JP2020176331A - Junction structure and junction material - Google Patents
Junction structure and junction material Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020176331A JP2020176331A JP2020038081A JP2020038081A JP2020176331A JP 2020176331 A JP2020176331 A JP 2020176331A JP 2020038081 A JP2020038081 A JP 2020038081A JP 2020038081 A JP2020038081 A JP 2020038081A JP 2020176331 A JP2020176331 A JP 2020176331A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- metal particles
- particles
- bonding material
- melting point
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 120
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 claims abstract description 195
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 153
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 149
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 132
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 118
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 118
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 34
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 22
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 22
- 238000005304 joining Methods 0.000 claims description 19
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 18
- 229910018956 Sn—In Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910020888 Sn-Cu Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910019204 Sn—Cu Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910017755 Cu-Sn Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910002482 Cu–Ni Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910017932 Cu—Sb Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910017927 Cu—Sn Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910020830 Sn-Bi Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910020994 Sn-Zn Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910018728 Sn—Bi Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910009069 Sn—Zn Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 2
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910017770 Cu—Ag Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 43
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 17
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 12
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 9
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 8
- 229910016347 CuSn Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical group 0.000 description 4
- 238000000113 differential scanning calorimetry Methods 0.000 description 4
- DSESGJJGBBAHNW-UHFFFAOYSA-N (e)-[amino(anilino)methylidene]-phenylazanium;bromide Chemical compound Br.C=1C=CC=CC=1N=C(N)NC1=CC=CC=C1 DSESGJJGBBAHNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GZMAAYIALGURDQ-UHFFFAOYSA-N 2-(2-hexoxyethoxy)ethanol Chemical compound CCCCCCOCCOCCO GZMAAYIALGURDQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 229910017944 Ag—Cu Inorganic materials 0.000 description 2
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 2
- 238000002296 dynamic light scattering Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- -1 for example Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 239000002335 surface treatment layer Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IBLKWZIFZMJLFL-UHFFFAOYSA-N 1-phenoxypropan-2-ol Chemical compound CC(O)COC1=CC=CC=C1 IBLKWZIFZMJLFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RWLALWYNXFYRGW-UHFFFAOYSA-N 2-Ethyl-1,3-hexanediol Chemical compound CCCC(O)C(CC)CO RWLALWYNXFYRGW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OADIZUFHUPTFAG-UHFFFAOYSA-N 2-[2-(2-ethylhexoxy)ethoxy]ethanol Chemical compound CCCCC(CC)COCCOCCO OADIZUFHUPTFAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N Abietic-Saeure Natural products C12CCC(C(C)C)=CC2=CCC2C1(C)CCCC2(C)C(O)=O RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910016334 Bi—In Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017482 Cu 6 Sn 5 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000846 In alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- KHPCPRHQVVSZAH-HUOMCSJISA-N Rosin Natural products O(C/C=C/c1ccccc1)[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O1 KHPCPRHQVVSZAH-HUOMCSJISA-N 0.000 description 1
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020836 Sn-Ag Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020938 Sn-Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020988 Sn—Ag Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008937 Sn—Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000021355 Stearic acid Nutrition 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002902 bimodal effect Effects 0.000 description 1
- 239000004359 castor oil Substances 0.000 description 1
- 235000019438 castor oil Nutrition 0.000 description 1
- 238000009690 centrifugal atomisation Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000007772 electroless plating Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- ZEMPKEQAKRGZGQ-XOQCFJPHSA-N glycerol triricinoleate Natural products CCCCCC[C@@H](O)CC=CCCCCCCCC(=O)OC[C@@H](COC(=O)CCCCCCCC=CC[C@@H](O)CCCCCC)OC(=O)CCCCCCCC=CC[C@H](O)CCCCCC ZEMPKEQAKRGZGQ-XOQCFJPHSA-N 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- ORQBXQOJMQIAOY-UHFFFAOYSA-N nobelium Chemical compound [No] ORQBXQOJMQIAOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Natural products CCCCCCCC(C)CCCCCCCCC(O)=O OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001083 polybutene Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000008117 stearic acid Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- KHPCPRHQVVSZAH-UHFFFAOYSA-N trans-cinnamyl beta-D-glucopyranoside Natural products OC1C(O)C(O)C(CO)OC1OCC=CC1=CC=CC=C1 KHPCPRHQVVSZAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
本発明は、鉛を含まない耐熱性を有する接合部を形成する接合材料、およびこの接合材料を用いて形成される接合構造体に関する。より詳細には、例えばＳｉ、ＧａＮ、ＳｉＣ等の材料で形成された半導体素子とリードフレームとを接合する接合材料、およびそれを用いて接合した半導体素子の接合構造体に関するものである。 The present invention relates to a joining material for forming a heat-resistant joint portion containing no lead, and a joining structure formed by using this joining material. More specifically, the present invention relates to a bonding material for bonding a semiconductor element made of a material such as Si, GaN, or SiC and a lead frame, and a bonding structure of a semiconductor element bonded using the bonding material.
半導体電子部品は、接合材料としてのはんだ材料を用いて回路基板に実装される。Ｓｉチップのような半導体素子とベースプレートとを接合する場合、一般的に融点が２８０℃のＡｕ−２０質量％Ｓｎが接合材料として用いられている。図８に、半導体素子１がベースプレート２に実装されている様子を断面図にて模式的に示す。 The semiconductor electronic component is mounted on a circuit board using a solder material as a bonding material. When joining a semiconductor element such as a Si chip to a base plate, Au-20% by mass Sn having a melting point of 280 ° C. is generally used as the joining material. FIG. 8 schematically shows a state in which the semiconductor element 1 is mounted on the base plate 2 in a cross-sectional view.
尚、本明細書において、合金の組成を記載するために「Ａ−ｘ質量％Ｂ（ＡおよびＢは金属元素、ｘはパーセント数値）」なる表現法を用いる。これは、合金が金属元素ＡおよびＢから構成され、金属元素Ｂがｘ質量％であり、残部が金属元素Ａの質量％（＝１００−ｘ）であることを意味する。 In addition, in this specification, the expression "AX mass% B (A and B are metal elements, x is a percentage value)" is used to describe the composition of an alloy. This means that the alloy is composed of metal elements A and B, the metal element B is x mass%, and the balance is mass% (= 100-x) of the metal element A.
先ず、ヒートツール方式のチップボンダー装置を用いて、例えば融点が２８０℃のはんだ材料（例えばＡｕ−２０質量％Ｓｎ）を用いてはんだ付けして第１接合部３を形成し、半導体素子１の外部電極４を、絶縁回路基板６と絶縁回路基板電極５で構成されるリードフレーム８に接合部３を形成する。次に、熱風循環方式のリフロー装置において、例えば融点が２２０℃のはんだ材料（例えばＳｎ−３質量％Ａｇ−０．５質量％Ｃｕ）を用いて絶縁回路基板６を、電極９を介して、ベースプレート２にはんだ付けして第２接合部７を形成する。 First, using a heat tool type chip bonder device, for example, soldering with a solder material having a melting point of 280 ° C. (for example, Au-20 mass% Sn) is performed to form the first joint portion 3, and the semiconductor element 1 is formed. The external electrode 4 is formed with a joint portion 3 on a lead frame 8 composed of an insulating circuit board 6 and an insulating circuit board electrode 5. Next, in the hot air circulation type reflow device, for example, a solder material having a melting point of 220 ° C. (for example, Sn-3 mass% Ag-0.5 mass% Cu) is used to attach the insulating circuit board 6 via the electrode 9. Solder to the base plate 2 to form the second joint 7.
半導体素子１を接合した絶縁回路基板６をベースプレート２にはんだ付けする際、第２接合部７を形成するはんだ材料の融点よりも例えば２０〜４０℃高い温度に加熱したリフロー装置に絶縁回路基板６を投入する。その場合、第１接合部３のはんだ材料の温度は、２４０〜２６０℃の高温に達することがあり、第１接合部３のはんだ材料が溶融する可能性がある。半導体素子１は絶縁回路基板６に対して水平になるように制御して接合されているが、そのような高温条件下では、半導体素子１が傾斜することがあり、その場合、半導体素子１の局所的な発熱によって回路破壊が生じ、あるいは半導体素子１の電気特性の変化が生じ、最終製品に不良が生じる可能性がある。 When the insulating circuit board 6 to which the semiconductor element 1 is bonded is soldered to the base plate 2, the insulating circuit board 6 is attached to a reflow device heated to a temperature higher than the melting point of the solder material forming the second bonding portion 7, for example, 20 to 40 ° C. Is thrown in. In that case, the temperature of the solder material of the first joint portion 3 may reach a high temperature of 240 to 260 ° C., and the solder material of the first joint portion 3 may melt. The semiconductor element 1 is controlled and bonded so as to be horizontal to the insulating circuit substrate 6, but under such high temperature conditions, the semiconductor element 1 may be tilted. In that case, the semiconductor element 1 of the semiconductor element 1 may be tilted. Circuit destruction may occur due to local heat generation, or changes in the electrical characteristics of the semiconductor element 1 may occur, resulting in defects in the final product.
従って、半導体素子１の接合に用いる第１接合部３のはんだ材料は、リフロー装置によってはんだ付けする際に到達する最高温度より高い温度に対する耐性を有すること、例えば２６０℃以上の耐熱温度を有することが要求される。 Therefore, the solder material of the first joining portion 3 used for joining the semiconductor element 1 has resistance to a temperature higher than the maximum temperature reached when soldering by a reflow device, for example, having a heat resistant temperature of 260 ° C. or higher. Is required.
また、近年、Ｓｉチップよりも高速動作が可能なＧａＮチップや高出力動作が可能なＳｉＣチップが使われることが多くなっている。ＧａＮチップやＳｉＣチップはＳｉチップと比較して動作時の発熱量が多いため、そのような半導体素子と絶縁回路基板との線膨張係数の差に由来する応力が接合部に加わった際に、接合部が歪みに耐え切れずに破壊するクラック不良が発生し得る。従来は、ベースプレート２にアルミニウム製の冷却フィン等を取り付けて熱を逃がしていたが、発熱量が多くなると、熱流束断面積の小さい第１接合部３が放熱の律速となるため、十分に熱を逃がすことが困難になりつつある。この意味でも、第１接合部３の耐熱性の向上が必要となっている。 Further, in recent years, a GaN chip capable of higher speed operation and a SiC chip capable of high output operation than the Si chip are often used. Since GaN chips and SiC chips generate more heat during operation than Si chips, when stress due to the difference in linear expansion coefficient between the semiconductor element and the insulating circuit board is applied to the junction, Crack defects may occur in which the joint cannot withstand the strain and breaks. Conventionally, aluminum cooling fins or the like are attached to the base plate 2 to release heat, but when the amount of heat generated increases, the first joint portion 3 having a small heat flux cross-sectional area becomes the rate-determining factor for heat dissipation, so that sufficient heat is generated. It is becoming difficult to escape. In this sense as well, it is necessary to improve the heat resistance of the first joint portion 3.
そこで、耐熱性を向上させた第１の接合材料として、Ａｇナノ粒子とバインダーを混合したＡｇナノペーストが提案されている（下記の特許文献１参照）。この接合材料を構成する銀ナノ粒子は平均粒子径２００ｎｍ以下の粒子が用いられており、そのような平均粒子径を有する銀ナノ粒子を使用することで、接合強度の高い接合体を形成することができる。 Therefore, as a first bonding material with improved heat resistance, Ag nanopaste in which Ag nanoparticles and a binder are mixed has been proposed (see Patent Document 1 below). As the silver nanoparticles constituting this bonding material, particles having an average particle diameter of 200 nm or less are used, and by using silver nanoparticles having such an average particle size, a bonded body having high bonding strength can be formed. Can be done.
