【書類名】 明細書
【発明の名称】 接合材及びその接合物並びに接合方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】 樹脂系接着剤に金属又は弾性体でなる球状物質を混合させた
ことを特徴とする接合材。
【請求項２】 前記樹脂はエポキシ系又はポリイミド系の熱硬化性の樹脂である
ことを特徴とする請求項１に記載の接合材。
【請求項３】 前記金属は銀又は銅である
ことを特徴とする請求項１に記載の接合材。
【請求項４】 前記弾性体はゴムである
ことを特徴とする請求項１に記載の接合材。
【請求項５】 前記球状物質の径は２０μｍ以上３０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の接合材。
【請求項６】 第１接合体と第２接合体とが接合材を介して接合された接合物において、
前記接合材中に金属又は弾性体でなる球状物質を一層になるように含ませている
ことを特徴とする接合物。
【請求項７】 前記第１接合体はリードフレームであり、前記第２接合体は半導体チップである
ことを特徴とする請求項６に記載の接合物。
【請求項８】 前記金属は銀又は銅である
ことを特徴とする請求項６に記載の接合物。
【請求項９】 前記弾性体はゴムである
ことを特徴とする請求項６に記載の接合物。
【請求項１０】 前記球状物質の径は２０μｍ以上３０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項６に記載の接合物。
【請求項１１】 樹脂系接着剤に金属又は弾性体からなる球状物質を混合してなる接合材を、第１接合体上に塗布する工程と、
前記第１接合体上に前記接合材を介して第２接合体を配置し、前記接合材中の前記球状物質が前記第１接合体と前記第２接合体とに接触する程度に、当該第２接合体に荷重をかける工程と、
前記接合材を加熱硬化させて、前記第１接合体と前記第２接合体とを接合する工程とを有する
ことを特徴とする接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの材料の接合に用いられる接合材及びその接合物並びに接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
接合すべき２つの接合体があり、これらを接合材にて接合する場合、一方の接合体の上に、ディスペンサー方式あるいはスタンピング方式にて接合材を塗布し、この上に他方の接合体を一定の荷重をかけて接合する。これを図２に示す。
【０００３】
ディスペンサー方式では、シリンジ５に収容された樹脂系接着剤の接合材４を、空気圧によってノズル５ａから押し出し、第１接合体３の上に塗布する。そして、その上から、第２接合体２を載置し荷重をかけて接合する。
【０００４】
スタンピング方式では、まず、皿６に接合材４を盛り、皿６を回転させる。次に、へら状のスキージ７を接合材４に押し当て引き伸ばし、接合材４の厚みを一定にする。このときスキージ７の高さ、つまりスキージ７と皿６の底部との間隔を調整することにより、接合材４の厚さを調整し、接合材４に浸漬させたニードル８の先端に付着する接合材４の量を制御する。そして、ニードル８を第１接合体３の上に押しつけて（スタンピング）、その先端に付着している接合材４を転写（塗布）する。そして、その上から、第２接合体２を載置し荷重をかけて接合する。なお、ニードル８は、例えば角柱や円柱形状を呈しており、その太さは、第１接合体３と第２接合体２との接合面積に合わせて、大小が選択される。
【０００５】
また、図２では、第１接合体３及び第２接合体２の大きさは区別して図示していないが、一般的に、ディスペンサー方式は、小さなものの接合（接合面積が小さい場合）に、スタンピング方式は大きなものの接合（接合面積が大きい場合）にというように使い分けられる。また、接合面積が大きい場合には、ディスペンサー方式、スタンピング方式共に、接合材４を多点状に、第１接合体３上に塗布して、これにより均一に塗布することができる。
【０００６】
以上述べた接合方式において、接合材４の経時変化による粘度の変化、更にはディスペンサー方式の場合には空気圧のばらつき、スタンピング方式の場合にはニードル８に付着する接合材４の量のばらつきにより塗布される接合材４の量にばらつきがでてくる。従って、図３に示すように、接合された後の接合材４の厚みを一定に保つことができないという問題があった。これは、第１接合体３の上面を基準として、第２接合体２の下面（又は上面）までの距離を制御しなければならない場合、例えば、接合後の接合物１が、厳しい寸法精度を要求される電子部品や光学部品等である場合には致命的な問題となる。
