DE112017006118B4 - Elektrisch leitendes Bondingmaterial und Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Vorrichtung - Google Patents

Elektrisch leitendes Bondingmaterial und Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Vorrichtung Download PDF

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Abstract

Elektrisch leitendes Bondingmaterial zum Bonden eines Chips und einer Klebefläche unter Druck, wobei das elektrisch leitende Bondingmaterial enthält:Silber-Teilchen,Silber-Verbindungsteilchen undein Dispergiermittel, worindie Silber-Verbindungsteilchen Verbindungsteilchen sind, die sich in zumindest Silber und eine oxidierende Substanz durch Erwärmen zersetzen,die Silber-Teilchen und die Silber-Verbindungsteilchen in einem Gewichtsverhältnis von mehr als 50:50 bis 70:30 vorhanden sind,die Silber-Teilchen sphärische Teilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,1 bis 30 µm und einer Klopfdichte von 4,5 g/cm3oder mehr oder schuppenförmige Teilchen mit einem Längenverhältnis von 1,0 bis 100, einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,1 bis 10 µm und einer Klopfdichte von 4,5 g/cm3oder mehr sind unddas elektrisch leitende Bondingmaterial eine Porosität von 10 % oder weniger ergibt, nachdem der Chip und die Klebefläche einem Druckbonden unter einer Luftatmosphäre mit einem Druck von 10 MPa und 280°C 5 Minuten lang unterworfen wurden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisch leitendes Bondingmaterial und ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Vorrichtung unter Verwendung des elektrisch leitenden Bondingmaterials.
  • Hintergrund
  • In einer Halbleiter-Vorrichtung wird ein Bondingmaterial mit Leitfähigkeit als ein Düsen-Befestigungsmaterial zum Bonden von Halbleiter-Chips verwendet. Silberpulver werden allgemein für elektrisch leitende Bondingmaterialien aufgrund ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit und Antioxidationseigenschaft verwendet, und es gibt viele Berichte bezüglich der Klebstoffe, die Silberpulver und pastöse Bondingmaterialien enthalten, die durch Sintern gebondet sind.
  • Beispielsweise berichtet Patentdokument 1 über eine elektrisch leitende Paste, die Silber, Silberoxid und eine organische Verbindung mit einer Eigenschaft, dass das Silberoxid reduziert werden kann, enthält, zum Reduzieren des Kontaktwiderstandes zwischen den feinen Silber-Teilchen.
  • Zusätzlich offenbart Patentdokument 2 ein elektrisch leitendes Bondingmaterial in einer Gesamtmenge von 99,0 bis 100 Gew.%, das Silber-Teilchen, Silberoxid-Teilchen und ein Dispergiermittel enthält, das einen organischen Stoff mit 30 oder weniger Kohlenstoffatomen enthält. Das Metallbonden kann bei einer niedrigeren Temperatur für einen gebondeten Bereich durchgeführt werden, indem Silberpulver und Silberoxid-Pulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,1 bis 100 µm als elektrisch leitendes Bondingmaterial verwendet werden.
  • Patentdokument 3 beschreibt ein Leistungsmodul, in dem ein Halbleiterelement sicher mit der Oberfläche einer Schaltkreisschicht verbunden ist. Eine erste gebrannte Schicht, bestehend aus einem gebrannten Körper aus einer glashaltigen Ag-Paste, wird auf einer Oberfläche einer Schaltkreisschicht gebildet. Eine zweite gebrannte Schicht, bestehend aus einem gebrannten Körper aus metallischen Ag-Partikeln mit einem Volumenmodendurchmesser von mehr als 0,8 µm und bis zu 20 pm und reduzierten Silberpartikeln, die durch Reduzieren von Silberoxid gebildet werden, wird auf der ersten gebrannten Schicht gebildet. Der Hohlraumanteil der zweiten gebrannten Schicht ist ≤ 20 %.
  • Patentdokument 4 beschreibt eine Zusammensetzung zur Bildung einer leitfähigen Sinterschicht und ein Verfahren zur Bildung einer leitfähigen Sinterschicht. Die Zusammensetzung enthält Metallnanopartikel, deren Oberfläche mit einer organischen Substanz beschichtet ist und deren Korngröße 1 nm bis 5 µm beträgt, sowie Silberoxidpartikel.
  • Zitierte Druckschriften
  • Patentdokument
    • Patentdokument 1: JP 2005- 267 900 A
    • Patentdokument 2: JP 2010- 257 880 A
    • Patentdokument 3: JP 2013- 207 116 A
    • Patentdokument 4: US 2013/0119322 A1
  • Offenbarung der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösende Probleme
  • Die elektrisch leitende Paste, die im Patentdokument 1 beschrieben ist, reagiert heftig mit der organischen Verbindung mit einer Reduktionseigenschaft, und Zersetzungsgas aus der organischen Verbindung und Sauerstoffgas, das von der Reduktion der Silber-Verbindung resultiert, werden in einer großen Menge erzeugt. Daher werden irreguläre Löcher in der erhaltenen elektrisch leitenden Paste gebildet, was zu einem Spannungs-Konzentrationspunkt wird, so dass die elektrisch leitende Paste leicht bricht, und daher gibt es eine Gefahr bei der Handhabung.
  • Zusätzlich wird das elektrisch leitende Bondingmaterial, das im Patentdokument 2 beschrieben ist, ohne Druck gebondet, so dass die Porosität zwischen porösen Schichten nach dem Bonden hoch ist. Daher tritt ein Übersintern bei einem Altern bei hoher Temperatur bei 200°C oder mehr auf, die Bondingschicht wird als dünn angesehen und die Wärmeresistenz ist unzureichend.
  • Es gibt ein Verfahren zur Verminderung der Porosität der Bondingschicht mit einem sehr hohen Druck, um die Porosität zu erniedrigen, aber in diesem Fall ist der Druck 30 MPa oder mehr, und das Element kann beschädigt werden.
  • Demzufolge ist ein Ziel dieser Erfindung, ein elektrisch leitendes Bondingmaterial mit hoher Bondfestigkeit und hoher thermischer Leitfähigkeit anzugeben, das in der Lage ist, eine Bondingschicht mit einer sehr geringen Porosität unter geringem Druck zu bilden.
  • Mittel zum Lösen des Problems
  • Als Ergebnisse von Studien zum Erreichen des obigen Ziels haben diese Erfinder festgestellt, dass das obige Problem gelöst werden kann durch ein elektrisch leitendes Bondingmaterial zum Bonden eines Chips und einer Klebefläche unter Druck, wobei das elektrisch leitende Bondingmaterial Silber-Teilchen und Silber-Verbindungsteilchen in einem spezifischen Gewichtsverhältnisbereich enthält und aus dem eine Bondingschicht mit sehr geringer Porosität unter einem niedrigeren Druck als bei einem konventionellen Verfahren unter Druck gebildet werden kann. Somit wird diese Erfindung vollendet.
  • Diese Erfindung ist wie folgt.