また、平均粒子径の異なる複数のＡｇ粉末を含有する第２の接合材料も提案されている（下記の特許文献２参照）。この接合材料は３種類の粒子（平均粒子径１０ｎｍ未満のＡｇ粒子、平均粒子径１５〜４５ｎｍのＡｇ粒子および平均粒子径１００〜３００ｎｍのＡｇ粒子）の混合物を含んで成る。このような混合粒子を使用することで、無加圧ないしは自重圧下でも高い接合強度を得ることができる。 In addition, a second bonding material containing a plurality of Ag powders having different average particle diameters has also been proposed (see Patent Document 2 below). This bonding material comprises a mixture of three types of particles (Ag particles having an average particle diameter of less than 10 nm, Ag particles having an average particle diameter of 15 to 45 nm, and Ag particles having an average particle diameter of 100 to 300 nm). By using such mixed particles, high bonding strength can be obtained even under no pressure or self-weight pressure.
更に、マイクロサイズのＡｇ粒子を含有する第３の接合材料が提案されている（下記の特許文献３参照）。この接合材料は、３種類の粒子（平均粒子径１〜４０ｎｍのＡｇ粒子、平均粒子径４１〜１１０ｎｍのＡｇ粒子および平均粒子径１２０ｎｍ〜１０μｍのＡｇ粒子）の混合物を含んで成る。このような混合粒子を使用することで、金属接合層内にボイドが発生せず良好な接合を得ることができる。 Further, a third bonding material containing micro-sized Ag particles has been proposed (see Patent Document 3 below). This bonding material comprises a mixture of three types of particles (Ag particles having an average particle diameter of 1 to 40 nm, Ag particles having an average particle diameter of 41 to 110 nm, and Ag particles having an average particle diameter of 120 nm to 10 μm). By using such mixed particles, voids are not generated in the metal bonding layer and good bonding can be obtained.
上述の第１の接合材料では、接合体を形成するため、１５０℃〜５００℃の高温に加熱して、３０分〜６０分の長時間のその温度保持をしなければならない。また、被接合物を基板に加圧しながら昇温する必要があり、その圧力は最大２０ＭＰａであるため、被接合物を破壊する可能性がある。 In the above-mentioned first bonding material, in order to form a bonded body, it is necessary to heat it to a high temperature of 150 ° C. to 500 ° C. and maintain the temperature for a long time of 30 minutes to 60 minutes. Further, it is necessary to raise the temperature of the material to be joined while pressurizing the substrate, and the pressure is 20 MPa at the maximum, so that the material to be joined may be destroyed.
上述の第２の接合材料は、平均粒子径の異なるＡｇナノ粒子を混合した構成であり、無加圧ないしは自重圧下で接合することができるが、３５０℃の高温で５分間の温度保持をしなければならない。また、接合温度を２００℃にした場合は、保持時間が３０分間と長くなる。 The above-mentioned second bonding material has a structure in which Ag nanoparticles having different average particle diameters are mixed, and can be bonded under no pressure or under its own weight, but can be maintained at a high temperature of 350 ° C. for 5 minutes. Must. Further, when the joining temperature is set to 200 ° C., the holding time becomes as long as 30 minutes.
上述の第３の接合材料は、マイクロサイズのＡｇ粒子を混合した構成であり、無加圧でボイドの発生しない接合部を形成することができるが、２５０℃の高温で６０分の長時間の温度保持をしなければならない。 The above-mentioned third bonding material has a structure in which micro-sized Ag particles are mixed, and can form a bonding portion that does not generate voids without pressure, but at a high temperature of 250 ° C. for a long time of 60 minutes. The temperature must be maintained.
そこで、本発明は、上述の接合材料を用いる場合に必要とされる、高温における長時間保持という問題点を解決すべく、耐熱温度が３００℃以上であり、例えば４００℃以上であり、相対的に低い加熱温度および短い保持時間、例えば２００℃の加熱温度で１０分間の時間保持で接合部を形成できる接合材料を提供することを課題とする。また、そのような接合材料を用いて、２つの対象物としての例えば電子部品を相互に接合する方法、また、そのような方法によって形成される接合部、またそれを有する接合構造体を提供することも課題とする。 Therefore, in order to solve the problem of long-term holding at high temperature, which is required when the above-mentioned bonding material is used, the present invention has a heat resistant temperature of 300 ° C. or higher, for example, 400 ° C. or higher, which is relative. It is an object of the present invention to provide a bonding material capable of forming a joint portion by holding at a low heating temperature and a short holding time, for example, a heating temperature of 200 ° C. for 10 minutes. Also provided are methods of joining two objects, such as electronic components, to each other using such joining materials, joints formed by such methods, and joining structures having them. That is also an issue.
上記課題について検討を重ねた結果、第１の要旨において、本発明は、２つの対象物の間で接合部を形成する接合材料を提供し、この接合材料は、
（１）第１金属を含んで成り、メジアン粒子径が２０ｎｍ〜１μｍである第１金属粒子、ならびに
（２）Ｂｉ、ＩｎおよびＺｎから選択される少なくとも１種とＳｎとの合金の少なくとも１種を第２金属として含んで成り、２００℃以下の融点を有する第２金属粒子を含んで成り、
第１金属を構成する少なくとも１種の金属元素は、第２金属粒子に由来するＳｎとの間で少なくとも１種の金属間化合物を形成し、この金属間化合物の融点は第２金属粒子の融点より高く、また、第１金属粒子の融点より低く、
第１金属粒子および第２金属粒子の総量に対する第１金属粒子の量の割合（混合比率）は質量基準で３６〜７０％であることを特徴とする。
As a result of repeated studies on the above problems, in the first gist, the present invention provides a bonding material for forming a bonding portion between two objects, and the bonding material is:
(1) First metal particles containing a first metal and having a median particle diameter of 20 nm to 1 μm, and (2) at least one alloy of Sn and at least one selected from Bi, In and Zn. Containing as a second metal and containing second metal particles having a melting point of 200 ° C. or lower.
At least one metal element constituting the first metal forms at least one intermetallic compound with Sn derived from the second metal particle, and the melting point of this intermetallic compound is the melting point of the second metal particle. Higher and lower than the melting point of the first metal particles,
The ratio (mixing ratio) of the amount of the first metal particles to the total amount of the first metal particles and the second metal particles is 36 to 70% on a mass basis.
更に、本発明は、別の要旨において、そのような接合材料を用いて対象物を接合する方法を提供する。およびそのような方法によって得られる接合部、ならびにそのような接合部を有して成る接合構造体を提供する。尚、接合部は、電気的および機械的に２つの対象物を接合する。 Further, in another gist, the present invention provides a method of joining an object using such a joining material. And the joints obtained by such methods, as well as joint structures having such joints. The joint portion electrically and mechanically joins two objects.
上述の接合材料を用いてはんだ付けして接合部を形成するに際して、第２金属粒子が溶融するまで接合材料を加熱すると、生成する液相中に第１金属が溶解・拡散して反応し、スズとの間で少なくとも１種の金属間化合物が生成する。その後、冷却すると接合部が形成される。後ほど参照して説明する図１に示すように、この接合部において、生成した金属間化合物は３次元ネットワーク構造（またはマトリックス構造）１０７（後述の第３金属部分に対応）を形成し、この構造中に、第１金属粒子に由来する第１金属部分１０６（金属間化合物を形成に関与しないで第１金属粒子が残存している場合）および／または第２金属粒子に由来する第２金属部分１０８（金属間化合物を形成に関与しないで第２金属粒子が残存している場合）を含む。第１金属部分は主として第１金属を含む。第２金属部分は主として第２金属を含むが、それに加えて、第１金属をも含み得る。尚、第２金属部分の融点は、通常、第２金属粒子の融点と同程度またはそれより低い。 When soldering using the above-mentioned bonding material to form a bonding portion, when the bonding material is heated until the second metal particles are melted, the first metal dissolves and diffuses in the generated liquid phase and reacts. At least one intermetallic compound is formed with tin. Then, when cooled, a joint is formed. As shown in FIG. 1, which will be described later, the generated intermetal compound forms a three-dimensional network structure (or matrix structure) 107 (corresponding to the third metal portion described later) at this junction, and this structure. A first metal portion 106 derived from the first metal particles (when the first metal particles remain without participating in the formation of an intermetal compound) and / or a second metal portion derived from the second metal particles. 108 (when the second metal particles remain without participating in the formation of the metal-metal compound) is included. The first metal portion mainly contains the first metal. The second metal moiety mainly contains a second metal, but may also contain a first metal. The melting point of the second metal portion is usually about the same as or lower than the melting point of the second metal particles.
金属間化合物が３次元ネットワーク構造を形成することによって、ネットワーク構造内に第１金属部分および／または第２金属部分を保持できる。その結果、第２金属粒子が溶融する温度またはそれより高い温度（但し、金属間化合物の融点よりも低い温度）、例えば３００℃のような高温の環境下に接合部が配置された場合であっても、金属間化合物は溶融せずにネットワーク構造を保持する。その結果、たとえ第２金属部分が溶融しても、ネットワーク構造によって保持されたままであり、また、第１金属部分は固体のままであるので、接合部の構造（または形態）は全体としてそのような高温による影響を実質的に受けない。 By forming the three-dimensional network structure of the intermetallic compound, the first metal portion and / or the second metal portion can be held in the network structure. As a result, when the joint is arranged in a high temperature environment such as a temperature at which the second metal particles melt or a temperature higher than that (however, a temperature lower than the melting point of the intermetallic compound), for example, 300 ° C. However, the intermetallic compound retains its network structure without melting. As a result, even if the second metal part melts, it remains retained by the network structure, and the first metal part remains solid, so that the structure (or morphology) of the joint as a whole remains so. It is virtually unaffected by high temperatures.
また、金属間化合物のネットワーク構造を構成できる接合材料の第１金属粒子と第２金属粒子の構成を変えることによって、接合部の耐熱温度および接合強度をコントロールすることが可能となる。具体的には、第１金属粒子および第２金属粒子を構成する金属の種類およびメジアン粒子径、これらの金属粒子の配合比率等を適宜選択することによって、望ましい金属間化合物の融点（これは接合部の耐熱性に対応）および接合強度を達成できる。 Further, by changing the composition of the first metal particles and the second metal particles of the bonding material that can form the network structure of the intermetallic compound, it is possible to control the heat resistant temperature and the bonding strength of the bonded portion. Specifically, the melting point of the desired intermetallic compound (this is bonding) is appropriately selected by appropriately selecting the type and median particle size of the metals constituting the first metal particles and the second metal particles, the blending ratio of these metal particles, and the like. Corresponds to the heat resistance of the part) and joint strength can be achieved.
その結果、例えばＧａＮ半導体素子、ＳｉＣ半導体素子のような発熱量の多い半導体素子の接合に本発明の接合材料を使用しても接合部でクラック発生が起こり難く、接合構造体の信頼性が低下することは抑制される。また、本発明の接合材料を用いて接合するに際して、加熱装置ではんだ付けする場合、第２金属粒子は２００℃以下の温度で溶融するため、比較的低い温度で短時間のはんだ付けが可能となり、半導体素子を接合する組み立て過程における消費エネルギーの低減が可能となる。 As a result, even if the bonding material of the present invention is used for bonding a semiconductor element having a large calorific value such as a GaN semiconductor element or a SiC semiconductor element, cracks are unlikely to occur at the joint portion, and the reliability of the bonded structure is lowered. Is suppressed. Further, when joining using the joining material of the present invention, when soldering with a heating device, the second metal particles melt at a temperature of 200 ° C. or lower, so that soldering can be performed at a relatively low temperature for a short time. , It is possible to reduce the energy consumption in the assembly process of joining semiconductor elements.
以下、添付図面を参照しながら、本発明を更に詳細に説明する。以下の説明は、本発明を実施するための具体的な形態の例示であって、本発明は、そのような形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The following description is an example of specific embodiments for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to such embodiments.
