JP6848549B2 - Copper paste for bonding and semiconductor devices - Google Patents
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Description
本発明は、接合用銅ペースト及び半導体装置に関し、さらに詳しくは、パワー半導体、LSI、発光ダイオード(LED)等の半導体素子を、リードフレーム、セラミック配線板、ガラスエポキシ配線板、ポリイミド配線板等の半導体搭載用基板に接合するのに好適な接合用銅ペースト及びこれを用いて得られる半導体装置に関する。 The present invention relates to a copper paste for bonding and a semiconductor device, and more specifically, a semiconductor element such as a power semiconductor, an LSI, or a light emitting diode (LED) is used as a lead frame, a ceramic wiring board, a glass epoxy wiring board, a polyimide wiring board, or the like. The present invention relates to a bonding copper paste suitable for bonding to a semiconductor mounting substrate and a semiconductor device obtained by using the bonding copper paste.
半導体装置を製造する際、半導体素子とリードフレーム(支持部材)とを接着させる方法としては、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等の樹脂に銀粉等の充填剤を分散させたペースト状の接着剤(例えば、銀ペースト)を使用する方法がある。この方法では、ディスペンサー、印刷機、スタンピングマシン等を用いて、ペースト状接着剤をリードフレームのダイパッドに塗布した後、半導体素子をダイボンドし、加熱硬化により接着させ半導体装置とする。 When manufacturing a semiconductor device, as a method of adhering a semiconductor element and a lead frame (support member), a paste-like adhesive in which a filler such as silver powder is dispersed in a resin such as an epoxy resin or a polyimide resin ( For example, there is a method of using silver paste). In this method, a paste-like adhesive is applied to a die pad of a lead frame using a dispenser, a printing machine, a stamping machine, or the like, and then a semiconductor element is die-bonded and bonded by heat curing to form a semiconductor device.
近年、半導体素子の高速化、高集積化が進むに伴い、半導体装置の動作安定性を確保するために、接着剤にも高放熱特性が求められている。 In recent years, as semiconductor elements have become faster and more integrated, adhesives are also required to have high heat dissipation characteristics in order to ensure the operational stability of semiconductor devices.
これまでにも熱伝導性の向上を目的とした接着剤が提案されている。例えば、下記特許文献1〜5には、熱伝導率の高い銀粒子が高充填されたダイボンディングペースト(特許文献1及び2)、特定の粒径を有する球状銀粉を含有する導電性接着剤(特許文献3)、ハンダの粒子を含有する接着剤のペースト(特許文献4)、特定の粒子径を有する金属粉及び特定の粒子径を有する金属超微粒子を含有する導電性接着剤(特許文献5)が開示されている。
Adhesives for the purpose of improving thermal conductivity have been proposed so far. For example,
また、下記特許文献6には、表面処理が施された非球状銀粒子と揮発性分散媒とからなるペースト状銀粒子組成物を100℃以上400℃以下で加熱することにより銀粒子同士を焼結させて所定の熱伝導度を有する固形状銀にする技術が提案されている。 Further, in Patent Document 6 below, silver particles are baked by heating a paste-like silver particle composition composed of surface-treated non-spherical silver particles and a volatile dispersion medium at 100 ° C. or higher and 400 ° C. or lower. A technique has been proposed in which they are combined to form solid silver having a predetermined thermal conductivity.
さらに、下記特許文献7には、マイクロサイズの銅粒子とナノサイズの銅粒子を揮発性分散媒に分散したペースト状銅粒子組成物を、200から450℃まで窒素あるいは水素混合窒素中で加熱することにより、同様に銅粒子を焼結して固形状銅にして接合する技術が紹介されている。 Further, in Patent Document 7 below, a paste-like copper particle composition in which micro-sized copper particles and nano-sized copper particles are dispersed in a volatile dispersion medium is heated from 200 to 450 ° C. in nitrogen or hydrogen-mixed nitrogen. Similarly, a technique of sintering copper particles to form solid copper and joining them has been introduced.
特許文献6や7に記載のペースト状銀あるいは銅粒子組成物は、金属粒子が金属結合を形成するため、他の手法よりも熱伝導率及び高温下での接続信頼性が優れるものと考えられる。特に、銅であればコスト的にも有効性が高いと考えられる。 The paste-like silver or copper particle composition described in Patent Documents 6 and 7 is considered to have superior thermal conductivity and connection reliability at high temperatures as compared with other methods because the metal particles form metal bonds. .. In particular, copper is considered to be highly effective in terms of cost.
上記特許文献7に記載の方法は、無加圧で焼結を行っているが、以下の点で実用に供するには未だ充分ではない。すなわち、接合材を用いた無加圧での接合は、接合される部材同士の材質が等しいか近い場合には良好に行われるが、接合される部材同士の材質が異なる場合には接合力が大きく低下しやすい。本発明者らの検討によれば、例えば、被着面に銅を有する銅板及び被着面にニッケルを有する銅ブロックを接合する場合と、被着面に銅を有する銅板及び被着面にニッケルを有するシリコンチップを接合する場合と、を比較すると、無加圧の焼結条件において後者の接合強度が大きく低下する場合がある。すなわち、銅ブロックとシリコンチップのように、熱膨張率の異なる部材同士を無加圧で接合する場合において接合不良が生じることがある。 Although the method described in Patent Document 7 performs sintering without pressurization, it is not yet sufficient for practical use in the following points. That is, unpressurized joining using a joining material is performed well when the materials of the members to be joined are the same or close to each other, but when the materials of the members to be joined are different, the joining force is high. It tends to drop significantly. According to the studies by the present inventors, for example, a case where a copper plate having copper on the adherend surface and a copper block having nickel on the adherend surface are joined, and a case where the copper plate having copper on the adherend surface and nickel on the adherend surface are joined. Comparing with the case of bonding silicon chips having the above, the latter bonding strength may be significantly reduced under non-pressurized sintering conditions. That is, when members having different coefficients of thermal expansion, such as a copper block and a silicon chip, are joined without pressure, a joining defect may occur.
この理由を発明者は次のように推察する。すなわち、金属粒子と分散媒のみから成るペースト状銅粒子組成物は、分散媒が除かれて金属粒子のみの堆積層となった場合に、可撓性も密着性も不十分である。そのため、室温から焼成温度である数百度に昇温した際に接合部材間の熱膨張率差で生じた変位により、接合部材からはがれてしまうためであると考える。さらに、このようなペースト状銅粒子組成物では、塗布・半導体素子マウント後であって焼成工程に入る前の段階において、接合する部材同士は十分に密着されている訳ではないため、移送等の振動や衝撃で不良が発生することも課題となると考えられる。 The inventor infers the reason for this as follows. That is, the paste-like copper particle composition composed of only the metal particles and the dispersion medium is insufficient in flexibility and adhesion when the dispersion medium is removed to form a sedimentary layer containing only the metal particles. Therefore, it is considered that the joint member is peeled off due to the displacement caused by the difference in the coefficient of thermal expansion between the joint members when the temperature is raised from room temperature to several hundred degrees, which is the firing temperature. Further, in such a paste-like copper particle composition, since the members to be joined are not sufficiently adhered to each other at the stage after coating / mounting the semiconductor element and before starting the firing step, transfer or the like is performed. It is also considered that the occurrence of defects due to vibration or impact is also an issue.
本発明は、熱伝導性及び接続信頼性に優れ、半導体素子と半導体素子搭載用支持部材との接合を簡便な工程で行うことができる接合用銅ペースト、及びそれを用いて得られる半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention provides a bonding copper paste having excellent thermal conductivity and connection reliability and capable of bonding a semiconductor element and a semiconductor device mounting support member in a simple process, and a semiconductor device obtained by using the copper paste for bonding. The purpose is to provide.
本発明は、銅粒子と、熱分解性樹脂と、溶剤とを含む接合用銅ペーストであって、銅粒子の含有量が、接合用銅ペーストの全質量を基準として65質量%以上であり、熱分解性樹脂の含有量が、銅粒子及び熱分解性樹脂の全質量を基準として1質量%以上である、接合用銅ペーストを提供する。 The present invention is a bonding copper paste containing copper particles, a pyrolytic resin, and a solvent, wherein the content of the copper particles is 65% by mass or more based on the total mass of the bonding copper paste. Provided is a copper paste for bonding in which the content of the pyrolytic resin is 1% by mass or more based on the total mass of the copper particles and the pyrolytic resin.
本発明において、熱分解性樹脂が、ポリカルボナート、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸エステル及びポリエステルからなる群より選択される少なくとも一種であることが好ましい。 In the present invention, the thermosetting resin is preferably at least one selected from the group consisting of polycarbonate, polymethacrylic acid, polymethacrylic acid ester and polyester.
本発明において、銅粒子が、体積平均粒径が0.12μm以上0.8μm以下であるサブマイクロ銅粒子と、最大径が1μm以上20μm以下でありかつアスペクト比が4以上のフレーク状マイクロ銅粒子と、を含み、フレーク状マイクロ銅粒子の含有量が、銅粒子の全質量を基準として50質量%以下であることが好ましい。 In the present invention, the copper particles are sub-micro copper particles having a volume average particle diameter of 0.12 μm or more and 0.8 μm or less, and flake-shaped micro copper particles having a maximum diameter of 1 μm or more and 20 μm or less and an aspect ratio of 4 or more. The content of the flake-shaped micro copper particles is preferably 50% by mass or less based on the total mass of the copper particles.
