KR20130097768A - 접착제 조성물 및 그것을 사용한 반도체 장치 - Google Patents

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KR20130097768A
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less
degreec
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가오루 곤노
히로키 하야시
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히타치가세이가부시끼가이샤
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Abstract

무하중(無荷重)에서, 또한 200℃ 이하의 경화 온도에서도 높은 전기 전도성, 열전도율을 가지고, 260℃에서도 높은 접착력을 가지는 접착제 조성물 또는 이 접착제 조성물을 사용하여 만들어지는 반도체 장치를 제공한다. X선 광전자 분광법으로 측정했을 때, 은 산화물에서 유래된 산소의 상태 비율이 15% 미만인 은 입자(A) 및 300℃ 이상의 비점(沸點)을 가지는 알코올 또는 카르복시산(B)을 포함하는 것을 특징으로 하는 접착제 조성물이다.

Description

접착제 조성물 및 그것을 사용한 반도체 장치{ADHESIVE COMPOSITION AND SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 전기 전도성, 열전도성 및 접착성이 우수한 접착제 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는 IC, LSI, 발광 다이오드(LED) 등의 반도체 소자를 리드 프레임, 세라믹 배선판, 유리 에폭시 배선판, 폴리이미드 배선판 등의 기판에 접착하기에 바람직한 접착제 조성물 및 이것을 사용한 반도체 장치에 관한 것이다.
반도체 장치를 제조할 때, 반도체 소자와 리드 프레임(지지 부재)을 접착시키는 방법으로서는, 에폭시계 수지, 폴리이미드계 수지 등의 수지에 은분(銀粉) 등의 충전제를 분산시켜 페이스트상(예를 들면, 은페이스트)으로 만들고, 이것을 접착제로서 사용하는 방법이 있다. 이 방법에서는, 디스펜서, 인쇄기, 스탬핑 머신 등을 사용하여, 페이스트상 접착제를 리드 프레임의 다이 패드에 도포한 후, 반도체 소자를 다이 본딩하고, 가열 경화에 의해 접착시켜 반도체 장치로 만든다.
이 반도체 장치는 또한, 봉지재(封止材)에 의해 외부가 봉지되고 반도체 패키징된 후, 배선 기판 상에 납땜되어 실장된다. 최근의 실장은, 고밀도 및 고효율이 요구되므로, 땜납 실장은 반도체 장치의 리드 프레임을 기판에 직접 납땜하는 면실장법이 주류를 이루고 있다. 이 표면 실장에는, 기판 전체를 적외선 등으로 가열하는 리플로우 솔더링(reflow soldering)이 사용되며, 패키지는 200℃ 이상의 고온으로 가열된다. 이 때, 패키지의 내부, 특히 접착제층 중에 수분이 존재하면, 이 수분이 기화하여 다이 패드와 봉지재 사이에 들어가서, 패키지에 크랙(리플로우 크랙)이 발생한다. 이 리플로우 크랙은 반도체 장치의 신뢰성을 현저하게 저하시키기 때문에, 심각한 문제·기술 과제로 되어 있고, 반도체 소자와 반도체 지지 부재와의 접착에 많이 사용되고 있는 접착제에는, 고온 시의 접착력을 비롯한 신뢰성이 요구되어 왔다.
또한, 최근, 반도체 소자의 고속화, 고집적화가 진행됨에 따라 종래부터 요구되어 온 접착력 등의 신뢰성에 더하여, 반도체 장치의 동작 안정성을 확보하기 위해 높은 방열 특성이 요구되고 있다. 즉, 상기 과제를 해결하기 위해서는, 방열 부재와 반도체 소자를 접합하는 접착제에 사용되는 높은 접착력과 높은 열전도성을 겸비한 접착제 조성물이 요구되고 있다.
또한, 금속 입자끼리 접촉에 의한 종래의 도전성 접착제보다 높은 방열성을 달성하는 수단으로서, 열전도율이 높은 은 입자를 고충전하는 조성물(특허 문헌 1∼3), 땜납 입자를 사용한 조성물(특허 문헌 4), 소결성이 우수하며 평균 입자 직경 0.1㎛ 이하의 금속 나노 입자를 사용하는 조성물(특허 문헌 5), 특수한 표면 처리를 행한 마이크로 사이즈의 은 입자를 사용함으로써, 200℃ 전후의 온도에서 금속 미립자를 소결시키는 접착제 조성물(특허 문헌 6)이 제안되어 있다.
