KR102373095B1 - 소결접합용 구리 페이스트 조성물 및 이의 용도 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 예는 구리 입자; 및 고분자 수지 및 다이카르복실산으로 이루어진 바인더를 포함하는 소결접합용 구리 페이스트 조성물을 제공한다. 본 발명에 따른 소결접합용 구리 페이스트 조성물은 바인더로 고분자 수지와 다이카르복실산을 포함하고 있어서 소결접합시 높은 소결성 및 접합 강도를 보인다. 또한, 본 발명에 따른 소결접합용 구리 페이스트 조성물은 구리 나노입자를 포함하지 않기 때문에 원가 경쟁력이 우수하다. 따라서, 본 발명에 따른 소결접합용 구리 페이스트 조성물은 고온 신뢰성이 요구되는 반도체 부품 또는 반도체 칩의 접합 분야, 예를 들어 전력 모듈 분야에 적용될 수 있다.

Description

소결접합용 구리 페이스트 조성물 및 이의 용도{Copper paste composition for sinter joining and use of the same}
본 발명은 소결접합용 구리 페이스트 조성물 등에 관한 것으로서, 더 상세하게는 고온에서도 소결성 및 접합 강도가 우수한 소결접합용 구리 페이스트 조성물 및 이의 용도에 관한 것이다.
최근 지구 환경오염 규제와 에너지 효율화 정책 등으로 친환경 자동차 및 태양광/풍력 발전 등 친환경 발전 및 전력전송에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 특히, 친환경 자동차인 하이브리드 자동차(HEV), 전기 자동차(EV) 및 수소연료전지 자동차(FCEV)에 적용되는 전력모듈(Power module)은 일반 전자제품보다 사용 온도가 높고 사용 시간이 길기 때문에 더욱 가혹한 환경하에서 높은 신뢰성이 요구된다. 또한, 열전소자 패키지 및 우주 항공용 전자부품 등에 있어서 고온 작동 전자 분야에 대한 필요성이 증대됨에 따라 고온에서도 안정하게 작동하기 위한 반도체 부품의 접합 소재 및 접합 공정기술에 대한 필요성이 증대되고 있다. 이러한 고온 대응 접합 모듈의 응용에 있어서 대표적인 반도체 모듈이 전력을 변환하거나 고전력을 전송하기 위해 사용되는 전력 모듈이다 이들 전력 모듈은 전력 반도체(Power semiconductor), 칩 접합 재료(Die-attach material), 세라믹 기판 혹은 리드 프레임(Lead frame), 인터커넥션 소재(Interconnection material)와 몰딩 및 케이스 소재 등으로 구성되며, 최근에는 소형화와 함께 높은 구동 전압 및 고밀도화가 필요함에 따라 이에 관한 연구개발이 활발히 진행 중에 있다.
이들 구성 요소 가운데, 구동 중 전력 반도체 소자에서 발생하는 높은 열을 효과적으로 방출하며 모듈의 신뢰성 및 수명을 결정하는 가장 중요한 부분이 칩 접합 재료 및 공정이다. 현재까지 전력 모듈의 칩 접합에는 High-Pb 솔더 및 Pb 성분이 없는 무연 솔더를 주로 사용해왔다. 하지만 이러한 High-Pb 솔더합금은 환경오염의이슈가 있으며, 또한 무연 솔더 합금은 낮은 융점 및 신뢰성으로 인해 고온에서 장기간 사용에는 한계가 있다. 또한, 실리콘 카바이드(SiC) 및 칼륨 나이트라이드(GaN)와 같은 와이드 밴드갭(Wide Band Gap) 반도체 소자는 구동 시 높은 구동 전압 하에서 작동하므로, 더욱 높은 고온 신뢰성이 요구된다. 따라서, 전 세계적으로 200~300℃ 이상의 온도에서 장기간 안정적으로 동작이 가능한 칩 접합 기술을 개발하기 위한 많은 연구 개발이 수행 중에 있다. 이러한 전력반도체 모듈의 칩 접합 소재로서 기존의 솔더 합금을 대체하기 위한 가장 대표적인 방법이 은(Ag) 및 구리(Cu) 페이스트를 이용한 소결 Sintering) 기술이다. 은 소결 기술은 나노 혹은 마이크로 크기의 입자를 이용한 접합방법으로, 우수한 고온 안정성, 열/전기 전도도 및 장기 신뢰성을 가지고 있다. 하지만, 솔더 합금에 비해 높은 가격이 현장 적용에 있어서 단점으로 지적되고 있다 이러한 은 소결법의 단점을 극복하기 위한 대안으로 최근에는 구리를 이용한 소결접합 방법에 대한 연구가 활발히 수행되고 있다.