本発明は、また、上記の接合用銅ペーストの焼結体を介して、半導体素子と半導体素子搭載用支持部材とが接合されてなる構造を有する、半導体装置を提供する。 The present invention also provides a semiconductor device having a structure in which a semiconductor element and a support member for mounting a semiconductor element are bonded via the above-mentioned sintered body of copper paste for bonding.
本発明によれば、熱伝導性及び接続信頼性に優れ、熱膨張率の異なる部材からなる半導体素子と半導体素子搭載用支持部材とを接合できる接合用銅ペースト、及びそれを用いて得られる半導体装置を提供することができる。当該半導体装置は、本発明の接合用銅ペーストにより、半導体素子と半導体素子搭載用支持部材とが接合されてなる構造を有することにより、優れた熱伝導性及び接続信頼性を有することができる。 According to the present invention, a copper paste for joining, which is excellent in thermal conductivity and connection reliability and can join a semiconductor element composed of members having different coefficients of thermal expansion and a support member for mounting the semiconductor element, and a semiconductor obtained by using the paste. Equipment can be provided. The semiconductor device can have excellent thermal conductivity and connection reliability by having a structure in which a semiconductor element and a support member for mounting a semiconductor element are bonded by the bonding copper paste of the present invention.
<接合用銅ペースト>
本実施形態の接合用銅ペーストは、銅粒子、熱分解性樹脂および溶剤を少なくとも必須とする。銅粒子は焼成により焼結して被着体および焼結性銅粒子同士が金属結合により結合し、接合する機能を発現する。熱分解性樹脂は、被着体と接合用銅ペーストが接触した後、銅粒子焼結体により接合されるまで、被着体同士を仮止めし、熱応力や工程中の振動により両者が剥離するのを防ぐ。なお、熱分解性樹脂として、焼結温度以下での熱分解性を有しており、且つ分解残渣の残らないものを選ぶことで焼結を阻害せず、焼結後の接続強度、接続信頼性を向上できる。溶剤は、熱分解性樹脂を溶解し、かつ銅粒子を分散してペーストを得るために用いられる。ペーストであることにより、塗布、印刷、変形による被着面への密着性機能を有する。
<Copper paste for joining>
The bonding copper paste of this embodiment requires at least copper particles, a pyrolytic resin and a solvent. The copper particles are sintered by firing, and the adherend and the sintered copper particles are bonded to each other by a metal bond to exhibit a function of joining. In the pyrolyzable resin, after the adherend and the copper paste for bonding come into contact with each other, the adherends are temporarily fixed to each other until they are joined by the copper particle sintered body, and both are peeled off by thermal stress or vibration during the process. Prevent from doing. By selecting a thermally decomposable resin that has thermal decomposability below the sintering temperature and does not leave any decomposition residue, it does not hinder sintering, and the connection strength and connection reliability after sintering. You can improve your sex. The solvent is used to dissolve the pyrolytic resin and disperse the copper particles to obtain a paste. Since it is a paste, it has a function of adhering to an adherend surface by coating, printing, and deformation.
本実施形態の接合用銅ペーストは、さらに分散剤、焼結助剤等を含むことが好ましい。分散剤は銅粒子の表面をコートし、酸化防止、溶剤への分散性を向上する機能を発現し、ペースト中の銅粒子の含有量の向上や保存安定性向上、粘度特性を向上させる。焼結助剤は、焼成時に銅粒子の焼結を促進する機能を発現し、焼結温度を低減し、焼結体緻密度を向上させる。以下、各成分を詳細に説明する。 The bonding copper paste of the present embodiment preferably further contains a dispersant, a sintering aid, and the like. The dispersant coats the surface of the copper particles to exhibit the functions of preventing oxidation and improving the dispersibility in the solvent, improving the content of the copper particles in the paste, improving the storage stability, and improving the viscosity characteristics. The sintering aid exhibits a function of promoting the sintering of copper particles during firing, reduces the sintering temperature, and improves the density of the sintered body. Hereinafter, each component will be described in detail.
<銅粒子>
銅粒子(焼結性銅粒子)は、熱伝導率、焼結性、接続信頼性の観点から銅を主成分とすることが好ましい。銅粒子に含まれる元素の内、水素、炭素、酸素を除く元素割合の内で、銅が占める元素割合は、80原子%以上が好ましく、90原子%以上であることがより好ましく、95原子%以上であることがさらに好ましい。これより銅の含有率が低下すると、生成した銅焼結体接合層が銅とは異なる性質を有する合金になり、熱伝導率、接続信頼性が低下する。
<Copper particles>
The copper particles (sinterable copper particles) preferably contain copper as a main component from the viewpoint of thermal conductivity, sinterability, and connection reliability. Among the elements contained in the copper particles, the element ratio of copper in the element ratio excluding hydrogen, carbon, and oxygen is preferably 80 atomic% or more, more preferably 90 atomic% or more, and 95 atomic% or more. The above is more preferable. If the copper content is lower than this, the produced copper sintered body bonding layer becomes an alloy having properties different from those of copper, and the thermal conductivity and connection reliability are lowered.
銅粒子は、焼結温度を低温(例えば300℃以下)にするために、体積平均粒径が0.12μm以上0.8μm以下のサブマイクロ銅粒子(微小粒径銅粒子)を、銅粒子の全質量を基準として少なくとも50質量%以上含むことが好ましい。このサイズのサブマイクロ銅粒子は250℃程度から焼結を開始し、低温度での接合を可能とする。なお、体積平均粒径が0.12μm以上であれば、サブマイクロ銅粒子の合成コストの抑制、良好な分散性、表面処理剤の使用量の抑制といった効果が得られやすくなる。体積平均粒径が0.8μm以下であれば、サブマイクロ銅粒子の焼結性が優れるという効果が得られやすくなる。より一層上記効果を奏するという観点から、サブマイクロ銅粒子の体積平均粒径は、0.15μm以上0.8μm以下であってもよく、0.15μm以上0.6μm以下であってもよく、0.2μm以上0.5μm以下であってもよく、0.3μm以上0.45μm以下であってもよい。なお、本願明細書において体積平均粒径とは、50%体積平均粒径を意味する。 For copper particles, in order to lower the sintering temperature (for example, 300 ° C. or lower), sub-micro copper particles (micro-particle size copper particles) having a volume average particle size of 0.12 μm or more and 0.8 μm or less are used as copper particles. It is preferable to contain at least 50% by mass or more based on the total mass. Sub-micro copper particles of this size start sintering at about 250 ° C. and can be bonded at a low temperature. When the volume average particle size is 0.12 μm or more, the effects of suppressing the synthesis cost of the sub-micro copper particles, good dispersibility, and suppressing the amount of the surface treatment agent used can be easily obtained. When the volume average particle diameter is 0.8 μm or less, the effect of excellent sinterability of the submicro copper particles can be easily obtained. From the viewpoint of further exerting the above effect, the volume average particle size of the submicro copper particles may be 0.15 μm or more and 0.8 μm or less, 0.15 μm or more and 0.6 μm or less, and may be 0. It may be .2 μm or more and 0.5 μm or less, or 0.3 μm or more and 0.45 μm or less. In the specification of the present application, the volume average particle diameter means a 50% volume average particle diameter.
前述のサブマイクロ銅粒子単体での焼結では、体積収縮が大きく焼結体へのヒビ、被着面との剥離、焼結体緻密度の低下が生じ易い。そのため、サブマイクロ銅粒子と共に、最大径が1μm以上20μm以下のマイクロ銅粒子を共に含んでいることが好ましい。マイクロ銅粒子を含む場合、焼結時の体積収縮の低減や焼結後の接合層の強度向上の効果を得られる。より一層上記効果を奏するという観点から、マイクロ銅粒子の最大径は、1μm以上10μm以下であってもよく、3μm以上10μm以下であってもよい。 In the above-mentioned sintering of the sub-micro copper particles alone, the volume shrinkage is large, and cracks on the sintered body, peeling from the adherend surface, and a decrease in the density of the sintered body are likely to occur. Therefore, it is preferable that the sub-micro copper particles and the micro copper particles having a maximum diameter of 1 μm or more and 20 μm or less are contained together. When micro-copper particles are contained, the effect of reducing the volume shrinkage during sintering and improving the strength of the bonded layer after sintering can be obtained. From the viewpoint of further exerting the above effect, the maximum diameter of the micro copper particles may be 1 μm or more and 10 μm or less, or 3 μm or more and 10 μm or less.
銅粒子中のマイクロ銅粒子の含有量は、5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましく、20質量%以上がさらに好ましい。当該含有量の上限は50質量%以下であることが好ましい。マイクロ銅粒子の含有量が多すぎると、300℃以下での焼結性が低下し易く、接合強度が低下する傾向がある。 The content of the micro copper particles in the copper particles is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, still more preferably 20% by mass or more. The upper limit of the content is preferably 50% by mass or less. If the content of the micro copper particles is too large, the sinterability at 300 ° C. or lower tends to decrease, and the bonding strength tends to decrease.
マイクロ銅粒子の形状としては、球状、略球状、多面体状、針状、フレーク状が挙げられる。特に、アスペクト比の大きな針状、フレーク状の銅粒子を用いた場合には、マイクロ銅粒子の配向による補強効果や緻密度向上効果が得られるため好適である。 Examples of the shape of the micro copper particles include a spherical shape, a substantially spherical shape, a polyhedral shape, a needle shape, and a flake shape. In particular, when needle-shaped or flake-shaped copper particles having a large aspect ratio are used, the reinforcing effect and the density improving effect due to the orientation of the micro copper particles can be obtained, which is preferable.
