JPWO2012121355A1 - 電子部品および電子部品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施の形態にかかる電子部品の要部を示す断面図である。図1に示す電子部品10において、半導体素子を有する半導体チップ20と金属板5との接合部について示す。半導体チップ20のおもて面に設けられた導電部(おもて面電極など)1の表面には、第1の金属膜2が設けられている。第1の金属膜2の表面には、第2の金属膜3が設けられている。第2の金属膜3の表面には、銀(Ag)粒子を含有する接合層4が設けられている。銀粒子を含有する接合層4は、Ag粒子を含有する導電性組成物(導電性材料)の焼結体である。半導体チップ20は、接合層4を介して金属板5に接合され、図示省略する他の部材と電気的に接続されている。
次に、第2の金属膜3とAg粒子を含有する接合層4との接合強度について検証した。図4は、本発明にかかる電子部品の接合強度について示す図表である。図4中の「−」は、その欄に示す処理を行っていないことを示す。実施の形態に従い、無電解めっき処理条件および接合時の加熱、加圧条件を種々変更して、半導体チップ20のおもて面に第1の金属膜2および第2の金属膜3を形成し、第2の金属膜3の表面にAg粒子を含有する接合層4を介して金属板5を接合することによって4つの電子部品10を作製した(以下、第1〜4の試料とする)。
まず、第1の試料について説明する。6inchのSiウエハの一方の主面(以下、おもて面とする)に、スパッタ法によりAl−Si合金膜(導電部1)を成膜した。Al−Si合金膜の厚さを5μmとした。次に、Siウエハを縦10mm、横10mmに切り出し、めっき用基板(半導体チップ20)とした。次に、めっき用基板にめっき前処理を行った。
次に、第2の試料について説明する。第2の試料の作製においては、NiP合金めっき処理のめっき時間を、第1の試料作製時の2倍の時間とした。置換型Agめっき処理のめっき時間を、第1の試料作製時の6倍の時間とした。Ag粒子を含有する接合層4を、350℃で加熱することで形成した。このとき、無加圧(圧力0MPa)とした。それ以外の作製方法および作製条件は、第1の試料作製と同様である。
次に、第3の試料について説明する。第3の試料の作製においては、第2の金属膜3の表面に塗布したAg粒子を含有するペースト状の導電性組成物を200℃で加熱しながら5MPaの圧力で加圧し、第2の金属膜3とCuピンとを接合した。それ以外の作製方法および作製条件は、第1の試料作製と同様である。
次に、第4の試料について説明する。第4の試料の作製においては、置換Auめっき処理を、金イオンの供給源として亜硫酸金ナトリウムを使用した置換Auめっき浴(Auめっき液)を用いて、浴温75℃、pH7.3の処理条件で行った。それ以外の作製方法および作製条件は、第1の試料作製と同様である。
次に、第1の比較例について説明する。第1の比較例の作製においては、NiP合金めっき処理のめっき時間を、第1の試料作製時の1/10の時間とした。それ以外の作製方法および作製条件は、第1の試料作製と同様である。
次に、第2の比較例について説明する。第2の比較例の作製においては、NiP合金めっき処理を、次亜リン酸を還元剤とするP濃度が約9wt.%のめっき膜が得られるNiめっき液を用いて行った。それ以外の作製方法および作製条件は、第1の試料作製と同様である。
次に、第3の比較例について説明する。第3の比較例のNiP合金めっき処理においては、次亜リン酸を還元剤とするP濃度が約2wt.%のめっき膜が得られるNiめっき液を用いた。それ以外の作製方法および作製条件は、第1の試料作製と同様である。
次に、第4の比較例について説明する。第4の比較例の作製においては、置換型Agめっき処理のめっき時間を、第1の試料作製時の20倍のめっき時間とした。それ以外の作製方法および作製条件は、第1の試料作製と同様である。