전기 자동차 전력모듈은 일반적으로 높은 전류를 통해 작동되기 때문에 작동 온도가 175℃를 초과하게 된다. 전기 자동차 전력모듈(Power module) 내의 인터커넥션 소재(Interconnection material)는 이러한 높은 작동 온도를 견디는 것이 요구되기 때문에 전력모듈(Power module)의 인터커넥션(Interconnection)을 위해 소결접합용 금속 페이스트가 사용된다. 구리 페이스트는 높은 열전도도, 높은 전기전도도 및 낮은 원료 비용 때문에 금속 페이스트 중 소결접합용으로 우수한 후보군이다. 그러나, 구리는 쉽게 산화되고, 구리 표면의 산화물은 소결접합시 소결성 및 접합 강도를 떨어뜨린다. 구리 페이스트에 관한 많은 연구가 환원 분위기 또는 불활성 분위기에서의 가열을 통해 구리의 산화를 감소시키는데에 집중되었다. 예를 들어, Yamakawa et al.[T. Yamakawa, T. Takemoto, M. Shimoda, H. Nishikawa, K. Shiokawa, and N. Terada, J. Electron. Mater. 42, 1260 (2013).]은 진공 조건에서 예열된 구리 접합부가 공기 조건에서 예열된 구리 접합부에 비해 훨씬 더 높은 전단 강도를 보였다고 보고한바 있다. 또한, 환원 분위기 또는 불활성 분위기에서의 가열 외에 구리 페이스트의 소결성은 구리 나노입자의 첨가로 인한 구리 페이스트의 충전밀도(Packing density) 향상에 의해 증가하는 것으로 보고된 바 있다[Y. Zuo, J. Shen, J. Xie, and L. Xiang, J. Mater. Process. Tech. 257, 250 (2018).; J. Li, Q. Liang, T. Shi, J. Fan, B. Gong, C. Feng, J. Fan, G. Liao, and Z. Tang, J. Alloys Compd. 772, 793 (2019).]. 그러나 구리 나노입자의 사용은 원가를 증가시키기 때문에 구리 나노입자를 포함하지 않는 구리 페이스트의 개발이 요구된다.