＜接合構造体＞
本発明の接合材料を用いて形成される接合部を有する接合構造体を模式的に図１に示す。図１には、一方の対象物としての半導体素子１０１の外部電極１０２を、接合部１０３によって他方の対象物としての絶縁回路基板１０４の電極１０５に接合した態様を一例として示す。尚、図示した接合部１０３は、例えばＣｕを第１金属として含む第１金属粒子および例えばＳｎ−Ｉｎ系合金を第２金属として含む第２金属粒子を含んで成る接合材料を用いて形成されている。
<Joined structure>
FIG. 1 schematically shows a joint structure having a joint portion formed by using the joint material of the present invention. FIG. 1 shows, as an example, an embodiment in which the external electrode 102 of the semiconductor element 101 as one object is bonded to the electrode 105 of the insulating circuit board 104 as the other object by the bonding portion 103. The illustrated joining portion 103 is formed by using a joining material including, for example, first metal particles containing Cu as a first metal and second metal particles containing, for example, a Sn—In alloy as a second metal. There is.
接合部１０３は、第１金属粒子に由来するＣｕを主成分とする第１金属部分１０６と第２金属粒子に由来するＳｎ−Ｉｎを主成分とする第２金属部分１０８に加えて、金属間化合物であるＣｕＳｎに由来し、それを主成分とする第３金属部分１０７する。図示するように、第１金属部分１０６は、第２金属部分１０８または第３金属部分１０７によって包囲されている。第２金属部分は、通常、第１金属粒子に由来する第１金属をも含む。尚、第１金属部分は第１金属粒子に対応するが、第１金属が生成した液相に溶解したために、元の第１金属粒子より小さい。 The joint portion 103 is formed between the first metal portion 106 having Cu as the main component derived from the first metal particles and the second metal portion 108 containing Sn—In derived from the second metal particles as the main component, and between the metals. The third metal portion 107 is derived from the compound CuSn and contains the same as the main component. As shown, the first metal portion 106 is surrounded by the second metal portion 108 or the third metal portion 107. The second metal moiety also usually includes a first metal derived from the first metal particles. Although the first metal portion corresponds to the first metal particles, it is smaller than the original first metal particles because it is dissolved in the liquid phase generated by the first metal.
第３金属部分１０７は３次元ネットワーク構造を有し、図示するようにその内部に第１金属部分１０６および第２金属部分１０８を有し、外部電極１０２と絶縁回路基板電極１０５とを接合している。このような第３金属部分は、形成される金属間化合物の融点に対応する融点、例えば４００℃以上の融点を有する。その結果、接合部を３００℃以上、例えば４００℃に近い高温まで加熱しても、ネットワーク構造が溶融することなく保持される。従って、接合部１０３が破断することはなく、優れた耐熱性を有する。 The third metal portion 107 has a three-dimensional network structure, has a first metal portion 106 and a second metal portion 108 inside as shown in the figure, and joins an external electrode 102 and an insulating circuit board electrode 105. There is. Such a third metal moiety has a melting point corresponding to the melting point of the intermetallic compound formed, for example, a melting point of 400 ° C. or higher. As a result, even if the joint is heated to a high temperature of 300 ° C. or higher, for example, close to 400 ° C., the network structure is maintained without melting. Therefore, the joint portion 103 does not break and has excellent heat resistance.
本発明の接合材料によって接続する対象物は、電気的かつ物理的に接合すべき対象、即ち、電気的な導通を確保すると共に、機械的に接着すべき、いずれの適当な電子部品、電気部品等であってもよい。具体的には、半導体素子、回路基板、リードフレーム、絶縁回路基板等の電極、その他の種々の電気・電子部品の電極等を例示できる。そのような接続すべき対象物の一例として半導体素子を説明する。 The object to be connected by the bonding material of the present invention is an object to be electrically and physically bonded, that is, any suitable electronic component or electrical component that should be mechanically bonded while ensuring electrical conduction. And so on. Specifically, electrodes such as semiconductor elements, circuit boards, lead frames, and insulated circuit boards, and electrodes of various other electrical and electronic components can be exemplified. A semiconductor device will be described as an example of such an object to be connected.
＜半導体素子＞
半導体素子には、いずれの適当な材料から構成されていてもよい直径が例えば６インチ、厚みが例えば０．３ｍｍのウエハから、例えば２ｍｍ×１．６ｍｍの大きさで切り出されたものを用いる。半導体素子は、ＧａＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ等で構成されていてもよく、更にＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＳｉＧｅ等で構成されていてもよい。半導体素子は、いずれの適当な寸法を有してもよく、その機能に応じて、６ｍｍ×５ｍｍ、４．５ｍｍ×３．５５ｍｍと大きい寸法のもの、あるいは３ｍｍ×２．５ｍｍ等の小さい寸法のものを用いてもよい。半導体素子は、いずれの適当な厚みを有してもよく、半導体素子の寸法に応じて０．４ｍｍ、０．３ｍｍ、０．２ｍｍ、０．１５ｍｍ等の厚さを有してよい。
<Semiconductor element>
As the semiconductor element, a wafer cut out from a wafer having a diameter of, for example, 6 inches and a thickness of, for example, 0.3 mm, which may be made of any suitable material, and having a size of, for example, 2 mm × 1.6 mm is used. The semiconductor element may be composed of GaN, Si, SiC or the like, or may be further composed of GaAs, InP, ZnS, ZnSe, SiGe or the like. The semiconductor element may have any appropriate size, and depending on its function, the semiconductor element has a large size of 6 mm × 5 mm, 4.5 mm × 3.55 mm, or a small size such as 3 mm × 2.5 mm. You may use the thing. The semiconductor element may have any appropriate thickness, and may have a thickness of 0.4 mm, 0.3 mm, 0.2 mm, 0.15 mm, or the like depending on the dimensions of the semiconductor element.
＜絶縁回路基板＞
絶縁回路基板は、一般的にセラミック製であり、接合材料との接合性を確保するため絶縁回路基板の接合材料側に表面処理層として例えばＡｕが０．３μｍの厚みで電解めっき法により成膜されている。表面処理層は接合材料との接合性が良い金属であるＡｇ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｎ等を用いてもよい。厚みも成膜厚みバラつきを考慮して０．１μｍ以上あればよく、成膜方法も電解めっき法に限らず蒸着法、無電解めっき法等を用いてもよい。
<Insulated circuit board>
The insulating circuit board is generally made of ceramic, and in order to ensure the bondability with the bonding material, an Au is formed as a surface treatment layer on the bonding material side of the insulating circuit board by an electrolytic plating method, for example, with a thickness of 0.3 μm. Has been done. As the surface treatment layer, Ag, Ni, Pt, Pd, Sn or the like, which are metals having good bondability with the bonding material, may be used. The thickness may be 0.1 μm or more in consideration of the variation in film thickness, and the film forming method is not limited to the electrolytic plating method, and a vapor deposition method, an electroless plating method, or the like may be used.
従って、本発明の接合構造体は、対象物としての半導体素子と絶縁回路基板との間に接合部を有し、また、その接合部は、本発明の接合材料をこれらの対象物の間に配置して形成され、上述の第１金属部分１０６と第２金属部分１０８に加えて、第３金属部分１０７を有して成る。 Therefore, the bonding structure of the present invention has a bonding portion between the semiconductor element as an object and the insulating circuit board, and the bonding portion places the bonding material of the present invention between these objects. It is arranged and formed to have a third metal portion 107 in addition to the first metal portion 106 and the second metal portion 108 described above.
＜接合材料＞
本発明の接合材料を製造する過程の一例を図２に模式的に示す。先ず、第１金属粒子１０９と第２金属粒子１１０を所定の比率（即ち、混合比率）で混合して粒子混合物１１１を調製する。次に、バインダー１１２（例えば、溶剤としてのジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、２−エチル−１，３−ヘキサンジオール等、還元剤としての１，３−ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩、ステアリン酸等の一般的に使用されるもの）を加えてこれらを撹拌・混合して本発明の接合材料１１３を得る。本発明の接合材料は、第１金属粒子および第２金属粒子ならびにバインダーに加えて、必要に応じて他の成分を更に含んで成ってよい。例えば、チキソ性を付与するためにカスターオイル、ゲルオールＭＤ等を、また、粘度を調整するためにロジン、ポリブテン等を含んでよい。
<Joining material>
An example of the process of manufacturing the bonding material of the present invention is schematically shown in FIG. First, the first metal particles 109 and the second metal particles 110 are mixed at a predetermined ratio (that is, a mixing ratio) to prepare a particle mixture 111. Next, general binder 112 (for example, diethylene glycol monohexyl ether as a solvent, 2-ethyl-1,3-hexanediol, etc., 1,3-diphenylguanidine hydrobromide as a reducing agent, stearic acid, etc.) The bonding material 113 of the present invention is obtained by adding and stirring and mixing these. The bonding material of the present invention may further contain other components, if necessary, in addition to the first metal particles and the second metal particles and the binder. For example, castor oil, gelol MD, etc. may be contained to impart thixotropy, and rosin, polybutene, etc. may be contained to adjust the viscosity.
第１金属粒子１０９が含む第１金属は例えばＣｕ（融点１０８５℃）であり、第１金属粒子のメジアン粒子径は例えば平均４０ｎｍである。第２金属粒子１１０が含む第２金属は、例えば、Ｓｎ−５０質量％Ｉｎ（融点１２０℃）であり、第２金属粒子のメジアン粒子径は例えば３０μｍである。これらの金属粒子は、それぞれが含む金属に加えて、必要に応じて他の成分を含んでよく、また、粒子を製造するに際して不可避的に含まれることになる他の成分を含んでよい。いずれの場合も、本発明の課題に対して許容できない悪影響が生じない範囲において含んでよい。本発明の接合材料において、通常、第１金属粒子は、第１金属から構成され、第２金属粒子は第２金属から構成されている。 The first metal contained in the first metal particles 109 is, for example, Cu (melting point 1085 ° C.), and the median particle diameter of the first metal particles is, for example, 40 nm on average. The second metal contained in the second metal particles 110 is, for example, Sn-50% by mass In (melting point 120 ° C.), and the medium particle size of the second metal particles is, for example, 30 μm. In addition to the metal contained therein, these metal particles may contain other components as needed, and may also contain other components that will inevitably be contained in the production of the particles. In either case, it may be included as long as it does not cause an unacceptable adverse effect on the subject of the present invention. In the bonding material of the present invention, the first metal particles are usually composed of the first metal, and the second metal particles are composed of the second metal.
第１金属粒子１０９と第２金属粒子１１０の合計質量、即ち、粒子混合物１１１の質量に対する、第１金属粒子１０９の質量比率、即ち、混合比率は例えば５０質量％である。接合材料に含まれるバインダーの量は、接合材料の取り扱い、例えばディスペンサーによる電極への接合材料の供給を阻害しない程度である。バインダーの量は、バインダーと粒子混合物との総量に対して質量基準で通常９％〜３０％、例えば２０％であってよい。 The mass ratio of the first metal particles 109 to the total mass of the first metal particles 109 and the second metal particles 110, that is, the mass of the particle mixture 111, that is, the mixing ratio is, for example, 50% by mass. The amount of the binder contained in the bonding material is such that it does not interfere with the handling of the bonding material, for example, the supply of the bonding material to the electrode by the dispenser. The amount of the binder may be usually 9% to 30%, for example 20%, on a mass basis with respect to the total amount of the binder and the particle mixture.
＜接合方法＞
図３に、本発明の接合材料を用いて対象物の間に本発明の接合部を形成することによって本発明の接合構造体１０３を形成する過程を模式的に示す。上述のようにして調製した接合材料１１３を絶縁回路基板電極（図示せず）の上にディスペンサーによって供給し、接合材料１１３の上に半導体素子（図示せず）を搭載し、その後、これらを所定温度に加熱して接合部を形成する。
<Joining method>
FIG. 3 schematically shows a process of forming the joint structure 103 of the present invention by forming the joint portion of the present invention between objects using the joint material of the present invention. The bonding material 113 prepared as described above is supplied on an insulating circuit board electrode (not shown) by a dispenser, a semiconductor element (not shown) is mounted on the bonding material 113, and then these are predetermined. Heat to temperature to form a joint.