    • [1] Elektrisch leitendes Bondingmaterial zum Bonden eines Chips und einer Klebefläche unter Druck, wobei das elektrisch leitende Bondingmaterial enthält:
      • Silber-Teilchen,
      • Silber-Verbindungsteilchen und
      • ein Dispergiermittel, worin
      • die Silber-Verbindungsteilchen Verbindungsteilchen sind, die sich in zumindest Silber und eine oxidierende Substanz durch Erwärmen zersetzen,
      • die Silber-Teilchen und die Silber-Verbindungsteilchen in einem Gewichtsverhältnis von mehr als 50:50 bis 70:30 vorhanden sind,
      • die Silber-Teilchen sphärische Teilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,1 bis 30 µm und einer Klopfdichte von 4,5 g/cm3 oder mehr oder schuppenförmige Teilchen mit einem Längenverhältnis von 1,0 bis 100, einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,1 bis 10 µm und einer Klopfdichte von 4,5 g/cm3 oder mehr sind und
      • das elektrisch leitende Bondingmaterial eine Porosität von 10 % oder weniger ergibt, nachdem der Chip und die Klebefläche einem Druckbonden unter einer Luftatmosphäre mit einem Druck von 10 MPa und 280°C 5 Minuten lang unterworfen wurden.
    • [2] Elektrisch leitendes Bondingmaterial gemäß [1], worin die Porosität 5 % oder weniger ist.
    • [3] Elektrisch leitendes Bondingmaterial gemäß [1] oder [2], worin die Silber-Verbindungsteilchen und das Dispergiermittel in einem Gewichtsverhältnis von 100:0,5 bis 100:50 vorhanden sind.
    • [4] Elektrisch leitendes Bondingmaterial gemäß einem von [1] bis [3], weiterhin enthaltend ein Lösungsmittel.
    • [5] Elektrisch leitendes Bondingmaterial gemäß einem von [1] bis [4], worin das Dispergiermittel zumindest eine Verbindung ist, die aus der Gruppe bestehend aus Alkoholen, Carbonsäuren und Aminen ausgewählt ist.
    • [6] Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Vorrichtung, wobei das Verfahren enthält:
      • einen Schritt zum Bonden eines Chips und einer Klebefläche über ein elektrisch leitendes Bondingmaterial, worin
      • das elektrisch leitende Bondingmaterial Silber-Teilchen, Silber-Verbindungsteilchen und ein Dispergiermittel enthält,
      • wobei die Silber-Verbindungsteilchen Verbindungsteilchen sind, die sich in zumindest Silber und eine oxidierende Substanz durch Erwärmen zersetzen, die Silber-Teilchen und die Silber-Verbindungsteilchen in einem Gewichtsverhältnis von mehr als 50:50 bis 70:30 vorhanden sind und die Silber-Teilchen sphärische Teilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,1 bis 30 µm und einer Klopfdichte von 4,5 g/cm3 oder mehr oder schuppenförmige Teilchen mit einem Längenverhältnis von 1,0 bis 100, einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,1 bis 10 µm und einer Klopfdichte von 4,5 g/cm3 oder mehr sind,
      • worin im Bondingschritt eine Druckbehandlung bei 4 bis 30 MPa und 200 bis 350°C für 1 bis 30 Minuten durchgeführt wird, und
      • das elektrisch leitende Bondingmaterial eine Porosität von 10 % oder weniger nach dem Bondingschritt ergibt.
  • Wirkung der Erfindung
  • Nach Sintern des elektrisch leitenden Bondingmaterials dieser Erfindung unter Wärme und Druck ergibt die Bondingschicht die geringe Porosität und ist eher eine Masse (metallgebondeter Körper). Daher können eine hohe Bondfestigkeit und eine hohe thermische Leitfähigkeit in dem elektrisch leitenden Bondingmaterial erzielt werden. Auf der Basis der hohen thermischen Leitfähigkeit ist das elektrisch leitende Bondingmaterial dieser Erfindung ausgezeichnet bezüglich der Wärmeableiteigenschaft.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • 1 ist eine Darstellung eines SEM-Photos, nachdem das elektrisch leitende Bondingmaterial von Beispiel 1 einem Druckbonden unter einem Luft-Atmosphärendruck von 10 MPa 5 Minuten bei 280°C unterworfen wurde.
    • 2 ist eine Darstellung eines SEM-Photos, nachdem das elektrisch leitende Bondingmaterial von Vergleichsbeispiel 1 einem Druckbonden unter einem Luft-Atmosphärendruck von 10 MPa 5 Minuten bei 280°C unterworfen wurde.
  • Ausführungsbeispiele zur Durchführung der Erfindung
  • Nachfolgend werden die Ausführungsbeispiele zur Durchführung dieser Erfindung beschrieben. Jedoch ist diese Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsbeispiele beschränkt und sie können willkürlich modifiziert und implementiert werden, ohne vom Ziel dieser Erfindung abzuweichen. In dieser Beschreibung wird „-“ („bis“), was einen numerischen Bereich anzeigt, verwendet, um die numerischen Werte, die vor und nach dem numerischen Bereich als obere bzw. untere Grenze beschrieben sind.
  • <Elektrisch leitendes Bondingmaterial>
  • Das elektrisch leitende Bondingmaterial dieser Erfindung zum Bonden eines Chips und einer Klebefläche unter Druck enthält Silber-Teilchen, Silber-Verbindungsteilchen und ein Dispergiermittel, worin die Silber-Teilchen und die Silber-Verbindungsteilchen in einem Gewichtsverhältnis von mehr als 50:50 bis 70:30 vorhanden sind, und das elektrisch leitende Bondingmaterial ergibt eine Porosität von 10 % oder weniger, nachdem der Chip und die Klebefläche in einer Luftatmosphäre mit einem Druck von 10 MPa und 280°C 5 Minuten druckgebondet wurden.
  • (Silber-Teilchen und Silber-Verbindungsteilchen)
  • Die Silber-Teilchen in dieser Erfindung haben sowohl elektrische Leitfähigkeit als auch Bondeigenschaft. Obwohl der Schmelzpunkt von Silber etwa 960°C ist, kann das Sintern bei einer niedrigen Temperatur 200 bis 300°C durchgeführt werden, indem die Silber-Verbindungsteilchen und das Dispergiermittel kombiniert werden, und die Klebefläche kann durch Metallbonden an einer Grenzfläche der Klebefläche gebondet werden.
  • Die Form der Silber-Teilchen ist nicht besonders beschränkt. Es ist bevorzugt, dass die Silber-Teilchen sphärische Teilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,1-30 µm und einer Klopfdichte 3 g/cm3 oder mehr oder Schuppen-förmige Teilchen mit einem Längenverhältnis von 1,0-100, einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,1-10 µm und einer Klopfdichte von 3 g/cm3 sind.
  • Wenn die Silber-Teilchen sphärisch sind, ist ein durchschnittlicher Teilchendurchmesser von 30 µm oder weniger bevorzugt, weil das Dispergiermittel, das die Silberteilchen bedeckt, leicht zu entfernen ist und die Sinterfähigkeit verstärkt wird. Wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser weniger als 0,1 µm ist, können die Produktivität und die Kosten nachteilig sein, und dies ist ungeeignet für große Chips mit einer großen Schrumpfung während des Sinterns. Wenn die Silber-Teilchen sphärisch sind, ist der durchschnittliche Teilchendurchmesser mehr bevorzugt 0,3-10 µm. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser bedeutet den Teilchendurchmesser des Volumen-integrierten 50%igen Durchmessers D50, gemessen durch Laserbeugung.
