KR20130037631A - 도전성 접합 재료 및 도체의 접합 방법과 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

도전성 접합 재료 및 도체의 접합 방법과 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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KR20130037631A
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마사유키 기타지마
다카토요 야마카미
구니코 이시카와
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후지쯔 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 가열 용해 후에 있어서도 광택성이 양호한 금속 피막을 형성할 수 있어, 자동 외관 검사 장치의 적용이 가능하게 되는 도전성 접합 재료 및 이 도전성 접합 재료를 이용한 도체의 접합 방법과 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
제1 금속 입자와, 상기 제1 금속 입자보다 큰 평균 입경을 갖는 제2 금속 입자와, 상기 제1 금속 입자보다 평균 입경이 크고, 상기 제1 금속 입자보다 비중이 크며, 또한 상기 제2 금속 입자보다 융점이 높은 제3 금속 입자를 포함하는 도전성 접합 재료이다.

Description

도전성 접합 재료 및 도체의 접합 방법과 반도체 장치의 제조 방법{CONDUCTIVE BONDING MATERIAL, CONDUCTOR BONDING METHOD, AND SEMICONDUCTOR DEVICE PRODUCTION METHOD}
본 발명은, 도전성 접합 재료 및 이 도전성 접합 재료를 이용한 도체의 접합 방법과 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 소자 등의 전자 부품과, 유리 에폭시 기판 등의 배선 기판을 접합할 때에, 접합 재료로서 여러 가지 도전성 접합 재료가 제안되어 있다. 여기서의 도전성 접합 재료는, 예컨대 납땜 페이스트 등의 금속 페이스트이다. 이 도전성 접합 재료에 요구되는 기능으로서, 예컨대 150℃ 정도의 비교적 낮은 온도에서 접합된 후에는 후속 공정의 열처리에 있어서도 땜납이 재용융되지 않는다고 하는 것이 있다. 이러한 기능을 갖는 도전성 접합 재료로서는, 예컨대 융점 변화형의 금속 페이스트를 들 수 있다(특허문헌 1 참조). 이 융점 변화형의 금속 페이스트는 소정 온도 이상으로 가열되면, 융점이 높아지도록 변화되는 성질을 갖는다.
이러한 융점 변화형의 금속 페이스트에는 일반적으로 고융점의 금속 입자인 Cu 입자가 포함되어 있다. 이 Cu 입자는 융점 변화형의 금속 페이스트가 가열에 의해 용융되었을 때에도 녹지 않고서 융점 변화형의 금속 페이스트 내에 남아 있다. 그 때문에, 융점 변화형 금속 페이스트의 표면이 요철형으로 되는 경향이 있어, 광택이 감소해 버린다. 이러한 현상에 의해, 레이저광 등을 이용하여 땜납 접합부의 자동 외관 검사를 실시하는 경우, 광의 난반사가 발생하여, 자동 외관 검사가 곤란하게 된다고 하는 문제가 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허공개 2002-254194호 공보
본건은, 가열 용해 후에 있어서도 광택성이 양호한 금속 피막을 형성할 수 있어, 자동 외관 검사 장치의 적용이 가능하게 되는 도전성 접합 재료 및 이 도전성 접합 재료를 이용한 도체의 접합 방법과 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서는, 후술하는 부기에 기재한 것이 있다. 즉, 개시하는 도전성 접합 재료는, 제1 금속 입자와, 상기 제1 금속 입자보다 큰 평균 입경을 갖는 제2 금속 입자와, 상기 제1 금속 입자보다 평균 입경이 크고, 상기 제1 금속 입자보다 비중이 크며, 또한 상기 제2 금속 입자보다 융점이 높은 제3 금속 입자를 포함한다.
개시하는 도체의 접합 방법은, 개시하는 도전성 접합 재료를, 배선 기판의 전극 및 이 전극에 실장되는 전자 부품의 단자 중 적어도 어느 하나에 공급하는 공정과, 공급된 상기 도전성 접합 재료를 상기 제2 금속 입자의 융점을 넘는 온도에서 가열하여, 상기 배선 기판 및 상기 전자 부품을 접합하는 공정을 포함한다.
개시하는 반도체 장치의 제조 방법은, 개시하는 도체의 접합 공정을 적어도 포함하는 것을 특징으로 한다.
개시하는 도전성 접합 재료에 의하면, 종래에 있어서의 상기 제반 문제를 해결하여 상기 목적을 달성할 수 있고, 가열 용해 후에도 광택성이 양호한 금속 피막을 형성할 수 있어, 자동 외관 검사 장치의 적용이 가능하게 된다.
도 1a는 종래의 도전성 접합 재료를 열처리함으로써 땜납 접합부 표면에 요철이 형성되는 상태를 나타내며, 배선 기판과 전자 부품 사이에 도전성 접합 재료를 공급한 상태를 도시하는 도면이다.
도 1b는 종래의 도전성 접합 재료를 열처리함으로써 땜납 접합부 표면에 요철이 형성되는 상태를 나타내며, 도전성 접합 재료의 가열 용융 상태를 도시하는 도면이다.
도 1c는 종래의 도전성 접합 재료를 열처리함으로써 땜납 접합부 표면에 요철이 형성되는 상태를 나타내며, Cu-Sn 금속간 화합물이 형성된 상태를 도시하는 도면이다.
도 1d는 종래의 도전성 접합 재료를 열처리함으로써 땜납 접합부 표면에 요철이 형성되는 상태를 나타내며, 용융되지 않는 Cu 입자의 잔류에 의해서 표면에 요철이 생긴 상태를 도시하는 도면이다.
도 2a는 종래의 도전성 접합 재료를 이용하여 접합할 때의 가열 전의 땜납 접합부 표면의 상태를 도시하는 사진이다.
도 2b는 종래의 도전성 접합 재료를 이용하여 접합할 때의 가열 후의 땜납 접합부 표면의 상태를 도시하는 사진이다.
도 3a는 본 발명의 도전성 접합 재료를 이용하여 배선 기판과 전자 부품의 접합을 행하는 가열 전의 상태를 도시하는 도면이다.
도 3b는 본 발명의 도전성 접합 재료를 이용하여 배선 기판과 전자 부품의 접합을 행하는 가열 후의 상태를 도시하는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 도전성 접합 재료를 이용하여 배선 기판과 전자 부품의 접합을 행하는 가열 전의 상태를 도시하는 다른 도면이다.
도 4b는 본 발명의 도전성 접합 재료를 이용하여 배선 기판과 전자 부품의 접합을 행하는 가열 전의 상태를 도시하는 다른 도면이다.
도 5a는 본 발명의 반도체 장치의 제조 공정의 일례를 설명하기 위한 개략도이다.
도 5b는 본 발명의 반도체 장치의 제조 공정의 일례를 설명하기 위한 개략도이다.
도 5c는 본 발명의 반도체 장치의 제조 공정의 일례를 설명하기 위한 개략도이다.
도 5d는 본 발명의 반도체 장치의 제조 공정의 일례를 설명하기 위한 개략도이다.
도 5e는 본 발명의 반도체 장치의 제조 공정의 일례를 설명하기 위한 개략도이다.
도 5f는 본 발명의 반도체 장치의 제조 공정의 일례를 설명하기 위한 개략도이다.
도 5g는 본 발명의 반도체 장치의 제조 공정의 일례를 설명하기 위한 개략도이다.
도 6은 전자 부품의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7a는 실시예 4의 도전성 접합 재료를 이용하여 배선 기판과 전자 부품의 접합을 행한 후의 에너지 분산형 X선 마이크로애널라이저로 측정한 Cu, Bi, 및 Sn의 맵핑 화상 사진의 모식도이다.
도 7b는 실시예 4의 도전성 접합 재료를 이용하여 배선 기판과 전자 부품의 접합을 행한 후의 에너지 분산형 X선 마이크로애널라이저로 측정한 Cu의 맵핑 화상 사진의 모식도이다.
도 7c는 실시예 4의 도전성 접합 재료를 이용하여 배선 기판과 전자 부품의 접합을 행한 후의 에너지 분산형 X선 마이크로애널라이저로 측정한 Bi의 맵핑 화상 사진의 모식도이다.
도 7d는 실시예 4의 도전성 접합 재료를 이용하여 배선 기판과 전자 부품의 접합을 행한 후의 에너지 분산형 X선 마이크로애널라이저로 측정한 Sn의 맵핑 화상 사진의 모식도이다.
도 8은 실시예 22에 있어서의 알루미늄 입자의 첨가량과 가열 용융 후의 표면 상태를 도시하는 도면이다.
(도전성 접합 재료)
본 발명의 도전성 접합 재료는, 제1 금속 입자와, 제2 금속 입자와, 제3 금속 입자를 포함하고, 플럭스 성분, 필요에 따라서 그 밖의 성분을 더 함유하여 이루어진다.
<제1 금속 입자>
상기 제1 금속 입자는 그 형상, 구조, 재질 등에 대해서는 특별히 제한은 없으며, 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있다.
상기 제1 금속 입자의 형상으로서는, 예컨대 구형, 진구형, 럭비볼형 등을 들 수 있다. 상기 제1 금속 입자의 구조는 단층 구조라도 좋고, 적층 구조라도 좋다.
상기 제1 금속 입자로서는, 예컨대 금속 단일체로 이루어지는 입자, 합금으로 이루어지는 입자, 금속 화합물로 이루어지는 입자 등을 들 수 있다.