본 발명은 종래의 기술적 배경 하에서 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 구리 나노입자를 포함하지 않으면서도 높은 소결성 및 접합 강도를 보이는 소결접합용 구리 페이스트 조성물을 제공하는 데에 있다. 또한, 본 발명의 목적은 소결접합용 구리 페이스트 조성물의 용도를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 발명자들은 구리의 표면이 산화되는 것을 억제하기 위해 구리 페이스트 조성물의 바인더에 다양한 환원제를 첨가하였고, 그 중 다이카르복실산에 속하는 특정 환원제을 사용하는 경우 구리 페이스트 조성물이 구리 나노입자를 포함하지 않으면서도 높은 소결성 및 접합 강도를 보이는 점을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
상기 목적을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 예는 구리 입자 및 바인더를 포함하는 조성물로서, 상기 바인더는 고분자 수지 및 다이카르복실산(Dicarboxylic acid)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 소결접합용 구리 페이스트 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 예에 따른 소결접합용 구리 페이스트 조성물에서 상기 구리 입자 함량은 구리 페이스트 조성물의 인쇄성, 소결접합부의 소결성, 소결접합부의 접합 강도 등을 고려할 때 조성물 전체 중량을 기준으로 75~95 중량%인 것이 바람직하고, 80~90 중량%인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 구리 입자의 평균 입경은 마이크로 범위 또는 서브마이크로 범위에서 선택되며, 구리 페이스트 조성물의 인쇄성, 소결접합부의 소결성, 소결접합부의 접합 강도 등을 고려할 때 0.1~25 ㎛인 것이 바람직하고, 0.5~10 ㎛인 것이 더 바람직하고, 1~5 ㎛인 것이 가장 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 소결접합용 구리 페이스트 조성물에서 상기 바인더 함량은 구리 페이스트 조성물의 인쇄성, 소결접합부의 소결성, 소결접합부의 접합 강도 등을 고려할 때 조성물 전체 중량을 기준으로 5~25 중량%인 것이 바람직하고, 10~20 중량%인 것이 더 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 소결접합용 구리 페이스트 조성물에서 상기 바인더를 구성하는 고분자 수지 대 다이카르복실산의 중량비는 구리 페이스트 조성물의 인쇄성, 소결접합부의 소결성, 소결접합부의 접합 강도 등을 고려할 때 5:5 내지 9:1인 것이 바람직하고, 6:4 내지 8:2인 것이 더 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 소결접합용 구리 페이스트 조성물에서 상기 바인더를 구성하는 고분자 수지는 구리 페이스트 조성물의 인쇄성, 소결접합부의 소결성, 소결접합부의 접합 강도 등을 고려할 때 폴리에틸렌글리콜(PEG)인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 소결접합용 구리 페이스트 조성물에서 상기 바인더를 구성하는 다이카르복실산은 구리 산화물과 반응하여 구리 카르복실레이트염을 형성할 수 있고 동시에 구리 입자 및 바인더용 고분자 수지와 섞임성(miscibility)을 가지는 것이라면 그 종류가 크게 제한되지 않는다. 상기 다이카르복실산은 구리 페이스트 조성물의 인쇄성, 소결접합부의 소결성, 소결접합부의 접합 강도 등을 고려할 때 숙신산(Succinic acid), 글루타르산(Glutaric acid) 또는 아디프산(Adipic acid)에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하고, 숙신산(Succinic acid) 또는 글루타르산(Glutaric acid)에서 선택되는 1종 이상인 것이 더 바람직하고, 글루타르산(Glutaric acid)인 것이 가장 바람직하다.
상기 목적을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 예는 기판 표면에 전술한 소결접합용 구리 페이스트 조성물을 도포하여 구리 페이스트층을 형성하는 단계; 및 상기 구리 페이스트층 위에 반도체 칩을 올리고 가열 및 가압하여 소결접합 공정을 실시하는 단계를 포함하는 소결접합 방법을 제공한다.