  • Die Klopfdichte der sphärischen Silber-Teilchen ist bevorzugt 3 g/cm3 oder mehr im Hinblick auf die Erniedrigung der Porosität vor dem Erwärmen, und die Klopfdichte der sphärischen Silber-Teilchen ist mehr bevorzugt 4,5 g/cm3 oder mehr. Zusätzlich ist die obere Grenze der Klopfdichte im allgemeinen 8 g/cm3 oder weniger. Die Klopfdichte bedeutet eine Dichte, wenn die Silber-Teilchen in einem Behälter angeordnet und 500-mal geklopft (verdichtet) werden.
  • Die sphärische Form der Silber-Teilchen ist nicht auf eine wahre sphärische Form beschränkt und kann eine leicht verzerrte sphärische Form sein, wenn akute Projektionen nicht enthalten sind. Beispielsweise kann eine Ellipsoid-Form oder eine Polyeder-Form sogar in einer sphärischen Form enthalten sein, solange diese eng bei einer sphärischen Form liegen. Es kann bestimmt werden, dass die Teilchen sphärisch sind, solange das Längenverhältnis davon, gemessen durch Abtast-Elektronenmikroskop-Beobachtung, 0,95-1,05 ist.
  • Wenn die Silber-Teilchen Schuppen-förmig sind, sind ein Längenverhältnis von 1,0-100, ein durchschnittlicher Teilchendurchmesser von 0,1-10 µm und eine Klopfdichte von 3 g/cm3 oder mehr bevorzugt im Hinblick auf die Erniedrigung der Porosität vor der Erwärmung. Das Längenverhältnis ist mehr bevorzugt 1,0-5,0, der durchschnittliche Teilchendurchmesser ist mehr bevorzugt 0,5-6 µm, und die Klopfdichte ist mehr bevorzugt 4,5 g/cm3 oder mehr. Die obere Grenze der Klopfdichte ist allgemein 8 g/cm3 oder weniger. Wenn die Silber-Teilchen Schuppen-förmig sind, ist die Dicke bevorzugt 0,1-5 µm und mehr bevorzugt 0,5-3 µm.
  • Das Längenverhältnis und die Dicke der Silber-Teilchen kann gemessen werden durch Elektronen-Abtastmikroskop-Beobachtung. Zusätzlich können der durchschnittliche Teilchendurchmesser und die Klopfdichte unter den gleichen Bedingungen wie oben beschrieben bestimmt werden.
  • Zum Beispiel können weiterhin Silber-Nanoteilchen oder irreguläre Silber-Teilchen wie Draht-artige, Nadel-artige oder Kronen-förmige Form als Silber-Teilchen zugegeben werden, solange die Eigenschaften des elektrisch leitenden Bondingmaterials dieser Erfindung nicht behindert wird.
  • Die Silber-Verbindungsteilchen sind nicht besonders beschränkt, solange sie Verbindungsteilchen sind, die sich zumindest in Silber und eine oxidierende Substanz durch Erwärmen zersetzen. Als Silber-Verbindungsteilchen können beispielsweise Silberoxid-Teilchen, Silbercarbonat-Teilchen, Silberneodecanoat-Teilchen und dergleichen verwendet werden, und ein oder mehrere Typen von Silber-Verbindungsteilchen können verwendet werden. Unter diesen sind Silberoxid-Teilchen im Hinblick auf einen hohen Silbergehalt in der Silber-Verbindung bevorzugt. Bei Verwendung von mehreren Typen von Silber-Verbindungsteilchen kann eine Vielzahl von Silber-Verbindungen von einem Typ mit unterschiedlichen Formen und Größen verwendet werden, oder eine Vielzahl von Silber-Verbindungen von verschiedenen Typen kann verwendet werden.
  • Die oxidierende Substanz, die durch die Zersetzung der Silber-Verbindungsteilchen erzeugt wird, fördert die Verbrennung des Dispergiermittels, das die Silber-Teilchen bedeckt. Weil Silber, das durch die Zusammensetzung der Silber-Verbindungsteilchen erzeugt wird, fein ist und die Oberfläche davon makellos ist, ist zusätzlich die Sinterfähigkeit besser als die von Silber-Teilchen. Die Druckgebung, die gleichzeitig durchgeführt wird, reduziert den Raum, der durch die Reduktion erzeugt ist, und eine Bondingschicht mit einer sehr geringen Porosität kann unter einem niedrigen Druck gebildet werden.
  • Wenn die Silber-Verbindungsteilchen in zumindest Silber und eine oxidierende Substanz durch Wärme zersetzt werden, vermindert sich das Volumen entsprechend dem Typ der Silber-Verbindungsteilchen. Daher werden Löcher gebildet, wenn die Silber-Verbindungsteilchen in Silber in dem Anteil reduziert werden, in dem die Silber-Verbindungsteilchen vorhanden waren. Das elektrisch leitende Bondingmaterial dieser Erfindung wird unter Druck verwendet, so dass gleichzeitig mit der Bildung der Löcher die Löcher durch den Druck zerstoßen werden und ein elektrisch leitendes Bondingmaterial, das eine sehr geringe Porosität nach Druckbonden ergibt, erhalten wird. Weil die Porosität niedrig ist, liegt das elektrisch leitende Bondingmaterial näher bei einem Metall-Massenmaterial. Somit werden die Bondfestigkeit und die thermische Leitfähigkeit verbessert.
  • Wenn beispielsweise die Silber-Verbindungsteilchen Silberoxid-Teilchen sind, wird, wenn Silberoxid zu Silber und Sauerstoff zersetzt wird, das Volumen um etwa 60 % durch die Reduktion von Silberoxid-Teilchen zu Silber reduziert. Aufgrund dieser Volumenverminderung wird ein elektrisch leitendes Bondingmaterial mit einer geringen Porosität nach dem Druckbonden erhalten.
  • Die Form und Größe des Silber-Verbindungsteilchen ist nicht besonders beschränkt, und als Größe ist ein durchschnittlicher Teilchendurchmesser von 0,2-20 µm im Hinblick auf die Sinterfähigkeit bevorzugt.
  • Die Silber-Teilchen und die Silber-Verbindungsteilchen sind in einem Gewichtsverhältnis von mehr als 50:50 bis 70:30 und bevorzugt bis 60:40 vorhanden.
  • Wenn das Verhältnis der Silber-Verbindungsteilchen zu der Gesamtmenge der Silber-Teilchen und der Silber-Verbindungsteilchen auf 30 Gew.% oder mehr eingestellt wird, werden die Löcher, die während der Reduktion zu Silber gebildet werden, durch den Druck gleichzeitig zerstoßen. Somit wird die Porosität nach dem Druckbonden erniedrigt und als Ergebnis wird eine Bondingoberfläche mit ausgezeichneter Bondfestigkeit und thermischer Leitfähigkeit gebildet im Vergleich zu dem Fall, wenn es wenige Silber-Verbindungsteilchen gibt.
  • Wenn die Porosität in der Bondingschicht hoch ist, tritt ein Übersintern beim Altern bei hoher Temperatur von 200°C oder mehr auf, die Bondingschicht wird als dünn (dürftig) angesehen und die Wärmeresistenz ist unzureichend. Wenn die Porosität der Bondingschicht durch einen sehr hohen Druck erniedrigt wird, kann das Halbleiter-Element beschädigt werden.