상기 금속 단일체로서는, 예컨대 알루미늄(비중 2.7), 갈륨(비중 5.9 ) 등을 들 수 있다.
상기 합금으로서는, 예컨대, Sn-Al 합금, Sn-In 합금, Sn-Bi 합금 등을 들 수 있다. 이들은 1종 단독으로 사용하더라도 좋고, 2종 이상을 병용하더라도 좋다.
상기 Sn-Al 합금으로서는, 예컨대 Sn을 주성분으로 하고, Al을 55 질량% 정도 포함하는 Sn-55Al 합금 등을 들 수 있다.
상기 Sn-In 합금으로서는, 예컨대 Sn을 주성분으로 하고, In을 5 질량% 정도포함하는 Sn-5In 합금 등을 들 수 있다.
상기 Sn-Bi 합금으로서는, 예컨대 Sn을 주성분으로 하고, Bi를 5 질량% 정도포함하는 Sn-5Bi 합금 등을 들 수 있다.
상기 금속 화합물로서는, 예컨대 SnCl2, SnBr, AgCl, AgBr, AgI, AgNO3, AlCl3 등을 들 수 있다. 이들은 1종 단독으로 사용하더라도 좋고, 2종 이상을 병용하더라도 좋다.
상기 금속 화합물은 접합시(납땜시)에 활성 작용을 지니고, 하기 반응식에 나타내는 것과 같이, 도전성 접합 재료의 산화 피막 제거와 함께 금속 성분(Ag)의 석출이 발생한다.
Sn + 2AgCl → SnCl2 + 2Ag(석출)
상기 제1 금속 입자의 평균 입경은 상기 제2 금속 입자 및 상기 제3 금속 입자보다 작을 필요가 있으며, 1 ㎛ 이하가 바람직하고, 0.01 ㎛～0.5 ㎛가 보다 바람직하다. 상기 제1 금속 입자의 평균 입경이 상기 제2 금속 입자 및 상기 제3 금속 입자보다 크면, 가열 용해시에, 제1 금속 입자가 땜납 접합부 표면으로 부상하지 않고, 가열 용해 후의 도전성 접합 재료 표면에 요철이 생겨, 광택이 양호한 금속 피막을 형성할 수 없는 경우가 있다.
상기 평균 입경은, 예컨대 레이저 회절 산란법에 의한 입도 분포 측정 장치를 이용하여 측정할 수 있다.
상기 제1 금속 입자의 비중은 상기 제3 금속 입자의 비중보다 작으며, 2.0 이상 6.0 이하가 바람직하다. 상기 제1 금속 입자의 비중이 제3 금속 입자의 비중보다 크면, 가열 용해시에, 제1 금속 입자가 땜납 접합부 표면으로 부상하지 않고, 가열 용해 후의 도전성 접합 재료 표면에 요철이 생겨, 광택이 양호한 금속 피막을 형성할 수 없는 경우가 있다. 상기 비중이 6.0을 넘으면, 자동 외관 검사 장치의 적용이 곤란하게 되는 경우가 있다.
상기 비중은, 예컨대 치수법 또는 아르키메데스법에 의해 측정할 수 있다.
상기 제1 금속 입자의 융점은 상기 제3 금속 입자의 융점보다 낮은 것이 바람직하며, 29℃～700℃가 보다 바람직하고, 100℃～670℃가 더욱 바람직하다. 상기 제1 금속 입자의 융점이 제3 금속 입자의 융점보다 높으면, 가열 용해시에, 제1 금속 입자가 가열 용해되기 어려워, 제1 금속 입자가 땜납 접합부 표면으로 부상하지 않고, 가열 용해 후의 도전성 접합 재료 표면에 요철이 생겨, 광택이 양호한 금속 피막을 형성할 수 없는 경우가 있다.
상기 융점은, 예컨대 시차 주사 열량 측정 분석(DSC, Differential Scanning Calorimetry)를 이용하여 측정할 수 있다.
상기 제1 금속 입자의 함유량은, 도전성 접합 재료에 있어서의 전체 금속 성분에 대하여, 1.5 질량%～20 질량%가 바람직하고, 2.5 질량%～15 질량%가 보다 바람직하다. 상기 함유량이 1.5 질량% 미만이면, 가열 용해 후의 도전성 접합 재료 표면에 요철이 생겨, 광택이 양호한 금속 피막을 형성할 수 없는 경우가 있고, 20 질량%를 넘으면, 제1 금속 입자의 함유량이 지나치게 많아, 접합 강도가 저하되어 버리는 경우가 있다.
상기 제1 금속 입자로서는, 특별히 제한은 없으며, 적절하게 제조한 것을 사용하더라도 좋고, 시판 제품을 사용하더라도 좋다. 상기 제1 금속 입자의 제조 방법으로서는, 예컨대 아토마이즈법에 의한 분체화 등을 들 수 있다.
<제2 금속 입자>
상기 제2 금속 입자는, 상기 제1 금속 입자보다 큰 평균 입경을 갖는 것이라면, 그 형상, 구조, 재질 등에 대해서는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있다.
상기 제2 금속 입자의 형상으로서는, 예컨대 구형, 진구형, 럭비볼형 등을 들 수 있다. 상기 제2 금속 입자의 구조는 단층 구조라도 좋고, 적층 구조라도 좋다.
상기 제2 금속 입자로서는, 예컨대 주석(Sn) 입자, 주석(Sn)-비스무트(Bi) 합금 입자, 주석(Sn)-비스무트(Bi)-은(Ag) 합금 입자, 주석(Sn)-인듐(In) 합금 입자 등을 들 수 있다. 이들은 1종 단독으로 사용하더라도 좋고, 2종 이상을 병용하더라도 좋다.
상기 Sn-Bi 합금으로서는, 예컨대 Sn을 주성분으로 하고, Bi를 58 질량% 정도 포함하는 Sn-58Bi 합금 등을 들 수 있다.
상기 Sn-Bi-Ag 합금으로서는, 예컨대 Sn을 주성분으로 하고, Bi를 57 질량% 정도, Ag를 1 질량% 정도 포함하는 Sn-57Bi-1Ag 합금 등을 들 수 있다.
상기 Sn-In 합금으로서는, 예컨대 Sn을 주성분으로 하고, In을 50 질량% 정도 포함하는 Sn-50In 합금 등을 들 수 있다.
상기 제2 금속 입자의 평균 입경은, 상기 제1 금속 입자보다 크고, 상기 제3 금속 입자의 평균 입경과 같은 정도이며, 10 ㎛ 이상이 바람직하고, 10 ㎛～100 ㎛가 보다 바람직하고, 10 ㎛～40 ㎛가 더욱 바람직하다. 상기 평균 입경이 10 ㎛ 미만이면, 표면 산화가 심하게 되어, 납땜성 및 땜납에의 습윤성이 저하된다. 한편, 상기 평균 입경이 100 ㎛를 넘으면, 인쇄성 및 확산성이 저하되는 경우가 있다.
상기 평균 입경은, 예컨대 레이저 회절 산란법에 의한 입도 분포 측정 장치를 이용하여 측정할 수 있다.
상기 제2 금속 입자의 비중은 3.5～11.0이 바람직하고, 4.0～7.0이 보다 바람직하다.
상기 비중은, 예컨대 치수법 또는 아르키메데스법에 의해 측정할 수 있다.
상기 제2 금속 입자의 융점은 300℃ 이하가 바람직하고, 100℃～250℃가 보다 바람직하다. 상기 융점이 300℃를 넘으면, 후속 공정에서 행해지는 240℃ 정도의 열처리에서의 땜납 재용융 방지에 의한 접합 품질 확보를 도모할 수 없게 되는 경우가 있다.
상기 융점은, 예컨대 시차 주사 열량 측정 분석(DSC, Differential Scanning Calorimetry)을 이용하여 측정할 수 있다.
상기 제2 금속 입자의 함유량은, 전체 금속 성분에 대하여, 50 질량%～90 질량%가 바람직하고, 55 질량%～65 질량%가 보다 바람직하다.
상기 제2 금속 입자로서는, 특별히 제한은 없고, 적절하게 제조한 것을 사용하더라도 좋고, 시판 제품을 사용하더라도 좋다. 상기 제2 금속 입자의 제조 방법으로서는, 예컨대 아토마이즈법에 의한 분체화 등을 들 수 있다.
<제3 금속 입자>
상기 제3 금속 입자는, 상기 제1 금속 입자보다 평균 입경이 크고, 상기 제1 금속 입자보다 비중이 크며, 또한 상기 제2 금속 입자보다 융점이 높으면, 그 형상, 구조, 재질 등에 대해서는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있다.
상기 제3 금속 입자의 형상으로서는, 예컨대 구형, 진구형, 럭비볼형 등을 들 수 있다. 상기 제3 금속 입자의 구조는 단층 구조라도 좋고, 적층 구조라도 좋다.
상기 제3 금속 입자로서는, 예컨대 금(Au) 입자, 은(Ag) 입자, 구리(Cu) 입자, 금(Au) 도금된 구리(Cu) 입자, 주석(Sn)-비스무트(Bi) 합금 도금된 구리(Cu) 입자, 은(Ag) 도금된 구리(Cu) 입자 등을 들 수 있다. 이들은 1종 단독으로 사용하더라도 좋고, 2종 이상을 병용하더라도 좋다.
상기 Sn-Bi 합금 도금된 Cu 입자로서는, 예컨대 Sn-58Bi 도금 Cu 입자 등을 들 수 있다.