본 발명의 일 예에 따른 소결접합 방법에서 상기 기판은 구리 페이스트 조성물의 인쇄성, 소결접합부의 소결성, 소결접합부의 접합 강도 등을 고려할 때 표면이 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni) 또는 구리(Cu)로 마감처리된 것이 바람직하고, 은(Ag) 또는 구리(Cu)로 마감처리된 것이 더 바람직하다. 예를 들어 상기 기판은 구리(Cu)층/산화알루미늄(Al2O3)층/구리(Cu)층이 적층 접합된 샌드위치 구조의 세라믹 기판이고, 구리(Cu)층 위에 약 0.1~0.5 ㎛ 두께의 은(Ag)이 코팅된 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 소결접합 방법에서 상기 기판 표면에 소결접합용 구리 페이스트 조성물을 도포하는 방법은 공지의 다양한 코팅 방법 또는 인쇄 방법에서 선택될 수 있고, 소정의 패턴을 형성하는 측면을 고려할 때 스크린프린팅 방법인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 소결접합 방법에서 상기 반도체 칩은 공지의 다양한 반도체 소자에서 선택될 수 있고, 재료적 관점에서 Si 칩 또는 SiC 칩 등이 있다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 소결접합 방법에서 상기 소결접합 가열 온도는 소결접합부의 소결성, 소결접합부의 접합 강도, 경제성 등을 고려할 때 250~400℃인 것이 바람직하고, 300~400℃인 것이 더 바람직하고, 325~375℃인 것이 가장 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 소결접합 방법에서 상기 소결접합 가압 압력은 크게 제한되지 않으며, 소결접합부의 소결성, 소결접합부의 접합 강도 등을 고려할 2~20 ㎫인 것이 바람직하고, 5~15 ㎫인 것이 더 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 소결접합 방법에서 상기 소결접합 시간은 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 5~60분의 범위에서 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 소결접합용 구리 페이스트 조성물은 바인더로 고분자 수지와 다이카르복실산을 포함하고 있어서 소결접합시 높은 소결성 및 접합 강도를 보인다. 또한, 본 발명에 따른 소결접합용 구리 페이스트 조성물은 구리 나노입자를 포함하지 않기 때문에 원가 경쟁력이 우수하다. 따라서, 본 발명에 따른 소결접합용 구리 페이스트 조성물은 고온 신뢰성이 요구되는 반도체 부품 또는 반도체 칩의 접합 분야, 예를 들어 전력 모듈 분야에 적용될 수 있다.
도 1은 구리 페이스트 조성물의 바인더에 첨가된 환원제 유무 및 종류에 따른 구리 소결접합부의 전단 강도를 나타낸 그래프이다.
도 2는 구리 페이스트 조성물의 바인더에 첨가된 환원제 유무 및 종류에 따른 구리 소결접합부의 횡단면 마이크로구조를 주사전자현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 3은 바인더로 폴리에틸렌글리콜과 함께 글루타르산(Glutaric acid)이 첨가된 제조예 2의 구리 페이스트 조성물을 사용하여 소결접합 공정을 실시하였을 때 소결접합 온도에 따른 구리 소결접합부의 전단 강도를 나타낸 것이고, 도 4는 바인더로 폴리에틸렌글리콜과 함께 글루타르산(Glutaric acid)이 첨가된 제조예 2의 구리 페이스트 조성물을 사용하여 소결접합 공정을 실시하였을 때 소결접합 시간에 따른 구리 소결접합부의 전단 강도를 나타낸 것이다.
도 5는 바인더로 폴리에틸렌글리콜과 함께 글루타르산(Glutaric acid)이 첨가된 제조예 2의 구리 페이스트 조성물을 사용하여 소결접합 공정을 실시하였을 때 소결접합 온도 및 소결접합 시간에 따른 구리 소결접합부의 횡단면 마이크로구조를 주사전자현미경으로 관찰한 이미지이다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 기술적 특징을 명확하게 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.
1. 구리 페이스트 조성물의 제조
제조예 1.
폴리에틸렌글리콜(PEG) 10.5 중량부 및 숙신산(Succinic acid) 4.5 중량부를 약 140℃에서 약 30분 동안 혼합 및 가열하여 바인더를 제조하였다. 이후, 평균 입경이 1~3㎛인 구리 입자 85 중량부 및 상기 바인더 15 중량부를 진공 페이스트 믹서(Daewha Tech, PDM-300V)로 균일하게 혼합하여 구리 페이스트 조성물을 제조하였다.
제조예 2.
폴리에틸렌글리콜(PEG) 10.5 중량부 및 글루타르산(Glutaric acid) 4.5 중량부를 약 140℃에서 약 30분 동안 혼합 및 가열하여 바인더를 제조하였다. 이후, 평균 입경이 1~3㎛인 구리 입자 85 중량부 및 상기 바인더 15 중량부를 진공 페이스트 믹서(Daewha Tech, PDM-300V)로 균일하게 혼합하여 구리 페이스트 조성물을 제조하였다.