종래, 접착제의 높은 열전도성을 확보하는 방법으로서 열전도율이 높은 은 입자를 고충전하는 방법을 취하고 있었다. 그러나, 최근의 파워 IC, LED에서 필요한 20 W/m·K 이상의 열전도율을 확보하기 위해서는, 95 중량부 이상의 매우 다량의 충전량이 필요하다. 그러나, 은 입자 충전량이 증가하면, 점도가 상승함으로써 투여 시에 실 끌림(cobwebbing) 등이 발생하여, 작업성을 확보할 수 없게 되는 문제가 있었다. 또한, 작업성 확보를 위해 용제를 다량으로 첨가한 경우, 보이드(void) 발생 또는 잔존 용매에 의한 접착력 저하가 문제로 되어 있었다.
저융점 금속을 사용하여, 금속 결합으로 열전도 패스(heat conduction path)의 형성 및 피착체와의 메탈라이징에 의해, 높은 열전도화 및 실온에서의 강도의 확보를 도모한 예도 있다. 그러나, 파워 IC 또는 LED 등의 PKG를 기판에 실장하는 경우, 리플로우 로(furnace) 내에서 260℃에 노출되지만, 그 열 이력(heat history)에 의해, 접합부가 재용융되어 신뢰성을 얻을 수 없는 문제가 있었다.
접합부의 재용융의 문제를 피하기 위하여, 금속 나노 입자를 사용한 도전성 접착제의 검토도 진행되고 있다. 그러나, 나노 사이즈의 금속 입자를 제조하기 위해 많은 비용이 들거나, 금속 나노 입자의 분산 안정성을 얻기 위해 표면 보호재가 다량으로 필요하게 되며, 소결에 200℃ 이상의 고온이 필요하게 되는 경우나, 하중을 부여하지 않으면 충분한 접착력이 발현하지 않는 등의 프로세스의 과제도 많이 존재한다.
또한, 은 입자에 특정한 표면 처리를 행함으로써, 소정의 열 이력을 인가할 때 은 입자의 소결이 촉진되어, 전기 전도성 및 열전도성이 우수한 고체상 은을 얻을 수 있는 것에 대하여 제안되어 있다. 그러나, 본 발명자들이 검토한 결과, 전술한 발명에 의해 소결을 촉진하는 처리를 행한 은 입자와 휘발성 성분으로 이루어지는 접착제 조성물에, 금 도금 실리콘 칩(사이즈；2 mm×2 mm)과 은 도금 동 리드 프레임을 180℃에서, 1시간 오븐 경화로 접합시킨 바, 금 도금 계면에 대한 접착력이 약한 과제가 표면화되었다.
일본 특허출원 공개번호 2006-73811호 공보 일본 특허출원 공개번호 2006-302834호 공보 일본 특허출원 공개번호 평 11-66953호 공보 일본 특허출원 공개번호 2005-93996호 공보 일본 특허출원 공개번호 2006-83377호 공보 일본 특허 제4353380호 공보
본 발명의 목적은, 200℃ 이하의 경화 온도에서도 높은 전기 전도성, 열전도율을 가지며, 260℃에서도 높은 접착력을 유지하고, 하중을 인가하지 않아도 충분한 접착성을 가지는 접착제 조성물 또는 이 접착제 조성물을 사용하여 만들어지는 반도체 장치를 제공하는 것에 있다.
본원 발명은 이하의 (1)∼(6)에 관한 것이다.
(1) X선 광전자 분광법으로 측정했을 때, 은 산화물에서 유래된 산소의 상태 비율이 15% 미만인 은 입자(A) 및 300℃ 이상의 비점(沸點)을 가지는 알코올 또는 카르복시산(B)을 포함하는 것을 특징으로 하는 접착제 조성물.
(2) 비점이 100∼300 ℃인 휘발성 성분(C)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 (1)의 접착제 조성물.
(3) X선 광전자 분광법으로 측정했을 때, 은 산화물에서 유래된 산소의 상태 비율이 15% 미만이 되도록 은 입자의 산화막을 제거하는 처리, 및 재산화(再酸化)와 은 입자의 응집을 방지하는 표면 처리를 행한 은 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 (1)∼(2) 중 어느 하나에 기재된 접착제 조성물.
(4) 상기 은 입자의 평균 입자 직경이 0.1㎛ 이상 50㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 (1)∼(3) 중 어느 하나에 기재된 접착제 조성물.
