JP2016098459A - 不織布、並びに、半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱伝導性及び接続信頼性に優れ、半導体素子と基材との接合を簡便な工程で行うことができる不織布を提供する。【解決手段】半導体素子と基材とを接合するための不織布であって、繊維径に対する繊維長の比が１０〜５００である金属繊維を含有する、不織布。【選択図】なし

Description

本発明は、不織布、並びに、これを用いた半導体装置及びその製造方法に関し、更に詳しくは、パワー半導体、ＬＳＩ、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体素子をリードフレーム、セラミック配線板、ガラスエポキシ配線板、ポリイミド配線板等の基材（例えば、半導体素子搭載用支持部材）に接合することに好適な不織布、並びに、これを用いた半導体装置及びその製造方法に関する。

半導体装置を製造する際、半導体素子とリードフレーム（支持部材）とを接合する方法としては、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等の樹脂に銀粉等の充填剤を分散させたペースト状接着剤（例えば、銀ペースト）を使用する方法がある。この方法では、ディスペンサー、印刷機、スタンピングマシン等を用いて、ペースト状接着剤をリードフレームのダイパッドに塗布した後、半導体素子をダイボンドし、加熱硬化により接着させ半導体装置とする。

近年、半導体素子の高速化及び高集積化が進むに伴い、半導体装置の動作安定性を確保するために、接着剤に対して高放熱特性が求められている。

これまでにも熱伝導性の向上を目的とした接着剤が提案されている。例えば、下記特許文献１〜５には、熱伝導率の高い銀粒子が高充填されたダイボンディングペースト（特許文献１及び２）、特定の粒径を有する球状銀粉を含有する導電性接着剤（特許文献３）、ハンダ粒子を含有する接着剤のペースト（特許文献４）、特定の粒子径を有する金属粉、及び、特定の粒子径を有する金属超微粒子を含有する導電性接着剤（特許文献５）が開示されている。

また、下記特許文献６には、表面処理が施された非球状銀粒子と揮発性分散媒とからなるペースト状銀粒子組成物を１００℃以上４００℃以下で加熱することにより銀粒子同士を焼結させて所定の熱伝導度を有する固形状銀にする技術が提案されている。

特開２００６−７３８１１号公報 特開２００６−３０２８３４号公報 特開平１１−６６９５３号公報 特開２００５−９３９９６号公報 特開２００６−８３３７７号公報 特許第４３５３３８０号公報

前記特許文献６に記載のペースト状銀粒子組成物は、銀粒子が金属結合を形成するため、他の手法よりも熱伝導率及び高温下での接続信頼性が優れるものと考えられる。しかし、このようなペースト状銀粒子組成物では、塗布、予備乾燥及び加熱焼結の３段階の工程を必要とする。また、溶剤を含むため、塗布時、乾燥時、半導体素子搭載時及び焼結時の流動による斑の発生、乾燥時及び焼結時のボイド発生といった課題がある。

一方、ハンダを用いる場合、シート状のハンダを基材（例えば、基板等の支持部材）と半導体素子との間に介在させ、加熱溶融させることによりダイボンドが行われる。この手法では、ペーストに比べて工程の簡略化及び溶剤による斑やボイドの発生を抑制することができる。しかし、ハンダでは高温での接続信頼性に課題が生じる。なお、単にハンダに代えて高融点の金属を用いても、接合が困難になるという問題がある。

本発明は、熱伝導性及び接続信頼性に優れ、半導体素子と基材との接合を簡便な工程で行うことができる不織布、並びに、これを用いた半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、金属繊維を含有する不織布を半導体素子と基材との接合に用いることにより、熱伝導性及び接続信頼性に優れ、半導体素子と基材との接合を簡便な工程で行うことができることを見出した。また、本発明者は、半導体素子と基材とを接合するための不織布として、特定の金属繊維を含有する不織布を用いることにより、熱伝導性及び接続信頼性に特に優れ、半導体素子と基材との接合を簡便な工程で好適に行うことができることを見出した。