제조예 3.
폴리에틸렌글리콜(PEG) 10.5 중량부 및 아디프산(Adipic acid) 4.5 중량부를 약 140℃에서 약 30분 동안 혼합 및 가열하여 바인더를 제조하였다. 이후, 평균 입경이 1~3㎛인 구리 입자 85 중량부 및 상기 바인더 15 중량부를 진공 페이스트 믹서(Daewha Tech, PDM-300V)로 균일하게 혼합하여 구리 페이스트 조성물을 제조하였다.
비교제조예 1.
평균 입경이 1~3㎛인 구리 입자 85 중량부 및 바인더로 폴리에틸렌글리콜(PEG) 15 중량부를 진공 페이스트 믹서(Daewha Tech, PDM-300V)로 균일하게 혼합하여 구리 페이스트 조성물을 제조하였다.
2. 구리 페이스트 조성물을 이용한 소결접합 공정 및 소결접합부 물성 측정
상기 제조예 1, 제조예 2, 제조예 3 및 비교제조예 1에서 제조한 구리 페이스트 조성물을 이용하여 기판에 칩을 소결접합하고 소결접합부의 다양한 물성을 측정하였다. 먼저, 은(Ag)으로 표면이 마감처리된 DBC(Direct bonding copper) 기판 상에 구리 페이스트 조성물을 스크린 프린팅하여 구리 페이스트층을 형성하였다. 한편, 본 실험에서는 기판에 소결접합되는 칩으로 반도체 칩인 Si 칩이나 SiC 칩 대신 구리(Cu) 칩을 사용하였다. Si 칩이나 SiC 칩의 경우 후술하는 전단 시험 과정에서 쉽게 부서지기 때문이다. 이후, 상기 구리 페이스트층 위에 구리 칩을 올리고, 진공가압소결장치인 다이본더(Die bonder)을 이용하여 소결접합 공정을 실시하였다. 본 실험에서 사용한 소결접합 공정 조건은 다음과 같다.
* 다이본더의 진공 압력 : 5×10-2 torr
* 소결접합 온도 : 250℃, 300℃, 350℃
* 소결접합 시간 : 10분, 20분, 30분
* 소결접합 압력 : 10 ㎫
소결접합 공정을 완료한 후 전단 테스터(Shear tester; Dage, DAGE-4000)를 이용하여 소결접합부의 전단 강도(Shear strength)를 측정하였다. 전단 강도(Shear strength) 측정시 사용한 전단 속력은 50 ㎛/s 이었고 전단 높이는 100 ㎛ 이었다. 또한, 소결접합부의 마이크로조직을 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 관찰하였다.
3. 소결접합부 물성 측정 결과
도 1은 구리 페이스트 조성물의 바인더에 첨가된 환원제 유무 및 종류에 따른 구리 소결접합부의 전단 강도를 나타낸 그래프이다. 도 1에서 소결접합 공정시 사용한 소결접합 온도는 300℃이고 시간은 10분이고 압력은 10 ㎫ 이다. 또한, 도 1에서 X축의 'PEG'는 비교제조예 1의 구리 페이스트 조성물을 사용하여 소결접합한 경우를 나타내고, 'Succinic + PEG'는 제조예 1의 구리 페이스트 조성물을 사용하여 소결접합한 경우를 나타내고, 'Glutaric + PEG'는 제조예 2의 구리 페이스트 조성물을 사용하여 소결접합한 경우를 나타내고, 'Adipic + PEG'는 제조예 3의 구리 페이스트 조성물을 사용하여 소결접합한 경우를 나타낸다. 도 1에서 보이는 바와 같이 구리 페이스트 조성물의 바인더로 폴리에틸렌글리콜과 같은 고분자 수지 및 숙신산(Succinic acid), 글루타르산(Glutaric acid), 아디프산(Adipic acid)과 같은 다이카르복실산의 혼합물을 사용하는 경우 바인더로 폴리에틸렌글리콜과 같은 고분자 수지만을 사용하는 경우에 비해 소결접합부의 전단 강도가 매우 높았고, 특히 구리 페이스트 조성물의 바인더에 첨가된 환원제가 숙신산(Succinic acid) 또는 글루타르산(Glutaric acid)인 경우 소결접합부의 전단 강도가 현저하게 향상되었다. 도 1의 결과로부터 구리 페이스트 조성물의 바인더에 첨가된 다이카르복실산이 구리 입자 표면의 산화물 또는 구리 소결접합부 표면의 산화물을 효과적으로 제거하였음을 알 수 있다. 구리 산화물과 다이카르복실산간의 반응은 다음과 같다.
