56] EM現(xiàn)象是由于電流導致原子在導電構件和接合層之間移動的現(xiàn)象，因而生成了空 穴（間隙）。當空穴生長時，電阻增加。在半導體裝置2中，為了約束空穴的生長，儀層不僅 設置在電流密度變得較大的接合表面上，而且設置在與接合表面連續(xù)的側表面上。儀層作 用為防止接合層和導電構件的原子的移動的勢壘。更具體地，在半導體裝置2中，儀層設置 在通過接合層Sg接合的第一接頭部13的表面13a上，并設置在與上表面13a連續(xù)的側表 面13b上。類似地，儀層設置在通過接合層Sg接合的第二接頭部26的下表面26c上，并設 置在與下表面26c連續(xù)的側表面2化上。接下來將解釋運些儀層。
[0057] 圖7是在圖5中由符號VII示出的范圍的放大視圖。如圖7所示，第一接頭部13 的上表面13a和第二接頭部26的下表面26c彼此面對，并且還通過接合層Sg接合至彼此。 第一接頭部13的上表面13a和與上表面13a連續(xù)的側表面13b被儀層19a覆蓋。第二接 頭部26的下表面26c和與下表面26c連續(xù)的側表面2化還被儀層19b覆蓋。應該注意的 是，未示出在圖7中的第一接頭部13的側表面W及第二接頭部26的側表面也被儀層覆蓋。
[0058] 現(xiàn)在解釋儀層19a、19b的效果。在半導體裝置2中，錫基焊料材料（諸如Sn-化 焊料材料并Sn-化-Ni焊料材料）被用作接合材料。當該焊料材料通過接收熱而被烙化并 在此之后被凝固時，生成錫的金屬間化合物。具體地，形成導電構件（諸如散熱片12和第 一接頭部13)的銅（化）與用作焊料材料的錫（Sn)彼此起反應；并生成金屬間化合物，諸如 化6Sn5 W及化3Sn?？商鎿Q地，錫（Sn)與儀層的儀（Ni)或者包含在錫基焊料材料中的儀 (Ni)起作用，并生成金屬間化合物，諸如Ni3Sn4。簡言之，雖然接合層8a至Sg由錫基焊料 材料形成，但由化6Sn5、化3Sn或者Ni3Sn4制成的金屬間化合物層形成在與導電構件之間 的邊界（接合界面）。
[0059] 構成導電構件（諸如散熱片12、15、22、25 W及第一和第二接頭部13、26)的銅 (化）的原子與包含在焊料材料中的錫（Sn)的原子具有不同的擴散速度。因此，存在空穴 生成在接合層的情形。當流動在接合層的電流的密度較高時，促進了空穴的生成W及生長。 當空穴生長時，導電性惡化。換句話說，當空穴生長時，接合層的電阻增加。正如參考圖6 解釋的，第一接頭部13和第二接頭部26之間的接合層Sg的面積小于接合層8a、8e、8f中 的任何接合層的面積。因此，在接合層Sg流動的電流的密度更高，從而引起在接合層Sg中 生長空穴的情形。但是，如圖7所示，接觸接合層Sg的第一接頭部13的上表面13a被儀層 19a覆蓋。前述金屬間化合物Ni3Sn4的層形成在儀層19a和接合層Sg之間的接合界面上。 儀層19a和金屬間化合物Ni3Sn4的層用作防止原子的移動的勢壘。接觸接合層Sg的第二 接頭部26的下表面26c也被儀層19b覆蓋。儀層19曰、19b是儀基鍛層。在圖7中，僅第一 接頭部13的部分W及第二接頭部26的部分被儀層覆蓋。但是，包括第一接頭部13的整個 中間端子10可W被儀層覆蓋。包括第二接頭部26的整個第二中繼板29可W被儀層覆蓋。 稍后描述運些例子。