本発明に係る不織布は、半導体素子と基材とを接合するための不織布であって、繊維径に対する繊維長の比が１０〜５００である金属繊維を含有する。

本発明に係る不織布によれば、特定の金属繊維を用いることにより、熱伝導性及び接続信頼性に特に優れ、半導体素子と基材との接合を簡便な工程で好適に行うことができる。本発明に係る不織布によれば、熱伝導性及び接続信頼性に優れることから、半導体素子と基材との良好な接合界面を得ることができる。なお、これらの効果が得られる要因としては、詳細は不明であるが、下記の要因が挙げられる。但し、要因は下記に限定されるものではない。すなわち、本発明に係る不織布では、特定の金属繊維を用いることにより、膜厚斑を少なくすることができる。このように膜厚斑の少ない不織布を用いることで、ペースト状の接着剤を塗布する場合に課題となる塗布斑が発生せず、半導体素子と基材とを接合するための均一な接着層（ダイボンド層等）が得られる。そのため、局所的な熱の滞留や応力の集中を抑制することができることから信頼性を高めることができる。

本発明に係る不織布は、前記金属繊維の含有量が不織布中の金属成分の全質量を基準として５０質量％以上であり、且つ、前記金属繊維を除いた前記金属成分の残部がフレーク状、塊状又は球状の金属粒子を含む態様であってもよい。

金、銀、銅、白金、パラジウム及びロジウムからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素の前記金属繊維における含有量は、前記金属繊維に含まれる元素全体（但し、水素、炭素及び酸素を除く）を基準として９０ａｔｍ％以上であることが好ましい。

本発明に係る半導体装置は、本発明に係る不織布を介して半導体素子と基材とが接合された構造を有する。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、繊維径に対する繊維長の比が１０〜５００である金属繊維を含有する不織布を半導体素子と基材との間に介在させた状態でこれらを加熱加圧することにより前記半導体素子と前記基材とを接合する。

本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体装置の製造に際して特定の金属繊維を用いることにより、不織布の熱伝導性及び接続信頼性に優れ、半導体素子と基材との接合を簡便な工程で行うことができる。本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、不織布の熱伝導性及び接続信頼性に優れることから、半導体素子と基材との良好な接合界面を得ることができる。

本発明によれば、熱伝導性及び接続信頼性に優れ、半導体素子と基材との接合を簡便な工程で行うことができる不織布、並びに、これを用いた半導体装置及びその製造方法を提供することができる。

実施例１で合成された反応生成物の１００００倍のＳＥＭ像である。 実施例１の不織布の外観写真である。 実施例１の不織布の表面の１０００倍のＳＥＭ像である。 実施例１の不織布の表面の５０００倍のＳＥＭ像である。 実施例１の不織布を用いた接合サンプルの断面を示すＳＥＭ像である。 実施例２で使用した繊維状の銀粒子の１００００倍のＳＥＭ像である。 実施例２の不織布の表面の１０００倍のＳＥＭ像である。 実施例２の不織布を用いた接合サンプルの断面を示すＳＥＭ像である。

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

本実施形態に係る不織布は、半導体素子と基材（例えば、半導体素子搭載用支持部材）とを接合するための不織布である。本実施形態に係る不織布は、例えば、金属繊維（金属繊維状物）が堆積して自立膜となった金属繊維紙（ダイボンド用金属繊維紙）である。例えば、金属繊維間の凝集力及び絡み合いにより金属繊維同士が結びついて自立膜が形成されている。本実施形態に係る不織布は、半導体素子と基材（例えば、半導体素子搭載用支持部材）との間に介在するダイボンド層（接着層）を構成することができる。

本実施形態に係る不織布では、溶剤を使用することを避けることができる。この場合、溶剤を用いるペースト状の接着剤等と比較して、マクロボイドや斑の発生が抑制し易いため、均一なダイボンド層が得られ易い。そのため、局所的な熱の滞留や応力の集中を更に抑制することができることから信頼性を更に高めることができる。また、溶剤を含まない不織布を用いた場合には、基材、不織布及び半導体素子を単純に重ね、熱圧着することで接合でき、ペースト状の接着剤で必要となる塗布・乾燥や、排気・冷蔵保管装置等の溶剤設備が不要となり、工程を簡略化できる。さらに、不織布の製造時に膜厚斑をコントロールでき、残溶剤の影響を抑制できるため均一なダイボンド層が得られ易く、良好な接合界面が得られ易い。