マイクロ銅粒子がフレーク状である(フレーク状マイクロ銅粒子である)場合、アスペクト比は4以上であってもよく、6以上であってもよい。アスペクト比が上記範囲内であれば、接合用銅ペースト内のフレーク状マイクロ銅粒子が、接合面に対して略平行に配向することにより、接合用銅ペーストを焼結させたときの体積収縮が抑制し易い。本明細書において、「アスペクト比」とは、粒子の長辺/厚みを示す。粒子の長辺及び厚みの測定は、例えば、粒子のSEM像から求めることができる。 When the micro-copper particles are flake-shaped (flake-shaped micro-copper particles), the aspect ratio may be 4 or more, or 6 or more. When the aspect ratio is within the above range, the flake-shaped micro copper particles in the bonding copper paste are oriented substantially parallel to the bonding surface, so that the volume shrinkage when the bonding copper paste is sintered is reduced. Easy to suppress. As used herein, the "aspect ratio" refers to the long side / thickness of the particles. The measurement of the long side and the thickness of the particle can be obtained from, for example, an SEM image of the particle.
マイクロ銅粒子およびサブマイクロ銅粒子は表面処理剤で処理されていてもかまわない。ただし、表面処理剤は焼結工程で除去され得るものが好ましい。このような表面処理剤としては、例えば、酢酸、ラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、テレフタル酸、オレイン酸等の脂肪族カルボン酸、ピロメリット酸、o−フェノキシ安息香酸等の芳香族カルボン酸、セチルアルコール、ステアリルアルコール、イソボルニルシクロヘキサノール、テトラエチレングリコール等の脂肪族アルコール、p−フェニルフェノール等の芳香族アルコール、オクチルアミン、ドデシルアミン、ステアリルアミン等のアルキルアミン、ステアロニトリル、デカニトリル等の有機ニトリル化合物、さらに後述の熱分解性樹脂などの高分子処理剤が挙げられる。 The microcopper particles and the submicrocopper particles may be treated with a surface treatment agent. However, it is preferable that the surface treatment agent can be removed in the sintering step. Examples of such surface treatment agents include aliphatic carboxylic acids such as acetic acid, lauric acid, palmitic acid, stearic acid, arachidic acid, terephthalic acid and oleic acid, and aromatics such as pyromellitic acid and o-phenoxybenzoic acid. Carboxylic acids, cetyl alcohols, stearyl alcohols, aliphatic alcohols such as isobornylcyclohexanol and tetraethyleneglycol, aromatic alcohols such as p-phenylphenol, alkylamines such as octylamine, dodecylamine and stearylamine, stearonitrile , Organic nitrile compounds such as decanitrile, and polymer treatment agents such as the thermally decomposable resin described below.
本明細書において、サブマイクロ銅粒子とは、粒子径が0.1μm以上1.0μm未満である粒子を意味し、マイクロ銅粒子とは、粒子径が1.0μm以上20μm未満である粒子を意味する。 In the present specification, the sub-micro copper particles mean particles having a particle size of 0.1 μm or more and less than 1.0 μm, and the micro copper particles mean particles having a particle size of 1.0 μm or more and less than 20 μm. To do.
<熱分解性樹脂>
熱分解性樹脂としては、塗布後から焼成まで被着体と接合用銅ペーストを仮止めする目的から、接着性、粘着性を発現できる非結晶高分子が好ましい。また、焼結温度で分解し残渣なく分解できる熱分解性を兼ね備えることが好ましい。
<Pyrolytic resin>
As the pyrolytic resin, a non-crystalline polymer capable of exhibiting adhesiveness and adhesiveness is preferable for the purpose of temporarily fixing the adherend and the copper paste for bonding from application to firing. Further, it is preferable to have a thermal decomposability that can be decomposed at the sintering temperature and decomposed without residue.
熱分解性温度は、熱分解性樹脂の分解開始温度であり、TG/DTA測定において5%重量減少温度とする。分解開始温度は焼結温度より低いことが必要であり、通常300℃以下であることが好ましく、250℃以下であることがより好ましい。ただし、この温度は空気のような酸化雰囲気下ではなく、水素あるいはギ酸などを含む還元雰囲気下での分解開始温度である。 The pyrolyzable temperature is the decomposition start temperature of the pyrolyzable resin, and is set to the 5% weight loss temperature in the TG / DTA measurement. The decomposition start temperature needs to be lower than the sintering temperature, and is usually preferably 300 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower. However, this temperature is the decomposition start temperature in a reducing atmosphere containing hydrogen, formic acid, etc., not in an oxidizing atmosphere such as air.
熱分解性樹脂の熱分解後の残渣は、銅粒子の焼結を妨げるため少ないほど良く、熱分解前の樹脂質量に対し通常5質量%以下が好ましく、2質量%以下がより好ましい。熱分解性樹脂の熱分解後の残渣量は、3〜5質量%水素含有イナートガス(窒素あるいはアルゴン)中で熱分解性樹脂のTG/DTAにより焼結温度で焼結時間だけ保持した後の重量変化量として測定できる。なお、空気中でのTG/DTA測定は酸化分解が進むため、還元雰囲気での残渣量と比較して少なくなるため好ましくない。 The amount of the residue after thermal decomposition of the thermosetting resin is better because it hinders the sintering of copper particles, and is usually preferably 5% by mass or less, more preferably 2% by mass or less, based on the mass of the resin before thermal decomposition. The amount of residue after pyrolysis of the pyrolyzable resin is the weight after holding for the sintering time at the sintering temperature by the TG / DTA of the pyrolysis resin in an inert gas (nitrogen or argon) containing 3 to 5% by mass of hydrogen. It can be measured as the amount of change. It should be noted that the TG / DTA measurement in air is not preferable because the amount of residue in the reducing atmosphere is smaller than that in the reducing atmosphere because oxidative decomposition proceeds.
なお、熱分解性樹脂は溶剤に対し溶解性を有する必要がある。溶解性と、上記所望の特性を有する熱分解性樹脂としては、ポリカルボナート、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸エステル、ポリエステル、が挙げられる。 The pyrolytic resin needs to be soluble in a solvent. Examples of the thermosetting resin having solubility and the above desired properties include polycarbonate, polymethacrylic acid, polymethacrylic acid ester, and polyester.
<溶剤>
溶剤には、銅粒子を分散し、熱分解性樹脂を溶解することで接合用銅ペーストを得る機能が求められると共に、さらに焼成時に揮発除去されて、焼結後の焼結層に残らないことが求められる。
<Solvent>
The solvent is required to have a function of dispersing copper particles and dissolving a thermally decomposable resin to obtain a copper paste for bonding, and is further volatilized and removed during firing so as not to remain in the sintered layer after sintering. Is required.
銅粒子を分散できかつ熱分解性樹脂を溶解できる分散媒は、銅粒子の表面処理剤の種類、接合用銅ペーストに添加された分散剤の種類、熱分解性樹脂の種類等に依存する。例えば、高極性な分散剤、高極性な熱分解性樹脂を選んだ場合には高極性な溶剤が好適であり、低極性な分散剤、低極性な熱分解性樹脂を選んだ場合には低極性な溶剤が好適である。
このような分散剤、熱分解性樹脂、溶剤の種類の組み合わせには、それぞれのハンセン溶解度パラメータが近いものを選ぶことが好適であると類推される。ハンセン溶解度パラメータは、例えば、下記公開文献の巻末データベースから検索する、又は、データベース及びシミュレーション統合ソフトウエアHSPiPで検索/計算することができる。
公開文献:「HANSEN SOLUBILITY PARAMETERS:A USER’S HANDBOOK」(CRC Press、1999)
The dispersion medium capable of dispersing the copper particles and dissolving the pyrolytic resin depends on the type of the surface treatment agent for the copper particles, the type of the dispersant added to the copper paste for bonding, the type of the pyrolytic resin, and the like. For example, when a highly polar dispersant or a highly polar pyrolytic resin is selected, a highly polar solvent is suitable, and when a low polar dispersant or a low polar pyrolytic resin is selected, it is low. Polar solvents are preferred.
It is inferred that it is preferable to select a combination of such dispersants, pyrolytic resins, and solvents having similar Hansen solubility parameters. The Hansen solubility parameter can be searched, for example, from the database at the end of the following published literature, or searched / calculated by the database and simulation integrated software HSPiP.
Published literature: "HANSEN SOLUBILITY PARAMETERS: A USER'S HANDBOOK" (CRC Press, 1999)
溶剤の沸点は、400℃以下が好ましく、370℃以下がより好ましい。溶剤の沸点がこの温度以上であると、焼結温度までに揮発・除去し難くなり、焼結阻害、焼結後のガス発生、腐食の原因となる。 The boiling point of the solvent is preferably 400 ° C. or lower, more preferably 370 ° C. or lower. If the boiling point of the solvent is higher than this temperature, it becomes difficult to volatilize and remove it by the sintering temperature, which causes sintering inhibition, gas generation after sintering, and corrosion.
高極性溶剤の例としては、1,3−ジオキソラン−2−オン、4−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オンなどの炭酸エステル類、メタノール、エタノールなどの低級アルコール類、グリセリン、ジグリセリン、ジエチレングリコール、プロピレングリコールなどの多価アルコール類、アミン類、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、γ―ブチロラクトンなどのエステル類、水が挙げられる。 Examples of highly polar solvents include carbonate esters such as 1,3-dioxolan-2-one and 4-methyl-1,3-dioxolan-2-one, lower alcohols such as methanol and ethanol, glycerin and diglycerin. , Polyhydric alcohols such as diethylene glycol and propylene glycol, amines, acid amides such as N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, esters such as γ-butyrolactone, water Can be mentioned.