[반응식 1]
2R-COOH + Cu2O → Cu + (R-COOH)2Cu + H2O
[반응식 2]
2R-COOH + CuO → (R-COOH)2Cu + H2O
상기 반응식 1 및 반응식 2를 통해 표면의 구리 산화물은 다이카르복실산의 카르복실기와 약 150℃ 이상의 온도에서 반응하여 구리 카르복실레이트염을 형성한다. 따라서, 구리 페이스트 조성물에 다이카르복실산과 같은 환원제가 첨가되는 경우 표면의 구리 산화물이 제거되고 소결 속도가 증가하게 된다.
도 2는 구리 페이스트 조성물의 바인더에 첨가된 환원제 유무 및 종류에 따른 구리 소결접합부의 횡단면 마이크로구조를 주사전자현미경으로 관찰한 이미지이다. 도 2에서 소결접합 공정시 사용한 소결접합 온도는 300℃이고 시간은 10분이고 압력은 10 ㎫ 이다. 또한, 도 2에서 (a)는 비교제조예 1의 구리 페이스트 조성물을 사용하여 소결접합한 경우를 나타내고, (b)는 제조예 1의 구리 페이스트 조성물을 사용하여 소결접합한 경우를 나타내고, (c)는 제조예 2의 구리 페이스트 조성물을 사용하여 소결접합한 경우를 나타내고, (d)는 제조예 3의 구리 페이스트 조성물을 사용하여 소결접합한 경우를 나타낸다. 도 2에서 보이는 바와 같이 바인더로 폴리에틸렌글리콜(PEG)만이 첨가된 비교제조예 1의 구리 페이스트 조성물을 사용하는 경우 소결이 완전히 이루어지지 않았다. 반면, 바인더로 폴리에틸렌글리콜과 함께 숙신산(Succinic acid), 글루타르산(Glutaric acid)과 같은 다이카르복실산이 첨가된 제조예 1 및 제조예 2의 구리 페이스트 조성물을 사용하는 경우 소결이 원활하게 이루어졌고 입자간의 경계선이 사라졌다. 한편, 바인더로 폴리에틸렌글리콜과 함께 아디프산(Adipic acid)이 첨가된 제조예 3의 구리 페이스트 조성물을 사용하는 경우 입자간의 경계선이 관찰되었고 소결된 면적이 제조예 1 및 제조예 2의 구리 페이스트 조성물을 사용하는 경우만큼 크지 않았다. 아디프산(Adipic acid)의 활성화 에너지(Activation energy, Ea)는 약 10,240 cal/mol로서 숙신산(Succinic acid), 글루타르산(Glutaric acid)의 활성화 에너지보다 약 3배 정도 크다. 아디프산(Adipic acid)의 높은 활성화 에너지(Activation energy, Ea) 때문에 아디프산(Adipic acid)과 구리 산화물간의 반응은 구리와 다른 환원제간의 반응보다 더 느리게 진행되며, 이러한 이유로 아디프산(Adipic acid)이 첨가된 구리 페이스트 조성물은 숙신산(Succinic acid), 글루타르산(Glutaric acid)이 첨가된 구리 페이스트 조성물에 비해 소결성 및 전단 강도가 다소 낮게 나타난 것으로 판단된다.