本実施形態に係る不織布は、熱伝導率、延性及び接続性に更に優れる観点から、金、銀、銅、白金、パラジウム及びロジウムからなる群より選ばれる少なくとも一種を主成分（５０質量％以上）として含有することが好ましい。特に、コストの点から、銀又は銅が好適であり、銀と銅との合金であってもよい。また、金、銀、銅、白金、パラジウム、ロジウム以外の金属性の成分（金属成分）が多く含まれると、熱伝導率の低下や、容易に除去できない酸化被膜が表面に生じて接合の妨げになる場合がある。そのため、熱伝導率及び接続性に更に優れる観点から、金、銀、銅、白金、パラジウム及びロジウムからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素の不織布における含有量（元素割合）は、不織布に含まれる元素全体（但し、水素、炭素及び酸素を除く）を基準として、９０ａｔｍ％以上が好ましく、９３ａｔｍ％以上がより好ましく、９５ａｔｍ％以上が更に好ましい。

本実施形態に係る不織布における金属繊維の含有量は、繊維間の絡み合いや凝集により金属繊維の堆積物が自立膜となり易い点から、不織布中の金属成分の全質量を基準として５０質量％以上が好ましく、８０質量％以上がより好ましく、９０質量％以上が更に好ましい。また、熱伝導率及び接続性に更に優れる観点から、金、銀、銅、白金、パラジウム及びロジウムからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素の前記金属繊維における含有量（元素割合）は、金属繊維に含まれる元素全体（但し、水素、炭素及び酸素を除く）を基準として、９０ａｔｍ％以上が好ましく、９３ａｔｍ％以上がより好ましく、９５ａｔｍ％以上が更に好ましい。

不織布の構成元素、及び、金属繊維の構成元素は、蛍光Ｘ線測定、原子吸光分析、発光分析（Ａｔｏｍｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）、ＩＣＰ−ＭＳ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ−質量分析）、Ｘ線回折（ＸＲＤ）等により測定することができる。

本実施形態に係る不織布の金属成分は、金属繊維のみにより構成されていてもよい。また、本実施形態に係る不織布は、例えば自立膜となる範囲で、金属繊維を除いた金属成分の残部がフレーク状、塊状又は球状の金属粒子を含んでいてもよく、金属繊維を除いた金属成分の残部がフレーク状、塊状又は球状の金属粒子のみにより構成されていてもよい。

金属繊維の繊維長（長さ）は、繊維間の絡み合いや凝集の強さに更に優れる観点から、１〜１００μｍが好ましく、１．５〜５０μｍがより好ましく、２〜２０μｍが更に好ましい。金属繊維の繊維径（直径）は、繊維間の絡み合いや凝集の強さに更に優れる観点から、０．００２〜１０μｍが好ましく、０．０１５〜４μｍがより好ましく、０．０４〜１μｍが更に好ましい。金属繊維における繊維径に対する繊維長の比（繊維長／繊維径）は、繊維間の絡み合いや凝集の強さに優れる観点から、１０〜５００である。金属繊維における繊維径に対する繊維長の比は、繊維間の絡み合いや凝集の強さに更に優れる観点から、１５〜１００が好ましく、２０〜５０がより好ましい。

金属繊維の繊維長及び繊維径は、走査型電子顕微鏡で観測して得られたＳＥＭ像から測定することができる。例えば、ＳＥＭ像において、「繊維長」とは、金属繊維における最長径（一方向の最長の長さ）であり、「繊維径」とは、前記最長径を有する方向に対して垂直な方向の径である。

金属繊維は表面処理剤で処理されていてもかまわない。但し、表面処理剤としては、不織布の作製工程で除去され得るものが好ましい。このような表面処理剤としては、例えば、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、テレフタル酸、オレイン酸等の脂肪族カルボン酸、ピロメリット酸、ｏ−フェノキシ安息香酸等の芳香族カルボン酸、セチルアルコール、ステアリルアルコール、イソボルニルシクロヘキサノール、テトラエチレングリコール等の脂肪族アルコール、ｐ−フェニルフェノール等の芳香族アルコール、オクチルアミン、ドデシルアミン、ステアリルアミン等のアルキルアミン、ステアロニトリル、デカニトリル等の脂肪族ニトリル、アルキルアルコキシシラン等のシランカップリング剤、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、シリコーンオリゴマー等の高分子処理剤が挙げられる。

金属繊維の合成方法としては、Y. Sun, Y. Yin, B. T.Mayers, T. Herricks, and Y. Xia, ”Uniform Silver Nanowires Synthesis byReducing AgNO₃ with Ethylene Glycol in the Presence of Seeds and Poly(VinylPyrrolidone)”, Chem. Mater. (2002) 14, 4736-4745、及び、特表２０１３−５１３２２０が例示できる。