低極性溶剤の例としては、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、デカノール、エチレングリコール、ブチレングリコール、α―テルピネオール、ボルニルシクロヘキサノール(MTPH)等の高級アルコール類及びエチレングリコールブチルエーテル、エチレングリコールフェニルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルエーテル、ジエチレングリコールブチルエーテル、ジエチレングリコールイソブチルエーテル、ジエチレングリコールヘキシルエーテル、トリエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、ジエチレングリコールイソプロピルメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールエチルエーテル、ジプロピレングリコールプロピルエーテル、ジプロピレングリコールブチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、エチレングリコールブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート(DPMA)、乳酸エチル、乳酸ブチル、炭酸プロピレン等のエステル類、シクロヘキサノン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン等の脂肪族炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素が挙げられる。 Examples of low polar solvents include higher alcohols such as pentanol, hexanol, heptanol, octanol, decanol, ethylene glycol, butylene glycol, α-terpineol and bornylcyclohexanol (MTPH), ethylene glycol butyl ether and ethylene glycol phenyl ether. , Diethylene glycol methyl ether, diethylene glycol ethyl ether, diethylene glycol butyl ether, diethylene glycol isobutyl ether, diethylene glycol hexyl ether, triethylene glycol methyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, diethylene glycol butyl methyl ether, diethylene glycol isopropyl methyl ether, triethylene glycol. Diethyl ether, triethylene glycol butyl methyl ether, propylene glycol propyl ether, dipropylene glycol methyl ether, dipropylene glycol ethyl ether, dipropylene glycol propyl ether, dipropylene glycol butyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, tripropylene glycol methyl ether, tripropylene Ethers such as glycol dimethyl ether, ethylene glycol ethyl ether acetate, ethylene glycol butyl ether acetate, diethylene glycol ethyl ether acetate, diethylene glycol butyl ether acetate, dipropylene glycol methyl ether acetate (DPMA), ethyl lactate, butyl lactate, esters such as propylene carbonate, etc. Examples thereof include aliphatic hydrocarbons such as cyclohexanone, octane, nonane, decane and undecane, and aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene.
<焼結助剤>
焼結助剤は銅粒子の焼結を促進する機能を発現し、焼結の開始温度の低減、焼結体の緻密度の向上効果が得られる。このような焼結助剤として、銅より融点の低い異種金属粒子がある。
<Sintering aid>
The sintering aid exhibits a function of promoting the sintering of copper particles, and has the effects of reducing the starting temperature of sintering and improving the density of the sintered body. As such a sintering aid, there are dissimilar metal particles having a melting point lower than that of copper.
銅より融点の低い異種金属粒子は、銅との接触点から銅粒子同士よりも低い温度で焼結が始まり、焼結温度を低減する効果が得られる。このような異種金属種として、亜鉛、スズ、銀、金、パラジウム、インジウム、ガリウム、アルミニウム、アンチモンが挙げられる。これらの異種金属は単体として用いても合金として用いても良く、複数種類の異種金属粒子を同時に用いても良い。 Dissimilar metal particles having a melting point lower than that of copper start sintering at a temperature lower than that of the copper particles from the contact point with copper, and the effect of reducing the sintering temperature can be obtained. Examples of such dissimilar metal species include zinc, tin, silver, gold, palladium, indium, gallium, aluminum and antimonide. These dissimilar metals may be used as a simple substance or as an alloy, or a plurality of types of dissimilar metal particles may be used at the same time.
異種金属粒子の粒径は、小さいほど効果が高いが、金、銀、パラジウム以外の金属種では、ナノ粒子とした場合に表面の酸化により効果が低下し易い。そのため、50%体積平均粒径は0.1μm以上が好適である。特に入手の容易さから、50%体積平均粒径は0.2〜5μmがより好適である。 The smaller the particle size of the dissimilar metal particles, the higher the effect, but with metal species other than gold, silver, and palladium, the effect tends to decrease due to surface oxidation when nanoparticles are used. Therefore, the 50% volume average particle size is preferably 0.1 μm or more. In particular, the 50% volume average particle size is more preferably 0.2 to 5 μm because of its availability.
焼結助剤の添加量は、銅粒子の全質量を基準として0.01質量%以上10質量%以下が好ましく、0.05質量%以上5質量%以下がより好ましく、0.1質量%以上1質量%以下がさらに好ましい。この量より少ない場合には十分な効果が得られ難く、また多い場合には銅と合金化して熱伝導率や電気伝導率を低下させ、あるいは焼結体に取り込まれない異物として焼結体の強度を低下させる。 The amount of the sintering aid added is preferably 0.01% by mass or more and 10% by mass or less, more preferably 0.05% by mass or more and 5% by mass or less, and 0.1% by mass or more, based on the total mass of the copper particles. More preferably, it is 1% by mass or less. If it is less than this amount, it is difficult to obtain a sufficient effect, and if it is more than this amount, it is alloyed with copper to lower the thermal conductivity and electrical conductivity, or as a foreign substance that is not incorporated into the sintered body, the sintered body Reduces strength.
<接合用銅ペーストの組成比>
銅粒子の含有量は、接合用銅ペーストの全質量を基準として65質量%以上95質量%以下であることが好ましく、75質量%以上94質量%以下であることがより好ましい。これ以下であると、接合用銅ペーストの体積と焼結体の体積の差が大きくなり、剥離やヒビの原因となる。またこれ以上であると、接合用銅ペーストの流動性が失われて、塗布性や密着性が悪くなる。
<Composition ratio of copper paste for bonding>
The content of the copper particles is preferably 65% by mass or more and 95% by mass or less, and more preferably 75% by mass or more and 94% by mass or less, based on the total mass of the copper paste for bonding. If it is less than this, the difference between the volume of the copper paste for bonding and the volume of the sintered body becomes large, which causes peeling and cracks. If it is more than this, the fluidity of the bonding copper paste is lost, and the coatability and adhesion are deteriorated.
熱分解性樹脂の含有量は、接合用銅ペーストの全質量を基準として0.6質量%以上15質量%以下であることが好ましい。 The content of the pyrolytic resin is preferably 0.6% by mass or more and 15% by mass or less based on the total mass of the copper paste for bonding.
また、熱分解性樹脂含有量は、銅粒子及び熱分解性樹脂の全質量(すなわち、溶剤が乾燥除去された場合の質量)を基準として1質量%以上であることが好ましく、1.5質量%以上であることがより好ましい。熱分解性樹脂量がこれより少ない場合には、焼結開始前に部材間の熱応力で剥離が発生し、接合不良となる。また、当該含有量の上限は、銅粒子及び熱分解性樹脂の全質量を基準として20質量%以下であることが好ましい。これより多い場合には、接合用銅ペーストの体積と焼結体の体積の差が大きくなり、焼結体緻密度の低下、剥離やヒビの原因となる。 The content of the pyrolytic resin is preferably 1% by mass or more, preferably 1.5% by mass, based on the total mass of the copper particles and the pyrolytic resin (that is, the mass when the solvent is dried and removed). % Or more is more preferable. If the amount of the pyrolytic resin is less than this, peeling occurs due to thermal stress between the members before the start of sintering, resulting in poor bonding. The upper limit of the content is preferably 20% by mass or less based on the total mass of the copper particles and the thermally decomposable resin. If it is more than this, the difference between the volume of the copper paste for bonding and the volume of the sintered body becomes large, which causes a decrease in the density of the sintered body, peeling and cracks.
溶剤の含有量は、例えば上記銅粒子及び熱分解性樹脂の含有量の残部とすることができる。当該含有量は、接合用銅ペーストの全質量を基準として4質量%以上34質量%以下であることが好ましく、8質量%以上20質量%以下であることがより好ましい。これ以下であると流動性が失われ塗布性や密着性が悪くなる。また、これ以上であると接合用銅ペーストの体積と焼結体の体積の差が大きくなり、剥離やヒビの原因となる。 The content of the solvent can be, for example, the balance of the contents of the copper particles and the thermally decomposable resin. The content is preferably 4% by mass or more and 34% by mass or less, and more preferably 8% by mass or more and 20% by mass or less, based on the total mass of the copper paste for bonding. If it is less than this, the fluidity is lost and the coatability and adhesion are deteriorated. On the other hand, if it is more than this, the difference between the volume of the copper paste for bonding and the volume of the sintered body becomes large, which causes peeling and cracks.
<接合用銅ペーストの調製>
接合用銅ペーストは、上述の銅粒子、熱分解性樹脂、その他の金属粒子及び任意の添加剤を、溶剤に混合して調製することができる。例えば、熱分解性樹脂を溶剤に溶解した後、銅粒子、その他の金属粒子、分散剤及び任意の添加剤を添加し分散処理を行うことで調製できる。あるいは、熱分解性樹脂を溶剤に混合して溶かした溶液と、焼結銅粒子、分散剤を溶剤に混合して分散処理した分散液と、を混合し、銅粒子、その他の金属粒子及び任意の添加剤を添加して調製することができる。
<Preparation of copper paste for bonding>
The copper paste for bonding can be prepared by mixing the above-mentioned copper particles, pyrolytic resin, other metal particles and any additive with a solvent. For example, it can be prepared by dissolving a thermally decomposable resin in a solvent and then adding copper particles, other metal particles, a dispersant and an arbitrary additive to carry out a dispersion treatment. Alternatively, a solution obtained by mixing a pyrolytic resin in a solvent and dissolving it, and a dispersion liquid obtained by mixing sintered copper particles and a dispersant in a solvent and performing a dispersion treatment are mixed, and copper particles, other metal particles, and optionally. Can be prepared by adding the above additives.
