JP2021063262A - 接合用金属ペースト、接合体の製造方法、及び接合体 - Google Patents
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Abstract
Description
マイクロ銅粒子は、1μm以上50μm未満の粒径を有する銅粒子である。マイクロ銅粒子は、粒径が2.0〜50μmの銅粒子を含むことが好ましい。マイクロ銅粒子は、粒径が2.0〜50μmの銅粒子を50質量%以上含んでいてよく、70質量%以上含んでいてもよく、80質量%以上含んでいてもよく、100質量%含んでいてもよい。
銅との合金化が可能な金属を含むマイクロはんだ粒子としては、Sn単体、Snを含む合金、In単体、Inを含む合金、Ag単体、Agを含む合金、Zn単体、Znを含む合金、Ga単体、Gaを含む合金が挙げられる。
熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、(メタ)アクリル樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂等の熱硬化性の有機高分子化合物;それらの前駆体などが挙げられる。これらの中でも、熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂であってよい。
分散媒は、金属粒子を分散する機能を有するものであれば特に限定されるものではなく、揮発性のものであってもよい。揮発性の分散媒としては、例えば、1価アルコール、多価アルコール等のアルコール類、エーテル類、エステル類、酸アミド、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素等が挙げられる。具体的には、シクロヘキサノール、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−ターピネオール(α−テルピネオール)、ジヒドロターピネオール(ジヒドロテルピネオール)、ヘキシルカルビトール、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等のアルコール類;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ジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールジプロピルエーテル、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などが挙げられる。
接合用金属ペーストは、硬化促進剤を含有していてもよい。硬化促進剤は、特に限定されず、一般に使用されるものを用いることができる。硬化促進剤としては、例えば、イミダゾール類及びその誘導体、有機リン系化合物、第二級アミン類、第三級アミン類、第四級アンモニウム塩等が挙げられる。これらは、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、反応性の観点から、硬化促進剤は、イミダゾール類及びその誘導体であってもよい。イミダゾール類としては、例えば、2−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾール、1−シアノエチル−2−メチルイミダゾール等が挙げられる。これらは、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。硬化促進剤の含有量は、熱硬化性樹脂を基準として、0.1〜20質量%、1〜15質量%、又は2〜10質量%であってよい。
接合用金属ペーストは、上記のマイクロ銅粒子と、上記のマイクロはんだ粒子と、上記熱硬化性樹脂と、上記の分散媒と、場合により含有されるその他の成分とを混合して調製することができる。各成分の混合後に、撹拌処理を行ってもよい。接合材は、分級操作により分散液の最大粒径を調整してもよい。このとき、分散液の最大粒径は20μm以下とすることができる。上記のマイクロ銅粒子等の金属粒子は、表面処理剤で処理されたものを用いてよい。
本実施形態の接合体の製造方法は、第1の部材、上記接合用金属ペースト、及び第2の部材がこの順に積層されている積層体を用意する第1の工程と、積層体の接合用金属ペーストを焼結する第2の工程とを備える。
第1の工程では、第1の部材10と、第2の部材20と、接合用金属ペースト(接合部)30とを備える積層体50を用意する(図1(a)参照。)。
第2の工程では、積層体50を、所定の接合温度(焼結温度)で接合用金属ペースト30を焼結させて焼結体31とする。これにより、第1の部材10と、第2の部材20と、金属ピラー11及び電極パッド21の間に設けられた、焼結体(接合部)31と、を備える接合体100を得る(図1(b)参照。)。接合体100において、金属ピラー11と電極パッド21とは、焼結体31によって電気的に接続されている。
本実施形態の接合体は、第1の部材、第2の部材、及び、第1の部材と第2の部材とを接合する本実施形態の接合用金属ペーストの焼結体を備える。本実施形態の接合体は、上述した本実施形態の接合体の製造方法によって得ることができる。
(実施例1)
マイクロ銅粒子として、Cu HWQ10.0μm(福田金属箔粉工業(株)製、50%体積平均粒径:9.4μm)0.540g、活性剤として、トリエタノールアミン0.072g、及び分散媒として、ターピネオール(日本テルペン化学(株)製、製品名「ターピネオールC」、異性体混合物)0.064gを、2000rpm、1分間の条件で(株)シンキー製撹拌機(商品名:「あわとり練太郎 ARE−310」、以下同様。)にて混合した。その後、3本ロールミルで10回分散処理を行い、混合物を得た。
接合用金属ペーストの組成を表1〜3に示す組成(数値の単位はg)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして接合用金属ペーストを調製した。