[0060] 在半導體裝置2中，不僅第一接頭部13的上表面13曰，而且從上表面13a連續(xù)的 偵懐面13b被儀層19a覆蓋。因此，在上表面13a上的焊料材料溢流至側表面13b上的情 形下，金屬間化合物Ni3Sn4的層形成在側表面13b上的儀層19a上。上表面13a和側表面 13b被儀層19a和金屬間化合物Ni3Sn4的層覆蓋。因此，不僅在接合表面（上表面13a) 而且在側表面13b中防止了原子的移動。如果側表面13b不被儀層19a覆蓋，金屬間化合 物Ni3Sn4的層形成在上表面13a的接合界面上，不同的金屬間化合物的層（化6Sn5或者 化4Sn的層）形成在側表面13b上。在運種情況下，原子可W在不同的金屬間化合物之間移 動，運將引起空穴的生成W及生長。相反，在半導體裝置2中，因為接觸接合層Sg的上表面 13曰，和上表面13a的側表面13b被儀層19a覆蓋，所W金屬間化合物Ni3Sn4形成在上表面 13a和側表面13b上。因為儀層19a不僅覆蓋用接合層Sg接合的表面（上表面13a)而且 覆蓋與接合表面連續(xù)的側表面13b，所W在接合層Sg中空穴的生成W及生長被約束。
[0061] 在接合至第一接頭部13的第二接頭部26中，儀層19b覆蓋面向第一接頭部13的 下表面26c和與下表面26c連續(xù)的側表面26b。類似于第一接頭部13,在接合層Sg上的第 二接頭部26中也約束空穴的生成W及生長。W該方式，在根據(jù)第一實施例的半導體裝置2 中，在彼此面對的第一接頭部13和第二接頭部26之間的接合層Sg中約束了空穴的生成W 及生長。
[0062] 除了儀層19a、19b，半導體裝置2還具有在將第一接頭部13和第二接頭部26彼此 接合的接合層Sg中約束空穴的生成的機構。其一是接合層的厚度。圖7中的符號Wg示出 了接合層Sg的厚度。符號Wa示出了接合層8a的厚度，符號Wb示出了接合層8b的厚度， 符號Wc示出了接合層8c的厚度。此外，符號Wd示出了接合層8d的厚度，符號We示出了 接合層Se的厚度，符號Wf示出了接合層8f的厚度。Wa至Wf的厚度大致相同。另一方面， 接合層Sg的厚度Wg小于第一接合層8a等的厚度Wa。接合層越薄，空穴生長地越慢。運是 由于W下原因。
[0063] 公知的是，當電流路徑的臨界電流密度j越大時越能約束空穴的生長。臨界電流 密度j由W下數(shù)式1表示。
(數(shù)式1) W65] 在數(shù)式1中符號的含義如下。
[0066] j :電流路徑的臨界電流密度 陽067] Y :電流路徑中導體的楊氏模量
[0068] 祀：電流路徑中導體的彈性界限值 W例 Om :電流路徑中導體的原子體積
[0070] 巧e:電流路徑的有效電荷
[0071] P :電流路徑的電阻率 陽07引 dx:電流路徑的布線長度
[0073] 考慮每個接合層8a至Sg的臨界電流密度j。在該情況下，在數(shù)式1中電流路徑的 布線長度dx對應于每個接合層8a至Sg的厚度。電流路徑的布線長度dx越短，臨界電流 密度j變得越大。簡言之，當接合層的厚度變小時更能約束空穴的生成W及生長。
[0074] 在第一實施例的半導體裝置2的情形下，即使第一接頭部13和第二接頭部26之 間的接合層Sg的厚度Wg降低至小于其余接合層8a至8f的厚度Wa至Wf，也不極大地影 響半導體元件（諸如第一晶體管元件3)。下文將解釋其原因。因為接合層8a至8f的厚 度Wa至Wf幾乎相同，所W在W下解釋中使用接合層8a的厚度Wa作為參考。雖然半導體 裝置2包括多個半導體元件（第一晶體管元件3、第二晶體管元件5、第一二極管元件4和 第二二極管元件6)，但是在W下解釋中將第一晶體管元件3用作參考。