상기 Au 도금된 Cu 입자, Sn-Bi 합금 도금된 Cu 입자 및 Ag 도금된 Cu 입자에 있어서의 도금으로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 무전해 도금 등을 들 수 있다.
상기 제3 금속 입자의 평균 입경은, 상기 제1 금속 입자보다 크고, 상기 제2 금속 입자의 평균 입경과 같은 정도이며, 10 ㎛ 이상이 바람직하고, 10 ㎛～100 ㎛가 보다 바람직하고, 10 ㎛～40 ㎛가 더욱 바람직하다. 상기 평균 입경이 10 ㎛ 미만이면, 표면 산화가 심하게 되어, 납땜성과 땜납에의 습윤성이 저하된다. 한편, 상기 평균 입경이 100 ㎛를 넘으면, 인쇄성 및 확산성이 저하되는 경우가 있다.
상기 평균 입경은 예컨대 레이저 회절 산란법에 의한 입도 분포 측정 장치를 이용하여 측정할 수 있다.
상기 제3 금속 입자의 비중은, 상기 제1 금속 입자의 비중보다 크며, 8.0 이상이 바람직하고, 8.9～19.3이 보다 바람직하다. 상기 비중이 8.0 미만이면, 제1 금속 입자와의 비중의 차가 작아져 버려, 가열 용해 후의 도전성 접합 재료 표면에 요철이 생겨, 광택이 양호한 금속 피막을 형성할 수 없는 경우가 있다.
상기 비중은, 예컨대 치수법 또는 아르키메데스법에 의해 측정할 수 있다.
상기 제3 금속 입자의 융점은, 상기 제2 금속 입자의 융점보다 높으며, 900℃ 이상이 바람직하고, 900℃～1100℃가 보다 바람직하다. 상기 융점이 900℃ 미만이면, 제2 금속 입자와 저융점의 합금을 형성하여, 재용융을 발생시키는 원인이 되는 경우가 있다.
상기 융점은, 예컨대 시차 주사 열량 측정 분석(DSC, Differential Scanning Calorimetry)을 이용하여 측정할 수 있다.
상기 제3 금속 입자의 함유량은, 전체 금속 성분에 대하여, 10 질량%～50 질량%가 바람직하고, 10 질량%～30 질량%가 보다 바람직하다.
상기 제3 금속 입자로서는, 특별히 제한은 없고, 적절하게 제조한 것을 사용하더라도 좋고, 시판 제품을 사용하더라도 좋다. 상기 제3 금속 입자의 제조 방법으로서는, 예컨대 분사법에 의한 분체화 등을 들 수 있다.
<플럭스 성분>
상기 플럭스 성분으로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있는데, 에폭시계 플럭스 재료 및 로진계 플럭스 재료 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다. 이들 중에서도, 에폭시계 플럭스 재료를 이용하면, 에폭시 수지의 경화에 의해 접합 강도를 향상시킬 수 있다는 점에서 특히 바람직하다.
- 에폭시계 플럭스 재료 -
상기 에폭시계 플럭스 재료로서는, 에폭시 수지, 카르복실산 및 용제를 함유 하고, 필요에 따라서 그 밖의 성분을 더 함유하여 이루어진다.
상기 에폭시 수지로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지나, 이들의 변성 에폭시 수지 등의 열경화성 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 이들은 1종 단독으로 사용하더라도 좋고, 2종 이상을 병용하더라도 좋다.
상기 카르복실산으로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 포화 지방족계 디카르복실산, 불포화 지방족계 디카르복실산, 환상 지방족계 디카르복실산, 아미노기 함유 카르복실산, 수산기 함유 카르복실산, 복소환계 디카르복실산 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 구체적으로는 호박산, 글루타르산, 아디프산, 아젤라산, 도데칸2산, 이타콘산, 메사콘산, 시클로부탄디카르복실산, L-글루타민산, 시트르산, 말산, 티오프로피온산, 티오디부틸산, 디티오글리콜산이 바람직하다.
상기 용제로서는, 예컨대 메탄올, 에탄올, 프로판올 등의 알코올류, 에틸렌글리콜계 용제, 디에틸렌글리콜모노헥실에테르, 옥탄디올 등을 들 수 있다.
상기 그 밖의 성분으로서, 예컨대 틱소제, 킬레이트화제, 계면활성제, 산화방지제 등의 첨가제가 첨가되어 있더라도 좋다.
상기 에폭시계 플럭스 재료로서는, 특별히 제한은 없고, 적절하게 합성한 것을 사용하더라도 좋고, 시판 제품을 사용하더라도 좋다.
- 로진계 플럭스 재료 -
상기 로진계 플럭스 재료로서는, 로진 수지, 활성제 및 용제를 함유하고, 필요에 따라서 그 밖의 성분을 더 함유하여 이루어진다.
상기 로진 수지로서는, 천연 로진 수지 또는 변성 로진 수지를 주성분으로 하는 것을 들 수 있다. 상기 변성 로진 수지로서는, 예컨대 중합 로진, 수첨 로진, 페놀 수지 변성 로진, 말레산 변성 로진 등을 들 수 있다.
상기 활성제로서는, 무기계 활성제, 유기계 활성제를 들 수 있으며, 예컨대 아민염산염 등의 할로겐계 활성제, 유기산계 활성제 등을 들 수 있다.
상기 용제로서는, 예컨대 에틸렌글리콜계 용제, 디에틸렌글리콜모노헥실에테르, 옥탄디올 등을 들 수 있다.
상기 그 밖의 성분으로서, 예컨대 틱소제, 킬레이트화제, 계면활성제, 산화방지제 등의 첨가제가 첨가되어 있더라도 좋다.
상기 로진계 플럭스 재료로서는, 특별히 제한은 없으며, 적절하게 합성한 것을 사용하더라도 좋고, 시판 제품을 사용하더라도 좋다.
상기 플럭스 성분의 상기 도전성 접합 재료에 있어서의 함유량은 5 질량%～50 질량%가 바람직하고, 10 질량%～30 질량%가 보다 바람직하다.
<그 밖의 성분>
상기 도전성 접합 재료는 상기 금속 성분 및 상기 플럭스 성분 이외에도 필요에 따라서 그 밖의 성분을 함유할 수 있다. 상기 그 밖의 성분으로서는, 예컨대 분산제, 산화방지제 등을 들 수 있다.
본 발명의 도전성 접합 재료는, 상기 제1 금속 입자와 상기 제2 금속 입자와 상기 제3 금속 입자로 이루어지는 금속 성분과, 상기 플럭스 성분 및 필요에 따라서 그 밖의 성분을 혼합시켜 조제된다. 상기 혼합의 방법 및 조건으로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있으며, 공지된 혼합 장치, 교반 장치 등을 이용하여 행할 수 있고, 비산화 분위기 속에서 균일하게 교반하는 것이 바람직하다.
여기서, 종래의 도전성 접합 재료는, 가열 용해시의 응집성이 낮고, 표면에 요철이 있어, 열처리 후의 도전성 접합 재료 표면에 광택이 없기 때문에, 자동 외관 검사 장치에 의한 검사로 접합되어 있는지 여부(가열 이력의 유무)를 판단하기가 곤란했다.
종래의 도전성 접합 재료를 열처리함으로써 땜납 접합부 표면에 요철이 형성되는 메카니즘을 도 1a～도 1d를 참조하여 설명한다. 도 1a는 배선 기판과 전자 부품 사이에 도전성 접합 재료를 공급한 상태를 도시하는 도면이다. 도 1b는 도전성 접합 재료의 가열 용융 형태를 도시하는 도면이다. 도 1c는 Cu-Sn 금속간 화합물이 형성된 상태를 도시하는 도면이다. 도 1d는 용융되지 않는 Cu 입자의 잔류에 의해서 표면에 요철이 생긴 상태를 도시하는 도면이다.
도 1a～도 1d에 도시하는 것과 같이, 배선 기판(11)에 전자 부품(12)을 접합할 때의 가열 용해시에, 도전성 접합 재료(10) 중에 포함되는 고융점 금속 입자(1)인 Cu 입자는 Cu-Sn계 금속간 화합물(5)(고융점)을 형성하지만, 땜납 습윤성과 저융점 금속 입자(2)인 땜납 입자의 액체화에 의한 응집 작용에 의해, 용융되지 않는 고융점 금속 입자(1)가 땜납 접합부 표면으로 부상하는 경향이 있어, 땜납 접합부 표면은 용융되지 않는 고융점 금속 입자(1)의 잔류에 의해서 요철이 현저하게 되어 광택이 없어진다.
이것은 도 2a 및 도 2b로부터도 확인된다. 즉, 도 2a는 가열 전의 땜납 접합부 표면의 상태를 도시하는 사진, 도 2b는 가열 후의 땜납 접합부 표면의 상태를 도시하는 사진이다. 종래의 도전성 접합 재료(10)는 표면에 요철이 있고 광택이 없으며 가열 전후의 현저한 변화가 없다. 그 때문에, 광(레이저광 등)을 이용하여 땜납 접합부의 자동 외관 검사를 하는 경우에는 광의 난반사가 발생해 버려 외관 자동 검사가 곤란했다. 한편, 도 2a 및 도 2b에서 11은 배선 기판, 12는 전자 부품을 나타낸다.