無酸素銅板(19mm×25mm×厚さ3mm)を用意し、銅板上に、厚さ100μmのステンシルマスクを用いて接合用金属ペーストをステンシル印刷し、バンプ径250μm、バンプ高さ100μmとなるようにバンプを作製した。デジタルマイクロスコープVHX−5000((株)キーエンス製、製品名)で3D画像表示機能を用いて、作製したバンプを観察し、バンプの50%高さ(50μm)におけるバンプ径を測定し、250μmを基準としたときのバンプ径の維持率に基づき、下記の判定基準で印刷性を評価した。
[判定基準]
A:維持率が±10%以内であった。
B:維持率が±10%超±20%以内であった。
C:維持率が±20%超であった。
接合強度はシェア強度により評価した。まず、無酸素銅板(19mm×25mm×厚さ3mm)に、厚さ100μmのステンシルマスクを用いて接合用金属ペーストをステンシル印刷し、下記の加熱条件1で加熱し、その後、下記の加熱条件2で加熱することにより、銅板上にバンプ径200μmのバンプが10本形成された測定用サンプルを作製した。
・加熱条件1:ギ酸を飽和させた窒素ガス雰囲気、加熱温度110℃、加熱時間60分
・加熱条件2:ギ酸を飽和させた窒素ガス雰囲気、加熱温度140℃、加熱時間60分
[判定基準]
A:シェア強度が40MPa以上であった。
B:シェア強度が30MPa以上40MPa未満であった。
C:シェア強度が30MPa未満であった。
(銅粒子)
マイクロ銅粒子:Cu HWQ10.0μm(福田金属箔粉工業(株)製、体積平均粒径:9.4μm)
(はんだ粒子)
マイクロSnInはんだ粒子:SnIn solder(50/50)type5.5(Indium Corporation社製、平均粒径:10.6μm)
(熱硬化性樹脂)
エポキシ樹脂(三菱ケミカル(株)製、製品名「YL−983U」)
(硬化促進剤)
イミダゾール類(四国化成(株)製、製品名「2PZ」)
(分散媒)
ターピネオール:ターピネオールC(日本テルペン化学(株)製、製品名、異性体混合物)
ジヒドロターピネオール(日本テルペン化学(株)製)
ヘキシルカルビトール(東京化成工業(株)製)
ジエチレングリコールモノブチルエーテル(東京化成工業(株)製)
エチレングリコールメチルエーテルアセテート(東京化成工業(株)製)
(活性剤)
トリエタノールアミン(東京化成工業(株)製)
Claims (17)
- マイクロ銅粒子と、銅との合金化が可能な金属を含むマイクロはんだ粒子と、熱硬化性樹脂と、分散媒とを含有し、
前記マイクロ銅粒子の含有量が、前記マイクロ銅粒子及び前記マイクロはんだ粒子の全質量を基準として、5〜54質量%であり、
前記熱硬化性樹脂の含有量が、前記マイクロはんだ粒子の全質量を基準として、1〜5.5質量%である、接合用金属ペースト。 - 前記マイクロ銅粒子の含有量が、前記マイクロ銅粒子及び前記マイクロはんだ粒子の全質量を基準として、20〜54質量%である、請求項1に記載の接合用金属ペースト。
- 前記マイクロ銅粒子の体積平均粒径が2.0〜20μmである、請求項1又は2に記載の接合用金属ペースト。
- 前記マイクロはんだ粒子の平均粒径が1.0〜20μmである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の接合用金属ペースト。
- 前記マイクロはんだ粒子がマイクロSnInはんだ粒子である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の接合用金属ペースト。
- 無加圧接合用である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の接合用金属ペースト。
- 第1の部材、請求項1〜5のいずれか一項に記載の接合用金属ペースト、及び第2の部材がこの順に積層されている積層体を用意する第1の工程と、前記積層体を加熱して前記接合用金属ペーストを焼結する第2の工程と、
を備える、接合体の製造方法。 - 前記第2の工程において、前記接合用金属ペーストを、前記第1の部材の重さを受けた状態、又は前記第1の部材の重さ及び0.01MPa以下の微圧力を受けた状態で加熱して焼結する、請求項7に記載の接合体の製造方法。
- 前記第1の部材及び前記第2の部材の少なくとも一方が半導体素子である、請求項7又は8に記載の接合体の製造方法。
- 前記積層体において、前記第1の部材が第1の電極を有し、前記第2の部材が前記第1の電極と対向する第2の電極を有し、前記接合用金属ペーストが前記第1の電極と前記第2の電極との間に設けられている、請求項7〜9のいずれか一項に記載の接合体の製造方法。
- 前記第1の電極及び前記第2の電極の少なくとも一方が金属ピラーである、請求項10に記載の接合体の製造方法。
- 前記第1の部材及び前記第2の部材がシリコン、窒化ガリウム、及び炭化ケイ素からなる群より選択される1種又は2種以上の半導体を含むウェハ又はチップであり、前記第1の電極及び前記第2の電極が貫通電極である、請求項10に記載の接合体の製造方法。
- 第1の部材、第2の部材、及び、第1の部材と第2の部材とを接合する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の接合用金属ペーストの焼結体、を備える、接合体。
- 前記第1の部材及び前記第2の部材の少なくとも一方が半導体素子である、請求項13に記載の接合体。
- 前記第1の部材が第1の電極を有し、前記第2の部材が前記第1の電極と対向する第2の電極を有し、前記焼結体が前記第1の電極と前記第2の電極とを接合している、請求項13又は14に記載の接合体。
- 前記第1の電極及び前記第2の電極の少なくとも一方が金属ピラーである、請求項15に記載の接合体。
- 前記第1の部材及び前記第2の部材がシリコン、窒化ガリウム、及び炭化ケイ素からなる群より選択される1種又は2種以上の半導体を含むウェハ又はチップであり、前記第1の電極及び前記第2の電極が貫通電極である、請求項15に記載の接合体。
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