次に、第5の比較例について説明する。第5の比較例の作製においては、Agめっき膜の表面に塗布したAg粒子を含有するペースト状の導電性組成物を150℃で加熱しながら10MPaの圧力で加圧し、第2の金属膜3とCuピンとを接合した。それ以外の作製方法および作製条件は、第1の試料作製と同様である。
次に、第6の比較例について説明する。第6の比較例の作製においては、Agめっき膜の表面に塗布したAg粒子を含有するペースト状の導電性組成物を450℃で加熱しながら10MPaの圧力で加圧し、第2の金属膜3とCuピンとを接合した。それ以外の作製方法および作製条件は、第1の試料作製と同様である。
次に、第7の比較例について説明する。第7の比較例の作製においては、Agめっき膜とCuピンとをはんだ接合層によって接合した。具体的には、Agめっき膜の表面にSn−3.5AgのPbフリーはんだを塗布して、Pbフリーはんだ上にCuピンを置いた後、水素(H2)雰囲気の熱処理炉にて温度280℃で加熱することではんだ付けを行った。
次に、第2の金属膜3の膜厚および析出粒子サイズについて検証した。図5,6は、実施の形態にかかる電子部品を構成する金属膜を模式的に示す平面図である。また、図7は、実施の形態にかかる電子部品を構成する金属膜を模式的に示す断面図である。また、図8は、図7に示す金属膜の一部を拡大した断面図である。まず、上述した実施例1と同様に、第1,2の試料を作製した。具体的には、第1の試料においては、5分間の置換型Agめっき処理によって第2の金属膜3を形成している。第2の試料においては、30分間の置換型Agめっき処理によって第2の金属膜3を形成している。
2 第1の金属膜(Ni合金めっき膜)
3 第2の金属膜(Agめっき膜)
4 Ag粒子を含有する接合層
5 金属板
10 電子部品
20 半導体チップ
図1は、実施の形態にかかる電子部品の要部を示す断面図である。図1に示す電子部品10において、半導体素子を有する半導体チップ20と金属板5との接合部について示す。半導体チップ20のおもて面に設けられた導電部(おもて面電極など)1の表面には、第1の金属膜2が設けられている。第1の金属膜2の表面には、第2の金属膜3が設けられている。第2の金属膜3の表面には、銀(Ag)粒子を含有する接合層4が設けられている。銀粒子を含有する接合層4は、Ag粒子を含有する導電性組成物(導電性材料)の焼結体である。半導体チップ20は、接合層4を介して金属板5に接合され、図示省略する他の部材と電気的に接続されている。
次に、第2の金属膜3とAg粒子を含有する接合層4との接合強度について検証した。図4は、本発明にかかる電子部品の接合強度について示す図表である。図4中の「−」は、その欄に示す処理を行っていないことを示す。実施の形態に従い、無電解めっき処理条件および接合時の加熱、加圧条件を種々変更して、半導体チップ20のおもて面に第1の金属膜2および第2の金属膜3を形成し、第2の金属膜3の表面にAg粒子を含有する接合層4を介して金属板5を接合することによって4つの電子部品10を作製した(以下、第1〜4の試料とする)。
まず、第1の試料について説明する。6inchのSiウエハの一方の主面(以下、おもて面とする)に、スパッタ法によりAl−Si合金膜(導電部1)を成膜した。Al−Si合金膜の厚さを5μmとした。次に、Siウエハを縦10mm、横10mmに切り出し、めっき用基板(半導体チップ20)とした。次に、めっき用基板にめっき前処理を行った。
次に、第2の試料について説明する。第2の試料の作製においては、NiP合金めっき処理のめっき時間を、第1の試料作製時の2倍の時間とした。置換型Agめっき処理のめっき時間を、第1の試料作製時の6倍の時間とした。Ag粒子を含有する接合層4を、350℃で加熱することで形成した。このとき、無加圧(圧力0MPa)とした。それ以外の作製方法および作製条件は、第1の試料作製と同様である。
次に、第3の試料について説明する。第3の試料の作製においては、第2の金属膜3の表面に塗布したAg粒子を含有するペースト状の導電性組成物を200℃で加熱しながら5MPaの圧力で加圧し、第2の金属膜3とCuピンとを接合した。それ以外の作製方法および作製条件は、第1の試料作製と同様である。