図３（ａ）は、半導体素子を搭載した後、加熱してはんだ付けする前の接合材料１１３の状態を模式的に示す。バインダー１１２内に粒子混合物（第１金属粒子１０９＋第２金属粒子１１０）が存在している。このように半導体素子を搭載した状態で例えば酸素濃度２００ｐｐｍの窒素雰囲気で第２金属粒子の融点より高い温度（例えば２０℃高い温度）まで、例えば２００℃まで加熱してはんだ付けをする。 FIG. 3A schematically shows the state of the bonding material 113 after mounting the semiconductor element and before heating and soldering. A particle mixture (first metal particles 109 + second metal particles 110) is present in the binder 112. In this way, with the semiconductor element mounted, soldering is performed by heating to a temperature higher than the melting point of the second metal particles (for example, 20 ° C. higher), for example, 200 ° C. in a nitrogen atmosphere having an oxygen concentration of 200 ppm.
このように加熱する過程で図３（ｂ）に示すように、バインダー１１２は蒸発し、第２金属粒子は溶融して実質的に一体となって液相を生成し、溶融しない第１金属粒子１０９が分散した状態となる。図示するように、第１金属粒子１０９の周囲を溶融した第２金属粒子に由来する部分１１０’が取り囲む状態では、第１金属粒子１０９から第１金属が溶解し、溶融した第２金属粒子に由来する部分１１０’のＳｎと反応して金属間化合物が形成される。その結果、図示するように、第１金属粒子１０９の周囲に、金属間化合物を含む第３金属部分１０７が形成される。 In the process of heating in this way, as shown in FIG. 3B, the binder 112 evaporates, the second metal particles melt to form a liquid phase substantially integrally, and the first metal particles do not melt. The 109 is in a dispersed state. As shown in the figure, in a state where the portion 110'derived from the molten second metal particles surrounds the first metal particles 109, the first metal is melted from the first metal particles 109 and becomes the molten second metal particles. An intermetallic compound is formed by reacting with Sn of the derived portion 110'. As a result, as shown, a third metal portion 107 containing an intermetallic compound is formed around the first metal particles 109.
加熱保持時間の経過と共に金属間化合物の形成量が増加し、図３（ｃ）に示すように第３金属部分１０７の領域が広がる。例えば１０分間保持すると、ネットワーク構造が形成され、その後に室温まで冷却すると、接合部が形成される。この接合部では、第３金属部分１０７のネットワーク構造１０７内に、第１金属粒子に由来して第１金属を主成分とする第１金属部分１０６と、第２金属粒子に由来して第２金属の構成金属を主成分とする第２金属部分１０８が存在する。詳しくは、第２金属部分１０８は、金属間化合物の形成に関与せずに残存する、第２金属の構成金属を主成分とし、これに加えて、第１金属粒子から溶解したものの、同様に金属間化合物の形成に関与せずに残存する第１金属をも含み、この第２金属部分１０８の融点は、第２金属粒子の融点と同等であるか、それより低い。 The amount of the intermetallic compound formed increases with the lapse of the heat holding time, and the region of the third metal portion 107 expands as shown in FIG. 3C. For example, holding for 10 minutes forms a network structure, and then cooling to room temperature forms a joint. In this joint, in the network structure 107 of the third metal portion 107, the first metal portion 106 derived from the first metal particles and containing the first metal as the main component, and the second metal portion 106 derived from the second metal particles. Metal Constituent There is a second metal portion 108 whose main component is a metal. Specifically, the second metal portion 108 is mainly composed of the constituent metal of the second metal, which remains without being involved in the formation of the intermetallic compound, and in addition to this, although it is dissolved from the first metal particles, similarly. It also contains a first metal that remains uninvolved in the formation of the intermetallic compound, and the melting point of the second metal portion 108 is equal to or lower than the melting point of the second metal particles.
上述のように接合部を形成できる接合材料１１３は、融点が２００℃以下の第２金属粒子１１０（例えばＳｎ−５０質量％Ｉｎの第２金属から成る第２金属粒子、融点１２０℃）と、形成される金属間化合物（第２金属粒子の融点より高い融点を有する）より高い融点を有する第１金属粒子（例えば第１金属としてのＣｕから成る第１金属粒子、融点１０８５℃）とを混合して調製する。従って、この接合材料を例えば２００℃に加熱するだけで第２金属粒子１１０が溶融するので、短時間でＣｕは溶融したＳｎ−５０質量％Ｉｎ中に溶解し、そこで拡散して液相中のＳｎと金属間化合物を形成できる。よって、短時間で接合部を、従って、接合構造体を形成できる。 As described above, the bonding material 113 capable of forming the bonding portion includes the second metal particles 110 having a melting point of 200 ° C. or lower (for example, the second metal particles composed of a second metal of Sn-50 mass% In, melting point 120 ° C.). The intermetallic compound formed (having a melting point higher than the melting point of the second metal particle) is mixed with the first metal particle having a higher melting point (for example, the first metal particle composed of Cu as the first metal, having a melting point of 1085 ° C.). To prepare. Therefore, since the second metal particles 110 are melted only by heating this bonding material to, for example, 200 ° C., Cu is dissolved in the melted Sn-50 mass% In in a short time, and diffuses there to be in the liquid phase. An intermetallic compound can be formed with Sn. Therefore, the joint can be formed in a short time, and thus the joint structure can be formed.
従って、本発明の接合部の形成方法または接合方法は、接合すべき２つの対象物の一方に本発明の接合材料を供給する工程、供給した接合材料の上に他方の対象物を載置して、２つの対象物の間に接合材料を配置する工程、接合材料および対象物を第２金属粒子の融点より高い温度、好ましくは２０℃高い温度に加熱する工程、例えば２００℃に加熱する工程、加熱状態を所定時間（例えば１分〜３０分、好ましくは１０分またはそれ以上の時間）保持し、その後、冷却する工程を含んで成る。 Therefore, the method for forming or joining the joint portion of the present invention is a step of supplying the joining material of the present invention to one of the two objects to be joined, and placing the other object on the supplied joining material. A step of arranging the bonding material between the two objects, a step of heating the bonding material and the object to a temperature higher than the melting point of the second metal particles, preferably 20 ° C., for example, a step of heating to 200 ° C. The heating state is maintained for a predetermined time (for example, 1 minute to 30 minutes, preferably 10 minutes or more), and then cooled.
＜第１金属粒子＞
本発明の接合材料において、第１金属粒子１０９は、第１金属を含んで成る粒状形態を有し、通常、第１金属から構成されている。粒状形態とは、球状、略球状、楕円球状、多面体およびコアシェル、ならびにこれらの少なくとも２つの組み合わせの形状等を含むいわゆる「粒（つぶ）」状の形態である。
<First metal particles>
In the bonding material of the present invention, the first metal particles 109 have a granular form including the first metal, and are usually composed of the first metal. The granular form is a so-called "grain" shape including a spherical shape, a substantially spherical shape, an elliptical spherical shape, a polyhedron and a core shell, and a shape of at least two combinations thereof.
第１金属粒子を構成する第１金属としては、第２金属粒子が溶融して生じる液相に溶解し、そこで拡散して第２金属を構成するＳｎと金属間化合物を形成できる金属元素により構成される金属または合金を例示できる。具体的には、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓｂの単体金属、Ｃｕと少なくとも１種の他の金属との合金、例えばＣｕ−Ｓｎ系合金、Ａｇ−Ｃｕ系合金、Ｃｕ−Ｎｉ系合金、Ｃｕ−Ｓｂ系合金等の合金を第１金属として挙げることができる。これらの少なくとも１種の金属元素がＳｎと金属間化合物を形成する。中でも、Ｃｕまたはその合金が第１金属として特に好ましい。 The first metal constituting the first metal particles is composed of Sn, which constitutes the second metal, and a metal element capable of forming an intermetallic compound, which dissolves in the liquid phase generated by melting the second metal particles and diffuses there. The metal or alloy to be used can be exemplified. Specifically, Ag, Ni, Cu, Fe, Sb single metals, alloys of Cu with at least one other metal, for example, Cu—Sn alloys, Ag—Cu alloys, Cu—Ni alloys, An alloy such as a Cu—Sb based alloy can be mentioned as the first metal. At least one of these metal elements forms an intermetallic compound with Sn. Among them, Cu or an alloy thereof is particularly preferable as the first metal.
このような第１金属を構成する金属元素の少なくとも１種（例えばＣｕのみ、ＣｕおよびＡｇ）が、第２金属粒子が溶融して生成する液相に溶解して拡散して、液相に存在する第２金属粒子の第２金属に由来するＳｎと反応して少なくとも１種の金属間化合物を生成する。例えば、第１金属としてのＣｕが溶融した第２金属粒子の液相中のＳｎと反応してＳｎ−Ｃｕ系金属間化合物（例えばＣｕ６Ｓｎ５、Ｃｕ３Ｓｎ等）を形成する。Ｓｎが種々の金属と種々の金属間化合物を生成することは既知であり、例えばＳｎ−Ｎｉ系金属間化合物、Ｓｎ−Ａｇ系金属間化合物、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系金属間化合物、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉ系金属間化合物等、種々のものが知られている。 At least one of the metal elements constituting the first metal (for example, Cu only, Cu and Ag) is dissolved and diffused in the liquid phase formed by melting the second metal particles, and is present in the liquid phase. It reacts with Sn derived from the second metal of the second metal particles to produce at least one intermetallic compound. For example, Cu as the first metal reacts with Sn in the liquid phase of the melted second metal particles to form a Sn—Cu intermetallic compound (for example, Cu 6 Sn 5 , Cu 3 Sn, etc.). It is known that Sn produces various metals and various intermetallic compounds, for example, Sn—Ni intermetallic compounds, Sn—Ag intermetallic compounds, Sn—Ag—Cu intermetallic compounds, Sn—Cu. Various substances such as −Ni-based intermetallic compounds are known.
尚、本発明において、第１金属粒子の融点および第２金属粒子の融点は、それぞれの粒子は通常実質的に第１金属及び第２金属から構成されており、それぞれ第１金属の融点および第２金属の融点を意味する。これらの粒子が複数成分から構成され、その結果、複数の融点を有する場合、第１金属の融点、従って、第１金属粒子の融点は、最も低い融点を意味し、第２金属の融点、従って、第２金属粒子の融点は、最も高い融点を意味する。これらの融点は、金属固有のものであり、基本的には既知であるが、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて測定することができる。 In the present invention, the melting point of the first metal particle and the melting point of the second metal particle are such that the respective particles are usually substantially composed of the first metal and the second metal, and the melting point and the first metal of the first metal, respectively. 2 Means the melting point of a metal. When these particles are composed of multiple components and, as a result, have multiple melting points, the melting point of the first metal, and thus the melting point of the first metal particles, means the lowest melting point, and thus the melting point of the second metal. , The melting point of the second metal particle means the highest melting point. These melting points are unique to the metal and are basically known, but can be measured using a differential scanning calorimetry (DSC).
第１金属粒子の融点は、意図する耐熱温度より高く、好ましくは少なくとも２００℃高い、より好ましくは少なくとも３００℃高い。本発明の接合材料において、形成される金属間化合物は、第１金属粒子の融点と第２金属粒子の融点との間の融点を有する。金属間化合物は、その融点において溶融するので、金属間化合物の融点が実質的に接合部の耐熱温度に対応する。従って、耐熱温度を高くするには、形成される金属間化合物の融点を高くするのが好ましい。一般的には、第１金属の融点を高くすることによって金属間化合物の融点が高くなる。 The melting point of the first metal particles is higher than the intended heat resistant temperature, preferably at least 200 ° C. higher, more preferably at least 300 ° C. higher. In the bonding material of the present invention, the intermetallic compound formed has a melting point between the melting point of the first metal particles and the melting point of the second metal particles. Since the intermetallic compound melts at its melting point, the melting point of the intermetallic compound substantially corresponds to the heat resistant temperature of the joint. Therefore, in order to raise the heat resistant temperature, it is preferable to raise the melting point of the formed intermetallic compound. In general, increasing the melting point of the first metal increases the melting point of the intermetallic compound.