  • Wenn zusätzlich das Verhältnis der Silber-Verbindungsteilchen zu der Gesamtmenge der Silber-Teilchen und der Silber-Verbindungsteilchen auf 70 Gew.% oder weniger eingestellt wird, wird die Wirkung zur Unterdrückung von Löchern und Ausgas, erzeugt durch Zersetzung der Silber-Verbindungsteilchen, erhalten.
  • (Dispergiermittel)
  • Das Dispergiermittel in der Erfindung wird ebenfalls als Schmiermittel bezeichnet und ist eine Verbindung, die die Oberfläche der Silber-Teilchen und/oder der Silber-Verbindungsteilchen bedeckt, zur Verhinderung einer Aggregation der Silber-Teilchen und/oder der Silber-Verbindungsteilchen. Die Verbrennung des Dispergiermittels wird durch die oxidierende Substanz gefördert, die durch die Zersetzung der Silber-Verbindungsteilchen erzeugt wird.
  • Das Dispergiermittel kann zuvor die Oberfläche der Silber-Teilchen und/oder der Silber-Verbindungsteilchen bedecken oder kann die Oberfläche bedecken, nachdem es zu einer Mischung gegeben wurde, die die Silber-Teilchen und die Silber-Verbindungsteilchen enthält.
  • Das Dispergiermittel kann irgendein konventionell verwendetes sein, und Beispiele davon enthalten Stearinsäure und Ölsäure. Unter diesen ist das Dispergiermittel bevorzugt zumindest eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkoholen, Carbonsäuren und Aminen im Hinblick auf das Dispergiervermögen und die leichte Verbrennbarkeit. Ein Dispergiermittel kann verwendet werden oder eine Vielzahl von Dispergiermitteln kann in Kombination verwendet werden.
  • Die Alkohole können eine Verbindung mit einer Hydroxyl-Gruppe sein und Beispiele davon enthalten einen linearen oder verzweigten Alkylalkohol mit 3-30 Kohlenstoffatomen. Die Alkohole können primäre, sekundäre oder tertiäre Alkohole oder Diole und Alkohole mit einer cyclischen Struktur sein. Unter diesen sind Isostearylalkohol und Octyldodecanol im Hinblick auf das Dispergiervermögen bevorzugt.
  • Die Carbonsäuren können eine Verbindung mit einer Carbonsäure sein, und Beispiele davon enthalten eine lineare oder verzweigte Alkylcarbonsäure mit 3 bis 30 Kohlenstoffatomen. Die Carbonsäuren können irgendwelche von primären, sekundären und tertiären Carbonsäuren sein und können Dicarbonsäuren oder Carboxy-Verbindungen mit einer cyclischen Struktur sein. Unter diesen sind Neodecansäure, Ölsäure und Stearinsäure im Hinblick auf das Dispergiervermögen mehr bevorzugt.
  • Die Amine können eine Verbindung mit einer Amino-Gruppe sein, und Beispiele davon enthalten ein Alkylamin mit 3 bis 30 Kohlenstoffatomen. Die Amine können primäre, sekundäre oder tertiäre Amine oder ein Amin mit einer cyclischen Struktur sein. Unter diesen sind Stearylamin und Laurylamin im Hinblick auf das Dispergiervermögen bevorzugt.
  • Das Dispergiermittel, das die Alkohole, die Carbonsäuren und die Amine enthält, kann in der Form einer Aldehyd-Gruppe, Ester-Gruppe, Sulfanyl-Gruppe, Keton-Gruppe, einem quaternären Ammoniumsalz oder dergleichen vorhanden sein. Wenn die Carbonsäure beispielsweise die Oberfläche des Silber-Teilchen und/oder der Silber-Verbindungsteilchen bedeckt, bildet sich ein Carbonylsalz.
  • Ob die Silber-Teilchen oder die Silber-Verbindungsteilchen mit dem Dispergiermittel bedeckt sind, kann durch Infrarot-Spektroskopiemessung bestätigt werden. Das heißt, wenn die funktionelle Gruppe der Verbindung, die ein Dispergiermittel ist, an die Silber-Teilchen und/oder Silber-Verbindungsteilchen gebunden ist, kann der Typ des Dispergiermittels auf der Basis des ermittelten Peaks spezifiziert werden, weil die auftretende Peak-Position sich in Abhängigkeit von dem Typ der gebundenen funktionellen Gruppe unterscheidet.
  • Die Silber-Verbindungsteilchen und das Dispergiermittel sind bevorzugt in einem Gewichtsverhältnis im Bereich von 100:0,1 bis 100:100 vorhanden und mehr bevorzugt im Bereich von 100:0,5 bis 100:50. Wenn das Dispergiermittel 0,1 Gew.-Teil oder mehr in Bezug auf 100 Gew.-Teile der Silber-Verbindungsteilchen ist, kann ein guter Dispersionsstatus der Silber-Teilchen und/oder der Silber-Verbindungsteilchen aufrechterhalten werden. Wenn zusätzlich das Dispergiermittel in einer Menge von weniger oder gleich 100 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teilen der Silber-Verbindungsteilchen, vorhanden ist, kann der restliche organische Stoff eliminiert werden.
  • (Lösungsmittel)
  • Das elektrisch leitende Bondingmaterial dieser Erfindung kann weiterhin ein Lösungsmittel enthalten, um das elektrisch leitende Bondingmaterial pastös zu machen. Das Lösungsmittel ist nicht besonders beschränkt, solange es das elektrisch leitende Bondingmaterial pastös machen kann. Ein Lösungsmittel mit einem Siedepunkt von 350°C oder weniger ist bevorzugt, weil das Lösungsmittel sich leicht verflüchtigt, wenn der Chip und die Klebefläche bei der Herstellung einer Halbleiter-Vorrichtung, die später beschrieben wird, gebondet werden, und ein Lösungsmittel mit einem Siedepunkt von 300°C oder weniger ist mehr bevorzugt.
  • Spezifische Beispiele enthalten Acetate, Ether und Kohlenwasserstoffe. Mehr spezifisch werden Dibutylcarbitol, Butylcarbitolacetat, Mineralsplit und dergleichen bevorzugt verwendet.
  • Auf der Basis des elektrisch leitenden Bondingmaterials ist die Menge des Lösungsmittels üblicherweise 3-20 Gew.% und bevorzugt 5-10 Gew.% im Hinblick auf die Verarbeitbarkeit.
  • (Andere)
  • Das elektrisch leitende Bondingmaterial dieser Erfindung kann mit einer Fettsäure-Verbindung, elektrisch leitenden Teilchen, einem anorganischen Füllstoff, einem Ausfäll-Inhibitor, einem Rheologie-Steuermittel, einem Ausblutungs-Inhibitor, einem Entschäumer oder dergleichen in einem Umfang versetzt werden, so dass die Wirkungen dieser Erfindung nicht beeinträchtigt werden.
  • Durch Zugabe einer Fettsäure-Verbindung werden die Silber-Verbindungsteilchen leichter zersetzt. Als Fettsäure-Komponente ist beispielsweise eine Neodecansäure-Verbindung oder eine Stearinsäure-Verbindung bevorzugt. Ein Typ der Fettsäure-Verbindung kann zugegeben werden oder mehrere Typen der Fettsäure-Verbindungen können zugegeben werden, und es ist bevorzugt, dass die Fettsäure-Verbindung in einer Gesamtmenge von 0,01-5 Gew.%, bezogen auf das elektrisch leitende Bondingmaterial, enthalten ist.