이와 같이 융점 변화형 금속 페이스트를 이용한 땜납 접합에 있어서, 적절한 가열 처리가 이루어지지 않으면, 전자 부품과 배선 기판 사이의 전기적 접속 및 기계적 강도가 보증되지 않아, 제품 제조가 성립되지 않게 된다. 땜납 접합에는, 일반적으로 리플로우로라고 불리는 가열 장치가 이용되는데, 리플로우로 내의 온도는 불안정하며, 가열 부족에 의해 땜납 접합부의 불량이 발생한다. 그 때문에, 자동 외관 검사 장치에 의해, 리플로우로 통과 후의 도전성 접합 재료 표면의 광택 유무를 검사하여, 가열 부족 제품의 선별 및 가열 부족 판정 부위를 마킹하고 있다.
또한, 최근의 실장 부품은, 0402 사이즈의 칩 부품(L:0.4 mm×W:0.2 mm×D:0.2 mm)로 대표되는 극소 부품이 많이 사용되는 경향이 있다. 따라서, 인력으로 현미경을 이용하여 눈으로 확인하는 외관 검사에서는, 품질(불량의 간과), 시간 및 비용면에서 공업적으로 성립되지 않아, 자동 외관 검사 장치에 의한 검사의 적용이 필수적으로 된다.
본 발명의 도전성 접합 재료는, 가열 용융시에, 작은 입경 또 낮은 비중인 제1 금속 입자가 땜납 접합부 표면으로 부상하여, 가열 용해 후의 도전성 접합 재료 표면의 요철을 줄여, 광택성이 양호한 금속 피막을 형성한다. 이에 따라, 광(레이저광 등)을 이용하여, 배선 기판과 전자 부품의 땜납 접합부의 자동 외관 검사시의 광의 난반사를 억제하여, 자동 외관 검사 장치의 적용을 용이하게 할 수 있기 때문에, 도전성 접합 재료를 이용하는 각종 분야에 이용할 수 있는데, 이하에 설명하는 본 발명의 도체의 접합 방법 및 본 발명의 반도체의 제조 방법에 적합하게 이용할 수 있다.
(도체의 접합 방법)
본 발명의 도체의 접합 방법은, 도전성 접합 재료 공급 공정과, 접합 공정을 포함하고, 필요에 따라서 그 밖의 공정을 더 포함하여 이루어진다.
<도전성 접합 재료 공급 공정>
상기 도전성 접합 재료 공급 공정은, 본 발명의 상기 도전성 접합 재료를 배선 기판의 전극 및 전자 부품의 단자 중 적어도 어느 하나에 공급하는 공정이다.
<<배선 기판>>
상기 배선 기판은, 그 형상, 구조, 크기 등에 대해서는 특별히 제한은 없으며, 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있고, 상기 형상은, 예컨대 평판형 등을 들 수 있고, 상기 구조는 단층 구조라도 좋고, 적층 구조라도 좋으며, 상기 크기는 상기 전극층의 크기 등에 따라서 적절하게 선택할 수 있다.
상기 배선 기판에 있어서의 기판으로서는, 예컨대 유리 기판, 석영 기판, 실리콘 기판, SiO2막 피복 실리콘 기판; 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 기판, 폴리카보네이트 기판, 폴리스티렌 기판, 폴리메틸메타크릴레이트 기판 등의 폴리머 기판 등을 들 수 있다. 이들은 1종 단독으로 사용하더라도 좋고, 2종 이상을 병용하더라도 좋다. 이들 중에서도, 유리 기판, 석영 기판, 실리콘 기판 및 SiO2막 피복 실리콘 기판에서 선택되는 것이 바람직하고, 실리콘 기판 및 SiO2막 피복 실리콘 기판이 특히 바람직하다.
상기 기판은 적절하게 합성한 것이라도 좋고, 시판 제품을 사용하더라도 좋다.
상기 기판의 두께는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있으며, 100 ㎛ 이상이 바람직하고, 500 ㎛ 이상이 보다 바람직하다.
상기 배선 기판의 크기는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 세로 10 mm～200 mm, 가로 10 mm～200 mm, 두께 0.5 mm～5 mm 범위의 기판 등을 들 수 있다.
상기 배선 기판으로서는, 배선 패턴이 형성된 배선 회로 기판이 이용되며, 이 회로 기판은 단층 회로 기판(단층 프린트 배선 기판)이라도 좋고, 다층 회로 기판(다층 프린트 배선 기판)이라도 좋다.
상기 회로 기판의 전극을 구성하는 금속으로서는, 예컨대 Cu, Ag, Au, Ni, Sn, Al, Ti, Pd, Si 등의 금속을 들 수 있다. 이들 중에서도 Cu, Ag, Au가 특히 바람직하다. 이들은 도금이나 접합 등의 각종 처리로 배선 기판 상의 전극 금속의 표면 부분으로서 형성될 수 있다. 한편, 도전성 접합 재료를 배선 기판 상의 전극 금속에 도포하는 경우는, 도전성 접합 재료와 배선 기판 상의 전극 금속의 접속을 양호하게 하기 위해서 기판 상의 전극 금속에 대하여 표면 피복 처리가 이루어지는 것이 일반적이며, 예컨대, 구리 전극에서는, 일례로서 상기 전극 상에 도금으로 형성한 Sn, Au, Ni 등의 박막이 형성되어 있다. 특히, 상기 금속 중 Au 이외에는, 금속 표면이 산화되기 쉽기 때문에, 땜납 페이스트를 도포하기 전에 플럭스 등으로 표면 처리하거나 또는 프리플럭스 코트하거나, 각종 금속 도금이나 땜납 피복을 실시하는 것이 바람직하다.
<<전자 부품>>
상기 전자 부품으로서는, 단자를 갖는 것이라면 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대, 칩 부품, 반도체 부품 등을 들 수 있다.
상기 칩 부품으로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 콘덴서, 저항 등을 들 수 있다.
상기 반도체 부품으로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 집적 회로, 대규모 집적 회로, 트랜지스터, 다이리스터, 다이오드 등을 들 수 있다.
상기 전자 부품의 크기는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 1608 타입(1.6 mm×0.8 mm×0.8 mm), 1005 타입(1 mm×0.5 mm×0.5 mm), 0603 타입(0.6 mm×0.3 mm×0. 3 mm), 0402 타입(0.4 mm×0.2 mm×0.2 mm) 등을 들 수 있다.
<<단자>>
상기 단자로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 배선, 금속 배선, 도전성 페이스트에 의한 인쇄 배선 등을 들 수 있다.
상기 단자의 재질로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 Cu, Ni, Au, Al, Mo, Cr 등의 금속, ITO, IZO 등의 금속 산화물 및 이들의 적층체 또는 복합체 등을 들 수 있다.
- 공급 방법 -
상기 도전성 접합 재료의 공급 방법으로서는, 도전성 접합 재료를 일정한 두께 또는 일정한 도포량으로 부여할 수 있으면 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 스크린 인쇄, 전사 인쇄, 디스펜스 토출, 잉크젯법 등을 들 수 있다.
상기 스크린 인쇄에서는 마스크판을 이용한 인쇄기를 사용할 수 있다. 인쇄기는, 전형적으로는 배선 기판 또는 전자 부품을 고정하는 기구와, 메탈 마스크와 기판의 전극 또는 전자 부품 단자의 위치를 정렬하는 기구와, 마스크판을 배선 기판 또는 전자 부품에 압접하여, 그 마스크 위에서부터 마스크 아래에 있는 배선 기판의 전극 또는 전자 부품의 단자에 대하여 개구부에서 도전성 접합 재료를 도포용의 스퀴지(squeeze)로 스텐실하는 기구를 갖고 있다. 마스크판으로서는 메쉬 타입이나 메탈 타입 등의 각종 재질이 존재하지만, 입자 사이즈에 폭넓게 대응하며, 공정에서의 청소도 용이한 메탈 마스크 타입이 일반적으로 널리 이용되고 있다.
상기 전사 인쇄는, 도전성 접합 재료의 일정 도포 막 두께의 평칠 도포막(solid coating)을 일정한 클리어런스를 갖는 스퀴지 등으로 형성한 후에, 그 도포막을 스탬퍼(stamper)로 빼내어 기판의 전극 또는 전자 부품의 단자에 스탬프함으로써, 배선 기판의 전극 또는 전자 부품의 단자에 도전성 접합 재료를 일정량 배치하는 방식이며, 전용의 전사 인쇄 장치가 이용된다. 전사 인쇄 장치는, 평칠 도포막을 도포하는 도포 기구와, 배선 기판을 고정하여 배선 기판의 전극 위치를 정렬하는 기구와, 3차원적으로 스탬퍼를 구동시켜 빼내기 및 전사 날인을 하는 기구를 갖는다. 전사 인쇄는 스크린 인쇄에 비해서 도포량이 변동되기 쉬워, 스탬퍼의 청소 관리 등 연속 운전에 주의를 요하는 경우도 있어, 인쇄 방식으로서는 스크린 인쇄가 주류로 되어 있다.