【０００７】
そこで、特開平５−８９７２１号公報（以下、第２従来例とする。）によれば、接着剤中に、球径を一定の大きさにコントロールされた球状シリカを含有させ、接着剤層の厚さをコントロールすることが示されている。これを図４に示すが、接着剤２１は球状シリカ２３を含み、この接着剤２１を用いて半導体チップ２０とリードフレーム２２を接合した場合には、接着剤２１中に一層に配列されているシリカ２３の球径により、接着剤２１の厚さは一定にコントロールされる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
２つのものを接合材を介して接合する場合、通常荷重を加えて接合させるが、接合されるものが薄い場合は、荷重が加わった時割れてしまう可能性がある。特に、半導体チップの場合はシリコンなのでもろく衝撃に弱いため割れやすい。上記第２従来例の接着剤２１中に含まれるシリカ２３は硬いので、半導体チップ２０が薄い場合には、接合時に損傷を与えてしまう可能性がある。
【０００９】
また、半導体等の電子部品では製造工程中に加わる熱や部品自体からの発熱等、熱の影響により部品の信頼性が損なわれる心配がある。第２従来例の接合材に含まれるシリカ（ＳｉＯ2 ）の熱伝導率（温度３７３Ｋにおける）は０．９Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり非常に小さく、接合材における熱はけは悪い。
【００１０】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、接合材の量がばらついても、接合後の接合材及び接合材を介して接合された接合物の厚みを一定に保つことができ、且つ熱はけを良くすることができる、又はダメージを与えることなく接合することができる接合材及びその接合物並びに接合方法を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の接合材は、樹脂系接着剤に金属又は弾性体でなる球状物質を混入させており、これにより、接合後の接合材の厚みを一定に保つことができ、且つ球状物質に金属を用いた場合には熱はけを良くすることができ、又は弾性体を用いた場合にはダメージに弱い接合体でも接合することができる。
【００１２】
そして、本発明の接合材を介して接合された接合物も、その厚さを、接合材の量によらず一定にすることができ、且つ接合材中に含まれる球状物質に金属を用いた場合には熱はけを良くすることができ、又は弾性体を用いた場合にはダメージに弱いものであっても損傷を受けるようなことはない。
【００１３】
また、本発明の接合方法は、次のような工程を順次行うことを特徴としている。まず、樹脂系接着剤に金属又は弾性体からなる球状物質を混合してなる接合材を、第１接合体上に塗布する工程を行う。次に、第１接合体上に接合材を介して第２接合体を配置し、接合材中の球状物質が第１接合体と第２接合体とに接触する程度に、第２接合体に荷重をかける工程を行う。その後、接合材を加熱硬化させて、第１接合体と第２接合体とを接合する工程を行う。
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態による、接合後の接合物１１を示し、Ａは接合材１４の量が少ない場合、Ｂは接合材１４の量が多い場合を示す。接合材１４は、樹脂系接着剤１６（例えば、エポキシ系又はポリイミド系の熱硬化性樹脂）に、接合後に所望の厚みａとなるように、径をａに揃えられた球状物質１５を混合させてなる。球状物質１５は、例えば、銀や銅等の金属、あるいはゴム等の弾性体でなる。
【００１５】
第１従来例と同様にディスペンサー方式あるいはスタンピング方式で、第１接合体１３上に接合材１４を塗布し、その上から、一層になるように含まれている球状物質１５が、第１接合体１３と第２接合体１２に接触する程度に、第２接合体１２に荷重をかけて、加熱硬化させて接合し、接合物１１となる。
【００１６】
本実施の形態による接合材及びその接合物は以上のように構成され、次にこの作用について説明する。
【００１７】