  • Beispiele der elektrisch leitenden Teilchen enthalten Platin, Gold, Palladium, Kupfer, Nickel, Zinn, Indium, eine Legierung aus den obigen Metallen, Graphit, Ruß, solche, die mit den obigen Metallen plattiert sind, und anorganische oder organische Teilchen, die mit den Metallen plattiert sind. Ein Typ der elektrisch leitenden Teilchen kann zugegeben werden oder mehrere Typen der elektrisch leitenden Teilchen können zugegeben werden, und es ist bevorzugt, dass die elektrisch leitenden Teilchen in einer Menge von 0,01-0,5 Gew.% enthalten sind, bezogen auf das elektrisch leitende Bondingmaterial.
  • Beispiele des anorganischen Füllstoffes enthalten Silica und Siliciumcarbid. Ein Typ des anorganischen Füllstoffes kann zugegeben werden oder mehrere Typen der anorganischen Füllstoffe können zugegeben werden, und es ist bevorzugt, dass der anorganische Füllstoff in einer Menge von 0,01-5 Gew.% enthalten ist, bezogen auf das elektrisch leitende Bondingmaterial.
  • Beispiele des Ausfäll-Inhibitors enthalten pyrogene Kieselsäure und einen Verdicker. Ein Typ oder mehrere Typen des Ausfäll-Inhibitors können zugegeben werden, und es ist bevorzugt, dass der Ausfäll-Inhibitor in einer Menge von 0,01-5 Gew.% enthalten ist, bezogen auf das elektrisch leitende Bondingmaterial.
  • Beispiele des Rheologie-Steuermittels enthalten ein Rheologie-Steuermittel auf Harnstoff-Basis und Bentonit. Ein Typ oder mehrere Typen des Rheologie-Steuermittels können zugegeben werden, und es ist bevorzugt, dass das Rheologie-Steuermittel in einer Menge von 0,01-5 Gew.% enthalten ist, bezogen auf das elektrisch leitende Bondingmaterial.
  • Beispiele des Ausblutungs-Inhibitors enthalten einen Ausblutungs-Inhibitor auf Fluor-Basis. Ein Typ oder mehrere Typen des Ausblutungs-Inhibitors können zugegeben werden, und es ist bevorzugt, dass der Ausblutungs-Inhibitor in einer Menge von 0,01 bis 5 Gew.% enthalten ist, bezogen auf das elektrisch leitende Bondingmaterial.
  • Beispiele des Entschäumers enthalten einen Entschäumer auf Fluor-Basis und einen Entschäumer auf Silicon-Basis. Ein Typ oder mehrere Typen des Ausblutungs-Inhibitors können zugegeben werden, und es ist bevorzugt, dass der Ausblutungs-Inhibitor in einer Menge von 0,01 bis 5 Gew.% enthalten ist, bezogen auf das elektrisch leitende Bondingmaterial.
  • Das elektrisch leitende Bondingmaterial dieser Erfindung ergibt eine Porosität von 10 % oder weniger, nachdem der Chip und die Klebefläche unter Luftatmosphäre mit einem Druck von 10 MPa und 280°C 5 Minuten druckgebondet sind, indem das elektrisch leitende Bondingmaterial, das die Silber-Teilchen und die Silber-Verbindungsteilchen enthält, verwendet wird.
  • Spezifisch wird das elektrisch leitende Bondingmaterial auf einem Silber-plattierten Kupfer-Leitungsrahmen angeordnet. Ein 3 mm x 3 mm Silber-Sputter-Silicium-Chip, der darauf befestigt ist, wird unter einer Luftatmosphäre mit 10 MPa und 280°C 5 Minuten druckgebondet, wobei ein Düsen-Bondinggerät DB500 LS (hergestellt von Adwelds) verwendet wird. Die Porosität des elektrisch leitenden Bondingmaterials nach Druckbonden kann durch Binarisieren des SEM-Photos des Querschnitts der Bondingschicht gemessen werden. Im Detail kann ein Bereich von 20 µm x 50 µm auf der Bondingschicht bei dem SEM-Photo binarisiert werden, zum Berechnen des Flächenverhältnisses des Lochbereiches. Die Porosität ist bevorzugt 5 % oder weniger und mehr bevorzugt 1 % oder weniger.
  • Weil das elektrisch leitende Bondingmaterial dieser Erfindung die Porosität erniedrigen kann, kann zusätzlich eine ausgezeichnete Bondfestigkeit und thermische Leitfähigkeit erhalten werden.
  • Das Verfahren zum Messen der Bondfestigkeit ist nicht besonders beschränkt und enthält zum Beispiel ein Verfahren zum Messen der Düsen-Scherfestigkeit, die später in den Beispielen beschrieben wird. Eine Beladung wird auf den gebondeten Chip in der Scherrichtung auferlegt, und die Festigkeit beim Bruch wird als Bondfestigkeit verwendet. Als Vorrichtung zum Messen der Bondfestigkeit kann Series 4000, hergestellt von Nordson Dage, beispielsweise verwendet werden, und die Messung wird bei einer Testgeschwindigkeit von 200 mm/s bei 25°C durchgeführt.
  • Bei der Durchführung des Druckbondens unter den gleichen Bedingungen wie oben, das heißt durch Durchführen der Messung mit einer Testgeschwindigkeit von 200 mm/s bei 25°C ist die Bondfestigkeit bevorzugt 40 MPa oder mehr und mehr bevorzugt 50 MPa oder mehr.
  • Das Verfahren zum Messen der thermischen Leitfähigkeit ist nicht besonders beschränkt und beispielsweise kann die thermische Leitfähigkeit durch die folgende Gleichung durch ein Laser-Flash-Verfahren erhalten werden, das später in den Beispielen beschrieben wird. Thermische Leitf a ¨ higkeit  λ = thermisches Diffusionscerm o ¨ gen a ×  spezifisches Gewicht d × spezifische W a ¨ rme Cp
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  • Laser-Pulslicht wird auf eine gebondete Probe gestrahlt, die Temperaturänderung auf der Rückseite wird gemessen und das thermische Diffusionsvermögen a wird von diesem Temperatur-Änderungsverhalten erhalten. Die thermische Leitfähigkeit A (W/m·K) wird durch die obige Gleichung von dem thermischen Diffusionsvermögen a, dem spezifischen Gewicht d und der spezifischen Wärme Cp berechnet. Das thermische Diffusionsvermögen a kann gemessen werden unter Verwendung einer thermischen Konstanten-Messvorrichtung eines Laser-Flashverfahrens. Beispielsweise kann TC-7000, hergestellt von ULVAC-RIKO, verwendet werden. Die spezifische Wärme Cp kann unter Verwendung eines Differential-Abtastkalorimeters gemessen werden. Beispielsweise kann DSC-7020, hergestellt von Seiko Instruments Inc., verwendet werden, zum Messen der spezifischen Wärme Cp bei Raumtemperatur gemäß JIS-K 7123.