＜第１金属粒子の粒子径＞
第１金属粒子の大きさに関しては、「メジアン粒子径」なる概念を用いる。このメジアン粒子径は、動的光散乱法による粒子径測定によって得られる体積基準の粒子径分布の積算値の５０％径、いわゆるＤｖ５０を意味する。このメジアン粒子径は、レーザー光を照射した時の散乱光のゆらぎを計測して算出している。
<Particle diameter of the first metal particle>
Regarding the size of the first metal particles, the concept of "median particle diameter" is used. This median particle size means a diameter of 50% of the integrated value of the volume-based particle size distribution obtained by the particle size measurement by the dynamic light scattering method, so-called Dv50. This median particle size is calculated by measuring the fluctuation of scattered light when irradiated with laser light.
本明細書において言及する第１金属粒子のメジアン径は、サブミクロンサイズの粒子径分布測定に一般的に使用される動的光散乱法粒度分布測定装置（Malvern Panalytical社製、製品番号：ゼータサイザーナノZS）を用いて分散媒として純水を使用して測定した。 The median diameter of the first metal particles referred to in the present specification is a dynamic light scattering particle size distribution measuring device (manufactured by Malvern Panalytical Co., Ltd., product number: Zetasizer) generally used for measuring the particle size distribution of submicron size. Measurements were made using pure water as a dispersion medium using Nano ZS).
図４に、接合材料に含まれる第１金属粒子１０９のメジアン粒子径を種々変えたペースト状の接合材料を調製し、それを用いて形成した接合部の溶融温度および接合強度を測定した結果を示すグラフを示す。 FIG. 4 shows the results of preparing paste-like bonding materials in which the median particle diameters of the first metal particles 109 contained in the bonding material were variously changed, and measuring the melting temperature and bonding strength of the bonded portion formed by using the paste-like bonding material. The graph shown is shown.
第２金属粒子としては、メジアン粒子径が３０μｍでＳｎ−５０質量％Ｉｎの第２金属で形成したものを用いた。また、第１金属粒子と第２金属粒子の合計質量に対する第１金属粒子の質量比率、即ち、混合比率は５０質量％であった。第１金属粒子と第２金属粒子とを混合した粒子混合物をバインダー（ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルおよび１，３−ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩）と混ぜて接合材料のペーストを得た。その後、接合材料をＣｕ板（２０ｍｍ×１０ｍｍ）の上に厚み１００μｍでペーストを転写し、Ｓｉチップ（１ｍｍ×１ｍｍ）を載せ、２００℃で１０分間加熱した後に室温まで冷却し、接合部を形成した接合構造体を得た。 As the second metal particles, those formed of a second metal having a median particle diameter of 30 μm and Sn-50% by mass In were used. Further, the mass ratio of the first metal particles to the total mass of the first metal particles and the second metal particles, that is, the mixing ratio was 50% by mass. A particle mixture in which the first metal particles and the second metal particles were mixed was mixed with a binder (diethylene glycol monohexyl ether and 1,3-diphenylguanidine hydrobromide) to obtain a paste of a bonding material. Then, the paste is transferred onto a Cu plate (20 mm × 10 mm) with a thickness of 100 μm, a Si chip (1 mm × 1 mm) is placed on the bonding material, heated at 200 ° C. for 10 minutes, and then cooled to room temperature to form a bonded portion. The bonded structure was obtained.
図４において、横軸はＣｕ粒子のメジアン粒子径であり、縦軸は示差走査熱量計（ＤＳＣ）で測定した接合部の溶融温度（図４の〇）と、ボンドテスターで測定した１ｍｍ×１ｍｍのＳｉチップの接合強度（図４の●）である。尚、接合部の溶融温度は、形成した接合部から切り出した試験片について示差走査熱量計を用いて測定した。具体的には、ＤＳＣによる昇温時に得られる吸収ピークのうち、第２金属の融点より高い温度に位置する、最初の吸収ピークボトムの温度を接合部の溶融温度とした。 In FIG. 4, the horizontal axis is the median particle diameter of Cu particles, and the vertical axis is the melting temperature of the joint measured by a differential scanning calorimeter (DSC) (0 in FIG. 4) and 1 mm × 1 mm measured by a bond tester. It is the bonding strength of the Si chip (● in FIG. 4). The melting temperature of the joint was measured by using a differential scanning calorimeter for the test piece cut out from the formed joint. Specifically, among the absorption peaks obtained when the temperature was raised by DSC, the temperature of the first absorption peak bottom located at a temperature higher than the melting point of the second metal was defined as the melting temperature of the joint.
図４から理解できるように、第１金属粒子としてのＣｕ粒子のメジアン粒子径が１μｍを超えると接合強度が６ＭＰａ以下に低下する。これは、メジアン粒子径が大きくなると、Ｃｕ粒子の比表面積が小さくなり、その結果、第２金属粒子の溶融に由来する液相への溶解・拡散量が減少して金属間化合物の生成が抑制されるためであると考えられる。 As can be understood from FIG. 4, when the median particle diameter of the Cu particles as the first metal particles exceeds 1 μm, the bonding strength decreases to 6 MPa or less. This is because as the median particle size increases, the specific surface area of the Cu particles decreases, and as a result, the amount of dissolution and diffusion into the liquid phase resulting from the melting of the second metal particles decreases, and the formation of intermetallic compounds is suppressed. It is thought that this is because it is done.
特に好ましい態様において、接合強度は８ＭＰａ以上であることが特に望ましいという観点を考慮すると、Ｃｕ粒子のメジアン粒子径は６００ｎｍ以下であるのがより好ましい。また、Ｃｕ粒子のメジアン粒子径が１．２μｍを超えて大きくなると、溶融温度が急に低下する。これは、金属間化合物の生成が十分に進まないことで、接合部に存在する第２金属部分において第２金属であるＳｎ−Ｉｎの残存量が多くなるためであると考えられる。 In a particularly preferable embodiment, the median particle diameter of the Cu particles is more preferably 600 nm or less, considering that the bonding strength is particularly preferably 8 MPa or more. Further, when the median particle diameter of the Cu particles becomes larger than 1.2 μm, the melting temperature suddenly drops. It is considered that this is because the formation of the intermetallic compound does not proceed sufficiently, so that the residual amount of Sn—In, which is the second metal, increases in the second metal portion existing at the joint portion.
これらを考慮すると、好ましい態様において、第１金属粒子であるＣｕ粒子のメジアン粒子径を１μｍ以下とすると、接合強度は６ＭＰａ以上であり、より好ましい態様において、６００ｎｍ以下とすると、接合強度が８ＭＰａ以上となる。Ｃｕ粒子のような第１金属粒子に関して、メジアン粒子径が２０ｎｍ未満の場合、第２金属粒子との均一に混合するのは容易ではなく、これを考慮すると、第２金属粒子のメジアン粒子径は２０ｎｍ以上であるのが好ましい。従って、本発明の好ましい態様では、接合材料を構成する第１金属粒子のメジアン粒子径は２０ｎｍ〜１μｍであり、より好ましい態様では、２０ｎｍ〜６００ｎｍである。第１金属粒子がこの範囲のメジアン粒子径を有することで、十分な接合強度を持ち、かつ、溶融温度が４００℃以上の接合部を有する接合構造体が得られる。 Considering these, in a preferred embodiment, when the median particle diameter of the Cu particles which are the first metal particles is 1 μm or less, the bonding strength is 6 MPa or more, and in a more preferable embodiment, when 600 nm or less, the bonding strength is 8 MPa or more. It becomes. Regarding the first metal particles such as Cu particles, when the median particle size is less than 20 nm, it is not easy to mix uniformly with the second metal particles, and considering this, the median particle size of the second metal particles is It is preferably 20 nm or more. Therefore, in a preferred embodiment of the present invention, the median particle diameter of the first metal particles constituting the bonding material is 20 nm to 1 μm, and in a more preferred embodiment, it is 20 nm to 600 nm. When the first metal particles have a median particle diameter in this range, a bonded structure having sufficient bonding strength and a bonded portion having a melting temperature of 400 ° C. or higher can be obtained.
尚、製造技術の観点からは、より小さいメジアン粒子径（例えば５ｎｍ）を有する第１金属粒子を製造することも可能である。従って、第２金属粒子との均一な混合を確保できるのであれば、本発明の第１金属粒子のメジアン粒子径の上述の範囲の下限値は例えば５ｎｍであってもよい。 From the viewpoint of manufacturing technology, it is also possible to manufacture first metal particles having a smaller median particle size (for example, 5 nm). Therefore, the lower limit of the median particle diameter of the first metal particles of the present invention in the above range may be, for example, 5 nm as long as uniform mixing with the second metal particles can be ensured.
＜第２金属粒子＞
本発明の接合材料において、第２金属粒子は、第２金属を含んで成る粒状形態を有し、通常、第２金属から構成されている。粒状形態とは、第１金属粒子と同様に、粒状形態とは、球状、略球状、楕円球状および多面体、ならびにこれらの少なくとも２つの組み合わせの形状等を含むいわゆる「粒（つぶ）」状の形態であり、アモルファス状態であってもよい。そのメジアン粒子径は、第１金属粒子についての先の説明（Ｄｖ５０）が同様に当て嵌まる。
<Second metal particle>
In the bonding material of the present invention, the second metal particles have a granular form including the second metal, and are usually composed of the second metal. The granular form is a so-called "grain" shape including a spherical shape, a substantially spherical shape, an elliptical spherical shape, a polyhedron, and a shape of at least two combinations thereof, as in the case of the first metal particles. It may be in an amorphous state. The median particle size is similarly fitted to the previous description (Dv50) for the first metal particles.
本発明の接合材料を構成する第２金属粒子は２００℃以下の融点を有し、第２金属により構成されている。第２金属粒子は、接合材料を加熱して接合部を形成するに際して、２００℃以下の温度で溶融し、第１金属粒子の第１金属が溶解する液相をもたらす。還元すれば、本発明の接合材料は２００℃迄の比較的低い温度への加熱により接合部を形成するために、第２金属粒子は２００℃以下の融点を有する。 The second metal particles constituting the bonding material of the present invention have a melting point of 200 ° C. or lower and are composed of the second metal. The second metal particles melt at a temperature of 200 ° C. or lower when the bonding material is heated to form a bonding portion, resulting in a liquid phase in which the first metal of the first metal particles is dissolved. When reduced, the second metal particles have a melting point of 200 ° C. or lower because the bonding material of the present invention forms a joint by heating to a relatively low temperature up to 200 ° C.
この第２金属は、Ｓｎと他の金属との合金であり、他の金属は、Ｂｉ、ＩｎおよびＺｎから選択される少なくとも１種である。具体的には、Ｓｎ―Ｉｎ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ系合金およびＳｎ−Ｚｎ系合金等を例示できる。合金は、２成分系合金であっても、それより多くの成分で構成される多成分系合金であってもよく、例えばＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ系合金であってもよい。より具体的には、Ｓｎ−５０質量％Ｉｎ合金（融点：１２０℃）、Ｓｎ−５８質量％Ｂｉ（融点１３８℃）、Ｓｎ−４３質量％Ｂｉ（融点１６２℃）、Ｓｎ−９質量％Ｚｎ（融点１９９℃）等を第２金属として例示できる。尚、第２金属は、１種の合金であっても、あるいは複数種の合金であってもよい。 The second metal is an alloy of Sn and another metal, and the other metal is at least one selected from Bi, In and Zn. Specifically, Sn—In based alloys, Sn—Bi based alloys, Sn—Zn based alloys and the like can be exemplified. The alloy may be a two-component alloy or a multi-component alloy composed of more components, for example, a Sn-Bi-In alloy. More specifically, Sn-50 mass% In alloy (melting point: 120 ° C.), Sn-58 mass% Bi (melting point 138 ° C.), Sn-43 mass% Bi (melting point 162 ° C.), Sn-9 mass% Zn. (Melting point 199 ° C.) and the like can be exemplified as the second metal. The second metal may be one kind of alloy or a plurality of kinds of alloys.