銅粒子は、サブマイクロ銅粒子とマイクロ銅粒子を少なくとも含むが、溶剤あるいは熱分解性樹脂溶液に、必要に応じ分散剤を加え、まずサブマイクロ銅粒子を混合した上で分散処理を行い、さらにマイクロ銅粒子およびその他の金属粒子を加えて分散処理を行っても良い。サブマイクロ銅粒子と、マイクロ銅粒子では分散に適した分散方法、分散条件が異なる場合がある。一般にサブマイクロ銅粒子では、マイクロ銅粒子より強度の強い分散が必要であり、一方、マイクロ銅粒子は分散しやすく強度の低い分散で十分であるだけでなく、強い分散ではマイクロ銅粒子は変形を生じる。このような手順とすることで、分散性が良くなり、接合用銅ペーストの性能をより向上させることができる。分散液に対し分級操作をすることによって凝集物を除去してもよい。 The copper particles contain at least sub-micro copper particles and micro-copper particles, but a dispersant is added to a solvent or a thermally decomposable resin solution as necessary, and the sub-micro copper particles are first mixed and then dispersed. The dispersion treatment may be carried out by adding microcopper particles and other metal particles. The dispersion method and dispersion conditions suitable for dispersion may differ between the sub-micro copper particles and the micro copper particles. In general, sub-microcopper particles require stronger dispersion than microcopper particles, while microcopper particles are easy to disperse and low-strength dispersion is sufficient, and strong dispersion causes the microcopper particles to deform. Occurs. By performing such a procedure, the dispersibility is improved, and the performance of the copper paste for bonding can be further improved. The agglomerates may be removed by performing a classification operation on the dispersion liquid.
各成分の混合後に、撹拌処理を行ってもよい。接合用銅ペーストは、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、10μm以下とすることもできる。 After mixing each component, stirring treatment may be performed. For the bonding copper paste, the maximum particle size of the dispersion may be adjusted by a classification operation. At this time, the maximum particle size of the dispersion liquid can be 20 μm or less, and can be 10 μm or less.
分散処理は、分散機あるいは撹拌機を用いて行うことができる。例えば、石川式攪拌機、シルバーソン攪拌機、キャビテーション攪拌機、自転公転型攪拌装置、超薄膜高速回転式分散機、超音波分散機、ライカイ機、二軸混練機、ビーズミル、ボールミル、三本ロールミル、ホモミキサー、プラネタリーミキサー、超高圧型分散機、薄層せん断分散機が挙げられる。 The dispersion treatment can be performed using a disperser or a stirrer. For example, Ishikawa stirrer, Silberson stirrer, cavitation stirrer, rotation and revolution type stirrer, ultra-thin high-speed rotary disperser, ultrasonic disperser, Raikai machine, twin-screw kneader, bead mill, ball mill, triple roll mill, homo mixer , Planetary mixer, ultra-high pressure type disperser, thin layer shear disperser.
撹拌処理は、撹拌機を用いて行うことができる。例えば、石川式攪拌機、自転公転型攪拌装置、ライカイ機、二軸混練機、三本ロールミル、プラネタリーミキサーが挙げられる。 The stirring process can be performed using a stirrer. For example, an Ishikawa type stirrer, a rotation / revolution type stirrer, a Raikai machine, a twin-screw kneader, a three-roll mill, and a planetary mixer can be mentioned.
分級操作は、例えば、ろ過、自然沈降、遠心分離を用いて行うことができる。ろ過用のフィルタとしては、例えば、水櫛、金属メッシュ、メタルフィルター、ナイロンメッシュが挙げられる。 The classification operation can be performed using, for example, filtration, natural sedimentation, and centrifugation. Examples of the filter for filtration include a water comb, a metal mesh, a metal filter, and a nylon mesh.
接合用銅ペーストは、各々の印刷・塗布手法に適した粘度に調整してもよい。接合用銅ペーストの粘度としては、例えば、25℃におけるCasson粘度が0.05Pa・s以上2.0Pa・s以下であってもよく、0.06Pa・s以上1.0Pa・s以下であってもよい。 The bonding copper paste may be adjusted to a viscosity suitable for each printing / coating method. As the viscosity of the copper paste for bonding, for example, the Casson viscosity at 25 ° C. may be 0.05 Pa · s or more and 2.0 Pa · s or less, and 0.06 Pa · s or more and 1.0 Pa · s or less. May be good.
<接合体及び半導体装置>
以下、図面を参照しながら好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限られるものではない。
<Joints and semiconductor devices>
Hereinafter, preferred embodiments will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. Moreover, the dimensional ratio of the drawing is not limited to the ratio shown in the drawing.
図1は、本実施形態の接合用銅ペーストを用いて製造される接合体の一例を示す模式断面図である。本実施形態の接合体100は、第一の部材2と、第一の部材とは異なる熱膨張率を有する第二の部材3と、第一の部材と第二の部材とを接合する上記接合用銅ペーストの焼結体1と、を備える。なお、図2に示すように、本実施形態の接合体は、複数の第一の部材2a及び2bと、第一の部材とは異なる熱膨張率を有する第二の部材3と、第一の部材と第二の部材とを接合する上記接合用銅ペーストの焼結体1と、を備える接合体110であってもよい。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a bonded body manufactured by using the bonding copper paste of the present embodiment. The bonded
このような構成では、焼成時に室温から焼成温度へ昇温した際に、第一の部材2と第二の部材3の熱膨張率差から焼結前の接合用銅ペーストを剥離させるような熱応力が働く。特に第一の部材2が大きくなると熱応力は強くなるため、熱分解性樹脂による仮止めが可能な本実施形態の接合用銅ペーストを好適に用いることができる。
In such a configuration, when the temperature is raised from room temperature to the firing temperature during firing, the heat that causes the bonding copper paste before sintering to be peeled off from the difference in the coefficient of thermal expansion between the
第一の部材2及び第二の部材3としては、例えば、IGBT、ダイオード、ショットキーバリヤダイオード、MOS−FET、サイリスタ、ロジック、センサー、アナログ集積回路、LED、半導体レーザー、発信器等の半導体素子、リードフレーム、金属板貼付セラミックス基板(例えばDBC)、LEDパッケージ等の半導体素子搭載用基材、銅リボン、金属ブロック、端子等の給電用部材、放熱板、水冷板等が挙げられる。
Examples of the
第一の部材2及び第二の部材3は、接合用銅ペーストの焼結体と接する面4a及び4bに金属を含んでいてもよい。金属としては、例えば、銅、ニッケル、銀、金、パラジウム、白金、鉛、錫、コバルト等が挙げられる。金属は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。また、焼結体と接する面は、上記金属を含む合金であってもよい。合金に用いられる金属としては、上記金属の他に、亜鉛、マンガン、アルミニウム、ベリリウム、チタン、クロム、鉄、モリブデン等が挙げられる。焼結体と接する面に金属を含む部材としては、例えば、各種金属メッキを有する部材、ワイヤ、金属メッキを有するチップ、ヒートスプレッダ、金属板が貼り付けられたセラミックス基板、各種金属メッキを有するリードフレーム又は各種金属からなるリードフレーム、銅板、銅箔が挙げられる。
The
接合体のダイシェア強度は、第一の部材及び第二の部材を十分に接合するという観点から、15MPa以上であってもよく、20MPa以上であってもよく、30MPa以上であってもよい。ダイシェア強度は、万能型ボンドテスタ(4000シリーズ、DAGE社製)等を用いて測定することができる。 The die shear strength of the joined body may be 15 MPa or more, 20 MPa or more, or 30 MPa or more from the viewpoint of sufficiently joining the first member and the second member. The die shear strength can be measured using a universal bond tester (4000 series, manufactured by DAGE) or the like.
接合用銅ペーストの焼結体の熱伝導率は、放熱性及び高温下での接続信頼性という観点から、100W/(m・K)以上であってもよく、120W/(m・K)以上であってもよく、150W/(m・K)以上であってもよい。熱伝導率は、接合用銅ペーストの焼結体の熱拡散率、比熱容量、及び密度から、算出することができる。 The thermal conductivity of the sintered body of the copper paste for bonding may be 100 W / (m · K) or more, and 120 W / (m · K) or more from the viewpoint of heat dissipation and connection reliability at high temperatures. It may be 150 W / (m · K) or more. The thermal conductivity can be calculated from the thermal diffusivity, specific heat capacity, and density of the sintered body of the copper paste for bonding.
第一の部材と第二の部材の熱膨張率の差は、2ppm〜30ppmであってもよく、3ppm〜23ppmであってもよく、5ppm〜15ppmであってもよい。 The difference in the coefficient of thermal expansion between the first member and the second member may be 2 ppm to 30 ppm, 3 ppm to 23 ppm, or 5 ppm to 15 ppm.
次に、本実施形態の接合用銅ペーストを用いた接合体の製造方法について説明する。本実施形態の接合用銅ペーストを用いた接合体の製造方法は、第一の部材、該第一の部材の自重が働く方向側に、上記接合用銅ペースト、及び第一の部材とは異なる熱膨張率を有する第二の部材がこの順に積層された積層体を用意し、接合用銅ペーストを、第一の部材の自重、又は第一の部材の自重及び0.01MPa以下の圧力を受けた状態で焼結する工程を備える。第一の部材の自重が働く方向とは、重力が働く方向ということもできる。 Next, a method for manufacturing a bonded body using the bonding copper paste of the present embodiment will be described. The method for producing a bonded body using the bonding copper paste of the present embodiment is different from that of the first member, the bonding copper paste, and the first member on the side in which the weight of the first member acts. A laminate in which the second member having a coefficient of thermal expansion is laminated in this order is prepared, and the copper paste for joining is subjected to the own weight of the first member or the own weight of the first member and a pressure of 0.01 MPa or less. It is provided with a step of sintering in a state of being bent. The direction in which the weight of the first member works can also be said to be the direction in which gravity works.