塗布する接合材１４の量がばらついても、つまり接合材１４の量が多い、少ないにかかわらず、接合後の接合材１４の厚みを一定、つまり、球状物質１５の径ａに保つことができる。更に、球状物質１５を熱伝導率の大きい金属、例えば銀又は銅にすることにより（温度２７３Ｋにおける、銀の熱伝導率は４２８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、銅は４０３Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、上記第２従来例のシリカの０．９Ｗ／（ｍ・Ｋ）よりもはるかに大きい）、熱はけを良くすることができ、特に第２接合体１２が半導体チップで第１接合体１３がリードフレームである場合には、熱はけが良くなることにより半導体チップ１２の信頼性を高めることができる。また、物質の硬さの定義の１つである、モース硬度によれば、ＳｉＯ2 （シリカ）のその値は６〜７であり、銅は３となっている。よって、銅の硬さはＳｉＯ2 の約半分であるので、接合時に半導体チップ１２を傷つけることが少ない。従って、球状物質１５に銅を用いれば熱はけを良くすると共に、半導体チップ１２に与えるダメージも減る。
【００１８】
あるいは、半導体チップ１２が薄く割れやすい場合には、球状物質１５に弾性体（例えばゴム）を用いることで、接合時に加わる荷重によっても、半導体チップ１２はダメージを受けることなく接合される。
【００１９】
また、以上のような半導体チップ１２のダイボンディング（半導体チップ１２のリードフレーム１３への固定）の場合には、球状物質１５の径ａは２０〜３０μｍとして、接合材１４を２０〜３０μｍの厚さにコントロールする。これにより、接合後の接合物（半導体部品）１１のミクロン単位の寸法精度の要求を満たすことができる。
【００２０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。
【００２１】
上記実施の形態では、金属として銀と銅を示したが、これらに限らず、熱伝導率の大きいものであれば他の金属でもよい。
【００２２】
また、上記実施の形態では、半導体チップとリードフレームとの接合としたが、これに限ることなく、例えば、半導体チップとパッケージ（プラスチック、金属、セラミック等でなる）との接合、光の方向、位置精度が厳しい光学部品、例えばミラーやプリズム等と基板との接合としてもよい。
【００２３】
また、球状物質１５の球径ａも、接合されるものによって異なり、２０〜３０μｍに限られることはない。
【００２４】
また、上記実施の形態では樹脂系接着剤１６をエポキシ系又はポリイミド系の熱硬化性樹脂としたが、これに限ることなく、アクリル系、シリコーン系等でもよい。また、熱硬化性に限らず常温硬化性の樹脂でもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１による接合材によれば、接合材の量がばらついても接合後の接合材の厚さを一定に保つことができ、且つ接合材中に含まれる球状物質を金属とすることで熱はけを良くすることができる、あるいは、球状物質を弾性体とすることで物理的ダメージに弱い接合体でも損傷を与えることなく接合することができる。
【００２６】
また、本発明の請求項６による接合物によれば、接合材の量がばらついても、接合材を介して接合された接合物の厚さを一定に保つことができ、且つ接合材中に含まれる球状物質を金属とすることで熱はけを良くすることができ、接合物の信頼性を高めることができる、あるいは、球状物質を弾性体とすることで、接合時に、接合物が損傷を受けない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本実施の形態による、第１接合体と第２接合体とが接合材を介して接合された接合物を示し、Ａは接合材の量が少ない場合、Ｂは接合材の量が多い場合を示す図である。
【図２】
第１従来例における接合工程の流れを示す図である。
【図３】
第１従来例における、第１接合体と第２接合体とが接合材を介して接合された接合物を示し、Ａは接合材の量が少ない場合、Ｂは接合材の量が多い場合を示す図である。
【図４】
第２従来例における、半導体チップとリードフレームとが接着剤を介して接合された接合物及び拡大した接着剤層の中を示す図である。
【符号の説明】
１１……接合物、１２……第２接合体、１３……第１接合体、１４……接合材、１５……球状物質、１６……樹脂系接着剤。
[Document name] Specification [Title of invention] Joining material and its joint , and joining method [Claims]
1. A bonding material, which comprises mixing a resin-based adhesive with a spherical substance made of a metal or an elastic body.