本実施形態に係る不織布は、金属繊維を堆積させることで作製できる。金属繊維を堆積させる方法としては、金属繊維を懸濁させた懸濁液をろ過、塗布又は沈殿させることで得られる。

金属繊維の懸濁液をろ過する手法として、メンブランフィルタ、メタルフィルター、ろ紙、漉簀、ガラスフィルタ、不織布、メッシュ、網等を用いて自然ろ過装置、加圧ろ過装置、減圧ろ過装置、遠心ろ過装置等により金属繊維を分離・堆積できる。

金属繊維の懸濁液を塗布する手法としては、スクリーン印刷、転写印刷、オフセット印刷、ジェットプリンティング法、ディスペンサー、ジェットディスペンサ、ニードルディスペンサ、カンマコータ、スリットコータ、ダイコータ、グラビアコータ、スリットコート、凹版印刷、グラビア印刷、ステンシル印刷、ソフトリソグラフ、バーコート、アプリケータ、粒子堆積法、スプレーコータ、スピンコータ、ディップコータ、電着塗装等を用いることができる。

金属繊維の懸濁液に用いる分散媒としては、揮発性のものが好ましく、例えば、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、デカノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、α―テルピネオール、ボルニルシクロヘキサノール（ＭＴＰＨ）等の一価及び多価アルコール類、エチレングリコールブチルエーテル、エチレングリコールフェニルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルエーテル、ジエチレングリコールブチルエーテル、ジエチレングリコールイソブチルエーテル、ジエチレングリコールヘキシルエーテル、トリエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、ジエチレングリコールイソプロピルメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールエチルエーテル、ジプロピレングリコールプロピルエーテル、ジプロピレングリコールブチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、エチレングリコールブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＤＰＭＡ）、乳酸エチル、乳酸ブチル、γ―ブチロラクトン、炭酸プロピレン等のエステル類、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等の酸アミド、シクロヘキサノン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン等の脂肪族炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、適当なメルカプタンは１〜１８炭素原子を含む、例えばエチル、ｎ−プロピル、ｉ−プロピル、ｎ−ブチル、ｉ−ブチル、ｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル及びドデシルメルカプタンのようなメルカプタン、あるいは、シクロアルキルメルカプタンは５〜７炭素原子を含む、シクロペンチル、シクロヘキシル又はシクロヘプチルメルカプタンのようなメルカプタン類が挙げられる。

金属繊維を堆積させた不織布は、接合時の接合温度の低減及び接合性の向上の観点から、適宜、金属繊維表面の表面処理剤を洗浄除去又は低減することができる。表面処理剤の洗浄方法は、洗浄液に不織布をさらすことで達成できる。洗浄液は、使用される表面処理剤により適宜選択することが好ましいが、例えば、水、メタノール、イオン性ハロゲン化物水溶液、塩基性水溶液、及び、酸性水溶液が挙げられる。洗浄方法として用いられる方法は、洗浄液への浸漬、ろ過堆積させた金属繊維紙への洗浄液の透過が挙げられる。

金属繊維を堆積させた不織布は、保管時の溶剤の染み出し抑制、接合時の脱ガスによる接着不良を抑制する観点から、適宜乾燥させることができる。

上記の乾燥方法は、常温放置による乾燥、加熱乾燥又は減圧乾燥を用いることができる。加熱乾燥又は減圧乾燥には、ホットプレート、温風乾燥機、温風加熱炉、窒素乾燥機、赤外線乾燥機、赤外線加熱炉、遠赤外線加熱炉、マイクロ波加熱装置、レーザー加熱装置、電磁加熱装置、ヒーター加熱装置、蒸気加熱炉、熱板プレス装置等を用いることができる。乾燥の温度及び時間は、使用した分散媒の種類及び量に合わせて適宜調整することが好ましく、例えば、５０〜１３０℃で１〜１２０分間乾燥させることが好ましい。

本実施形態に係る不織布は、取り扱い性の向上や圧着圧力の低減の観点から、不織布内の金属繊維をその接触点で相互に金属結合により結合してもよい。このような金属繊維の接触点に金属結合を形成する手法としては、前述の洗浄液による脱保護、焼結が過度に進行しない状懸での短時間加熱、「E. C. Garnett, W. Cai, J. J. Cha, F. Mahmood, S. T. Connor, M. G. Christoforo,Y. Cui, M. D. McGehee, and M. L. Brongersma, ”Self-limited plasmonic welding ofsilver nanowire junctions”, Nature Materials (2012) 11, 241-249」に記載されているようなキセノンフラッシュ等の高エネルギー電磁波の照射が挙げられる。