上記積層体は、例えば、第二の部材の必要な部分に本実施形態の接合用銅ペーストを設け、次いで接合用銅ペースト上に第一の部材を配置することにより用意することができる。 The laminate can be prepared, for example, by providing the bonding copper paste of the present embodiment at a required portion of the second member and then arranging the first member on the bonding copper paste.
本実施形態の接合用銅ペーストを、第二の部材の必要な部分に設ける方法としては、接合用銅ペーストを堆積させられる方法であればよい。このような方法としては、例えば、スクリーン印刷、転写印刷、オフセット印刷、ジェットプリンティング法、ディスペンサー、ジェットディスペンサ、ニードルディスペンサ、カンマコータ、スリットコータ、ダイコータ、グラビアコータ、スリットコート、凸版印刷、凹版印刷、グラビア印刷、ステンシル印刷、ソフトリソグラフ、バーコート、アプリケータ、粒子堆積法、スプレーコータ、スピンコータ、ディップコータ、電着塗装等を用いることができる。接合用銅ペーストの厚みは、1μm以上1000μm以下であってもよく、10μm以上500μm以下であってもよく、50μm以上200μm以下であってもよく、10μm以上3000μm以下であってもよく、15μm以上500μm以下であってもよく、20μm以上300μm以下であってもよく、5μm以上500μm以下であってもよく、10μm以上250μm以下であってもよく、15μm以上150μm以下であってもよい。 As a method of providing the bonding copper paste of the present embodiment at a required portion of the second member, any method may be used as long as the bonding copper paste can be deposited. Examples of such a method include screen printing, transfer printing, offset printing, jet printing method, dispenser, jet dispenser, needle dispenser, comma coater, slit coater, die coater, gravure coater, slit coat, letterpress printing, concave printing, and gravure. Printing, stencil printing, soft lithograph, bar coating, applicator, particle deposition method, spray coater, spin coater, dip coater, electrodeposition coating and the like can be used. The thickness of the bonding copper paste may be 1 μm or more and 1000 μm or less, 10 μm or more and 500 μm or less, 50 μm or more and 200 μm or less, 10 μm or more and 3000 μm or less, and 15 μm or more. It may be 500 μm or less, 20 μm or more and 300 μm or less, 5 μm or more and 500 μm or less, 10 μm or more and 250 μm or less, or 15 μm or more and 150 μm or less.
接合用銅ペースト上に第一の部材を配置する方法としては、例えば、チップマウンター、フリップチップボンダー、カーボン製又はセラミックス製の位置決め冶具が挙げられる。 Examples of the method of arranging the first member on the bonding copper paste include a chip mounter, a flip chip bonder, and a positioning jig made of carbon or ceramics.
第一の部材と第二の部材間に配された接合用銅ペーストは、焼結時の流動及びボイドの発生を抑制する観点から、適宜乾燥させてもよい。乾燥時のガス雰囲気は大気中であってもよく、窒素、希ガス等の無酸素雰囲気中であってもよく、水素、ギ酸等の還元雰囲気中であってもよい。乾燥方法は、常温放置による乾燥であってもよく、加熱乾燥であってもよく、減圧乾燥であってもよい。加熱乾燥又は減圧乾燥には、例えば、ホットプレート、温風乾燥機、温風加熱炉、窒素乾燥機、赤外線乾燥機、赤外線加熱炉、遠赤外線加熱炉、マイクロ波加熱装置、レーザー加熱装置、電磁加熱装置、ヒーター加熱装置、蒸気加熱炉、熱板プレス装置等を用いることができる。乾燥の温度及び時間は、使用した分散媒の種類及び量に合わせて適宜調整してもよい。乾燥の温度及び時間としては、例えば、50℃以上180℃以下で1分以上120分間以下乾燥させてもよい。 The bonding copper paste arranged between the first member and the second member may be appropriately dried from the viewpoint of suppressing flow and generation of voids during sintering. The gas atmosphere at the time of drying may be in the atmosphere, in an oxygen-free atmosphere such as nitrogen or rare gas, or in a reducing atmosphere such as hydrogen or formic acid. The drying method may be drying by leaving at room temperature, heat drying, or vacuum drying. For heat drying or vacuum drying, for example, a hot plate, a hot air dryer, a hot air heating furnace, a nitrogen dryer, an infrared dryer, an infrared heating furnace, a far infrared heating furnace, a microwave heating device, a laser heating device, an electromagnetic wave. A heating device, a heater heating device, a steam heating furnace, a hot plate pressing device, or the like can be used. The drying temperature and time may be appropriately adjusted according to the type and amount of the dispersion medium used. As the drying temperature and time, for example, it may be dried at 50 ° C. or higher and 180 ° C. or lower for 1 minute or more and 120 minutes or less.
積層体を加熱処理することで、接合用銅ペーストの焼結を行う。加熱処理には、例えば、ホットプレート、温風乾燥機、温風加熱炉、窒素乾燥機、赤外線乾燥機、赤外線加熱炉、遠赤外線加熱炉、マイクロ波加熱装置、レーザー加熱装置、電磁加熱装置、ヒーター加熱装置、蒸気加熱炉等を用いることができる。 By heat-treating the laminate, the copper paste for bonding is sintered. For heat treatment, for example, a hot plate, a hot air dryer, a hot air heating furnace, a nitrogen dryer, an infrared dryer, an infrared heating furnace, a far infrared heating furnace, a microwave heating device, a laser heating device, an electromagnetic heating device, etc. A heater heating device, a steam heating furnace, or the like can be used.
焼結時のガス雰囲気は、焼結体、第一の部材及び第二の部材の酸化抑制の観点から、無酸素雰囲気であってもよい。焼結時のガス雰囲気は、接合用銅ペーストの銅粒子の表面酸化物を除去するという観点から、還元雰囲気であってもよい。無酸素雰囲気としては、例えば、窒素、希ガス等の無酸素ガスの導入、又は真空下が挙げられる。還元雰囲気としては、例えば、純水素ガス中、フォーミングガスに代表される水素及び窒素の混合ガス中、ギ酸ガスを含む窒素中、水素及び希ガスの混合ガス中、ギ酸ガスを含む希ガス中等が挙げられる。 The gas atmosphere at the time of sintering may be an oxygen-free atmosphere from the viewpoint of suppressing oxidation of the sintered body, the first member and the second member. The gas atmosphere at the time of sintering may be a reducing atmosphere from the viewpoint of removing surface oxides of copper particles of the copper paste for bonding. Examples of the anoxic atmosphere include the introduction of an oxygen-free gas such as nitrogen and a rare gas, or under vacuum. Examples of the reducing atmosphere include pure hydrogen gas, a mixed gas of hydrogen and nitrogen typified by a forming gas, nitrogen containing formic acid gas, a mixed gas of hydrogen and rare gas, and a rare gas containing formic acid gas. Can be mentioned.
加熱処理時の到達最高温度は、第一の部材及び第二の部材への熱ダメージの低減及び歩留まりを向上させるという観点から、250℃以上450℃以下であってもよく、250℃以上400℃以下であってもよく、250℃以上350℃以下であってもよい。到達最高温度が、200℃以上であれば、到達最高温度保持時間が60分以下において焼結が充分に進行する傾向にある。 The maximum temperature reached during the heat treatment may be 250 ° C. or higher and 450 ° C. or lower, and 250 ° C. or higher and 400 ° C. from the viewpoint of reducing thermal damage to the first member and the second member and improving the yield. It may be 250 ° C. or higher and 350 ° C. or lower. When the maximum ultimate temperature is 200 ° C. or higher, sintering tends to proceed sufficiently when the maximum ultimate temperature holding time is 60 minutes or less.
到達最高温度保持時間は、熱分解性樹脂、溶剤等を充分に除去でき、また、歩留まりを向上させるという観点から、1分以上60分以下であってもよく、1分以上40分未満であってもよく、1分以上30分未満であってもよい。 The maximum temperature retention time may be 1 minute or more and 60 minutes or less from the viewpoint of sufficiently removing the pyrolytic resin, the solvent, etc. and improving the yield, and is 1 minute or more and less than 40 minutes. It may be 1 minute or more and less than 30 minutes.
本実施形態の接合用銅ペーストを用いることにより、積層体を焼結する際、無加圧での接合を行う場合であっても、接合体は充分な接合強度を有することができる。すなわち、接合用銅ペーストに積層した第一の部材による自重のみ、又は第一の部材の自重に加え、0.01MPa以下、好ましくは0.005MPa以下の圧力を受けた状態で、充分な接合強度を得ることができる。焼結時に受ける圧力が上記範囲内であれば、特別な加圧装置が不要なため歩留まりを損なうこと無く、ボイドの低減、ダイシェア強度及び接続信頼性をより一層向上させることができる。接合用銅ペーストが0.01MPa以下の圧力を受ける方法としては、例えば、第一の部材上に重りを載せる方法等が挙げられる。 By using the bonding copper paste of the present embodiment, the bonded body can have sufficient bonding strength even when bonding is performed without pressure when sintering the laminated body. That is, sufficient bonding strength is obtained when only the weight of the first member laminated on the copper paste for bonding is applied, or when a pressure of 0.01 MPa or less, preferably 0.005 MPa or less is applied in addition to the weight of the first member. Can be obtained. When the pressure received during sintering is within the above range, void reduction, die shear strength and connection reliability can be further improved without impairing the yield because a special pressurizing device is not required. Examples of the method in which the bonding copper paste receives a pressure of 0.01 MPa or less include a method of placing a weight on the first member.