  • Beim Durchführen des Druckbondens unter den gleichen Bedingungen wie oben ist die thermische Leitfähigkeit bevorzugt 250 W/m·K oder mehr, mehr bevorzugt 300 W/m·K oder mehr und noch mehr bevorzugt 350 W/m·K oder mehr.
  • <Verfahren zum Herstellen des elektrisch leitenden Bondingmaterials>
  • Das elektrisch leitende Bondingmaterial dieser Erfindung kann erhalten werden durch Mischen der Silber-Teilchen, der Silber-Verbindungsteilchen und des Dispergiermittels. Das Dispergiermittel kann vor oder nach dem Mischen zugegeben werden, und hierdurch wird zumindest eines von den Silber-Teilchen und den Silber-Verbindungsteilchen mit dem Dispergiermittel bedeckt.
  • Das Mischen kann trocken oder nass unter Verwendung eines Lösungsmittels erfolgen, und ein Mörser, eine Planeten-Kugelmühle, eine Walzenmühle, ein propellerloser Mischer oder dergleichen kann verwendet werden.
  • <Verfahren zur Herstellung der Halbleiter-Vorrichtung>
  • Das elektrisch leitende Bondingmaterial dieser Erfindung kann geeignet für ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Vorrichtung verwendet werden, worin ein Chip und eine Klebefläche gebondet werden. Das heißt das Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-Vorrichtung beinhaltet einen Schritt zum Bonden eines Chips und einer Klebefläche über das elektrisch leitende Bondingmaterial dieser Erfindung.
  • Beispiele der Klebefläche enthalten einen Leitungsrahmen, eine DBC-Platte und eine gedruckte Schaltplatte.
  • Beim Bondingschritt wird die Druckbehandlung bei 4-30 MPa und 200-350°C für 1 bis 30 Minuten durchgeführt, und das elektrisch leitende Bondingmaterial ergibt eine Porosität von 10 % oder weniger nach dem Bondingschritt.
  • Druckbonden kann unter einer Luftatmosphäre, Stickstoffatmosphäre, reduzierenden Atmosphäre wie Wasserstoff, etc. durchgeführt werden, und die Luftatmosphäre ist im Hinblick auf die Produktivität bevorzugt.
  • Im Bondingschritt ist der Druck bevorzugt 4 MPa oder mehr und mehr bevorzugt 10 MPa oder mehr im Hinblick auf die Porosität. Die obere Grenze des Drucks ist bevorzugt 30 MPa oder weniger und mehr bevorzugt 20 MPa oder weniger im Hinblick auf die Verhinderung einer Beschädigung des Chips.
  • Im Bondingschritt ist die Temperatur bevorzugt 200°C oder mehr und mehr bevorzugt 250°C oder mehr im Hinblick auf die Porosität. Die obere Grenze der Temperatur ist bevorzugt 350°C oder weniger und mehr bevorzugt 300°C oder weniger im Hinblick auf die Verhinderung einer Schädigung der peripheren Teile.
  • Beim Bondingschritt ist die Zeit der Druckgebung oder der Erwärmung bevorzugt 1 Minute oder länger im Hinblick auf die Porosität und mehr bevorzugt 30 Minuten oder weniger im Hinblick auf die Verhinderung einer Beschädigung der peripheren Teile und den Erhalt der Produktivität.
  • Beim Bonden unter Verwendung des elektrisch leitenden Bondingmaterials dieser Erfindung sind der Druck und die Erwärmung unverzichtbar. Durch Erwärmen erfolgt mit den Silber-Verbindungsteilchen eine reduktive Zersetzung, unter Erzeugung eines zersetzten Stoffs, der Silber und eine oxidierende Substanz enthält. Die oxidierende Substanz fördert die Verbrennung des Dispergiermittels. Weil das Silber, das durch die Reduktion des Silber-Verbindungsteilchen erzeugt ist, fein ist und die Oberfläche davon makellos ist, ist zusätzlich das Sinterverhalten besser als bei den Silber-Teilchen. Daher ist das Sintervermögen von Silber besser und der Chip und die Klebefläche werden besser aneinander gebondet im Vergleich zu einem Fall, bei dem nur die Silber-Teilchen verwendet werden.
  • Wenn die Silber-Teilchen und die Silber-Verbindungsteilchen im elektrisch leitenden Bondingmaterial in einem Gewichtsverhältnis von mehr als 50:50 bis 70:30 vorhanden sind, erhöht sich, weil der Anteil der Silber-Verbindungsteilchen groß ist, der Einfluss der Volumenschrumpfung zusammen mit der Zersetzung der Silber-Verbindungsteilchen ebenfalls zusätzlich zu der Verbesserung des Sintervermögens von Silber wie oben beschrieben. Die Löcher, die durch die Volumenschrumpfung gebildet sind, werden unmittelbar selbst einem verhältnismäßig niedrigen Druck von 4-30 MPa zerstoßen, und eine geringe Porosität wie 10 % oder weniger kann erzielt werden.
  • Aufgrund dieser geringen Porosität ist das elektrisch leitende Bondingmaterial nach dem Bonden eng bei einer Metallmasse, so dass eine Halbleiter-Vorrichtung mit einer hohen Bondfestigkeit und hohen thermischen Leitfähigkeit und ausgezeichneter Wärmeableiteigenschaft erhalten werden kann.
  • Beispiele
  • Nachfolgend wird diese Erfindung weiter unter Bezugnahme auf die Beispiele beschrieben, aber diese Erfindung ist durch die folgenden Beispiele nicht beschränkt.
  • [Porosität]
  • Ein Querschnitt einer Bondingschicht einer gebondeten Probe wird durch SEM beobachtet. Ein Bereich von 20 µm × 50 µm bei der Bondingschicht bei dem erhaltenen SEM-Photo wurde unter Verwendung einer Bild-Analysesoftware Image J binarisiert, und die Porosität wurde von den Flächenverhältnis des Lochbereiches berechnet.
  • [Bondfestigkeit]
  • Die gebondeten Probe wurde bezüglich der Düsen-Scherfestigkeit unter einer Test-Geschwindigkeit von 200 mm/s bei 25°C unter Verwendung einer Bondfestigkeit-Messvorrichtung [„Series 4000“ (Produktname), hergestellt von Nordson Dage] gemessen.
  • [Thermische Leitfähigkeit]
  • Das thermische Diffusionsvermögen a wurde entsprechend ASTM-E 1461 unter Verwendung einer thermischen konstanten Messvorrichtung eines Laser-Flashverfahrens (TC-7000, hergestellt von ULVAC-RIKO) gemessen, das spezifische Gewicht d bei Raumtemperatur wurde durch ein Pyknometer-Verfahren berechnet und die spezifische Wärme Cp bei Raumtemperatur wurde entsprechend JIS-K 7123 unter Verwendung eines Differential-Abstastkalorimeters (DSC 7020, hergestellt von Seiko Instruments Inc.) gemessen. Daher wurde die thermische Leitfähigkeit λ (W/m·K) durch die folgende Gleichung von dem thermischen Diffusionsvermögen a, dem spezifischen Gewicht d und der spezifischen Wärme Cp berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Thermische Leitf a ¨ higkeit  λ = thermisches Diffusionsverm o ¨ gen a ×  spezifisches Gewicht d × spezifische W a ¨ rme Cp .