＜第２金属粒子の粒子径＞
本明細書において、第２金属粒子に関して言及するメジアン粒子径は、ミクロンサイズの粒子径の分布測定に一般的に使用されるレーザー回折式粒度分布測定装置（マイクロトラック・ベル（MicrotracBEL）社製、製品番号：マイクロトラックMT3300EX2）を用いて分散媒として純水を使用して測定した。尚、本発明において、いずれの粒子もマルチモード分布（例えばバイモーダル（bimodal）分布）を有してもよいが、単一モード（unimodal）分布を有するのが特に好ましい。また、本発明において使用する金属粒子の粒度分布は、多分散系であってもよいが、単分散系またはそれに近い分散系であるのが望ましい。
<Particle diameter of the second metal particle>
In the present specification, the median particle size referred to with respect to the second metal particle is a laser diffraction type particle size distribution measuring device (manufactured by MicrotracBEL) generally used for measuring the distribution of micron-sized particle size. Product number: Measured using pure water as a dispersion medium using Microtrac MT3300EX2). In the present invention, any particle may have a multi-mode distribution (for example, a bimodal distribution), but it is particularly preferable to have a unimodal distribution. The particle size distribution of the metal particles used in the present invention may be a polydisperse system, but it is preferably a monodisperse system or a dispersion system close to it.
第２金属粒子の製造は、例えば遠心アトマイズ法を用いると、メジアン粒子径が５μｍまでの小さい粒子を製造できる。一般的には、５μｍ未満の粒子を製造する場合、その収率が極端に低くなるので粒子の価格が高騰する。この観点から、第２金属粒子のメジアン粒子径の下限値は例えば５μｍである。逆に、粒子が大きくなると接合材料を供給するディスペンサーのノズル詰まりが発生し易い。これを考慮すると、第２金属粒子のメジアン粒子径の上限値は例えば３５μｍである。従って、第２金属粒子のメジアン粒子径の好ましい範囲は例えば５μｍ〜３５μｍである。第２金属粒子の製造技術、ディスペンサーの改良等によってこのメジアン粒子径の範囲の上限値および／または下限値は変わることが有り得、その場合、範囲が広がる。 For the production of the second metal particles, for example, when a centrifugal atomization method is used, particles having a median particle diameter of up to 5 μm can be produced. In general, when particles smaller than 5 μm are produced, the yield is extremely low, so that the price of the particles rises. From this point of view, the lower limit of the median particle diameter of the second metal particles is, for example, 5 μm. On the contrary, when the particles become large, the nozzle of the dispenser that supplies the bonding material tends to be clogged. Considering this, the upper limit of the median particle size of the second metal particle is, for example, 35 μm. Therefore, the preferred range of the median particle size of the second metal particles is, for example, 5 μm to 35 μm. The upper and / or lower limits of this median particle size range may change due to manufacturing technology of the second metal particles, improvement of the dispenser, etc., in which case the range is widened.
＜第１金属粒子と第２金属粒子の混合比率＞
本発明の接合材料は、第１金属粒子および第２金属粒子を含んで成り、通常、バインダーを更に含む。バインダーは、接合部の形成に際して上述のように加熱によって蒸発するので、形成される接合部の性能にとって、第１金属粒子と第２金属粒子の配合比率が重要な要素となる。尚、バインダーとしては、はんだペーストの調製に一般的に使用されているいずれの材料を用いてもよく、例えばジエチレングリコールモノ-2-エチルヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノフェニルエーテル等を例示できる。
<Mixing ratio of first metal particles and second metal particles>
The bonding material of the present invention comprises first metal particles and second metal particles, and usually further contains a binder. Since the binder evaporates by heating as described above when the joint is formed, the blending ratio of the first metal particles and the second metal particles is an important factor for the performance of the joint to be formed. As the binder, any material generally used for preparing a solder paste may be used, and examples thereof include diethylene glycol mono-2-ethylhexyl ether and propylene glycol monophenyl ether.
図５に、第１金属粒子と第２金属粒子の総量に対する第１金属粒子の量の比率（質量基準）、即ち、第１金属粒子の混合比率を種々変えたペースト状の接合材料を調製し、それを用いて形成した接合部の溶融温度および接合強度を測定した結果を示すグラフを示す。 In FIG. 5, a paste-like bonding material in which the ratio of the amount of the first metal particles to the total amount of the first metal particles and the second metal particles (mass basis), that is, the mixing ratio of the first metal particles is variously changed is prepared. , The graph which shows the result of having measured the melting temperature and the joint strength of the joint part formed by using it is shown.
第１金属粒子としてメジアン粒子径が４０ｎｍのＣｕ粒子を使用し、第２金属粒子としてメジアン粒子径が３０μｍの第２金属（Ｓｎ−５０質量％Ｉｎ）で形成した粒子を用いた。第１金属粒子と第２金属粒子とを混合した粒子混合物をバインダー（ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルおよび１，３−ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩）と混ぜて接合材料のペーストを得た。その後、接合材料をＣｕ板（２０ｍｍ×１０ｍｍ）の上に厚み１００μｍでペーストを転写し、Ｓｉチップ（１ｍｍ×１ｍｍ）を載せ、２００℃で１０分間加熱した後に室温まで冷却し、接合部を形成した接合構造体を得た。 Cu particles having a median particle diameter of 40 nm were used as the first metal particles, and particles formed of a second metal (Sn-50 mass% In) having a median particle diameter of 30 μm were used as the second metal particles. A particle mixture in which the first metal particles and the second metal particles were mixed was mixed with a binder (diethylene glycol monohexyl ether and 1,3-diphenylguanidine hydrobromide) to obtain a paste of a bonding material. Then, the paste is transferred onto a Cu plate (20 mm × 10 mm) with a thickness of 100 μm, a Si chip (1 mm × 1 mm) is placed on the bonding material, heated at 200 ° C. for 10 minutes, and then cooled to room temperature to form a bonded portion. The bonded structure was obtained.
図５において、横軸は第１金属粒子であるＣｕ粒子の質量基準の混合比率であり、縦軸は示差走査熱量計（ＤＳＣ）で測定した溶融温度（図５の白丸印〇）と、ボンドテスターで測定した１ｍｍ×１ｍｍのＳｉチップの接合強度（図５の黒丸印●）である。尚、接合部の溶融温度および接合強度は、先と同様に測定した。 In FIG. 5, the horizontal axis is the mass-based mixing ratio of Cu particles, which are the first metal particles, and the vertical axis is the melting temperature (white circle ○ in FIG. 5) measured by a differential scanning calorimeter (DSC) and a bond. It is the joint strength of a 1 mm × 1 mm Si chip measured with a tester (black circle ● in FIG. 5). The melting temperature and joint strength of the joint were measured in the same manner as before.
Ｓｎ−５０質量％Ｉｎの融点１２０℃に対して、Ｃｕの融点は１０８５℃であり、図５のグラフから明らかなように、溶融温度を例えば３００℃以上にするために必要なＣｕ粒子の混合比率は３６質量％以上である。溶融温度は４００℃以上がより好ましく、その場合、必要なＣｕ粒子の混合比率は５０質量％である。 The melting point of Cu is 1085 ° C. with respect to the melting point of Sn-50% by mass In of 120 ° C., and as is clear from the graph of FIG. 5, the mixture of Cu particles required to raise the melting temperature to, for example, 300 ° C. or higher. The ratio is 36% by mass or more. The melting temperature is more preferably 400 ° C. or higher, in which case the required mixing ratio of Cu particles is 50% by mass.
また、Ｃｕ粒子の混合比率が多くなって７０質量％を超えると、金属間化合物部分を形成するために必要である、第２金属に由来するＳｎの量が不足する。その結果、第１金属部分（Ｃｕ粒子が多いため、残存している）１０６と金属間化合物部分である第３金属部分１０７との間で空隙が生じるので接合強度が低下すると考えられる。８ＭＰａ以上の接合強度が特に望ましいので、その場合、第１金属粒子であるＣｕ粒子の混合比率は６０質量％以下であるのが好ましい。 Further, when the mixing ratio of Cu particles increases and exceeds 70% by mass, the amount of Sn derived from the second metal, which is necessary for forming the intermetallic compound portion, is insufficient. As a result, it is considered that the bonding strength is lowered because a gap is generated between the first metal portion (remaining because there are many Cu particles) 106 and the third metal portion 107 which is an intermetallic compound portion. Since a bonding strength of 8 MPa or more is particularly desirable, in that case, the mixing ratio of the Cu particles, which are the first metal particles, is preferably 60% by mass or less.
図５のグラフから分かるように、Ｃｕ粒子の混合比率が５０〜６０質量％であれば溶融温度が４００℃以上であり、半導体素子で発生する熱に耐える効果が十分に得られる。Ｃｕ粒子の混合比率が、６０質量％を超えると接合強度が８ＭＰａ以下に低下するが、７０質量％までは６ＭＰａ以上の接合強度を有し、しかも溶融温度は６００℃以上であるため、このような混合比率（７０質量％以下）も半導体素子の接合には使用可能である。 As can be seen from the graph of FIG. 5, when the mixing ratio of Cu particles is 50 to 60% by mass, the melting temperature is 400 ° C. or higher, and the effect of withstanding the heat generated by the semiconductor element can be sufficiently obtained. When the mixing ratio of Cu particles exceeds 60% by mass, the bonding strength decreases to 8 MPa or less, but up to 70% by mass, the bonding strength is 6 MPa or more, and the melting temperature is 600 ° C. or more. A good mixing ratio (70% by mass or less) can also be used for bonding semiconductor elements.
＜実施例および比較例＞
接合構造体の接合部においては溶融温度と接合強度の両立が必要である。この両立について更に検討するため、第１金属粒子（Ｃｕ粒子）および第２金属粒子（Ｓｎ−５０質量％Ｉｎ粒子）のメジアン粒子径ならびにこれらの混合比率を種々変えて接合材料を調製し、先と同様にして接合部を形成して、その溶融温度および接合強度を測定する実験を実施した。その結果を図６の表１に示す。
<Examples and Comparative Examples>
At the joint portion of the joint structure, it is necessary to achieve both the melting temperature and the joint strength. In order to further examine this compatibility, a bonding material was prepared by variously changing the median particle diameters of the first metal particles (Cu particles) and the second metal particles (Sn-50 mass% In particles) and their mixing ratios. An experiment was carried out in which a joint was formed in the same manner as in the above and the melting temperature and the joint strength were measured. The results are shown in Table 1 of FIG.
尚、表１の溶融温度の欄において、接合部の所定の耐熱温度の目安を３００℃とし、それに対して丸印（〇）は良い評価を意味し、二重丸印（◎）は十分良い評価を意味し、バツ印（×）、所定の耐熱温度を満たさない評価を意味する。また、表１の接合強度の欄において、接合部の所定の接合強度の目安を６ＭＰａ（仮定値）とし、それに対して丸印（〇）は良い評価を意味し、二重丸印（◎）は十分良い評価を意味し、バツ印（×）は所定の接合強度を満たさない評価を意味する。溶融温度および接合強度の双方に関して〇または◎の評価であった実験例を「実施例」とし、いずれかの評価が×であった実験例を「比較例」としている。 In the column of melting temperature in Table 1, the standard heat resistant temperature of the joint is set to 300 ° C., whereas the circle (○) means a good evaluation, and the double circle (◎) is sufficiently good. It means evaluation, and means evaluation that does not meet the cross mark (x) and the predetermined heat resistant temperature. Further, in the column of joint strength in Table 1, the standard of the predetermined joint strength of the joint portion is set to 6 MPa (assumed value), whereas the circle (○) means a good evaluation, and the double circle (◎). Means a sufficiently good evaluation, and a cross (x) means an evaluation that does not satisfy the predetermined joint strength. An experimental example in which both the melting temperature and the bonding strength were evaluated as 〇 or ◎ was referred to as “Example”, and an experimental example in which either evaluation was × was referred to as “Comparative Example”.
