对电路基板12，作为Ag层4施加了 6.5μηι的Ag镀层。DBC基板能够从例如电气化学工业株式会社购入。Ag镀层能够例如在株式会社太洋工作所中实施。接下来，作为Sn层8，准备了市面销售的大小lOOmmX 100mm、厚度9 μπι的纯度99.5*