    Figure DE112017006118B4_0002
  • [Beispiel 1] (Referenzbeispiel, nicht erfindungsgemäß)
  • Silberpulver, hergestellt von Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K., mit einer sphärischen Teilchenform, einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1,0 µm und einer Klopfdichte von 5 g/cm3 wurde als Silber-Teilchen hergestellt.
  • Zusätzlich wurde Silberoxid-Pulver (Produktname: AY 6059), hergestellt von Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K., mit einer granularen Teilchenform und einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 10 µm als Silber-Verbindungsteilchen hergestellt.
  • Das Mischungsverhältnis der Silber-Teilchen und der Silberoxid-Teilchen wurde so eingestellt, dass das Verhältnis des Gehaltes der Silber-Verbindungsteilchen zu dem Gehalt der Silber-Teilchen im elektrisch leitenden Bondingmaterial das Verhältnis gemäß Tabelle 1 war.
  • Die Silber-Teilchen, die Silberoxid-Teilchen, Dibutylcarbitol als Lösungsmittel und Neodecansäure als Dispergiermittel wurden jeweils in den Mengen gemäß Tabelle 1 vermischt, und danach wurde die Mischung unter Verwendung einer Drei-WalzenMühle geknetet, zur Herstellung eines elektrisch leitenden Bondingmaterials.
  • Das erhaltene elektrisch leitende Bondingmaterial wurde auf einen 12 × 12 mm2 Silber-plattierten Kupfer-Leitungsrahmen geschichtet und ein 3 mm × 3 mm Silber-Sputter-Silicium-Chip wurde auf die beschichtete Oberfläche gegeben. Danach wurde der 3 mm × 3 mm Silber-Sputter-Silicium-Chip vertikal unter einer Luftatmosphäre mit 10 MPa unter Druck gesetzt und 5 Minuten bei 280°C erwärmt, zur Herstellung eines silbergebondeten Körpers einer Halbleiter-Vorrichtung.
  • Die Porosität, die Bondfestigkeit und die thermische Leitfähigkeit des erhaltenen silbergebondeten Körpers wurden gemessen und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Zusätzlich ist das SEM-Photo in 1 gezeigt.
  • [Beispiel 2] (Referenzbeispiel, nicht erfindungsgemäß)
  • Ein silbergebondeter Körper aus einer Halbleiter-Vorrichtung wurde auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass Silberpulver, hergestellt von Tanaka Kogyo K.K., mit einer Schuppen-förmigen Teilchenform, einem Längenverhältnis von 4, einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 2,2 µm und einer Klopfdichte von 6,2 g/cm3 als Silber-Teilchen hergestellt wurde. Die Porosität, die Bondfestigkeit und die thermische Leitfähigkeit des erhaltenen silbergebondeten Körpers sind in Tabelle 1 gezeigt.
  • [Beispiel 3]
  • Ein silbergebondeter Körper einer Halbleiter-Vorrichtung wurde auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Mengen der Silber-Teilchen, der Silber-Verbindungsteilchen und des Dispergiermittels so geändert wurden, wie sie im Beispiel 3 von Tabelle 1 gezeigt sind. Die Porosität, Bondfestigkeit und thermische Leitfähigkeit des erhaltenen silbergebondeten Körpers wurden gemessen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
  • [Beispiel 4] (Referenzbeispiel, nicht erfindungsgemäß)
  • Ein silbergebondeter Körper einer Halbleiter-Vorrichtung wurde auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Mengen der Silber-Teilchen, der Silber-Verbindungsteilchen und des Dispergiermittels so geändert wurden, wie sie im Beispiel 4 von Tabelle 1 gezeigt sind. Die Porosität, Bondfestigkeit und thermische Leitfähigkeit des erhaltenen silbergebondeten Körpers wurden gemessen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
  • [Vergleichsbeispiel 1]
  • Ein silbergebondeten Körper einer Halbleiter-Vorrichtung wurde auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Mengen der Silber-Teilchen, der Silber-Verbindungsteilchen und des Dispergiermittels so geändert wurden, wie sie im Vergleichsbeispiel 1 von Tabelle 1 gezeigt sind. Die Porosität, Bondfestigkeit und thermische Leitfähigkeit des erhaltenen silbergebondeten Körpers wurden gemessen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Zusätzlich ist das SEM-Photo in 2 gezeigt.
  • [Vergleichsbeispiel 2]
  • Ein silbergebondeter Körper einer Halbleiter-Vorrichtung wurde auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Mengen der Silber-Teilchen, der Silber-Verbindungsteilchen und des Dispergiermittels so geändert wurden, wie sie im Vergleichsbeispiel 2 von Tabelle 1 gezeigt sind. Die Porosität, Bondfestigkeit und thermische Leitfähigkeit des erhaltenen silbergebondeten Körpers wurden gemessen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. [Tabelle 1]
    Experimentelle Beispiele Silber-Teilchen Silber-Verbindungsteilchen
    Form Menge (Gew.-Teile) Typ Form Menge (Gew.-Teile)
    Beispiel 1* sphärisch, durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 1 µm Klopfdichte: 5 g/cm3 50 Silberoxid durchschnittlicher Teilchendurchmesser 10 µm 50
    Beispiel 2* Schuppen-förmig Längenverh.: 4 durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 2,2 µm Klopfdichte: 6,2 g/cm3 50 Silberoxid durchschnittlicher Teilchendurchmesser 10 µm 50
    Beispiel 3 sphärisch, durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 1 µm Klopfdichte: 5 g/cm3 70 Silberoxid durchschnittlicher Teilchendurchmesser 10 µm 30
    Beispiel 4* sphärisch, durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 1,0 µm Klopfdichte: 5 g/cm3 30 Silberoxid durchschnittlicher Teilchendurchmesser 10 µm 70
    Vergleichsbeispiel 1 sphärisch, durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 1 µm Klopfdichte: 5 g/cm3 80 Silberoxid durchschnittlicher Teilchendurchmesser 10 µm 20
    Vergleichsbeispiel 2 sphärisch, durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 1 µm Klopfdichte: 5 g/cm3 20 Silberoxid durchschnittlicher Teilchendurchmesser 10 µm 80
    * = Referenzbeispiel, nicht erfindungsgemäß
    [Tabelle 1] (Fortsetzung)
    Experimentelle Beispiele Dispergiermittel Lösungsmittel Porosität (%) Festigkeit (MPa) Thermische Leitfähigkeit (W/m·K)
    Typ Menge (Gew.-Teile) Typ Menge (Gew.-Teile)
    Beispiel 1* Neodecansäure 2,5 Dibutylcarbitol 7 1 oder weniger 50 350
    Beispiel 2* Neodecansäure 2,5 Dibutylcarbitol 7 1 oder weniger 50 350
    Beispiel 3 Neodecansäure 1,5 Dibutylcarbitol 7 1 oder weniger 50 300
    Beispiel 4* Neodecansäure 3,5 Dibutylcarbitol 7 1 oder weniger 50 300
    Vergleichsbeispiel 1 Neodecansäure 1 Dibutylcarbitol 7 20 35 200
    Vergleichsbeispiel 2 Neodecansäure 4 Dibutylcarbitol 7 20 35 200
    * = Referenzbeispiel, nicht erfindungsgemäß
  • Von den obigen Ergebnissen wird verstanden, dass die silbergebondeten Körper bei den Beispielen eine deutlich niedrigere Porosität, höhere Bondfestigkeit und höhere thermische Leitfähigkeit im Vergleich zu den silbergebondeten Körpern der Vergleichsbeispiele haben.