本実施形態に係る不織布は、半導体素子と基材との接合工程において必要なサイズに切断することができる。切断は、成形基板上から離型する前に行ってもよいし、後に行ってもよい。

このようにして作製された不織布は、被着体の金属表面から酸化被膜を除去する目的で還元剤を含浸させてもよい。還元剤としては、例えば、フロログルシノール、レゾール等のフェノール化合物、亜リン酸ジイソプロピル、亜リン酸ジフェニル等の亜リン酸、ギ酸、ギ酸エチル等のギ酸化合物、ジヒドロキシナフトエ酸、ジヒドロキシ安息香酸等の脂肪族ヒドロキシカルボン酸、３−ヒドロキシ−２−メチル安息香酸等の芳香族ヒドロキシカルボン酸カルボン酸、グルコース、ショ糖等の糖類、ジグリセリン、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール等のポリオール類、塩化錫（ＩＩ）等の錫（ＩＩ）化合物、シュウ酸、グリオキシル酸等の多官能有機カルボン酸が挙げられる。

本実施形態に係る不織布の厚みは、被着体である半導体素子及び基材（例えば、半導体素子搭載用支持部材）の表面粗さ、並びに、接合後の接続信頼性に応じて適宜設定することができる。本実施形態に係る不織布は、熱圧着により不織布が潰れることで不織布と被着体表面とが密着し、金属結合を形成することができる。そのため、本実施形態に係る不織布の厚みは、不織布が圧縮変形して、半導体素子及び基材の表面凹凸を吸収して密着し易い観点から、１０μｍ以上が好ましく、２０μｍ以上がより好ましい。また、半導体素子が不織布中に埋まりこむことは好ましくないことから、半導体素子の厚みより不織布の厚みが薄いことが好ましい。一般的には、不織布の厚みは例えば６００μｍ以下である。

本実施形態に係る半導体装置は、例えば、本実施形態に係る不織布を介して半導体素子と基材（例えば、半導体素子搭載用支持部材）とが接合された構造を有する。本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、例えば、繊維径に対する繊維長の比が１０〜５００である金属繊維を含有する不織布を半導体素子と基材（例えば、半導体素子搭載用支持部材）との間に介在させた状態で加熱加圧することにより半導体素子と基材とを接合することにより半導体装置を得る工程を備える。本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、例えば、半導体素子、不織布、基材等が加熱加圧される。

加熱加圧は、熱圧着装置により行うことができる。熱圧着装置としては、熱板プレス装置、加熱ロールプレス等を用いてもよく、重りを載せて加圧しながら加熱処理を行ってもよい。

熱圧着時の温度は、接着力を十分に得る観点から、２００℃以上が好ましく、２５０℃以上がより好ましい。熱圧着温度の上限は、デバイスの耐熱温度によって設定され、通常例えば３５０℃以下である。

熱圧着時の圧力は、接着性が発現し易い観点から、０．１ＭＰａ以上が好ましい。加圧しない場合には、シートの変形による不織布と被着体との密着性が得られにくくなり、十分な接着力が得られない傾向にある。一方、熱圧着圧力の上限は、半導体素子及び基材の破損を防止する観点から、２０ＭＰａ以下が好ましい。

熱圧着時の雰囲気は、被着面が非酸化性の材質である被着体と、銀を含む不織布との組み合わせを用いる場合、空気中又は不活性ガス中で実施することが好ましい。不活性ガスとしては、酸素を含まない窒素又は希ガスが好ましい。

一方、被着面に酸化被膜が存在し比較的還元されやすい金属を有する被着体である場合、及び／又は、銅を含む不織布を用いる場合、還元雰囲気で酸化被膜を除去しながら熱圧着を実施することができる。このような還元雰囲気としては、水素雰囲気又はギ酸を含む窒素雰囲気が挙げられる。この際、ホットワイヤ法、ＲＦプラズマ法又は表面波プラズマ法を用いて水素ガスを活性化して用いてもよい。また、還元雰囲気の替わりに還元剤を金属繊維紙に含浸させておき、不活性ガス中で熱圧着を行ってもよい。