도 3은 바인더로 폴리에틸렌글리콜과 함께 글루타르산(Glutaric acid)이 첨가된 제조예 2의 구리 페이스트 조성물을 사용하여 소결접합 공정을 실시하였을 때 소결접합 온도에 따른 구리 소결접합부의 전단 강도를 나타낸 것이고, 도 4는 바인더로 폴리에틸렌글리콜과 함께 글루타르산(Glutaric acid)이 첨가된 제조예 2의 구리 페이스트 조성물을 사용하여 소결접합 공정을 실시하였을 때 소결접합 시간에 따른 구리 소결접합부의 전단 강도를 나타낸 것이다. 도 3 및 도 4에서 보이는 바와 같이 구리 소결접합부의 전단 강도는 소결접합 온도에 매우 민감하였고 소결접합 온도와 비례적으로 증가하였다. 반면, 구리 소결접합부의 전단 강도는 소결접합 시간에 큰 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.
도 5는 바인더로 폴리에틸렌글리콜과 함께 글루타르산(Glutaric acid)이 첨가된 제조예 2의 구리 페이스트 조성물을 사용하여 소결접합 공정을 실시하였을 때 소결접합 온도 및 소결접합 시간에 따른 구리 소결접합부의 횡단면 마이크로구조를 주사전자현미경으로 관찰한 이미지이다. 도 5에서 보이는 바와 같이 구리 소결접합부의 소결성은 소결접합 온도에 매우 민감하였지만 소결접합 시간에 큰 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 소결접합 온도가 350℃인 경우 구리 소결접합부는 소결접합 시간에 관계없이 매우 조밀한 접합 구조를 보였다. 반면, 소결접합 온도가 250℃인 경우 소결접합 시간에 관계없이 구리 소결접합부에서 많은 양의 공동(Void)가 관찰되었다.
이상에서와 같이 본 발명을 상기의 실시예를 통해 설명하였지만 본 발명의 보호범위가 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 최상의 양식으로서 개시된 특정 실시 형태로 국한되는 것이 아니며, 본 발명에 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 모든 실시 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (9)

  1. 전체 중량을 기준으로 구리 입자 80~90 중량% 및 바인더 10~20 중량%를 포함하는 조성물로서,
    상기 구리 입자의 평균 입경은 0.5~10 ㎛이고,
    상기 바인더는 고분자 수지 및 다이카르복실산(Dicarboxylic acid)으로 이루어지고,
    상기 바인더를 구성하는 고분자 수지 대 다이카르복실산의 중량비는 6:4 내지 8:2이며,
    상기 바인더를 구성하는 고분자 수지는 폴리에틸렌글리콜(PEG)이고,
    상기 바인더를 구성하는 다이카르복실산은 숙신산(Succinic acid) 또는 글루타르산(Glutaric acid)에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 소결접합용 구리 페이스트 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 구리 입자의 평균 입경은 1~5 ㎛인 것을 특징으로 하는 소결접합용 구리 페이스트 조성물.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 기판 표면에 제1항 또는 제3항의 소결접합용 구리 페이스트 조성물을 도포하여 구리 페이스트층을 형성하는 단계; 및
    상기 구리 페이스트층 위에 반도체 칩을 올리고 250~400℃의 온도 및 2~20 ㎫의 압력 조건으로 가열 및 가압하여 소결접합 공정을 실시하는 단계를 포함하는 소결접합 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 기판은 표면이 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni) 또는 구리(Cu)로 마감처리된 것인, 소결접합 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 소결접합 가열 온도는 300~400℃인 것을 특징으로 하는 소결접합 방법.
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