[00巧]通常，為了降低在接合層上由溫度改變（溫度應力）引起的負荷，優(yōu)選較厚的接合 層。在半導體裝置2中，第一晶體管元件3是熱源。半導體裝置2還包括用作熱源的其他 半導體元件。但是，正如先前陳述的，為了便于解釋而著重于第一晶體管元件3。因此，在 降低負荷的角度上，不可能大量地降低靠近熱源的第一接合層8a的厚度Wa。另一方面，第 一接頭部13離開作為熱源的第一晶體管元件3,并且從散熱片12的邊緣延伸。通過散熱 片12,部分來自第一晶體管元件3的熱會消散。因此，施加在將第一接頭部13和第二接頭 部26接合至彼此的接合層Sg上的溫度應力小于施加至接合層8a上的溫度應力。因此，接 合層Sg能夠比接合層8a薄?？紤]散熱性能，半導體元件的尺寸的確定取決于其額定電流。 具體地，確定半導體元件的尺寸使得使用的元件的溫度不超過元件的接點溫度。
[0076] 所有接合層8a至8f都定位在用作熱源的晶體管元件和散熱片之間，因而相比于 接合層Sg具有較大溫度應力。因此，能夠使接合層Sg的厚度小于接合層8a至8f中任何 接合層的厚度。 W77] 在一個例子中，接合層8a至8f的厚度Wa至Wf大約為100至150微米。即使其 厚度Wg為10微米或者更小，接合層Sg也能夠充分承受溫度應力。
[0078] 半導體裝置2進一步包括用于約束接合層Sg中空穴的生成的另一機制，該機制是 接合層Sg僅由金屬間化合物層構建，同時每個接合層8a至8f由保持焊料材料成分的層W 及金屬間化合物層構建。當使用錫基焊料材料時，金屬間化合物層生長在接合層和導體之 間的界面上。在Su-化焊料材料的情形下，化6Sn5或者化3Sn的金屬間化合物層生長在接 合層的內部。在Su-化-化焊料材料的情形下，化6Sn5、化3Sn或者Ni3Sn4的金屬間化合物 層生長。運些物質的楊氏模量大于錫基焊料材料的主要元素錫（Sn)的楊氏模量。在每個接 合層8a至8f中，上述提到的金屬間化合物層形成在接合層的界面上。同時，保持焊料材料 成分的層在兩側保留在金屬間化合物層之間。另一方面，在接合層Sg上，焊料材料的內部 的大多數(shù)錫改變?yōu)殄a的金屬間化合物，并且保持焊料材料的成分的層不再存在。因為不存 在保持焊料材料成分的層，所W在接合層Sg上約束了空穴的生成。接下來將解釋該機制。
[0079] 作為接合層8a至8f的代表，在解釋中再次使用第一接合層8a作為參考。圖8A示 出了在圖7中的由符號VIIIA指示的范圍的放大視圖，圖8B示出了在圖7中由符號VIIIB 指示的范圍的放大視圖。此外，圖9示出了錫基焊料（Sn基焊料）和若干金屬間化合物的 楊氏模量的比較。圖9中的Ag意為銀。稍后將提到銀。
[0080] 圖8A是第一接頭部13和第二接頭部26之間的接合層Sg的放大截面圖，圖8B是 散熱片12和第一晶體管元件3之間的接合層8a的放大截面圖。第一接頭部13的表面被 儀層19a覆蓋，第二接頭部26的表面被儀層19b覆蓋。
[0081] 圖8A和圖8B中的密網點陰影示出了金屬間化合物層，疏網點陰影示出了保持焊 料材料的成分的層。接合層Sg整體由金屬間化合物層8g-a構建。另一方面，接合層8a由 形成在接合層的界面上的金屬間化合物層8a-a構建，層8a-b保留在兩個金屬間化合物層 8a-a之間。金屬間化合物層8g-a是由于錫基焊料材料W及儀層19曰、19b中的儀之間的反 應所生成的金屬間化合物層，特別地，金屬間化合物層8g-a由Ni3Sn4制成。同時，接合層 8a中的金屬間化合物層8a-a是由于散熱片12中的銅和第一晶體管元件3的集電極電極中 的銅與錫基焊料材料之間的反應所生成的化合物層，并且接合層8a中的金屬間化合物層 8a-a由化6Sn5或者化3Sn制成。夾在金屬間化合物層8a-a之間的層8a-b是運樣的層： 在該層中錫