  • Während diese Erfindung detailliert unter Verwendung von spezifischen Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, wird dem Fachmann ersichtlich sein, dass verschiedene Modifizierungen und Varianten möglich sind, ohne vom Umfang und Rahmen dieser Erfindung abzuweichen.

Claims (6)

  1. Elektrisch leitendes Bondingmaterial zum Bonden eines Chips und einer Klebefläche unter Druck, wobei das elektrisch leitende Bondingmaterial enthält: Silber-Teilchen, Silber-Verbindungsteilchen und ein Dispergiermittel, worin die Silber-Verbindungsteilchen Verbindungsteilchen sind, die sich in zumindest Silber und eine oxidierende Substanz durch Erwärmen zersetzen, die Silber-Teilchen und die Silber-Verbindungsteilchen in einem Gewichtsverhältnis von mehr als 50:50 bis 70:30 vorhanden sind, die Silber-Teilchen sphärische Teilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,1 bis 30 µm und einer Klopfdichte von 4,5 g/cm3 oder mehr oder schuppenförmige Teilchen mit einem Längenverhältnis von 1,0 bis 100, einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,1 bis 10 µm und einer Klopfdichte von 4,5 g/cm3 oder mehr sind und das elektrisch leitende Bondingmaterial eine Porosität von 10 % oder weniger ergibt, nachdem der Chip und die Klebefläche einem Druckbonden unter einer Luftatmosphäre mit einem Druck von 10 MPa und 280°C 5 Minuten lang unterworfen wurden.
  2. Elektrisch leitendes Bondingmaterial nach Anspruch 1, worin die Porosität 5 % oder weniger ist.
  3. Elektrisch leitendes Bondingmaterial nach Anspruch 1 oder 2, worin die Silber-Verbindungsteilchen und das Dispergiermittel in einem Gewichtsverhältnis von 100:0,5 bis 100:50 vorhanden sind.
  4. Elektrisch leitendes Bondingmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin enthaltend ein Lösungsmittel.
  5. Elektrisch leitendes Bondingmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Dispergiermittel zumindest eine Verbindung ist, die aus der Gruppe bestehend aus Alkoholen, Carbonsäuren und Aminen ausgewählt ist.
  6. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Vorrichtung, wobei das Verfahren enthält: einen Schritt zum Bonden eines Chips und einer Klebefläche über ein elektrisch leitendes Bondingmaterial, worin das elektrisch leitende Bondingmaterial Silber-Teilchen, Silber-Verbindungsteilchen und ein Dispergiermittel enthält, wobei die Silber-Verbindungsteilchen Verbindungsteilchen sind, die sich in zumindest Silber und eine oxidierende Substanz durch Erwärmen zersetzen, die Silber-Teilchen und die Silber-Verbindungsteilchen in einem Gewichtsverhältnis von mehr als 50:50 bis 70:30 vorhanden sind und die Silber-Teilchen sphärische Teilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,1 bis 30 µm und einer Klopfdichte von 4,5 g/cm3 oder mehr oder schuppenförmige Teilchen mit einem Längenverhältnis von 1,0 bis 100, einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,1 bis 10 µm und einer Klopfdichte von 4,5 g/cm3 oder mehr sind, worin im Bondingschritt eine Druckbehandlung bei 4 bis 30 MPa und 200 bis 350°C für 1 bis 30 Minuten durchgeführt wird, und das elektrisch leitende Bondingmaterial eine Porosität von 10 % oder weniger nach dem Bondingschritt ergibt.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023190080A1 (ja) * 2022-03-30 2023-10-05 三井金属鉱業株式会社 接合体の製造方法及び被接合体の接合方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130119322A1 (en) 2006-12-28 2013-05-16 Hitachi Ltd. Conductive sintered layer forming composition
JP2013207116A (ja) 2012-03-28 2013-10-07 Mitsubishi Materials Corp パワーモジュール、及び、パワーモジュールの製造方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100951726B1 (ko) * 2001-12-27 2010-04-07 가부시키가이샤후지쿠라 도전성 조성물, 도전성 피막 및 도전성 피막의 형성 방법
JP2005267900A (ja) 2004-03-16 2005-09-29 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 導電性ペースト及びその製造方法
US7842274B2 (en) * 2006-03-31 2010-11-30 Umicore, S.A. Process for manufacture of silver-based particles and electrical contact materials
JP4895994B2 (ja) * 2006-12-28 2012-03-14 株式会社日立製作所 金属粒子を用いた接合方法及び接合材料
US8968608B2 (en) * 2008-01-17 2015-03-03 Nichia Corporation Method for producing conductive material, conductive material obtained by the method, electronic device containing the conductive material, light-emitting device, and method for producing light-emitting device
JP5611537B2 (ja) * 2009-04-28 2014-10-22 日立化成株式会社 導電性接合材料、それを用いた接合方法、並びにそれによって接合された半導体装置
EP2455179B1 (de) * 2009-07-14 2021-04-14 DOWA Electronics Materials Co., Ltd. Bondingmaterial und bondingverfahren mit metallnanopartikeln
EP2407980B1 (de) * 2009-07-21 2019-01-23 Nichia Corporation Verfahren zur herstellung eines leitfähigen materials, in diesem verfahren gewonnenes leitfähiges material, elektronikgerät mit dem leitfähigen material und lichtemittierende vorrichtung damit
JP5281529B2 (ja) * 2009-09-28 2013-09-04 京都エレックス株式会社 加熱硬化型導電性ペースト組成物およびその導電性ペースト組成物を用いた電極並びに配線パターンの形成方法
CN102347091B (zh) * 2010-07-26 2013-03-27 比亚迪股份有限公司 一种复合银粉及其制备方法和含有该复合银粉的导电银浆
TW201245364A (en) * 2011-01-28 2012-11-16 Hitachi Chemical Co Ltd Adhesive composition and semiconductor device using same
TWI569700B (zh) * 2011-11-25 2017-02-01 昭和電工股份有限公司 導電性圖案生成方法
JP5962025B2 (ja) * 2012-01-23 2016-08-03 三菱マテリアル株式会社 導電性組成物及び接合体の製造方法
JP2014029897A (ja) * 2012-07-31 2014-02-13 Hitachi Ltd 導電性接合体およびそれを用いた半導体装置
CN103151096B (zh) * 2013-02-06 2015-09-02 苏州达方电子有限公司 银浆及其用于制造光伏组件的用途
EP2851906A1 (de) * 2013-09-23 2015-03-25 Heraeus Precious Metals GmbH & Co. KG Elektrisch leitende Paste mit Silberteilchen mit Silberoxid und organischem Zusatz
US10056508B2 (en) * 2015-03-27 2018-08-21 Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG Electro-conductive pastes comprising a metal compound

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130119322A1 (en) 2006-12-28 2013-05-16 Hitachi Ltd. Conductive sintered layer forming composition
JP2013207116A (ja) 2012-03-28 2013-10-07 Mitsubishi Materials Corp パワーモジュール、及び、パワーモジュールの製造方法

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