상기 디스펜스 토출은 배선 기판 상의 전극 또는 전자 부품의 단자에 일정량의 도전성 접합 재료를 토출해가는 방식이며, 디스펜서 장치가 이용된다. 디스펜서는, 시린지 내에 수용된 도전성 접합 재료에 대하여 토출에 필요한 압력을 온디맨드(on-demand)로 가함으로써 일정량의 도전성 접합 재료를 시린지 선단의 니들로부터 압출하는 것으로, 시린지 자체를 3차원적으로 구동시켜 배선 기판 상의 전극 부분의 위치를 결정함으로써 전극 상에 필요량의 도전성 접합 재료를 토출 도포하는 장치이다. 니들로부터의 토출이라는 수법에 기인하여, 페이스트 자체가 스크린 인쇄에 비해서 얇게 되기 어렵다고 하는 결점은 있지만, 공정상에서의 페이스트의 손실도 적고, 토출의 위치나 양이 프로그램에 의해서 가변이기 때문에, 인쇄 마스크판을 압접하기 어려운 단차나 요철이 있는 배선 기판 및 전자 부품에 도전성 접합 재료를 도포할 수 있다.
상기 잉크젯트법은 미세한 노즐로부터 도전성 접합 재료를 토출시켜 배선 기판 상의 전극 또는 전자 부품의 단자에 도포하는 방법이다.
<접합 공정>
상기 접합 공정은, 공급된 도전성 접합 재료를 제2 금속 입자의 융점을 넘는 온도에서 가열하여, 상기 배선 기판과 상기 전자 부품을 접합하는 공정이다.
상기 접합 공정은, 배선 기판의 전극 또는 전자 부품의 단자에 공급되어, 용착된 도전성 접합 재료에 전자 부품 또는 배선 기판을 배치한 상태에서, 일정한 온도를 인가하는 공정이며, 일반적으로 땜납 열처리에 적합한 로(爐)를 갖는 리플로우 장치, 고온조(high-temperature vessel) 등이 이용된다.
상기 리플로우 장치를 이용한 리플로우 열처리를 할 때의 가열 방식으로서는, 적외선 인가나 열풍 인가 등의 방식이 주류이며, 리플로우 열처리시의 로 내의 분위기는 공기인 경우와 질소인 경우가 있는데, 전자 부품이나 땜납 접합부의 산화에 의한 열화를 막는다는 의미에서, 최근의 고밀도 고정밀도 실장에 있어서는 질소 분위기의 리플로우로가 많이 이용되고 있다.
상기 열처리는 제2 금속 입자의 융점을 넘는 온도에서 10분간～120분간 행하는 것이 바람직하다. 상기 열처리를 제2 금속 입자의 융점 이하의 온도에서 행하면, 제2 금속 입자가 액체화되지 않아, 제3 금속 입자의 확산이 순조롭게 진행되지 않는 원인이 되는 경우가 있다.
상기 열처리의 온도는 상기 제2 금속 입자의 융점에 따라서 다르며 적절하게 선택할 수 있는데, 300℃를 넘는 온도인 것이 바람직하다.
상기 열처리는 대기 속에서 행하더라도 좋지만, 질소 분위기 속에서 행하는 것이 보다 바람직하다.
여기서, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 도전성 접합 재료를 이용한 도체의 접합 방법을 도시하는 개략도이다.
도 3a는 가열 전의 상태 및 도 3B는 가열 후의 상태를 각각 도시한다. 제1 금속 입자(Al 입자)(101)는 직경이 작고 또 비중이 작기 때문에, 가열 용융시에, 땜납 접합부 표면에 모여, 도전성 접합 재료(100) 표면에서 광택성이 양호한 금속 피막을 형성한다. 또한, 용융시의 가열 에너지에 의해서, 제2 금속 입자(Sn-58Bi 합금 입자)(102)의 Sn과 제3 금속 입자(Cu 입자)(103)의 Cu가 Cu-Sn 합금(105)을 형성하여, 단원소로 된 비스무트(Bi)(104)가 표면에 편석된다. 제3 금속 입자(Cu 입자)(103)는 직경이 크고 또 비중이 크기 때문에 침전되고, 배선 기판(11)과 전자 부품(12) 사이에서 용융되어 도통을 확보할 수 있다.
또한, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 도전성 접합 재료를 이용한 도체의 접합 방법을 도시하는 다른 개략도이다.
도 4a는 가열 전의 상태 및 도 4b는 가열 후의 상태를 도시한다. 직경이 작고 또 비중이 작은 제1 금속 입자(AgCl 입자)(101)가, 가열 용해시에, 땜납 접합부 표면에 모여, 도전성 접합 재료(100) 표면에서 광택성이 양호한 금속 피막을 형성한다. 또한, 제1 금속 입자(AgCl 입자)(101)는, 납땜시에 활성 작용도 지니어, 도전성 접합 재료(100)의 산화 피막 제거와 함께, 금속 성분(Ag)(106)의 석출이 생긴다(하기 반응식 참조). 또한, 용융시의 가열 에너지에 의해서, 제2 금속 입자(Sn-58Bi 합금 입자)(102)의 Sn과 제3 금속 입자(Cu 입자)(103)의 Cu가 Cu-Sn 합금(105)을 형성한다. 제3 금속 입자(Cu 입자)(103)는 직경이 크고 또 비중이 크기 때문에 침전되고, 배선 기판(11)과 전자 부품(12) 사이에서 용융되어 도통을 확보할 수 있다.
[화학식 1]
<금속 화합물과 도전성 접합 재료 표면의 반응식>
Sn + 2AgCl → SnCl2 + 2Ag (석출)
(리플로우 가열) (열에 의해 유출)
(반도체 장치의 제조 방법)
본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은 본 발명의 상기 도체의 접합 공정을 적어도 포함하며, 필요에 따라서 그 밖의 공정을 더 포함하여 이루어진다.
상기 도체의 접합 공정은 본 발명의 도체의 접합 방법과 같은 식으로 행할 수 있다.
상기 그 밖의 공정으로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 금속 배선을 패터닝하는 공정, 절연막을 형성하는 공정 등을 들 수 있다.
도 5a～도 5g는 본 발명의 반도체 장치의 제조 공정의 일례를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
우선, 도 5a에 도시하는 것과 같이, 전극 패드(21)를 갖는 배선 기판(20)을 준비한다.
이어서, 도 5b에 도시하는 것과 같이, 배선 기판(20)에 본 발명의 도전성 접합 재료를 인쇄하고, 전극 패드(21) 상에 도전성 접합 재료(22)를 얹는다. 인쇄 방법으로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 스크린 인쇄 등을 들 수 있다.
이어서, 도 5c에 도시하는 것과 같이, 복수의 전자 부품(23)을 전극 패드(21) 상에 배치한다.
이어서, 도 5d에 도시하는 것과 같이, 1차 리플로우 가열을 행하여, 전자 부품(23)의 납땜 접속을 한다.
이어서, 도 5e에 도시하는 것과 같이, 필요에 따라 다른 전자 부품(23a)을 실장하고, 리드선(24)을 실장한 뒤에, 필요에 따라서 성형을 한다.
이어서, 도 5f에 도시하는 것과 같이, 밀봉 수지(25)에 의한 밀봉을 행함으로써, 예컨대 도 6에 도시하는 것과 같은 전자 부품(0603 타입의 칩)(30)이 실장된다. 도 6에서 31은 SMD 칩, 32는 웨이퍼 레벨 패키지(WLP)를 나타낸다. 상기 밀봉 수지로서는, 상기 부품을 덮는 수지라면, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 페놀 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지 등의 열경화성 수지 등을 들 수 있다.
이어서, 도 5g에 도시하는 것과 같이, 리드 단자(27)를 갖는 프린트 기판(26)을 준비하여, 프린트 기판(26) 상에 납땜 페이스트를 스크린 인쇄에 의해 도포하고, 리드 단자(27) 상에는 땜납(28)을 얹는다. 계속해서, 전자 부품의 리드선(24)을 프린트 기판(26) 상의 리드 단자(27) 상에 배치하여, 2차 리플로우 가열을 행함으로써, 전자 부품을 프린트 기판(26)에 땜납 접속한다. 이상에 의해 반도체 장치가 제작된다.
본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에 의하면, 예컨대 플래시 메모리, DRAM, FRAM 등을 비롯한 각종 반도체 장치를 효율적으로 제조할 수 있다.
실시예
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 하등 제한되는 것은 아니다.
한편, 실시예에 있어서, 금속 입자의 평균 입경, 금속 입자의 비중 및 금속 입자의 융점은 다음과 같은 식으로 측정했다.
<금속 입자의 평균 입경의 측정>
금속 입자의 평균 입경은 입도 분포계(레이저 회절식 입도 분포 측정 장치, SALD-3100, 시마즈세이사쿠쇼 제조)를 이용하여 금속 입자를 기상 분산하고, 적색 반도체 레이저를 조사하여, 수광 소자에 입력된 입자의 회절·산란광의 패턴을 표준 패턴과 비교 해석하고, 입자경과 카운트수를 집계하여, 평균 입경을 산출했다.
<금속 입자의 비중의 측정>
금속 입자의 비중은 치수법에 기초하여 버니어 캘리퍼스와 천칭을 이용하여 측정했다.
<금속 입자의 융점의 측정>
금속 입자의 융점은 시차 주사 열량 측정(DSC)(세이코인스트루주식회사 제조, DSC6200)으로, 온도 구배 0.5℃/sec의 조건으로 측정했다.