(5) 상기 은 입자를 100℃ 이상 200℃ 이하의 소정의 열 이력을 인가하여 소결시킴으로써, 체적 저항율이 1×10-4Ω·cm 이하이며, 또한 열전도율이 30 W/m·K 이상인 경화물을 형성하는 것 특징으로 하는 (1)∼(4) 중 어느 하나에 기재된 접착제 조성물.
(6) (1)∼(5) 중 어느 하나에 기재된 접착제 조성물을 통하여, 반도체 소자와 반도체 소자 탑재용 지지 부재가 접착된 구조를 가지는 반도체 장치.
본 발명에 따르면, 200℃ 이하의 경화 온도에서도 높은 전기 전도성, 열전도성을 가지고, 260℃의 리플로우 온도에서도 높은 접착력을 유지하며, 하중을 인가하지 않아도 충분한 접착성을 가지는 전자 부품, 도전성 접합 재료, 도전성 접착제, 또는 다이 본딩재로서 사용되는 접착제 조성물 및 이것을 사용한 전자 부품 탑재 기판 및 반도체 장치를 제공할 수 있게 된다.
본 발명의 개시는, 일본 특허 출원번호 2010-218721(출원일 2010년 9월 29일)에 포함되는 주제에 관한 것이며, 이 출원에 개시된 내용을 본 명세서에 전체적으로 참조로서 원용한다.
도 1은 산화막이 적은 은 입자의 모식도이다.
도 2는 가열에 의해 도 1에서 나타낸 산화막이 적은 은 입자의 표면 보호재가 이탈하고, 은 입자끼리 소결한 상태를 나타낸 모식도이다.
도 3은 산화막이 많은 은 입자의 모식도이다.
도 4는 가열에 의해 도 3에서 나타낸 산화막이 많은 은 입자의 표면 보호재가 이탈하지만, 은 입자끼리가 소결할 수 없는 상태를 나타낸 모식도이다.
도 5는 도 3에서 나타낸 산화막이 많은 은 입자로부터 산화막을 제거하고, 특정한 표면 보호재를 은 입자에 흡착시키고 표면 처리를 행한 은 입자의 모식도이다.
도 6은 가열에 의해 도 5에서 나타낸 산화막 제거 및 표면 처리를 행한 은 입자에 흡착된 특정한 표면 보호재가 이탈하고, 은 입자끼리가 소결한 상태를 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명의 접속 재료를 사용한 반도체 장치의 일례이다.
도 8은 본 발명의 접속 재료를 사용한 반도체 장치의 다른예이다.
본 발명에 있어서의 높은 열전도화 및 높은 전기 전도화의 메커니즘은, 가열에 의해 표면 보호재가 이탈하고, 활성 표면이 노출된 은 입자끼리가 접촉, 결합함으로써, 은 입자 사이에 소결에 의한 금속 결합의 패스가 형성되어, 높은 열전도화, 높은 전기 전도화가 달성되는 것으로 생각했다. 즉, 종래는, 소결에는 200℃ 이상의 가열이 필요한 것으로 여겨졌고, 0.1㎛ 이하의 입자가 소결성이 우수하다고 여겨져 왔지만, 가열 등에 의해 은 입자의 활성 표면이 노출되도록 한 입자를 설계함으로써, 가열 온도가 200℃ 이하, 또는 은 입자 직경이 0.1㎛를 초과하더라도, 소결이 일어나, 은 입자끼리의 금속 결합의 패스가 형성되어, 높은 열전도화, 높은 전기 전도화가 달성될 것으로 생각했다. 이하에서 모식도를 사용하여 그 메커니즘을 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같은 산화막(2)이 적은 은 입자(벌크 금속)(3)를 포함하는 접착제 조성물을 가열함으로써, 도 2에 나타낸 바와 같이 표면 보호재(1)가 은 입자 표면으로부터 이탈하고, 활성 표면이 노출된다. 이 활성 표면끼리 접촉함으로써 소결이 촉진될 것으로 생각했다.
그러므로, 도 3에 나타낸 바와 같은 산화막(2)이 많은 은 입자의 경우에는, 도 4에 나타낸 바와 같이 가열에 의한 표면 보호재(1)의 이탈 후에도, 은 입자의 표면을 산화막(2)이 넓게 덮고 있으므로, 활성 표면끼리의 접촉이 일어나기 어렵고, 은 입자끼리의 소결이 일어나기 어려울 것으로 생각했다.