熱圧着時の半導体素子及び基材へのダメージを減らす目的、又は、圧力や温度の均一性を増す目的で、積層した半導体素子又は基材と熱板との間に保護シートを配してもよい。保護シートは、熱圧着時の温度に耐え、接触する被着体よりやわらかい材質のものであればよい。このような材質としては、例えば、ポリイミド、フッ化樹脂、アルミニウム箔、銅箔、カーボン板、膨張黒鉛シートが挙げられる。

本実施形態に係る不織布を用いて得られる半導体装置としては、ダイオード、整流器、サイリスタ、ＭＯＳゲートドライバ、パワースイッチ、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ショットキーダイオード、ファーストリカバリダイオード等からなるパワーモジュール、発信機、増幅器、ＬＥＤモジュールなどが挙げられる。本実施形態に係る不織布を用いて得られるパワーモジュール、発信機、増幅器、ＬＥＤモジュールは、半導体素子と基材との間に高接着性を有することができる。

以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。

［実施例１］
＜不織布の作製＞
ジムロート冷却器を装着した容量３００ｍｌの３つ口セパラブルフラスコにエチレングリコール（試薬特級、和光純薬工業製）１００．３ｇを秤量し、オイルバスで１６０℃に加熱したものを組成１（表１）とした。三角フラスコに硝酸銀（試薬特級、和光純薬工業製）１．７ｇとエチレングリコール４４ｇとを秤量し、マグネティックスターラで撹拌して溶解したものを組成２（表１）とした。三角フラスコにポリビニルピロリドンＰＶＰ−Ｋ３０（和光純薬工業製）６．７ｇとエチレングリコール７０．６ｇとを秤量し、マグネティックスターラで撹拌して溶解したものを組成３（表１）とした。エチレングリコールを１６０℃加熱した３つ口セパラブルフラスコ中の組成１に、組成２及び組成３を同時に３０分かけて滴下し、滴下後６０分１６０℃で反応させた。反応生成物をＳＥＭで観察したところ、繊維長（長さ）５μｍ、繊維径（直径）１００ｎｍ、繊維径に対する繊維長の比５０の金属繊維、及び、直径１００ｎｍ程度の塊状粒子から成っていた。図１にＳＥＭ像を示す。図１は、実施例１で合成された反応生成物の１００００倍のＳＥＭ像である。

反応液を室温（２５℃）まで冷却した後、Ｐｏｒｅサイズ０．８μｍのメンブランフィルタ（Ｔ０８０Ａ０４７Ａ、ＡＤＶＡＮＴＥＣ製）をセットした加圧ろ過器に反応液を入れ、窒素で０．２ＭＰａに加圧してろ過した。さらに、アセトンを数回通した後、メンブランフィルタ上の銀灰色膜状物をメンブランフィルタごと真空デシケータで乾燥し、銀灰色膜状物をメンブランフィルタから剥離して、不織布（金属繊維紙、厚み：１００μｍ）を得た。図２は、不織布をピンセットで保持した状態の外観写真である。図２に示すように、不織布は自立膜であり、ピンセットでの取り扱い及び切断が可能であった。

不織布のＳＥＭ観察結果を図３及び図４に示す。図３は、不織布の表面の１０００倍のＳＥＭ像である。図４は、不織布の表面の５０００倍のＳＥＭ像である。図３によれば、不織布が銀の金属繊維が堆積して構成されており、繊維状の銀ワイヤの束が絡み合い紙様の構造を形成していることが分かる。なお、不織布中の金属繊維においては、上記と同様に、繊維長５μｍ、繊維径１００ｎｍ、繊維径に対する繊維長の比５０であった。また、図４によれば、不織布が上記と同様の塊状粒子を含むことが分かる。

＜ダイシェア強度の測定＞
銀めっき銅基板（２５×２０×２ｍｍ^３）上に１４×１４ｍｍ^２の不織布を設置し、その上に、被着面が金めっきである２×２ｍｍ^２の銅リードフレームを１６枚並べて置き、その上に膨張黒鉛シートを置いた状態で、加熱圧着装置（テスター産業社製）を用いて空気中で１０ＭＰａ、３００℃の条件で１０分間処理して接合した。不織布の接着強度は、ダイシェア強度により評価した。ＤＳ−１００ロードセルを装着した万能型ボンドテスタ（４０００シリーズ、ＤＡＧＥ社製）を用い、測定スピード５ｍｍ／ｍｉｎ、測定高さ５０μｍで、被着面が金めっきである２×２ｍｍ^２の銅リードフレームを水平方向に押し、ダイシェア強度を測定した。１６枚を測定した値の平均値をダイシェア強度とした。ダイシェア強度は６７ＭＰａであり、十分な接着強度があると判断した。