(실시예 1)
- 도전성 접합 재료의 제작 -
(1) 금속 성분 … 85 질량%
·제1 금속 입자(알루미늄(Al) 입자, 평균 입경 1 ㎛, 비중 2.72, 융점 660℃) … 10 질량%
·제2 금속 입자(Sn-58Bi 합금 입자, 평균 입경 10 ㎛, 비중 8.13, 융점 139℃) … 45 질량%
·제3 금속 입자(Cu 입자, 평균 입경 10 ㎛, 비중 8.96, 융점 1,084℃) … 45 질량%
(2) 플럭스 성분 … 15 질량%
·로진(마츠오한다주식회사 제조, MHK37-BZ) … 50 질량%
·유기 용제(에틸렌글리콜계 용제) … 50 질량%
(실시예 2)
- 도전성 접합 재료의 제작 -
실시예 1에 있어서, 제1 금속 입자로서 하기의 제1 금속 입자를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 실시예 2의 도전성 접합 재료를 제작했다.
·제1 금속 입자(Sn-55Al 합금 입자, 평균 입경 1 ㎛, 비중 4.10, 융점 600℃)
(실시예 3)
- 도전성 접합 재료의 제작 -
실시예 1에 있어서, 제1 금속 입자로서 하기의 제1 금속 입자를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 실시예 3의 도전성 접합 재료를 제작했다.
·제1 금속 입자(Sn-5In 합금 입자, 평균 입경 1 ㎛, 비중 5.89, 융점 200℃)
(실시예 4)
- 도전성 접합 재료의 제작 -
실시예 1에 있어서, 제1 금속 입자로서 하기의 제1 금속 입자를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 실시예 4의 도전성 접합 재료를 제작했다.
·제1 금속 입자(Sn-5Bi 합금 입자, 평균 입경 1 ㎛, 비중 6.02, 융점 200℃)
(실시예 5)
- 도전성 접합 재료의 제작 -
실시예 1에 있어서, 제1 금속 입자로서 하기의 제1 금속 입자를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 실시예 5의 도전성 접합 재료를 제작했다.
·제1 금속 입자(SnCl2 입자, 평균 입경 1 ㎛, 비중 3.95, 융점 246℃)
(실시예 6)
- 도전성 접합 재료의 제작 -
실시예 1에 있어서, 제1 금속 입자로서 하기의 제1 금속 입자를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 실시예 6의 도전성 접합 재료를 제작했다.
·제1 금속 입자(SnBr2 입자, 평균 입경 1 ㎛, 비중 5.12, 융점 215℃)
(실시예 7)
- 도전성 접합 재료의 제작 -
실시예 1에 있어서, 제1 금속 입자로서 하기의 제1 금속 입자를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 실시예 7의 도전성 접합 재료를 제작했다.
·제1 금속 입자(AgCl 입자, 평균 입경 1 ㎛, 비중 5.56, 융점 455℃)
(실시예 8)
- 도전성 접합 재료의 제작 -
실시예 1에 있어서, 제1 금속 입자로서 하기의 제1 금속 입자를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 실시예 8의 도전성 접합 재료를 제작했다.
·제1 금속 입자(AgBr 입자, 평균 입경 1 ㎛, 비중 6.47, 융점 432℃)
(실시예 9)
- 도전성 접합 재료의 제작 -
실시예 1에 있어서, 제1 금속 입자로서 하기의 제1 금속 입자를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 실시예 9의 도전성 접합 재료를 제작했다.
·제1 금속 입자(AgI 입자, 평균 입경 1 ㎛, 비중 5.68, 융점 552℃)
(실시예 10)
- 도전성 접합 재료의 제작 -
실시예 1에 있어서, 제1 금속 입자로서 하기의 제1 금속 입자를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 실시예 10의 도전성 접합 재료를 제작했다.
·제1 금속 입자(AgNO3 입자, 평균 입경 1 ㎛, 비중 4.35, 융점 212℃)
(실시예 11)
- 도전성 접합 재료의 제작 -
실시예 1에 있어서, 제1 금속 입자로서 하기의 제1 금속 입자를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 실시예 11의 도전성 접합 재료를 제작했다.
·제1 금속 입자(Sn-5In 합금 입자, 평균 입경 1 ㎛, 비중 5.89, 융점 200℃) … 5 질량%
·제1 금속 입자(Sn-5Bi 합금 입자, 평균 입경 1 ㎛, 비중 6.02, 융점 200℃) … 5 질량%
(실시예 12)
- 도전성 접합 재료의 제작 -
실시예 1에 있어서, 제2 금속 입자로서 하기의 제2 금속 입자를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 실시예 12의 도전성 접합 재료를 제작했다.
·제2 금속 입자(Sn 입자, 평균 입경 10 ㎛, 비중 5.82, 융점 232℃) … 45 질량%
(실시예 13)
- 도전성 접합 재료의 제작 -
실시예 1에 있어서, 제2 금속 입자로서 하기의 제2 금속 입자를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 실시예 13의 도전성 접합 재료를 제작했다.
·제2 금속 입자(Sn-57Bi-1Ag 합금 입자, 평균 입경 10 ㎛, 비중 8.14, 융점 139℃) … 45 질량%
(실시예 14)
- 도전성 접합 재료의 제작 -
실시예 1에 있어서, 제3 금속 입자로서 하기의 제3 금속 입자를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 실시예 14의 도전성 접합 재료를 제작했다.
·제3 금속 입자(Ag 도금된 Cu 입자, 평균 입경 10 ㎛, 비중 8.96, 융점 1,084℃)
(실시예 15)
- 도전성 접합 재료의 제작 -
실시예 1에 있어서, 제3 금속 입자로서 하기의 제3 금속 입자를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 실시예 15의 도전성 접합 재료를 제작했다.
·제3 금속 입자(Sn-58Bi 합금 도금된 Cu 입자, 평균 입경 10 ㎛, 비중 8.96, 융점 1,084℃)
(실시예 16)
- 도전성 접합 재료의 제작 -
실시예 1에 있어서, 제3 금속 입자로서 하기의 제3 금속 입자를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 실시예 16의 도전성 접합 재료를 제작했다.
·제3 금속 입자(Au 도금된 Cu 입자, 평균 입경 10 ㎛, 비중 8.96, 융점 1,084℃)
(실시예 17)
- 도전성 접합 재료의 제작 -
실시예 1에 있어서, 제1 금속 입자로서 하기의 제1 금속 입자를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 실시예 17의 도전성 접합 재료를 제작했다.
·제1 금속 입자(알루미늄(Al) 입자, 평균 입경 0.5 ㎛, 비중 2.72, 융점 660℃)
(실시예 18)
- 도전성 접합 재료의 제작 -
실시예 1에 있어서, 제2 금속 입자로서 하기의 제2 금속 입자를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 실시예 18의 도전성 접합 재료를 제작했다.
·제2 금속 입자(Sn-58Bi 합금 입자, 평균 입경 20 ㎛, 비중 8.13, 융점 139℃)
(실시예 19)
- 도전성 접합 재료의 제작 -
실시예 1에 있어서, 제3 금속 입자로서 하기의 제3 금속 입자를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 실시예 18의 도전성 접합 재료를 제작했다.
·제3 금속 입자(Cu 입자, 평균 입경 20 ㎛, 비중 8.96, 융점 1,084℃ ) … 45 질량%
(비교예 1)
- 도전성 접합 재료의 제작 -
실시예 1에 있어서, 제1 금속 입자를 포함하지 않고, 제2 금속 입자의 함유량을 50 질량% 및 제3 금속 입자의 함유량을 50 질량%로 한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 비교예 1의 도전성 접합 재료를 제작했다.
(참고예 2)
- 도전성 접합 재료의 제작 -
실시예 1에 있어서, 제2 금속 입자 및 제3 금속 입자로서 하기의 제2 금속 입자 및 제3 금속 입자로 바꾼 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 참고예 2의 도전성 접합 재료를 제작했다.
·제2 금속 입자(Sn-95Au 합금 입자, 평균 입경 10 ㎛, 비중 18.65, 융점 980℃)
·제3 금속 입자(Zn 입자, 평균 입경 10 ㎛, 비중 7.14, 융점 419℃)
(참고예 3)
- 도전성 접합 재료의 제작 -
실시예 1에 있어서, 제1 금속 입자로서 하기의 제1 금속 입자로 바꾼 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 참고예 3의 도전성 접합 재료를 제작했다.
·제1 금속 입자(텅스텐(W) 입자, 평균 입경 1 ㎛, 비중 19.3, 융점 3,370℃)
(참고예 4)
- 도전성 접합 재료의 제작 -
실시예 1에 있어서, 제1 금속 입자로서 하기의 제1 금속 입자를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 참고예 4의 도전성 접합 재료를 제작했다.
·제1 금속 입자(알루미늄(Al) 입자, 평균 입경 3 ㎛, 비중 2.72, 융점 660℃)
(참고예 5)
- 도전성 접합 재료의 제작 -
실시예 1에 있어서, 제2 금속 입자로서 하기의 제2 금속 입자를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 참고예 5의 도전성 접합 재료를 제작했다.
·제2 금속 입자(Sn-58Bi 합금 입자, 평균 입경 7 ㎛, 비중 8.13, 융점 139℃)
(참고예 6)
- 도전성 접합 재료의 제작 -
실시예 1에 있어서, 제3 금속 입자로서 하기의 제3 금속 입자를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 참고예 6의 도전성 접합 재료를 제작했다.