그러나, 도 3에 나타낸 바와 같은 산화막이 많은 은 입자에서도, 산화막을 제거한 후, 재산화 방지 및 은 입자의 응집 방지를 위해 특정한 표면 보호재(4)에 의한 표면 처리를 행하므로, 산화막이 없는 은 입자를 제조할 수 있다고 생각했다(도 5). 그리고, 전술한 처리를 행한 은 입자를 포함하는 접착제 조성물을 가열하면 도 6에 나타낸 바와 같이 은 입자끼리를 소결시킬 수 있을 것으로 생각했다.
또한, 300℃ 이상의 비점을 가지는 알코올 또는 카르복시산을 함유하는 접착제 조성물에 의해, 접착력이 향상되는 것을 알았다. 비점이 높은 알코올 또는 카르복시산은 열 이력을 인가했을 때 즉시 휘발하지 않고 그 일부가 잔존하며, 잔존한 알코올 또는 카르복시산이 피착체의 표면 산화막을 제거함으로써, 피착체에 대한 접착력이 향상될 것으로 생각했다. 이하에서 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 있어서의 접착제 조성물은, 은 입자, 및 300℃ 이상의 비점을 가지는 알코올 또는 카르복시산을 필수 성분으로 한다. 이하에서, 각각의 성분에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 접착제 조성물에 사용되는 은 입자는, 은 산화물에서 유래된 산소의 상태 비율이 15% 미만인 것이 필수적이다. 산화막의 양이 15% 이상이면, 200℃ 이하의 온도 또는 산화막의 제거를 촉진시키는 환원제가 없는 환경에서는, 산화막이 은 입자의 표면을 넓게 덮은 상태에서 은 입자끼리의 소결이 저해되고, 은 입자끼리의 금속 결합의 패스가 충분히 형성되지 않으므로, 그 은 입자를 사용한 접착제 조성물은 열전도율이 저하되는 경향이 있다. 그리고, 은 입자 표면 상의 산화막의 양은 X선 광전자 분광법으로 측정한 데이터로부터 산출한 상태 비율을 기준으로 하였다. X선 광전자 분광법의 분석 장치는 Surface Science Instrument사의 S-Probe ESCA Model 2803을 사용하였고, 조사 X선에는 Al Kα선을 사용하였다. 은산화막에서 유래된 산소는 531±1 eV에 피크를 가지는 성분으로 하였고, 표면 보호제 등 그 외의 성분에서 유래된 산소와는 구별했다. 상태 비율은 측정 샘플 중의 특정한 원소의 농도이며, 원소의 강도로부터 장치에 부속된 상대 감도 계수를 사용하여 산출한 값으로 나타내고 있다.
은 입자의 평균 입자 직경은, 특별히 한정되지 않지만, 0.1㎛ 이상 50㎛ 이하인 것이 바람직하다. 입자의 제조 비용을 고려하면 0.1㎛ 이상이 바람직하고, 열전도율을 향상시키기 위해 입자의 충전율을 향상시키는 것을 고려하면 50㎛ 이하가 바람직하다.
본 발명에서는, 은 입자의 산화막의 양을 저감시키거나 또는 완전하게 제거하여, 은 입자의 재산화 및 응집을 방지하는 은 입자 표면 처리법도 확립했다. 이 처리법에 의해, 은 산화물에서 유래된 산소의 상태 비율을 15% 미만으로 할 수 있다. 이하에서 그 방법을 나타낸다.
먼저, 표면 보호재를 용해시키고, 분산시킨 산성 용액 중에 은 입자를 첨가하고, 교반하면서 산화막 제거 및 표면 보호를 행한다. 산성 용액 100 중량부에 대한 은 입자의 첨가량은, 1∼50 중량부가 바람직하다. 다음으로, 용액을 여과시켜 은 입자를 취출한 후, 은 입자 표면에 물리적으로 흡착된 표면 보호재나 산 성분을 용매로 세정한다. 그 후, 은 입자를 감압 건조시킴으로써 여분의 용매를 제거하여, 건조 상태의 표면 처리 은분을 얻는다. 그리고, 산화막 제거의 프로세스에서는 표면 보호재를 포함하지 않는 산성 용액 중 산화막 제거를 행한 경우, 은 입자끼리 응집하여, 산화막 제거 전의 입자와 동일한 평균 입자 직경을 가지는 분체상의 은 입자를 얻을 수 없는 것을 확인하고 있다. 이에 따라, 은 입자의 응집을 방지하기 위해 산성 용액 중에 표면 보호재를 첨가하여, 산화막 제거와 표면 보호를 동시에 행할 필요가 있다.