次に、第4の試料について説明する。第4の試料の作製においては、置換Auめっき処理を、金イオンの供給源として亜硫酸金ナトリウムを使用した置換Auめっき浴(Auめっき液)を用いて、浴温75℃、pH7.3の処理条件で行った。それ以外の作製方法および作製条件は、第1の試料作製と同様である。
次に、第1の比較例について説明する。第1の比較例の作製においては、NiP合金めっき処理のめっき時間を、第1の試料作製時の1/10の時間とした。それ以外の作製方法および作製条件は、第1の試料作製と同様である。
次に、第2の比較例について説明する。第2の比較例の作製においては、NiP合金めっき処理を、次亜リン酸を還元剤とするP濃度が約9wt.%のめっき膜が得られるNiめっき液を用いて行った。それ以外の作製方法および作製条件は、第1の試料作製と同様である。
次に、第3の比較例について説明する。第3の比較例のNiP合金めっき処理においては、次亜リン酸を還元剤とするP濃度が約2wt.%のめっき膜が得られるNiめっき液を用いた。それ以外の作製方法および作製条件は、第1の試料作製と同様である。
次に、第4の比較例について説明する。第4の比較例の作製においては、置換型Agめっき処理のめっき時間を、第1の試料作製時の20倍のめっき時間とした。それ以外の作製方法および作製条件は、第1の試料作製と同様である。
次に、第5の比較例について説明する。第5の比較例の作製においては、Agめっき膜の表面に塗布したAg粒子を含有するペースト状の導電性組成物を150℃で加熱しながら10MPaの圧力で加圧し、第2の金属膜3とCuピンとを接合した。それ以外の作製方法および作製条件は、第1の試料作製と同様である。
次に、第6の比較例について説明する。第6の比較例の作製においては、Agめっき膜の表面に塗布したAg粒子を含有するペースト状の導電性組成物を450℃で加熱しながら10MPaの圧力で加圧し、第2の金属膜3とCuピンとを接合した。それ以外の作製方法および作製条件は、第1の試料作製と同様である。
次に、第7の比較例について説明する。第7の比較例の作製においては、Agめっき膜とCuピンとをはんだ接合層によって接合した。具体的には、Agめっき膜の表面にSn−3.5AgのPbフリーはんだを塗布して、Pbフリーはんだ上にCuピンを置いた後、水素(H2)雰囲気の熱処理炉にて温度280℃で加熱することではんだ付けを行った。
次に、第2の金属膜3の膜厚および析出粒子サイズについて検証した。図5,6は、実施の形態にかかる電子部品を構成する金属膜を模式的に示す平面図である。また、図7は、実施の形態にかかる電子部品を構成する金属膜を模式的に示す断面図である。また、図8は、図7に示す金属膜の一部を拡大した断面図である。まず、上述した実施例1と同様に、第1,2の試料を作製した。具体的には、第1の試料においては、5分間の置換型Agめっき処理によって第2の金属膜3を形成している。第2の試料においては、30分間の置換型Agめっき処理によって第2の金属膜3を形成している。
2 第1の金属膜(Ni合金めっき膜)
3 第2の金属膜(Agめっき膜)
4 Ag粒子を含有する接合層
5 金属板
10 電子部品
20 半導体チップ
Claims (25)
- 半導体素子の表面に設けられた導電部と、
前記導電部の表面に設けられた第1の金属膜と、
前記第1の金属膜の表面に設けられた第2の金属膜と、
前記第2の金属膜の表面に設けられた、銀粒子を含有する接合層と、
を備え、
前記第2の金属膜の膜厚は、0.03μm以上1.5μm未満であることを特徴とする電子部品。 - 前記第2の金属膜は、15nm以上600nm未満の直径を有する粒子で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の電子部品。
- 前記第2の金属膜は、少なくとも銀または金を主成分とする材料からなることを特徴とする請求項1に記載の電子部品。