·제3 금속 입자(Cu 입자, 평균 입경 7 ㎛, 비중 8.96, 융점 1,084℃) … 45 질량%
이어서, 제작한 각 도전성 접합 재료를 이용하여 다음과 같이 외관성 및 접합 강도를 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
<외관성>
외관성은, 각 도전성 접합 재료를 이용하여, 180℃ 유지로 30분간의 가열 조건(단, 실시예 12는 250℃ 유지로 30분간)으로 전자 부품과 기판을 접합한 후의 땜납 접합부 표면에 대하여, 입사광과 반사광의 출력(mW) 비율을 광파워미터(요코가와미터&인스트루먼츠주식회사 제조, TB200)에 의해 측정하여 하기 기준으로 평가했다.
〔평가 기준〕
○ : 입사광과 반사광의 출력(mW) 비율이 70% 이상
△ : 입사광과 반사광의 출력(mW) 비율이 50% 이상 70% 미만
× : 입사광과 반사광의 출력(mW) 비율이 50% 미만
<접합 강도>
각 도전성 접합 재료를 이용하여, 180℃ 유지로 30분간의 가열 조건(단, 실시예 12는 250℃ 유지로 30분간)으로 전자 부품과 기판을 접합한 후의 땜납 접합부의 접합 강도를 쉐어 강도 시험기(디지사 제조, SERIES4000)에 의해 측정하여, Sn-Ag-Cu 합금 땜납에 대한 접합 강도 비율을 구해 하기 기준으로 평가했다.
〔평가 기준〕
○ : Sn-Ag-Cu 합금 땜납에 대한 접합 강도 비율이 70% 이상(700 gf/pin 이상)
△ : Sn-Ag-Cu 합금 땜납에 대한 접합 강도 비율이 60% 이상(600 gf/pin 이상) 70% 미만(700 gf/pin 미만)
× : Sn-Ag-Cu 합금 땜납에 대한 접합 강도 비율이 60% 미만(600 gf/pin 미만)
[표 1a]
Figure pat00001
[표 1b]
Figure pat00002
[표 1c]
Figure pat00003
[표 1d]
Figure pat00004
(실시예 20)
- 전자 부품의 접합 -
실시예 4의 도전성 접합 재료를 이용하여 다음과 같이 전자 부품을 배선 기판에 접합했다.
L:200 ㎛×W:100 ㎛의 Cu 전극을 설치한 배선 기판(서브스트레이트 기판)에 실시예 4의 도전성 접합 재료를 스크린 인쇄에 의해 인쇄(공급)하여, 전자 부품(0603 타입의 칩)을 배치하고, 180℃ 유지로 30분간 열처리하여, 전자 부품을 배선 기판에 접합했다.
도 3a 및 도 3b에 도시하는 것과 같이, 제1 금속 입자(Al 입자)(101)는 직경이 작고 또 비중이 가볍기 때문에, 가열 용융시에, 땜납 접합부 표면에 모여, 도전성 접합 재료(100) 표면에서 광택성이 양호한 금속 피막을 형성했다. 또한, 용융시의 가열 에너지에 의해서, 제2 금속 입자(Sn-58Bi 합금 입자)(102)의 Sn과 제3 금속 입자(Cu 입자)(103)의 Cu가 Cu-Sn 합금(105)을 형성하여, 단원소로 된 비스무트(Bi)(104)가 표면에 편석되었다. 제3 금속 입자(Cu 입자)(103)는 직경이 크고 또 비중이 무겁기 때문에 침전되고, 배선 기판(11)과 전자 부품(12) 사이에서 용융되어 도통을 확보할 수 있었다.
이어서, 도 7a～도 7d는 실시예 4의 도전성 접합 재료를 이용하여 배선 기판과 전자 부품의 접합을 행한 후에 있어서의 Cu 입자, Sn 입자 및 Bi 입자의 분산 상태를 에너지 분산형 X선 분석법으로 측정한 결과를 도시한다. 여기서, 에너지 분산형 X선 분석법이란, 전자빔 등으로 물체를 주사했을 때에 발생하는 특성 X선을 검출하여, X선으로부터 얻어지는 에너지의 분포로부터 물체의 구성 물질을 조사하는 분석 수법이며, 원소(금속)의 동정(同定), 원소(금속)의 분포를 측정할 수 있다.
도 7a는 실시예 4의 도전성 접합 재료를 이용하여 배선 기판과 전자 부품의 접합을 행한 후에 있어서의 에너지 분산형 X선 마이크로애널라이저:EDS로 측정한 Cu, Bi 및 Sn의 맵핑 화상 사진의 모식도이다.
도 7b는 실시예 4의 도전성 접합 재료를 이용하여 배선 기판과 전자 부품의 접합을 행한 후에 있어서의 에너지 분산형 X선 마이크로애널라이저:EDS로 측정한 Cu의 맵핑 화상 사진의 모식도이다.
도 7c는 실시예 4의 도전성 접합 재료를 이용하여 배선 기판과 전자 부품의 접합을 행한 후에 있어서의 에너지 분산형 X선 마이크로애널라이저:EDS로 측정한 Bi의 맵핑 화상 사진의 모식도이다.
도 7d는 실시예 4의 도전성 접합 재료를 이용하여 배선 기판과 전자 부품의 접합을 행한 후에 있어서의 에너지 분산형 X선 마이크로애널라이저:EDS로 측정한 Sn의 맵핑 화상 사진의 모식도이다.
이들 도 7a～도 7d의 결과로부터, 실시예 20에 있어서, 실시예 4의 도전성 접합 재료를 이용하여 전자 부품을 배선 기판에 접합한 결과, 도 3b에서 도시하는 가열 후의 상태로 되고 있음을 확인할 수 있었다.
얻어진 접합 후의 전자 부품은 땜납 접합부가 광택을 지니어, 레이저광을 이용한 자동 외관 검사 장치에 의한 검사를 적용할 수 있었다.
(실시예 21)
- 전자 부품의 접합 -
실시예 7의 도전성 접합 재료를 이용하여 다음과 같이 전자 부품을 배선 기판에 접합했다.
L:200 ㎛×W:100 ㎛의 Cu 전극을 설치한 배선 기판(서브스트레이트 기판)에 실시예 7의 도전성 접합 재료를 스크린 인쇄에 의해 인쇄(공급)하여, 전자 부품(0603 타입의 칩)을 배치하고, 180℃ 유지로 30분간 열처리하여, 전자 부품을 배선 기판에 접합했다.
도 4a 및 도 4b에 도시하는 것과 같이, 직경이 작고 또 비중이 작은 제1 금속 입자(AgCl 입자)(101)는, 가열 용해시에, 땜납 접합부 표면에 모여, 도전성 접합 재료(100) 표면에서 광택성이 양호한 금속 피막을 형성했다. 또한, 제1 금속 입자(AgCl 입자)(101)는 납땜시에 활성 작용도 지니어, 도전성 접합 재료의 산화 피막 제거와 함께, 금속 성분(Ag)(106)의 석출이 생겼다(하기 반응식 참조). 또한, 용융시의 가열 에너지에 의해서, 제2 금속 입자(Sn-58Bi 합금 입자)(102)의 Sn과 제3 금속 입자(Cu 입자)(103)의 Cu가 Cu-Sn 합금(105)을 형성했다. 제3 금속 입자(Cu 입자)(103)는 직경이 크고 또 비중이 크기 때문에 침전되어, 배선 기판(11)과 전자 부품(12) 사이에서 용융되어 도통을 확보할 수 있었다.
[화학식 2]
<금속 화합물과 도전성 접합 재료 표면의 반응식>
Sn + 2AgCl → SnCl2 + 2Ag (석출)
(리플로우 가열) (열에 의해 유출)
얻어진 접합 후의 전자 부품은 땜납 접합부가 광택을 지니어, 레이저광을 이용한 자동 외관 검사 장치에 의한 검사를 적용할 수 있었다.
(실시예 22)
- 도전성 접합 재료의 제작 -
(1) 금속 성분 … 85 질량%
·제1 금속 입자(알루미늄(Al) 입자, 평균 입경 1 ㎛, 비중 2.72, 융점 660℃) … Z 질량%
·제2 금속 입자(Sn 입자, 평균 입경 10 ㎛, 비중 5.82, 융점 232℃) … Y 질량%
·제3 금속 입자(Cu 입자, 평균 입경 10 ㎛, 비중 8.96, 융점 1,084℃) … X 질량%
(2) 플럭스 성분 … 15 질량%
·로진(마츠오한다주식회사 제조, MHK37-BZ) … 50 질량%
·유기 용제(에틸렌글리콜계 용제) … 50 질량%
상기 조성에 기초하여, 제1 금속 입자로서의 알루미늄 입자의 첨가량(Z 질량%)을, 0 질량%, 1 질량%, 2.5 질량%, 5 질량%, 7.5 질량%, 15 질량% 및 20 질량%로 각각 바꿔, 제2 금속 입자의 첨가량(Y 질량%):제3 금속 입자의 첨가량(X 질량%)=5:5(질량비)인 표 2에 나타내는 도전성 접합 재료를 각각 제작했다.
이어서, 실시예 1～19와 같은 식으로, 외관성 및 접합 강도를 평가했다. 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 도 8에 제작한 각 도전성 접합 재료에 있어서의 표면 상태의 사진을 도시한다.
Figure pat00005
표 2 및 도 8의 결과로부터, 제1 금속 입자로서의 알루미늄 입자는 비중이 작고, 가열 용융시에 도전성 접합 재료의 표면에 모여, 도전성 접합 재료 표면에서 광택성이 양호한 금속 피막을 형성할 수 있으며, 알루미늄 입자의 첨가량이 1.5 질량%～20 질량%, 특히 2.5 질량%～15 질량%의 범위가 외관성 및 접합 강도의 관점에서 바람직한 것을 확인할 수 있었다.