산성 용액의 조성물에 제한은 없지만, 산으로서 황산, 질산, 염산, 아세트산, 인산 등을 사용할 수 있다. 산의 희석 용매도 제한은 없지만, 산과의 상용성(相溶性)이 양호하고, 또한 표면 보호재가 용해되며, 분산성이 우수한 용매가 바람직하다.
산성 용액의 산의 농도는, 산화막을 제거하기 위해 산성 용액 전체를 100 중량부로 했을 때, 1 중량부 이상이 바람직하고, 산화막의 두꺼운 은 입자를 포함하는 경우에는 5 중량부 이상이 보다 바람직하다. 또한, 산의 농도가 지나치게 진하면 은이 다량으로 용액에 용해되므로, 50 중량부 이하가 바람직하고, 입자끼리의 응집을 방지하기 위해서는 40 중량부 이하가 보다 바람직하다.
표면 보호재는, 은 표면에 대한 흡착이 양호한 말단 관능기를 가지는 화합물이 바람직하다. 예를 들면, 하이드록실기, 카르복실기, 아미노기, 티올기, 디술피드기를 가지는 화합물이 있다. 또한, 은 입자의 재산화나 여분의 유기물의 흡착 오염을 방지하기 위하여, 화합물의 주골격은 보호재가 조밀하게 충전되도록 한 직쇄 알칸 골격을 가지는 것이 바람직하다. 알칸 골격은, 탄소쇄끼리의 분자간력에 의해 조밀하게 충전되도록 탄소수는 4개 이상이 보다 바람직하다. 또한, 200℃ 이하의 낮은 온도에서 은 입자가 소결되므로, 표면 보호재의 은 표면으로부터의 이탈 온도가 200℃보다 낮은 탄소수 18개 이하가 보다 바람직하다.
산성 용액 중의 표면 보호재의 농도는, 산성 용액 전체를 100 중량부로 했을 때, 은 입자끼리의 응집을 방지하기 위해 0.0001 중량부 이상이 바람직하고, 표면 보호재의 은 입자에 대한 과잉의 물리 흡착을 방지하기 위해 1 중량부 이하가 바람직하다.
상기 은 입자의 접착제 조성물 중의 비율은 열전도율 향상을 위하여, 접착제 조성물 100 중량부 중, 80 중량부 이상이 바람직하고, 고온 땜납과 동등 이상의 열전도율을 달성하기 위해서는 87 중량부 이상이 보다 바람직하다. 또한, 접착제 조성물을 페이스트상으로 만들기 위해서는 은 입자의 비율은 99 중량부 이하가 바람직하고, 디스펜서나 인쇄기에서의 작업성 향상을 위하여, 95 중량부 이하인 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 사용되는 300℃ 이상의 비점을 가지는 알코올 또는 카르복시산으로서는, 은 입자의 소결을 방해하는 것이 아니면 특별히 제한은 없다.
300℃ 이상의 비점을 가지는 알코올 또는 카르복시산의 일례로서는, 팔미트산, 스테아르산, 아라키드산, 테레프탈산, 올레산 등의 지방족 카르복시산, 피로멜리트산, o-페녹시벤조산 등의 방향족 카르복시산, 세틸알코올, 스테아릴알코올, 이소보닐시클로헥산올, 테트라에틸렌글리콜 등의 지방족 알코올, p-페닐페놀 등의 방향족 알코올을 들 수 있다. 그 중에서도, 이들 알코올 또는 카르복시산의 융점이 열 이력을 인가했을 때의 온도보다 낮은 것이 바람직하다. 이는, 가열 시에 고체보다 액체 쪽이 피착체 및 은 입자와의 젖음성이 향상되어 반응성이 높아지므로 피착체에 대한 접착력을 향상시킬 수 있기 때문이다. 그 중에서도 특히, 탄소수가 6∼20인 지방족 알코올 또는 카르복시산이 보다 바람직하다. 그 이유는, 이들 카르복시산 또는 알코올을 포함하는 접착제 조성물은, 은 입자의 소결성이 양호할 뿐만 아니라, 은 입자의 분산성 향상 및 침강 방지에 의한 접착제 조성물의 디스펜서나 인쇄기에서의 도포 작업성이 우수하기 때문이다.