2. The bonding material according to claim 1, wherein the resin is an epoxy-based or polyimide-based thermosetting resin.
3. The bonding material according to claim 1, wherein the metal is silver or copper.
4. The bonding material according to claim 1, wherein the elastic body is rubber.
5. The bonding material according to claim 1, wherein the spherical substance has a diameter of 20 μm or more and 30 μm or less.
6. In a joint in which a first joint and a second joint are joined via a joint material, the first joint and the second joint are joined via a joint material.
A bonded product characterized in that a spherical substance made of a metal or an elastic body is contained in the bonding material in a single layer.
7. The joint according to claim 6, wherein the first joint is a lead frame, and the second joint is a semiconductor chip.
8. The joint according to claim 6, wherein the metal is silver or copper.
9. The joint according to claim 6, wherein the elastic body is rubber.
10. The bonded product according to claim 6, wherein the spherical substance has a diameter of 20 μm or more and 30 μm or less.
11. A step of applying a bonding material obtained by mixing a spherical substance made of a metal or an elastic body with a resin-based adhesive onto the first bonding body.
The second joint is arranged on the first joint via the joint material, and the spherical substance in the joint material comes into contact with the first joint and the second joint to the extent that the second joint comes into contact with the first joint. 2 The process of applying a load to the joint and
It has a step of heating and curing the bonding material to join the first bonding body and the second bonding body.
A joining method characterized by that.
Description: TECHNICAL FIELD [Detailed description of the invention]
[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a joining material used for joining two materials, a joined product thereof , and a joining method .
0002.
[Conventional technology]
There are two joints to be joined, and when joining these with a joint material, the joint material is applied on one joint by a dispenser method or a stamping method, and the other joint is fixed on this. Join by applying the load of. This is shown in FIG.
0003
In the dispenser method, the resin-based adhesive bonding material 4 contained in the syringe 5 is pushed out from the nozzle 5a by air pressure and applied onto the first bonding body 3. Then, the second joint body 2 is placed on it and a load is applied to join the second joint body 2.
0004
In the stamping method, first, the bonding material 4 is placed on the plate 6 and the plate 6 is rotated. Next, the spatula-shaped squeegee 7 is pressed against the joining material 4 and stretched to make the thickness of the joining material 4 constant. At this time, the height of the squeegee 7, that is, the distance between the squeegee 7 and the bottom of the dish 6 is adjusted to adjust the thickness of the bonding material 4, and the bonding material 4 is attached to the tip of the needle 8 immersed in the bonding material 4. Control the amount of material 4. Then, the needle 8 is pressed onto the first joint body 3 (stamping), and the bonding material 4 adhering to the tip thereof is transferred (applied). Then, the second joint body 2 is placed on it and a load is applied to join the second joint body 2. The needle 8 has a prismatic or cylindrical shape, for example, and its thickness is selected to be large or small according to the joint area between the first joint body 3 and the second joint body 2.
0005
Further, in FIG. 2, the sizes of the first joint body 3 and the second joint body 2 are not shown separately, but in general, the dispenser method is used for stamping small objects (when the joint area is small). The method is used properly for joining large objects (when the joining area is large). When the bonding area is large, the bonding material 4 can be applied to the first bonding body 3 in a multi-point shape in both the dispenser method and the stamping method, whereby the bonding material 4 can be uniformly applied.
0006
In the joining method described above, coating is applied due to a change in viscosity due to a change over time of the joining material 4, a variation in air pressure in the case of the dispenser method, and a variation in the amount of the joining material 4 adhering to the needle 8 in the case of the stamping method. The amount of the bonding material 4 to be formed varies. Therefore, as shown in FIG. 3, there is a problem that the thickness of the joining material 4 after being joined cannot be kept constant. This is because when the distance to the lower surface (or upper surface) of the second joint 2 must be controlled with reference to the upper surface of the first joint 3, for example, the joint 1 after joining has strict dimensional accuracy. It becomes a fatal problem when it is a required electronic component or optical component.
