日本愛發科面向硅基板上制作的功率半導體等,開發出了通過濺射法實現原來使用蒸鍍法及印刷法的“焊錫成膜工序”。該方法可將各種器件的電極膜使用的Au膜換成通過濺射成膜的焊錫層。據愛發科介紹,這樣可使電極膜材料成本“降至原來的50%以下”。

  對于硅基板上形成的各種器件的背面電極,該技術有兩大作用。一是消除與硅基板的歐姆接觸,二是確保用焊錫膏接合到散熱基板上時的附著性。為了實現這兩個作用,業內通常采用(1)基于Al及硅化物的歐姆接觸層、(2)Ti勢壘金屬、(3)Ni膜、(4)Au膜這種4層構造。其中,Ni膜用作接合膜以獲得與焊錫的合金。Au膜承擔在防止電極表面氧化的同時提高焊錫附著性的作用。焊錫成膜通常是在器件制造工序完成后,將器件拿到空氣環境下,通過蒸鍍法及印刷法來完成。

  而此次愛發科開發的方法則是在Ni成膜后保持真空狀態,通過濺射法實現無鉛焊錫層,將形成的膜作為與焊錫膏的接合層來使用。由于是在Ni膜不暴露在空氣環境下緊接著就進行焊錫成膜處理,因此能夠確保焊錫層與焊錫膏之間的高附著性。濺射成膜的焊錫層有0.5μm左右的厚度要求,因此從生產效率考慮,“為實現高速成膜下了一番工夫”(愛發科)。

  愛發科為了進一步降低膜材料的成本,此次還開發了除Au膜外還可省去Ni膜的工藝技術。該技術將Ti膜而非Ni膜用作與焊錫的接合膜。由于Ti能夠以230℃左右的回流溫度與Sn形成合金,因此可代替Ni膜使用。

  對于此次開發的兩種方法,愛發科已經驗證了與焊錫的接合強度。結果表明,只省去Au膜的工藝可確保與原來同等或更高的接合強度,而Au膜和Ni膜均省去的工藝也可確保與原來同等的接合強度。只省去Au膜時,由于與焊錫形成合金時界面上的凹凸比原來小,因此界面不易發生變形,從而提高了接合強度。

  愛發科將以約2億日元的價格銷售采用上述工藝技術的濺射成膜裝置“SRH系列”。該公司的濺射成膜裝置在面向日本國內IGBT廠商的市場上占有較高份額,但愛發科希望能以此次的裝置打入今后功率半導體產能有望提高的中國市場。

  愛發科將在2012年3月15~17日于早稻田大學舉行的“第59屆應用物理學相關聯合演講會(演講編號:16a-F2-12)”上發表此次技術的詳情。