- 前記第2の金属膜は、電気めっき膜または無電解めっき膜であることを特徴とする請求項1に記載の電子部品。
- 前記導電部は、少なくとも銅またはアルミニウムを主成分とする材料からなることを特徴とする請求項1に記載の電子部品。
- 前記第1の金属膜は、ニッケルおよびリンを主成分とする材料からなることを特徴とする請求項1に記載の電子部品。
- 前記第1の金属膜は、ニッケル−リン、ニッケル−リン−タングステンまたはニッケル−リン−モリブデンからなることを特徴とする請求項6に記載の電子部品。
- 前記第1の金属膜中のリン含有率は、2.1重量%より大きく9.3重量%未満であることを特徴とする請求項6に記載の電子部品。
- 前記第1の金属膜の膜厚は、0.8μmより大きく10μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の電子部品。
- 前記第1の金属膜は、電気めっき膜または無電解めっき膜であることを特徴とする請求項1に記載の電子部品。
- 前記接合層は、150℃より高く450℃未満の温度で加熱されるとともに、無加圧または加圧されて形成された焼結体であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一つに記載の電子部品。
- 半導体ウエハの表面に設けられた導電部の表面に第1の金属膜を形成する工程と、
前記第1の金属膜の表面に、第2の金属膜を0.03μm以上1.5μm未満の膜厚で形成する工程と、
前記第2の金属膜の表面に、銀粒子を含有する導電性材料を塗布する工程と、
熱処理によって前記導電性材料を焼結する工程と、
を含むことを特徴とする電子部品の製造方法。 - 前記第2の金属膜は、15nm以上600nm未満の直径を有する粒子で構成されることを特徴とする請求項12に記載の電子部品の製造方法。
- 前記第2の金属膜は、前記第1の金属膜よりもイオン化傾向が小さい金属を含む溶液、または前記第1の金属膜の表面に金属析出を促進する物質を含む溶液に、前記第1の金属膜が形成された前記半導体ウエハを浸漬することで形成されることを特徴とする請求項12に記載の電子部品の製造方法。
- 前記第2の金属膜は、無電解めっき処理によって形成されることを特徴とする請求項12に記載の電子部品の製造方法。
- 前記第2の金属膜は、電気めっき処理によって形成されることを特徴とする請求項12に記載の電子部品の製造方法。
- 前記第2の金属膜は、少なくとも銀または金を主成分とする材料で形成されることを特徴とする請求項12に記載の電子部品の製造方法。
- 前記導電部は、少なくとも銅またはアルミニウムを主成分とする材料で形成されることを特徴とする請求項12に記載の電子部品の製造方法。
- 前記第1の金属膜は、ニッケルおよびリンを主成分とする材料で形成されることを特徴とする請求項12に記載の電子部品の製造方法。
- 前記第1の金属膜は、ニッケル−リン、ニッケル−リン−タングステンまたはニッケル−リン−モリブデンで形成されることを特徴とする請求項19に記載の電子部品の製造方法。
- 前記第1の金属膜は、2.1重量%より大きく9.3重量%未満のリン含有率で形成されることを特徴とする請求項19に記載の電子部品の製造方法。
- 前記第1の金属膜は、0.8μmより大きく10μm以下の膜厚で形成されることを特徴とする請求項12に記載の電子部品の製造方法。
- 前記第1の金属膜は、電気めっき処理または無電解めっき処理によって形成されることを特徴とする請求項12に記載の電子部品の製造方法。
- 前記熱処理において、150℃より高く450℃未満の温度で加熱することによって、前記導電性材料を焼結することを特徴とする請求項12〜23のいずれか一つに記載の電子部品の製造方法。
- 前記熱処理において、150℃より高く450℃未満の温度で加熱しながら加圧することによって、前記導電性材料を焼結することを特徴とする請求項12〜23のいずれか一つに記載の電子部品の製造方法。
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