0007
Therefore, according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-89721 (hereinafter referred to as the second conventional example), the adhesive contains spherical silica whose sphere diameter is controlled to a certain size, and the adhesive layer is formed. It has been shown to control the thickness. As shown in FIG. 4, the adhesive 21 contains spherical silica 23, and when the semiconductor chip 20 and the lead frame 22 are bonded using the adhesive 21, they are arranged in one layer in the adhesive 21. The thickness of the adhesive 21 is controlled to be constant by the spherical diameter of the silica 23.
0008
[Problems to be Solved by the Invention]
When two things are joined via a joining material, they are usually joined by applying a load, but if the one to be joined is thin, it may crack when a load is applied. In particular, semiconductor chips are fragile and vulnerable to impact because they are silicon, so they are easily broken. Since the silica 23 contained in the adhesive 21 of the second conventional example is hard, if the semiconductor chip 20 is thin, it may be damaged at the time of joining.
0009
Further, in electronic parts such as semiconductors, there is a concern that the reliability of the parts may be impaired due to the influence of heat such as heat applied during the manufacturing process and heat generated from the parts themselves. The thermal conductivity (at a temperature of 373K) of silica (SiO 2 ) contained in the bonding material of the second conventional example is 0.9 W / (m · K), which is very small, and the heat dissipation in the bonding material is poor.
0010
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and even if the amount of the joining material varies, the thickness of the joining material after joining and the joined body joined via the joining material can be kept constant, and heat is removed. It is an object of the present invention to provide a bonding material, a bonded product thereof, and a bonding method capable of improving the quality of the material or joining the material without damaging the material.
0011
[Means for solving problems]
In the bonding material of the present invention, a spherical substance made of a metal or an elastic body is mixed with a resin adhesive, whereby the thickness of the bonding material after joining can be kept constant, and the metal can be added to the spherical substance. When used, heat drainage can be improved, or when an elastic body is used, even a bonded body that is vulnerable to damage can be bonded.
0012
The thickness of the bonded product bonded via the bonding material of the present invention can be made constant regardless of the amount of the bonding material, and a metal is used as the spherical substance contained in the bonding material. In some cases, the heat drainage can be improved, or when an elastic body is used, even if it is vulnerable to damage, it will not be damaged.
0013
Further, the joining method of the present invention is characterized in that the following steps are sequentially performed. First, a step of applying a bonding material obtained by mixing a spherical substance made of a metal or an elastic body with a resin-based adhesive onto the first bonding body is performed. Next, the second joint is placed on the first joint via the joint material, and the spherical material in the joint material comes into contact with the first joint and the second joint to the extent that the second joint comes into contact with the second joint. Perform the process of applying a load. After that, the bonding material is heat-cured to perform a step of joining the first bonded body and the second bonded body.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
0014.
FIG. 1 shows a bonded product 11 after bonding according to the present embodiment, in which A shows a case where the amount of the bonding material 14 is small and B shows a case where the amount of the bonding material 14 is large. The bonding material 14 is obtained by mixing a resin-based adhesive 16 (for example, an epoxy-based or polyimide-based thermosetting resin) with a spherical substance 15 having a diameter a aligned so as to have a desired thickness a after bonding. It becomes. The spherical substance 15 is made of, for example, a metal such as silver or copper, or an elastic body such as rubber.
0015.
As in the first conventional example, the bonding material 14 is applied onto the first bonding body 13 by a dispenser method or a stamping method, and the spherical substance 15 contained in a single layer is formed on the first bonding body 13. A load is applied to the second joint 12 to the extent that the 13 and the second joint 12 come into contact with each other, and the second joint 12 is heat-cured and joined to form the joint 11.
0016.
The bonding material and the bonded product according to the present embodiment are configured as described above, and this action will be described next.