[実施例１]
表１の第１金属粒子および第２金属粒子を用いて調製した接合材料のペースト１１３を、Ｃｕ板（２０ｍｍ×１０ｍｍ）の上に厚み１００μｍで転写し、その上にＳｉ半導体素子（１ｍｍ×１ｍｍ）を載せ、２００℃で１０分間加熱して接合構造体を形成した。この接合構造体を示差走査熱量計で測定すると吸熱ピークは４０５℃に位置した。これは、接合部の溶融温度が４００℃以上の耐熱性を持っていることを意味する、また、Ｓｉ半導体素子の接合強度をボンドテスターで測定した結果は８．５ＭＰａであり、この数値は十分な接合強度であった。
[Example 1]
The paste 113 of the bonding material prepared using the first metal particles and the second metal particles in Table 1 is transferred onto a Cu plate (20 mm × 10 mm) with a thickness of 100 μm, and a Si semiconductor element (1 mm × 1 mm) is transferred onto the Cu plate (20 mm × 10 mm). ) Was placed and heated at 200 ° C. for 10 minutes to form a bonded structure. When this joint structure was measured with a differential scanning calorimeter, the endothermic peak was located at 405 ° C. This means that the melting temperature of the joint portion has heat resistance of 400 ° C. or higher, and the result of measuring the joint strength of the Si semiconductor element with a bond tester is 8.5 MPa, which is sufficient. The joint strength was good.
[実施例２〜８および比較例１〜３]
表１の第１金属粒子および第２金属粒子を用いて調製した接合材料を用いて、実施例１と同様に、加熱して接合構造体を得、その溶融温度および接合強度を測定した。
[Examples 2 to 8 and Comparative Examples 1 to 3]
Using the bonding material prepared using the first metal particles and the second metal particles in Table 1, heating was performed in the same manner as in Example 1 to obtain a bonding structure, and the melting temperature and bonding strength thereof were measured.
表１から分かるように、第１金属粒子であるＣｕ粒子の大きさ（メジアン粒子径）が２０ｎｍ〜１０００ｎｍであれば接合強度は６ＭＰａを超えており、十分な接合強度が得られる。Ｃｕ粒子の比率が３０質量％では溶融温度は３００℃未満に低下するため、耐熱性が必ずしも十分とは言えない。これらの結果から、十分な接合強度を得るために必要なＣｕ粒子のメジアン粒子径は２０ｎｍ〜１μｍであり、また、３００℃以上の溶融温度を得るためにはＣｕ粒子の配合割合を３６〜７０質量％にすることが好ましい。 As can be seen from Table 1, when the size (median particle diameter) of the Cu particles, which are the first metal particles, is 20 nm to 1000 nm, the bonding strength exceeds 6 MPa, and a sufficient bonding strength can be obtained. When the ratio of Cu particles is 30% by mass, the melting temperature drops to less than 300 ° C., so that the heat resistance is not always sufficient. From these results, the median particle size of Cu particles required to obtain sufficient bonding strength is 20 nm to 1 μm, and the compounding ratio of Cu particles is 36 to 70 in order to obtain a melting temperature of 300 ° C. or higher. It is preferably mass%.
[実施例９〜２５および比較例４〜６]
上述の実施例および比較例と同様に、第１金属粒子の第１金属の種類およびメジアン粒子径、第２金属粒子の第２金属の種類およびメジアン粒子径ならびに第１金属粒子の混合比率を種々変えて接合材料を調製し、先と同様にして接合部を形成して、その溶融温度および接合強度を測定する実験を実施した。その結果を図７の表２に示す。尚、表中における実施例および比較例の区別、ならびにそれらの評価については、上述と同様である。尚、表２には実施例１の結果も掲載している。
[Examples 9 to 25 and Comparative Examples 4 to 6]
Similar to the above Examples and Comparative Examples, the type and median particle size of the first metal of the first metal particles, the type and median particle size of the second metal of the second metal particles, and the mixing ratio of the first metal particles are various. An experiment was carried out in which the bonding material was prepared in a different manner, a bonding portion was formed in the same manner as before, and the melting temperature and bonding strength of the bonding portion were measured. The results are shown in Table 2 of FIG. The distinction between Examples and Comparative Examples in the table and their evaluation are the same as described above. The results of Example 1 are also shown in Table 2.
実施例９では、第１金属としてのＣｕＳｎから構成された、平均粒子寸法が２００ｎｍの第１金属粒子、および第２金属としてのＳｎ−５８質量％Ｂｉから構成された、メジアン粒子径が２５μｍの第２金属粒子から粒子混合物を得し、これとバインダーを混合してペースト状接合材料を調製した。上述の実験と同様にして、接合構造体を形成し、その接合部の溶融温度および接合強度を測定した。 In Example 9, a first metal particle having an average particle size of 200 nm composed of CuSn as the first metal and Sn-58 mass% Bi as the second metal having a median particle diameter of 25 μm. A particle mixture was obtained from the second metal particles, and this was mixed with a binder to prepare a paste-like bonding material. A joint structure was formed in the same manner as in the above experiment, and the melting temperature and joint strength of the joint were measured.
この接合構造体の接合部の溶融温度は４１０℃であり、４００℃以上の耐熱性を持っていることが分かる。また、接合強度をボンドテスターで測定した結果は６．７ＭＰａであり、十分な接合強度であった。 The melting temperature of the joint portion of this joint structure is 410 ° C, and it can be seen that it has heat resistance of 400 ° C or higher. The result of measuring the bonding strength with a bond tester was 6.7 MPa, which was a sufficient bonding strength.
実施例１０では、第１金属としてのＣｕＳｎから構成された、メジアン粒子径が２０ｎｍの第１金属粒子、および第２金属としてのＳｎ−５８質量％Ｂｉから構成された、メジアン粒子径が２５μｍの第２金属粒子から粒子混合物（第１金属粒子の質量：第２混合粒子の質量＝７０：３０）を得、これとバインダーを混合してペースト状接合材料を調製した。上述の実施例と同様にして、接合構造体を形成し、その接合部の溶融温度および接合強度を測定した。 In Example 10, the first metal particles having a median particle diameter of 20 nm composed of CuSn as the first metal and Sn-58 mass% Bi as the second metal having a median particle diameter of 25 μm. A particle mixture (mass of the first metal particles: mass of the second mixed particles = 70:30) was obtained from the second metal particles, and this was mixed with a binder to prepare a paste-like bonding material. A joint structure was formed in the same manner as in the above-described embodiment, and the melting temperature and joint strength of the joint portion were measured.
この接合構造体の接合部の溶融温度は４２５℃であり、４００℃以上の耐熱性を持っていることが分かる。また、接合強度をボンドテスターで測定した結果は７．０ＭＰａであり、十分な接合強度であった。 The melting temperature of the joint portion of this joint structure is 425 ° C, and it can be seen that it has heat resistance of 400 ° C or higher. The result of measuring the bonding strength with a bond tester was 7.0 MPa, which was a sufficient bonding strength.
実施例１１では、第１金属としてのＣｕＳｎから構成された、メジアン粒子径が１０００ｎｍの第１金属粒子、および第２金属としてのＳｎ−５８質量％Ｂｉから構成された、メジアン粒子径が２５μｍの第２金属粒子から粒子混合物（第１金属粒子の質量：第２混合粒子の質量＝７０：３０）を得、これとバインダーを混合してペースト状接合材料を調製した。上述の実施例と同様にして、接合構造体を形成し、その接合部の溶融温度および接合強度を測定した。 In Example 11, a first metal particle having a median particle diameter of 1000 nm composed of CuSn as a first metal and Sn-58 mass% Bi as a second metal having a median particle diameter of 25 μm. A particle mixture (mass of the first metal particles: mass of the second mixed particles = 70:30) was obtained from the second metal particles, and this was mixed with a binder to prepare a paste-like bonding material. A joint structure was formed in the same manner as in the above-described embodiment, and the melting temperature and joint strength of the joint portion were measured.
この接合構造体の接合部の溶融温度は４００℃であり、４００℃以上の耐熱性を持っていることが分かる。また、接合強度をボンドテスターで測定した結果は６．２ＭＰａであり、十分な接合強度であった。 The melting temperature of the joint portion of this joint structure is 400 ° C, and it can be seen that it has heat resistance of 400 ° C or higher. The result of measuring the bonding strength with a bond tester was 6.2 MPa, which was a sufficient bonding strength.
実施例１２では、第１金属としてのＣｕＳｎから構成された、メジアン粒子径が２００ｎｍの第１金属粒子、および第２金属としてのＳｎ−５８質量％Ｂｉから構成された、メジアン粒子径が２５μｍの第２金属粒子から粒子混合物（第１金属粒子の質量：第２混合粒子の質量＝５０：５０）を得、これとバインダーを混合してペースト状接合材料を調製した。上述の実施例と同様にして、接合構造体を形成し、その接合部の溶融温度および接合強度を測定した。 In Example 12, the first metal particles having a median particle diameter of 200 nm composed of CuSn as the first metal and Sn-58 mass% Bi as the second metal having a median particle diameter of 25 μm. A particle mixture (mass of the first metal particles: mass of the second mixed particles = 50:50) was obtained from the second metal particles, and this was mixed with a binder to prepare a paste-like bonding material. A joint structure was formed in the same manner as in the above-described embodiment, and the melting temperature and joint strength of the joint portion were measured.
この接合構造体の接合部の溶融温度は３８５℃であり、３００℃以上の耐熱性を持っていることが分かる。また、接合強度をボンドテスターで測定した結果は６．１ＭＰａであり、十分な接合強度であった。 The melting temperature of the joint portion of this joint structure is 385 ° C, and it can be seen that it has heat resistance of 300 ° C or higher. The result of measuring the bonding strength with a bond tester was 6.1 MPa, which was a sufficient bonding strength.
実施例１３では、第１金属としてのＣｕＳｎから構成された、メジアン粒子径が２００ｎｍの第１金属粒子、および第２金属としてのＳｎ−５８質量％Ｂｉから構成された、メジアン粒子径が２５μｍの第２金属粒子から粒子混合物（第１金属粒子の質量：第２混合粒子の質量＝３６：６４）得し、これとバインダーを混合してペースト状接合材料を調製した。上述の実施例と同様にして、接合構造体を形成し、その接合部の溶融温度および接合強度を測定した。 In Example 13, a first metal particle having a median particle diameter of 200 nm composed of CuSn as a first metal and Sn-58 mass% Bi as a second metal having a median particle diameter of 25 μm. A particle mixture (mass of the first metal particles: mass of the second mixed particles = 36: 64) was obtained from the second metal particles, and this was mixed with a binder to prepare a paste-like bonding material. A joint structure was formed in the same manner as in the above-described embodiment, and the melting temperature and joint strength of the joint portion were measured.
この接合構造体の接合部の溶融温度は３４０℃であり、３００℃以上の耐熱性を持っていることが分かる。また、接合強度をボンドテスターで測定した結果は６．０ＭＰａであり、十分な接合強度であった。 The melting temperature of the joint portion of this joint structure is 340 ° C, and it can be seen that it has heat resistance of 300 ° C or higher. The result of measuring the bonding strength with a bond tester was 6.0 MPa, which was a sufficient bonding strength.
実施例１４〜２５においても、溶融温度は３００℃以上、接合強度は６ＭＰａ以上となり、接合部として十分な性能を示した。一方、比較例４および比較例５は、それぞれ実施例１および実施例９と同じ第１金属粒子および第２金属粒子を使用しているが、いずれも第１金属粒子の混合比率が高い接合材料である。溶融温度は５００℃以上となり十分であるが、接合強度は１．４ＭＰａおよび１．３ＭＰａであり、実施例１および実施例２の場合と比較して相当小さくなっている。また、比較例６は実施例９の第１金属粒子のメジアン粒子径を相当大きくした接合材料である。接合強度は８ＭＰａ以上となり十分であるが、溶融温度は１５０℃と低く、実施例９と比較して相当低くなっている。 Also in Examples 14 to 25, the melting temperature was 300 ° C. or higher and the joint strength was 6 MPa or higher, showing sufficient performance as a joint portion. On the other hand, Comparative Example 4 and Comparative Example 5 use the same first metal particles and second metal particles as in Example 1 and Example 9, respectively, but both are bonding materials having a high mixing ratio of the first metal particles. Is. The melting temperature is 500 ° C. or higher, which is sufficient, but the bonding strengths are 1.4 MPa and 1.3 MPa, which are considerably smaller than those of Examples 1 and 2. Further, Comparative Example 6 is a bonding material in which the median particle diameter of the first metal particles of Example 9 is considerably increased. The bonding strength is 8 MPa or more, which is sufficient, but the melting temperature is as low as 150 ° C., which is considerably lower than that of Example 9.