上記接合体において、第一の部材及び第二の部材の少なくとも一方は、半導体素子であってもよい。半導体素子としては、例えば、ダイオード、整流器、サイリスタ、MOSゲートドライバ、パワースイッチ、パワーMOSFET、IGBT、ショットキーダイオード、ファーストリカバリダイオード等からなるパワーモジュール、発信機、増幅器、LEDモジュール等が挙げられる。このような場合、上記接合体は半導体装置となる。得られる半導体装置は充分なダイシェア強度及び接続信頼性を有することができる。 In the above-mentioned joint, at least one of the first member and the second member may be a semiconductor element. Examples of semiconductor elements include power modules including diodes, rectifiers, thyristors, MOS gate drivers, power switches, power MOSFETs, IGBTs, shotkey diodes, fast recovery diodes, transmitters, amplifiers, LED modules, and the like. In such a case, the bonded body becomes a semiconductor device. The obtained semiconductor device can have sufficient die shear strength and connection reliability.
次に、接合体のより具体的な態様である半導体装置について説明する。本実施形態の半導体装置は、上記の接合用銅ペーストの焼結体を介して、半導体素子と半導体素子搭載用支持部材とが接合されてなる構造を有する。 Next, a semiconductor device, which is a more specific embodiment of the bonded body, will be described. The semiconductor device of the present embodiment has a structure in which a semiconductor element and a support member for mounting a semiconductor element are bonded via the above-mentioned sintered body of the copper paste for bonding.
図3は、本実施形態の接合用銅ペーストを用いて製造される半導体装置の一例を示す模式断面図である。図3に示す半導体装置200は、リードフレーム10a上に、本実施形態の接合用銅ペーストの焼結体1を介して接続された半導体素子11と、これらをモールドするモールドレジン13とからなる。半導体素子11は、ワイヤ12を介してリードフレーム10bに接続されている。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a semiconductor device manufactured by using the bonding copper paste of the present embodiment. The
図4は、本実施形態の接合用銅ペーストを用いて製造される半導体装置の一例を示す模式断面図である。半導体装置210は、絶縁基板21上に設けられた電極22上に、本実施形態の接合用銅ペーストの焼結体1を介して接続された半導体素子23があり、半導体素子23の上部電極はさらに本実施形態の接合用銅ペーストの焼結体1を介して銅条25と接続されている。銅条25の他端は本実施形態の接合用銅ペーストの焼結体1を介して絶縁基板21上に設けられた電極24と接続されている。半導体素子23は、ワイヤ27を介して電極26に接続されている。これらの構造物は、絶縁樹脂組成物29に覆われている。半導体装置210は、絶縁基板21の上記電極等が搭載されている面とは反対側に、金属板28を備えている。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of a semiconductor device manufactured by using the bonding copper paste of the present embodiment. The
図5は、本実施形態の接合用銅ペーストを用いて製造される半導体装置の一例を示す模式断面図である。半導体装置220は、金属板32上に、本実施形態の接合用銅ペーストの焼結体1を介して接続された半導体素子23があり、半導体素子23の他方は本実施形態の接合用銅ペーストの焼結体1を介して金属ブロック30と接続し、さらに金属ブロック30と金属板33が本実施形態の接合用銅ペーストの焼結体1を介して接合されている。半導体素子23は、ワイヤ35を介して金属電極34に接続されている。これらの構造物は、モールドレジン31に覆われている。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of a semiconductor device manufactured by using the bonding copper paste of the present embodiment. The
本実施形態の接合用銅ペーストを用いて製造される半導体装置としては、例えば、ダイオード、整流器、サイリスタ、MOSゲートドライバ、パワースイッチ、パワーMOSFET、IGBT、ショットキーダイオード、ファーストリカバリダイオード等からなるパワーモジュール、発信機、増幅器、高輝度LEDモジュール、半導体レーザーモジュール、ロジック、センサー等が挙げられる。 Examples of the semiconductor device manufactured by using the bonding copper paste of the present embodiment include a power including a diode, a rectifier, a thyristor, a MOS gate driver, a power switch, a power MOSFET, an IGBT, a Schottky diode, and a fast recovery diode. Examples include modules, transmitters, amplifiers, high-brightness LED modules, semiconductor laser modules, logics, sensors and the like.
これらの半導体装置は、上述した接合体の製造方法と同様にして製造することができる。すなわち、半導体装置の製造方法は、第一の部材及び第二の部材の少なくとも一方に半導体素子を用い、第一の部材、該第一の部材の自重が働く方向側に、上記接合用銅ペースト、及び第二の部材がこの順に積層された積層体を用意し、接合用銅ペーストを、第一の部材の自重、又は第一の部材の自重及び0.01MPa以下の圧力を受けた状態で焼結する工程を備える。例えば、図3であれば、リードフレーム10a上に接合用銅ペーストを設け、さらに半導体素子11を配置して加熱する工程が挙げられる。得られる半導体装置は、無加圧での接合を行った場合であっても、充分なダイシェア強度及び接続信頼性を有することができる。本実施形態の半導体装置は、充分な接合力を有し、熱伝導率及び融点が高い銅の焼結体を備えることにより充分な(例えば15MPa以上の)ダイシェア強度を有し、接続信頼性に優れるとともに、パワーサイクル耐性にも優れたものになり得る。
These semiconductor devices can be manufactured in the same manner as the above-described method for manufacturing a bonded body. That is, in the method for manufacturing a semiconductor device, a semiconductor element is used for at least one of the first member and the second member, and the copper paste for bonding is placed on the side in the direction in which the weight of the first member and the first member acts. , And a laminate in which the second member is laminated in this order are prepared, and the bonding copper paste is subjected to the own weight of the first member or the own weight of the first member and a pressure of 0.01 MPa or less. It is provided with a step of sintering. For example, in FIG. 3, a step of providing a bonding copper paste on the
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
(接合用銅ペーストの材料)
CH−0200:サブマイクロ銅粒子(三井金属鉱業社製、製品名「CH−0200」、50%体積平均粒径 0.3μm)。
MA−025KFD:マイクロ銅粒子(三井金属鉱業社製、製品名「MA−025KFD」、フレーク状、50%体積平均粒径 4μm)。
2L3N/A:マイクロ銅粒子(福田金属箔粉工業社製、製品名「2L3N/A」、フレーク状、50%体積平均粒径 9μm)。
ポリ(プロピレンカルボナート):熱分解性樹脂(Sigma−Aldrich社製)
KFA−2000:熱分解性樹脂のジヒドロターピネオール溶液(アクリル系、溶液濃度33.6質量%、互応化学工業製)
炭酸プロピレン:溶剤(和光純薬工業製、製品名「4−メチル−1、3−ジオキソラン−2−オン」)
テルピネオール:(S)−(−)−α−テルピネオール(和光純薬工業製)
(Material for bonding copper paste)
CH-0200: Sub-micro copper particles (manufactured by Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd., product name "CH-0200", 50% volume average particle size 0.3 μm).
MA-025KFD: Micro copper particles (manufactured by Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd., product name "MA-025KFD", flake-shaped, 50% volume average particle size 4 μm).
2L3N / A: Micro copper particles (manufactured by Fukuda Metal Leaf Powder Industry Co., Ltd., product name "2L3N / A", flake-shaped, 50% volume average particle size 9 μm).
Poly (propylene carbonate): Thermosetting resin (manufactured by Sigma-Aldrich)
KFA-2000: Thermosetting resin dihydroterpineol solution (acrylic, solution concentration 33.6% by mass, manufactured by GOO CHEMICAL CO., LTD.)
Propylene carbonate: Solvent (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product name "4-methyl-1,3-dioxolane-2-one")
Terpineol: (S)-(-)-α-terpineol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
(実施例1)
分散媒として炭酸プロピレン2.40g及び熱分解性樹脂としてポリ(プロピレンカルボナート)2.06gをポリ瓶に混合し、密栓し、静置して溶解した。この溶液に、サブマイクロ銅粒子としてCH−0200を11.72g添加し、スパチュラで乾燥粉がなくなるまでかき混ぜた。さらに、3本ロールミル(M−50、EXAKT社製)を用い、15回処理した。この分散処理液を8.09gとり、マイクロ銅粒子MA−025KFDを2.50g添加し、スパチュラで乾燥粉がなくなるまでかき混ぜ、密栓をして自転公転型攪拌装置(Planetry Vacuum Mixer ARV−310、シンキー社製)を用いて、2000rpmで1分間撹拌し、さらに3本ロールミルで5回処理して接合用銅ペーストを得た。接合用銅ペーストは室温で保管し、使用前に自転公転型攪拌装置を用いて、2000rpmで1分間撹拌した後、使用した。
(Example 1)
2.40 g of propylene carbonate as a dispersion medium and 2.06 g of poly (propylene carbonate) as a thermosetting resin were mixed in a plastic bottle, sealed, and allowed to stand to dissolve. To this solution, 11.72 g of CH-0200 as submicrocopper particles was added, and the mixture was stirred with a spatula until the dry powder disappeared. Further, the treatment was carried out 15 times using a 3-roll mill (M-50, manufactured by EXAKT). Take 8.09 g of this dispersion treatment liquid, add 2.50 g of micro copper particles MA-025KFD, stir with a spatula until the dry powder disappears, close the stopper, and rotate / revolve type agitator (Planetry Vacuum Mixer ARV-310, Shinky). The mixture was stirred at 2000 rpm for 1 minute and further treated 5 times with a 3-roll mill to obtain a copper paste for bonding. The copper paste for bonding was stored at room temperature, stirred at 2000 rpm for 1 minute using a rotation / revolution type stirrer before use, and then used.