한편, 제1 금속 입자로서의 알루미늄(Al) 입자 대신에, Sn-Al 합금 입자, Sn-Bi 합금 입자, AgNO3 입자, AgCl 입자, AgBr 입자, SnCl 입자 등을 이용한 경우도 상기 알루미늄(Al) 입자와 같은 결과를 얻을 수 있었다.
이상의 실시예 1～22를 포함하는 실시형태에 관하여 이하의 부기를 더 개시한다.
(부기 1) 제1 금속 입자와, 상기 제1 금속 입자보다 큰 평균 입경을 갖는 제2 금속 입자와, 상기 제1 금속 입자보다 평균 입경이 크고, 상기 제1 금속 입자보다 비중이 크며, 또한 상기 제2 금속 입자보다 융점이 높은 제3 금속 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 접합 재료.
(부기 2) 제1 금속 입자의 평균 입경이 1 ㎛ 이하이며, 제2 및 제3 금속 입자의 평균 입경이 모두 10 ㎛ 이상인 부기 1에 기재한 도전성 접합 재료.
(부기 3) 제1 금속 입자가 알루미늄 입자인 부기 1과 2 중 어느 하나에 기재한 도전성 접합 재료.
(부기 4) 제1 금속 입자가, Sn-Al 합금 입자, Sn-In 합금 입자 및 Sn-Bi 합금 입자 중 적어도 어느 것인 부기 1과 2 중 어느 하나에 기재한 도전성 접합 재료.
(부기 5) 제1 금속 입자가, SnCl2, SnBr, AgCl, AgBr, AgI, AgNO3 및 AlCl3의 적어도 어느 한 입자인 부기 1과 2 중 어느 하나에 기재한 도전성 접합 재료.
(부기 6) 제1 금속 입자의 융점이, 제3 금속 입자의 융점보다 낮은 부기 1 내지 5 중 어느 하나에 기재한 도전성 접합 재료.
(부기 7) 제1 금속 입자의 비중이 2.0 이상 6.0 이하이며, 또한 제3 금속 입자의 비중이 8.0 이상인 부기 1 내지 6 중 어느 하나에 기재한 도전성 접합 재료.
(부기 8) 제2 금속 입자의 융점이 300℃ 이하이며, 또한 제3 금속 입자의 융점이 900℃ 이상인 부기 1 내지 7 중 어느 하나에 기재한 도전성 접합 재료.
(부기 9) 제2 금속 입자가, 주석 입자, 주석-비스무트 합금 입자, 주석-비스무트-은 합금 입자 및 주석-인듐 합금 입자에서 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 입자인 부기 1 내지 8 중 어느 하나에 기재한 도전성 접합 재료.
(부기 10) 제3 금속 입자가, 금 입자, 은 입자, 구리 입자, 금 도금된 구리 입자, 주석-비스무트 합금 도금된 구리 입자 및 은 도금된 구리 입자에서 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 입자인 부기 1 내지 9 중 어느 하나에 기재한 도전성 접합 재료.
(부기 11) 제1 금속 입자의 함유량이, 전체 금속 성분에 대하여 1.5 질량%～20 질량%인 부기 1 내지 10 중 어느 하나에 기재한 도전성 접합 재료.
(부기 12) 금속 성분의 함유량이, 도전성 접합 재료에 대하여 50 질량%～95 질량%인 부기 1 내지 11 중 어느 하나에 기재한 도전성 접합 재료.
(부기 13) 에폭시계 플럭스 재료 및 로진계 플럭스 재료 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 플럭스 성분을 함유하는 부기 1 내지 12 중 어느 하나에 기재한 도전성 접합 재료.
(부기 14) 플럭스 성분의 함유량이, 도전성 접합 재료에 대하여 5 질량%～50 질량%인 부기 13에 기재한 도전성 접합 재료.
(부기 15) 제1 금속 입자와, 상기 제1 금속 입자보다 큰 평균 입경을 갖는 제2 금속 입자와, 상기 제1 금속 입자보다 평균 입경이 크고, 상기 제1 금속 입자보다 비중이 크며, 또한 상기 제2 금속 입자보다 융점이 높은 제3 금속 입자를 포함하는 도전성 접합 재료를, 배선 기판의 전극과 이 전극에 실장되는 전자 부품의 단자 중 적어도 어느 것에 공급하는 공정과,
공급된 상기 도전성 접합 재료를 상기 제2 금속 입자의 융점을 넘는 온도에서 가열하여, 상기 배선 기판 및 상기 전자 부품을 접합하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 도체의 접합 방법.
(부기 16) 제1 금속 입자와, 상기 제1 금속 입자보다 큰 평균 입경을 갖는 제2 금속 입자와, 상기 제1 금속 입자보다 평균 입경이 크고, 상기 제1 금속 입자보다 비중이 크며, 또한 상기 제2 금속 입자보다 융점이 높은 제3 금속 입자를 포함하는 도전성 접합 재료를, 배선 기판의 전극과 이 전극에 실장되는 전자 부품의 단자 중 적어도 어느 하나에 공급하고,
공급된 상기 도전성 접합 재료를 상기 제2 금속 입자의 융점을 넘는 온도에서 가열하여, 상기 배선 기판 및 상기 전자 부품을 접합하는 도체의 접합 공정을 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
1 : 고융점 금속 입자 2 : 저융점 금속 입자
5 : Cu-Sn계 금속간 화합물 10 : 도전성 접합 재료
11 : 배선 기판 12 : 전자 부품
20 : 배선 기판 21 : 전극 패드
22 : 도전성 접합 재료 23 : 전자 부품
23a : 전자 부품 24 : 리드선
25 : 밀봉 수지 26 : 프린트 기판
27 : 리드 단자 28 : 땜납
30 : 전자 부품 31 : SMD 칩
32 : 웨이퍼 레벨 패키지(WLP) 100 : 도전성 접합 재료
101 : 제1 금속 입자 102 : 제2 금속 입자
103 : 제3 금속 입자 104 : 비스무트(Bi)
105 : Cu-Sn 합금 106 : 은(Ag)

Claims (10)

  1. 제1 금속 입자와,
    상기 제1 금속 입자보다 큰 평균 입경을 갖는 제2 금속 입자와,
    상기 제1 금속 입자보다 평균 입경이 크고, 상기 제1 금속 입자보다 비중이 크며, 상기 제2 금속 입자보다 융점이 높은 제3 금속 입자
    를 포함하는 도전성 접합 재료.
  2. 제1항에 있어서, 제1 금속 입자의 평균 입경이 1 ㎛ 이하이고,
    제2 및 제3 금속 입자의 평균 입경이 양쪽 모두 10 ㎛ 이상인 것인 도전성 접합 재료.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 금속 입자의 융점이 제3 금속 입자의 융점보다 낮은 것인 도전성 접합 재료.
  4. 제1항에 있어서, 제1 금속 입자의 비중이 2.0 이상 6.0 이하이며, 제3 금속 입자의 비중이 8.0 이상인 것인 도전성 접합 재료.
  5. 제1항에 있어서, 제2 금속 입자의 융점이 300℃ 이하이며, 제3 금속 입자의 융점이 900℃ 이상인 것인 도전성 접합 재료.
  6. 제1항에 있어서, 제2 금속 입자가, 주석 입자, 주석-비스무트 합금 입자, 주석-비스무트-은 합금 입자 및 주석-인듐 합금 입자에서 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 입자인 것인 도전성 접합 재료.
  7. 제1항에 있어서, 제3 금속 입자가, 금 입자, 은 입자, 구리 입자, 금 도금된 구리 입자, 주석-비스무트 합금 도금된 구리 입자 및 은 도금된 구리 입자에서 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 입자인 것인 도전성 접합 재료.
  8. 제1항에 있어서, 제1 금속 입자의 함유량이, 전체 금속 성분에 대하여 1.5 질량%～20 질량%인 것인 도전성 접합 재료.
  9. 제1 금속 입자와, 상기 제1 금속 입자보다 큰 평균 입경을 갖는 제2 금속 입자와, 상기 제1 금속 입자보다 평균 입경이 크고, 상기 제1 금속 입자보다 비중이 크며, 상기 제2 금속 입자보다 융점이 높은 제3 금속 입자를 포함하는 도전성 접합 재료를, 배선 기판의 전극과 이 전극에 실장되는 전자 부품의 단자 중 적어도 어느 하나에 공급하는 공정과,
    공급된 상기 도전성 접합 재료를 상기 제2 금속 입자의 융점을 넘는 온도에서 가열하여, 상기 배선 기판 및 상기 전자 부품을 접합하는 공정
    을 포함하는 도체의 접합 방법.
  10. 제1 금속 입자와, 상기 제1 금속 입자보다 큰 평균 입경을 갖는 제2 금속 입자와, 상기 제1 금속 입자보다 평균 입경이 크고, 상기 제1 금속 입자보다 비중이 크며, 상기 제2 금속 입자보다 융점이 높은 제3 금속 입자를 포함하는 도전성 접합 재료를, 배선 기판의 전극과 이 전극에 실장되는 전자 부품의 단자 중 적어도 어느 하나에 공급하고, 공급된 상기 도전성 접합 재료를 상기 제2 금속 입자의 융점을 넘는 온도에서 가열하여, 상기 배선 기판 및 상기 전자 부품을 접합하는 도체의 접합 공정을 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
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