[0017]
Even if the amount of the bonding material 14 to be applied varies, that is, regardless of whether the amount of the bonding material 14 is large or small, the thickness of the bonding material 14 after bonding can be kept constant, that is, the diameter a of the spherical substance 15 can be maintained. .. Further, by making the spherical substance 15 into a metal having a high thermal conductivity, for example, silver or copper (at a temperature of 273 K, the thermal conductivity of silver is 428 W / (m · K), and that of copper is 403 W / (m · K). Yes, it is much larger than 0.9 W / (m · K) of the silica of the second conventional example), and it is possible to improve the thermal conductivity, and in particular, the second junction 12 is a semiconductor chip and is the first junction. When 13 is a lead frame, the reliability of the semiconductor chip 12 can be improved by improving the heat dissipation. According to the Mohs hardness, which is one of the definitions of the hardness of a substance, the value of SiO 2 (silica) is 6 to 7, and that of copper is 3. Therefore, since the hardness of copper is about half that of SiO 2 , the semiconductor chip 12 is less likely to be damaged during bonding. Therefore, if copper is used for the spherical substance 15, heat dissipation is improved and damage to the semiconductor chip 12 is reduced.
0018
Alternatively, when the semiconductor chip 12 is thin and easily cracked, by using an elastic body (for example, rubber) for the spherical substance 15, the semiconductor chip 12 is bonded without being damaged by a load applied at the time of bonding.
0019
Further, in the case of die bonding of the semiconductor chip 12 as described above (fixing the semiconductor chip 12 to the lead frame 13), the diameter a of the spherical substance 15 is 20 to 30 μm, and the thickness of the bonding material 14 is 20 to 30 μm. Control it. As a result, it is possible to satisfy the requirements for dimensional accuracy in the micron unit of the bonded product (semiconductor component) 11 after bonding.
0020
The embodiments of the present invention have been described above, but of course, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
0021.
In the above embodiment, silver and copper are shown as the metals, but the present invention is not limited to these, and other metals may be used as long as they have a high thermal conductivity.
0022.
Further, in the above embodiment, the semiconductor chip and the lead frame are bonded, but the present invention is not limited to this, for example, the bonding between the semiconductor chip and the package (made of plastic, metal, ceramic, etc.), the direction of light, and the like. Optical components with strict position accuracy, such as mirrors and prisms, may be joined to the substrate.
[0023]
Further, the spherical diameter a of the spherical substance 15 also differs depending on what is bonded, and is not limited to 20 to 30 μm.
0024
Further, in the above embodiment, the resin adhesive 16 is an epoxy-based or polyimide-based thermosetting resin, but the present invention is not limited to this, and acrylic-based adhesives, silicone-based adhesives, and the like may be used. Further, the resin may be not limited to thermosetting but also curable at room temperature.
0025
【Effect of the invention】
As described above, according to the joining material according to claim 1 of the present invention, the thickness of the joining material after joining can be kept constant even if the amount of the joining material varies, and the joining material is contained in the joining material. By using a spherical material as a metal, heat dissipation can be improved, or by using a spherical material as an elastic body, even a bonded body vulnerable to physical damage can be joined without being damaged.
0026
Further, according to the joint according to claim 6 of the present invention, even if the amount of the joint material varies, the thickness of the joint joined via the joint material can be kept constant, and the thickness of the joint is kept constant in the joint material. By using a spherical material as a metal, heat dissipation can be improved and the reliability of the joint can be improved, or by using a spherical material as an elastic body, the joint is damaged during joining. Do not receive.
[Simple explanation of drawings]
FIG. 1
According to the present embodiment, the first joint body and the second joint body are joined via a joint material, where A is a case where the amount of the joint material is small and B is a case where the amount of the joint material is large. It is a figure which shows.
FIG. 2
It is a figure which shows the flow of the joining process in 1st conventional example.
FIG. 3
In the first conventional example, the first joint body and the second joint body are joined via a joint material, where A is a case where the amount of the joint material is small and B is a case where the amount of the joint material is large. It is a figure which shows.
FIG. 4
It is a figure which shows the inside of the bonded object and the expanded adhesive layer in which the semiconductor chip and the lead frame are bonded with an adhesive in the second conventional example.
[Explanation of symbols]
11 ... Joined product, 12 ... Second jointed body, 13 ... First jointed body, 14 ... Bonded material, 15 ... Spherical material, 16 ... Resin-based adhesive.