(その他の実施例及び比較例)
組成を表1のように変更したこと以外は、実施例1と同様にして接合用銅ペーストを得た。
(Other Examples and Comparative Examples)
A copper paste for bonding was obtained in the same manner as in Example 1 except that the composition was changed as shown in Table 1.
(ダイシェア強度の測定方法)
銅基板30mm×25mm×3mm上に3mm×3mmの正方形の開口を9つ有する厚さ75μmのステンレスマスクとスキージを用いて、各実施例及び比較例の接合用銅ペーストをステンシル印刷した。接合用銅ペーストの印刷物上に、サイズ3mm×3mm、厚さ400μmの接合面全面にチタン/ニッケルがこの順でスパッタされたSiチップ(被着面ニッケル)を、ニッケル面が接合用銅ペーストに接するように置き、チップをピンセットで軽く押さえてニッケル面と接合用銅ペーストを密着させた。得られたサンプルを雰囲気制御可能なチューブオーブン(エイブイシー社製)に設置し、水素中、昇温15分間、300℃保持1時間の条件で処理して、接合用銅ペースト接合サンプルを得た。
(Measurement method of die shear strength)
Using a stainless mask with a thickness of 75 μm and a squeegee having nine 3 mm × 3 mm square openings on a
接合用銅ペースト接合サンプルの接着強度は、ダイシェア強度により評価した。DS−100ロードセルを装着した万能型ボンドテスタ(4000シリーズ、DAGE社製)を用い、測定スピード5mm/min、測定高さ50μmでSiチップを水平方向に押し、接合用銅ペースト接合サンプルのダイシェア強度を測定した。8枚のSiチップを測定した値の平均値をダイシェア強度とした。結果を表2に示す。 The adhesive strength of the copper paste bonding sample for bonding was evaluated by the die shear strength. Using a universal bond tester (4000 series, manufactured by DAGE) equipped with a DS-100 load cell, push the Si chip horizontally at a measurement speed of 5 mm / min and a measurement height of 50 μm to increase the die shear strength of the copper paste bonding sample for bonding. It was measured. The average value of the measured values of eight Si chips was taken as the die shear strength. The results are shown in Table 2.
(断面モルフォロジーの観察)
実施例1の接合用銅ペースト接合サンプルをカップ内にサンプルクリップ(Samplklip I、Buehler社製)で固定し、周囲にエポキシ注形樹脂(エポマウント、リファインテック社製)をサンプル全体が埋まるまで流し込み、真空デシケータ内に静置し、1分間減圧して脱泡した。その後、室温下(25℃)10時間放置後、60℃の恒温機で2時間エポキシ注形樹脂を硬化した。レジノイド切断ホイールをつけたリファインソー・エクセル(リファインテック製)を用い、注形したサンプルの観察したい断面付近で切断した。耐水研磨紙(カーボマックペーパー、リファインテック社製)をつけた研磨装置(Refine Polisher HV、リファインテック社製)で断面を削り、シリコンチップにクラックの無い断面を出した。余分な注形樹脂を同様にして削り落とした。その後、バフ研磨剤を染ませたバフ研磨布をセットした研磨装置で断面を平滑にし、SEM用サンプルとした。このSEM用サンプルをSEM装置(ESEM XL30、Philips社製)により、接合用銅ペースト接合サンプルの断面を印加電圧10kV、各種倍率で観察した。粒子間は焼結し、被着面とも融合、接合しており、良好な接合状態にあった。他の実施例も同様の結果であった。
(Observation of cross-sectional morphology)
The copper paste bonding sample for bonding of Example 1 is fixed in a cup with a sample clip (Samplklip I, manufactured by Buehler), and an epoxy casting resin (Epomount, manufactured by Refine Tech) is poured around the sample until the entire sample is filled. , The mixture was allowed to stand in a vacuum desiccator and defoamed under reduced pressure for 1 minute. Then, after leaving it at room temperature (25 ° C.) for 10 hours, the epoxy casting resin was cured in a thermostat at 60 ° C. for 2 hours. Using Refine Saw Excel (manufactured by Refine Tech) equipped with a resinoid cutting wheel, the cast sample was cut near the cross section to be observed. The cross section was scraped with a polishing device (Refine Polisher HV, manufactured by Refine Tech) equipped with water resistant polishing paper (Carbomac Paper, manufactured by Refine Tech) to obtain a crack-free cross section on the silicon chip. The excess casting resin was scraped off in the same manner. Then, the cross section was smoothed with a polishing apparatus set with a buffing polishing cloth dyed with a buffing agent to prepare a sample for SEM. The cross section of the copper paste bonding sample for bonding was observed with an SEM device (ESEM XL30, manufactured by Philips) at an applied voltage of 10 kV and various magnifications. The particles were sintered and fused and bonded to the adherend surface, and were in a good bonding state. Similar results were obtained in other examples.
(実施例5)
熱分解性樹脂としてアクリル系熱分解性樹脂(KFA−2000、互応化学)を用いて接合用銅ペーストを調製した。熱分解性樹脂溶液であるKFA−2000(テルピネオール溶液、樹脂濃度66.4質量%)11.51gと微小銅粒子としてCH−0200を47.93gポリ瓶に混合し、3本ロールミルで5回処理して熱分解性樹脂と銅粒子の混合スラリを得た。この熱分解性樹脂と銅粒子の混合スラリを用い、表3に示す割合でサブマイクロ銅粒子、マイクロ銅粒子、及び溶媒をポリ瓶に量り取り、スパチュラで乾燥粉がなくなるまでかき混ぜ、密栓をして自転公転型攪拌装置(Planetry Vacuum Mixer ARV−310、シンキー社製)を用いて、2000rpmで1分間撹拌し、3本ロールミルで5回処理して接合用銅ペーストを得た。
(Example 5)
A copper paste for bonding was prepared using an acrylic pyrolytic resin (KFA-2000, reciprocal chemistry) as the pyrolytic resin. 11.51 g of KFA-2000 (terpineol solution, resin concentration 66.4% by mass), which is a thermosetting resin solution, and CH-0200 as fine copper particles are mixed in a 47.93 g plastic bottle and treated 5 times with a 3-roll mill. A mixed slurry of a thermosetting resin and copper particles was obtained. Using this mixed slurry of thermally decomposable resin and copper particles, weigh the sub-micro copper particles, micro copper particles, and solvent in a plastic bottle at the ratio shown in Table 3, stir with a spatula until the dry powder is gone, and seal the stopper. Using a rotating and revolving stirrer (Plantery Particle Mixer ARV-310, manufactured by Shinky Co., Ltd.), the mixture was stirred at 2000 rpm for 1 minute and treated 5 times with a 3-roll mill to obtain a copper paste for bonding.
(その他の実施例及び比較例)
組成を表3のように変更したこと以外は、実施例5と同様にして接合用銅ペーストを得た。
(Other Examples and Comparative Examples)
A copper paste for bonding was obtained in the same manner as in Example 5 except that the composition was changed as shown in Table 3.
各実施例及び比較例の接合用銅ペースト接合サンプルの接着強度を、上記と同様にダイシェア強度により評価した。結果を表4に示す。 The adhesive strength of the copper paste bonding samples for bonding in each example and comparative example was evaluated by the die shear strength in the same manner as described above. The results are shown in Table 4.
1…接合用銅ペーストの焼結体、2,2a,2b…第一の部材、3…第二の部材、4a,4b…接合用銅ペーストの焼結体と接する面、10a,10b…リードフレーム、11…半導体素子、12…ワイヤ、13…モールドレジン、21…絶縁基板、22…電極、23…半導体素子、24…電極、25…銅条、26…電極、27…ワイヤ、28…金属板、29…絶縁樹脂組成物、31…モールドレジン、32…金属板、33…金属板、34…金属電極、35…ワイヤ、100,110…接合体、200,210,220…半導体装置。
1 ... Sintered body of copper paste for bonding, 2, 2a, 2b ... First member, 3 ... Second member, 4a, 4b ... Surface in contact with sintered body of copper paste for bonding, 10a, 10b ... Lead Frame, 11 ... semiconductor element, 12 ... wire, 13 ... mold resin, 21 ... insulating substrate, 22 ... electrode, 23 ... semiconductor element, 24 ... electrode, 25 ... copper strip, 26 ... electrode, 27 ... wire, 28 ... metal Plate, 29 ... Insulating resin composition, 31 ... Mold resin, 32 ... Metal plate, 33 ... Metal plate, 34 ... Metal electrode, 35 ... Wire, 100, 110 ... Joined body, 200, 210, 220 ... Semiconductor device.
Claims (5)
銅粒子と、熱分解性樹脂と、溶剤とを含み、
前記銅粒子の含有量が、接合用銅ペーストの全質量を基準として65質量%以上であり、
前記熱分解性樹脂の含有量が、前記銅粒子及び前記熱分解性樹脂の全質量を基準として1質量%以上である、接合用銅ペースト。 A copper paste for joining a semiconductor element and a support member for mounting the semiconductor element.
And copper particles, a heat decomposable resin, and a solvent seen including,
The content of the copper particles is 65% by mass or more based on the total mass of the copper paste for bonding.
A copper paste for bonding in which the content of the pyrolytic resin is 1% by mass or more based on the total mass of the copper particles and the pyrolytic resin.
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