＜ダイボンド層断面のＳＥＭ観察＞
チタン、ニッケル、金がこの順でめっきされ被着面が金である５×５ｍｍ^２のシリコンチップ（半導体素子）と、ダイシェア強度の測定と同様の銀めっき銅基板（半導体素子搭載用支持部材）とを不織布で接合したサンプルをカップ内にサンプルクリップ（Ｓａｍｐｌｋｌｉｐ Ｉ、Ｂｕｅｈｌｅｒ社製）で固定し、周囲にエポキシ注形樹脂（エポマウント、リファインテック社製）をサンプル全体が埋まるまで流し込み、真空デシケータ内に静置し、１分間減圧して脱泡した。その後、室温（２５℃）下１０時間放置後、６０℃の恒温機で２時間エポキシ注形樹脂を硬化した。ダイヤモンド切断ホイール（１１−３０４、リファインテック社製）をつけたリファインソー・ロー（リファインテック製）を用い、注形したサンプルの観察したい断面付近で切断した。耐水研磨紙（カーボマックペーパー、リファインテック社製）をつけた研磨装置（Ｒｅｆｉｎｅ Ｐｏｌｉｓｈｅｒ ＨＶ、リファインテック社製）で断面を削り、シリコンチップにクラックの無い断面を出した。さらに、余分な注形樹脂を削りＣＰ加工機にかけられるサイズに仕上げた。切削加工したサンプルをＣＰ加工機（ＩＭ４０００、日立製作所製）で加速電圧６ｋＶ、アルゴンガス流量０．０７〜０．１ｃｍ^３／ｍｉｎ、処理時間２時間の条件でクロスセクションポリッシングを行って断面加工を行った。スパッタ装置（ＩＯＮ ＳＰＵＴＴＥＲ、日立ハイテク社製）を用いて白金を１０ｎｍの厚みで断面にスパッタしてＳＥＭ用サンプルとした。ＳＥＭ装置（ＥＳＥＭ ＸＬ３０、Ｐｈｉｌｉｐｓ社製）により、このＳＥＭ用サンプルの断面を印加電圧１０ｋＶ、各種倍率で観察した。

上記方法に従い、加工断面を５０００倍で観察した結果、図５のＳＥＭ像が得られた。図５は、不織布を用いた接合サンプルの断面を示すＳＥＭ像である。図５中、符号１は、ダイボンド層（接着層）を示し、符号２は、金めっきが施されたシリコンチップの表層（被着面：金）を示す。図５に示されるように、シリコンチップの被着面とダイボンド層（不織布）との界面は良好に接合しており、シリコンチップとダイボンド層とは良好に密着していた。

［実施例２］
＜不織布の調製＞
１００ｍｌ広口ポリエチレン瓶（タイトボーイＴＢ−１、アズワン）に、繊維状の銀粒子（ロッド状Ａｇ、三井金属製）３ｇと、４−メチル−１，３−ジオキソラン−２−オン（和光純薬工業製）３４．５ｇと、アルミナボール（φ１ｍｍ）３０ｇとを秤量し、密栓した上で、超音波洗浄装置（ＵＳ−１、井内盛栄堂製）にて４０分間処理し、ナイロンメッシュ（ボルティングクロス３５５Ｔ、アズワン）を用いてろ過してアルミナボールを除いた。分散液を６時間静置して、沈殿を除いた分散液を使用した。Ｐｏｒｅサイズ０．８μｍのメンブランフィルタ（Ｔ０８０Ａ０４７Ａ、ＡＤＶＡＮＴＥＣ製）をセットした加圧ろ過器にこの分散液を入れ、窒素で０．２ＭＰａに加圧してろ過した。さらに、塩化ナトリウム飽和水溶液２０ｍｌ、超純水３０ｍｌ及びアセトン３０ｍｌを、メンブランフィルタと、その上に堆積した繊維状の銀粒子とに対して加圧透過させて、繊維状の銀粒子表面の保護剤を洗浄した。