これらの結果から、Ｃｕを主成分とするメジアン粒子径が１μｍ以下の第１金属粒子と、第１金属粒子よりも融点が低く、メジアン粒子径が５μｍ以上の第２金属粒子とを混合した接合材料を用いて接合部を形成すると、接合部は、Ｃｕを主成分とする第１金属部分と、第２金属に由来し、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｚｎのいずれかを含み第１金属部分よりも融点の低い第２金属部分と、金属間化合物としてのＣｕＳｎを主成分とし第１金属部分と第２金属部分との間の融点を有し、ネットワーク構造を有する第３金属部分とで構成され、第１金属粒子は第２金属部分または第３金属部分に包囲され、そのような第２金属部分も第３金属部分に包囲された構造となっている。その結果、融点が低い第２金属粒子の存在によって、比較的低温で短時間加熱するだけで接合部を形成でき、その接合部は形成される金属間化合物のネットワーク構造のために、向上した耐熱性を有する。 From these results, a junction in which a first metal particle containing Cu as a main component and having a median particle diameter of 1 μm or less and a second metal particle having a melting point lower than that of the first metal particle and having a median particle diameter of 5 μm or more are mixed and bonded. When a joint is formed using a material, the joint is derived from a first metal portion containing Cu as a main component and a second metal, and contains any of In, Bi, and Zn and has a melting point higher than that of the first metal portion. It is composed of a second metal portion having a low content, a third metal portion containing CuSn as an intermetal compound as a main component, having a melting point between the first metal portion and the second metal portion, and having a network structure. One metal particle is surrounded by a second metal portion or a third metal portion, and such a second metal portion is also surrounded by a third metal portion. As a result, due to the presence of the second metal particles having a low melting point, a joint can be formed by heating at a relatively low temperature for a short time, and the joint has improved heat resistance due to the network structure of the intermetallic compound to be formed. Has sex.
本発明の接合材料を用いると、加熱装置ではんだ付けする際に、第２金属粒子が２００℃以下の温度で溶融するため、低い温度で（結果的により短い時間で）はんだ付けが可能となる。その結果、そのような接合材料を用いて対象物を接合する接合方法では、半導体素子の搭載プロセスの消費エネルギーの低減が可能となる。更に、形成された接合部は、第１金属粒子の金属元素が第２金属粒子が溶融して生成する液相に拡散してＳｎと金属間化合物（第２金属粒子の融点より高い融点を有する）を形成し、それがネットワーク構造を有するため、接合部の耐熱性が高くなり、ＧａＮ半導体素子、ＳｉＣ半導体素子のような発熱量の多い半導体素子の接合に用いても接合部の信頼性の低下を抑制できる。 When the bonding material of the present invention is used, the second metal particles melt at a temperature of 200 ° C. or lower when soldering with a heating device, so that soldering can be performed at a low temperature (resulting in a shorter time). .. As a result, in the joining method of joining an object using such a joining material, it is possible to reduce the energy consumption of the mounting process of the semiconductor element. Further, the formed junction has a melting point higher than that of the Sn and the intermetallic compound (the melting point of the second metal particle) by diffusing the metal element of the first metal particle into the liquid phase formed by melting the second metal particle. ) Is formed, and since it has a network structure, the heat resistance of the joint is high, and the reliability of the joint is high even when used for joining semiconductor elements that generate a large amount of heat, such as GaN semiconductor elements and SiC semiconductor elements. The decrease can be suppressed.
１ 半導体素子
２ ベースプレート
３ 第１接合部
４ 外部電極
５ 絶縁回路基板電極
６ 絶縁回路基板
７ 第２接合部
８ リードフレーム
９ 電極
１０１ 半導体素子
１０２ 外部電極
１０３ 接合部
１０４ 絶縁回路基板
１０５ 絶縁回路基板電極
１０６ 第１金属部分
１０７ 第３金属部分
１０８ 第２金属部分
１０９ 第１金属粒子
１１０ 第２金属粒子
１１０’ 溶融第２金属粒子に由来する部分
１１１ 粒子混合物
１１２ バインダー
１１３ 接合材料
１１４ 絶縁回路基板電極
1 Semiconductor element 2 Base plate 3 1st joint 4 External electrode 5 Insulated circuit board electrode 6 Insulated circuit board 7 2nd joint 8 Lead frame 9 Electrode 101 Semiconductor element 102 External electrode 103 Joint 104 Insulated circuit board 105 Insulated circuit board electrode 106 1st metal part 107 3rd metal part 108 2nd metal part 109 1st metal particle 110 2nd metal particle 110'Part derived from molten 2nd metal particle 111 Particle mixture 112 Binder 113 Bonding material 114 Insulation circuit board electrode
Claims (10)
（１）第１金属を含んで成り、メジアン粒子径が２０ｎｍ〜１μｍである第１金属粒子、ならびに
（２）Ｂｉ、ＩｎおよびＺｎから選択される少なくとも１種とＳｎとの合金の少なくとも１種を第２金属として含んで成り、２００℃以下の融点を有する第２金属粒子を含んで成り、
第１金属を構成する少なくとも１種の金属元素は、第２金属粒子に由来するＳｎとの間で少なくとも１種の金属間化合物を形成し、この金属間化合物の融点は第２金属粒子の融点より高く、また、第１金属粒子の融点より低く、
第１金属粒子および第２金属粒子の総量に対する第１金属粒子の量の割合（混合比率）は質量基準で３６〜７０％であることを特徴とする接合材料。 A bonding material that forms a joint between two objects.
(1) First metal particles containing a first metal and having a median particle diameter of 20 nm to 1 μm, and (2) at least one alloy of Sn and at least one selected from Bi, In and Zn. Containing as a second metal and containing second metal particles having a melting point of 200 ° C. or lower.
At least one metal element constituting the first metal forms at least one intermetallic compound with Sn derived from the second metal particle, and the melting point of this intermetallic compound is the melting point of the second metal particle. Higher and lower than the melting point of the first metal particles,
A bonding material characterized in that the ratio (mixing ratio) of the amount of the first metal particles to the total amount of the first metal particles and the second metal particles is 36 to 70% on a mass basis.
第２金属は、（ｃ）Ｂｉ、ＩｎおよびＺｎから選択される１種とＳｎとの合金から成る群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載の接合材料。 The first metal is at least one selected from the group consisting of (a) elemental metals of Ag, Cu, Fe, Ni and Sb, and (b) an alloy of Cu with at least one other metal.
The bonding material according to claim 1, wherein the second metal is (c) at least one selected from the group consisting of an alloy of Sn and one selected from Bi, In and Zn.
（２）供給した接合材料の上に他方の対象物を載置して、２つの対象物の間に接合材料を配置する工程、
（３）接合材料および対象物を第２金属粒子の融点より高い温度、好ましくは２０℃高い温度に加熱する工程、例えば２００℃に加熱する工程、ならびに
（４）加熱状態を所定時間保持し、その後、冷却する工程を含んで成る請求項７に記載の接合方法。 (1) A step of supplying the bonding material of the present invention to one of two objects to be bonded,
(2) A step of placing the other object on the supplied bonding material and arranging the bonding material between the two objects.
(3) A step of heating the bonding material and the object to a temperature higher than the melting point of the second metal particles, preferably a temperature higher than 20 ° C., for example, a step of heating to 200 ° C., and (4) holding the heated state for a predetermined time. The joining method according to claim 7, further comprising a step of cooling.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US16/846,522 US11515281B2 (en) | 2019-04-22 | 2020-04-13 | Bonded structure and bonding material |
| CN202010319568.5A CN111822698B (en) | 2019-04-22 | 2020-04-21 | Bonding structure and bonding material |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019080878 | 2019-04-22 | ||
| JP2019080878 | 2019-04-22 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2020176331A true JP2020176331A (en) | 2020-10-29 |
Family
ID=72937365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020038081A Pending JP2020176331A (en) | 2019-04-22 | 2020-03-05 | Junction structure and junction material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2020176331A (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005229113A (en) * | 2000-06-12 | 2005-08-25 | Hitachi Ltd | Electronic apparatus, semiconductor device and semiconductor module |
| JP2012176433A (en) * | 2010-11-19 | 2012-09-13 | Murata Mfg Co Ltd | Electroconductive material, connection method using the same and connected structure |
| JP2017101313A (en) * | 2015-03-20 | 2017-06-08 | 株式会社豊田中央研究所 | Joint material, joint method using the same, joint material paste and semiconductor device |
| JP2019070174A (en) * | 2017-10-06 | 2019-05-09 | 株式会社豊田中央研究所 | Bonding paste and semiconductor device using same |
-
2020
- 2020-03-05 JP JP2020038081A patent/JP2020176331A/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005229113A (en) * | 2000-06-12 | 2005-08-25 | Hitachi Ltd | Electronic apparatus, semiconductor device and semiconductor module |
| JP2012176433A (en) * | 2010-11-19 | 2012-09-13 | Murata Mfg Co Ltd | Electroconductive material, connection method using the same and connected structure |
| JP2017101313A (en) * | 2015-03-20 | 2017-06-08 | 株式会社豊田中央研究所 | Joint material, joint method using the same, joint material paste and semiconductor device |
| JP2019070174A (en) * | 2017-10-06 | 2019-05-09 | 株式会社豊田中央研究所 | Bonding paste and semiconductor device using same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101432095B (en) | Foam solder and electronic component | |
| US20100096043A1 (en) | High Temperature Solder Materials | |
| JP2007527102A (en) | Nanoscale metal pastes for interconnection and methods of use | |
| JP5773451B2 (en) | Lead-free high temperature compound | |
| TW201210733A (en) | Variable melting point solders | |
| JP6811798B2 (en) | Molded solder and manufacturing method of molded solder | |
| JP2007268569A (en) | Powder solder material and joining material | |
| JP5461125B2 (en) | Lead-free high-temperature bonding material | |
| JP2020176331A (en) | Junction structure and junction material | |
| KR102536556B1 (en) | Preform solder and method of manufacturing the same, and method of manufacturing solder joint | |
| US11515281B2 (en) | Bonded structure and bonding material | |
| JP2005254254A (en) | Lead-free solder, its manufacturing method and electronic component | |
| CN105033496A (en) | High-strength and high-conductivity compound lead-free high-temperature solder and preparation method thereof | |
| JP2009226472A (en) | Au-Sn ALLOY SOLDER PASTE FOR PIN TRANSFER | |
| JP2021175578A (en) | Molding solder and method of manufacturing the same | |
| JPH02217193A (en) | Indium series powdery solder | |
| JP2014108453A (en) | Au-Sn-Bi ALLOY POWDER PASTE, Au-Sn-Bi ALLOY THIN FILM AND DEPOSITION METHOD OF THE SAME | |
| JP2017177122A (en) | HIGH-TEMPERATURE Pb-FREE SOLDER PASTE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF | |
| JP6459472B2 (en) | Pb-free Au-Ge solder alloy with controlled energy absorption and electronic component sealed or bonded using the same | |
| JP2023108672A (en) | Joint material and junction structure using the joint material | |
| JP6856963B2 (en) | Preform solder and a solder joint formed by using the preform solder | |
| JP6803107B1 (en) | Preform solder and a solder joint formed by using the preform solder | |
| JP2021001360A (en) | Composite particle and joint structure made therefrom | |
| WO2024009723A1 (en) | Bonding material and bonded structure | |
| US11478869B2 (en) | Method for forming bump electrode substrate |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20221212 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230922 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20231003 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20231107 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240123 |