メンブランフィルタ上の銀灰色膜状物をメンブランフィルタごと真空デシケータで乾燥し、銀灰色膜状物をメンブランフィルタから剥離して不織布を得た。不織布は、厚み５５μｍの自立膜であり、ピンセットでの取り扱い、及び、カッターナイフによる切断が可能であった。

繊維状の銀粒子及び不織布をＳＥＭで観察した。図６は、繊維状の銀粒子の１００００倍のＳＥＭ像である。図７は、不織布の表面の１０００倍のＳＥＭ像である。図６から、繊維状の銀粒子は、繊維長（長さ）４μｍ、繊維径（直径）１５０ｎｍ、繊維径に対する繊維長の比２７の繊維状の銀粒子であった。図７に示されるように、不織布は、銀の金属繊維が堆積して構成されており、繊維状の銀粒子のみが絡み合った紙様の構造を有していた。

＜ダイシェア強度の測定＞
実施例１と同様に、接合サンプルを作製しダイシェア強度を測定した。ダイシェア強度は４２ＭＰａであり、十分な接合強度を有していた。

＜ダイボンド層断面のＳＥＭ観察＞
実施例１と同様に不織布のダイボンド層の断面をＳＥＭ観察した。図８は、不織布を用いた接合サンプルの断面を示すＳＥＭ像である。図８中、符号３は、ダイボンド層（接着層）を示し、符号４は、金めっきが施されたシリコンチップの表層（被着面：金）を示し、符号５は、銀めっき銅基板（被着面：銀）を示す。図８に示されるように、シリコンチップの被着面とダイボンド層（不織布）との界面は良好に接合しており、シリコンチップとダイボンド層とは良好に密着していた。

［比較例１］
＜不織布の調製＞
分散媒としてα−テルピネオール（異性体混合品、和光純薬工業製）８．５９ｇと、添加剤としてステアリン酸（新日本理化社製）０．４１ｇとをポリ瓶に混合し、密栓し、５０℃の水浴で暖め、時々振り混ぜながら透明均一な溶液とした。この溶液にフレーク状銀粒子（ＡｇＣ２３９、福田金属箔粉工業製）４１ｇを添加し、スパチュラで乾燥粉がなくなるまでかき混ぜた。さらに、密栓をして自転公転型攪拌装置（Ｐｌａｎｅｔｒｙ Ｖａｃｕｕｍ Ｍｉｘｅｒ ＡＲＶ−３１０、シンキー社製）を用いて、２０００ｒｐｍで１分間撹拌してフレーク状銀粉分散液を得た。

フレーク状銀粉分散液をＰｏｒｅサイズ０．８μｍのメンブランフィルタ（Ｔ０８０Ａ０４７Ａ、ＡＤＶＡＮＴＥＣ製）がセットされた加圧ろ過器に入れ、窒素で０．２ＭＰａに加圧してろ過した。さらに、アセトンを数回通した後、メンブランフィルタ上の銀灰色膜状物をメンブランフィルタごと真空デシケータで乾燥し、金属粒子の堆積物を得た。なお、金属粒子は繊維状を呈しておらず、繊維径に対する繊維長の比は１０未満であった。

金属粒子の堆積物は自立膜として剥離できず、触れた部分から粉状に崩れた。このような金属粒子の堆積物は、半導体素子と基材との接合に有用でないと考えられる。

１，３…ダイボンド層、２，４…シリコンチップの表層、５…銀めっきメッキ銅基板。

Claims (5)

1. 半導体素子と基材とを接合するための不織布であって、
   繊維径に対する繊維長の比が１０〜５００である金属繊維を含有する、不織布。
2. 前記金属繊維の含有量が不織布中の金属成分の全質量を基準として５０質量％以上であり、
   前記金属繊維を除いた前記金属成分の残部がフレーク状、塊状又は球状の金属粒子を含む、請求項１に記載の不織布。
3. 金、銀、銅、白金、パラジウム及びロジウムからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素の前記金属繊維における含有量が、前記金属繊維に含まれる元素全体（但し、水素、炭素及び酸素を除く）を基準として９０ａｔｍ％以上である、請求項１又は２に記載の不織布。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の不織布を介して半導体素子と基材とが接合された構造を有する、半導体装置。
5. 繊維径に対する繊維長の比が１０〜５００である金属繊維を含有する不織布を半導体素子と基材との間に介在させた状態で加熱加圧することにより前記半導体素子と前記基材とを接合する、半導体装置の製造方法。