300℃ 이상의 비점을 가지는 알코올 또는 카르복시산은 1종 또는 필요에 따라 2종 이상의 성분을 혼합하여 사용할 수 있다. 휘발성 성분을 100 중량부로 할 때, 300℃ 이상의 비점을 가지는 알코올 또는 카르복시산은 1 중량부∼100 중량부가 바람직하다. 300℃ 이상의 비점을 가지는 알코올 또는 카르복시산이 100 중량부보다 많은 경우, 소정의 열 이력을 인가했을 때 잔존 성분이 은의 응집 또는 소결을 저해하고, 치밀성이 손상됨으로써 전기 전도성, 열전도성 또는 접착력이 손상될 우려가 있으며, 1 중량부 미만인 경우에는 은 입자의 소결 촉진 효과가 충분히 얻어지지 않아, 접착력이 저하될 우려가 있다.
본 발명의 접착제 조성물은, 휘발성 성분을 더 포함할 수도 있다. 휘발성 성분으로서는, 비점이 100∼300 ℃이며, 은 입자와의 혼합물에 소정의 열 이력을 인가했을 때, 은 입자가 소결하는 것이면 특별히 제한은 없다.
이와 같은 휘발성 성분으로서는, 펜탄올, 헥산올, 헵탄올, 옥탄올, 데칸올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, α-터피네올 등의 1가 및 다가 알코올류, 에틸렌글리콜부틸에테르, 에틸렌글리콜페닐에테르, 디에틸렌글리콜메틸에테르, 디에틸렌글리콜에틸에테르, 디에틸렌글리콜부틸에테르, 디에틸렌글리콜이소부틸에테르, 디에틸렌글리콜헥실에테르, 트리에틸렌글리콜메틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 디에틸렌글리콜디부틸에테르, 디에틸렌글리콜부틸메틸에테르, 디에틸렌글리콜이소프로필메틸에테르, 트리에틸렌글리콜디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜부틸메틸에테르, 프로필렌글리콜프로필에테르, 디프로필렌글리콜메틸에테르, 디프로필렌글리콜에틸에테르, 디프로필렌글리콜프로필에테르, 디프로필렌글리콜부틸에테르, 디프로필렌글리콜디메틸에테르, 트리프로필렌글리콜메틸에테르, 트리프로필렌글리콜디메틸에테르 등의 에테르류, 에틸렌글리콜에틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜부틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜에틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜부틸에테르아세테이트, 디프로필렌글리콜메틸에이테르아세테이트, 락트산 에틸, 락트산 부틸, γ-부티로락톤 등의 에스테르류, N-메틸-2-피롤리돈, N,N-디메틸아세트아미드, N,N-디메틸포름아미드 등의 산아미드, 시클로헥산온, 옥탄, 노난, 데칸, 운데칸 등의 지방족 탄화수소, 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소, 적절한 머캅탄은 1 내지 18 탄소 원자를 포함하는, 예를 들면, 에틸, n-프로필, i-프로필, n-부틸, i-부틸, tert-부틸, 펜틸, 헥실 및 도데실머캅탄과 같은 머캅탄, 또는 시클로알킬머캅탄은 5 내지 7 탄소 원자를 포함하는, 시클로펜틸, 시클로헥실 또는 시클로헵틸 머캅탄과 같은 머캅탄류를 예로 들 수 있다. 그 중에서도, 비점이 150℃ 이상인 휘발성 성분이 바람직하다. 이는, 비점이 150℃ 이상인 휘발성 성분을 포함하는 접착제 조성물은 점도의 상승이 극히 적어, 반도체 장치 제조 시의 작업 안정성이 우수하기 때문이다. 그 중에서도 특히, 탄소수가 4∼12의 알코올, 에스테르, 에테르류가 보다 바람직하다. 그 이유는, 이들 휘발성 성분은 산화막 제거 및 표면 처리를 행한 은 입자의 분산성이 우수하기 때문이다.
함유하는 휘발성 성분은 1종 또는 필요에 따라 2종 이상의 성분을 혼합하여 사용할 수 있으며, 열전도성 향상을 위하여, 접착성 조성물 100 중량부 중, 20 중량부 이하가 바람직하다.
본 발명의 접착제 조성물에는 작업성 향상을 위한 희석제, 젖음성 향상제, 및 소포제 중 하나 이상을 포함해도 된다. 그리고, 본 발명의 접착제 조성물은, 여기에 열거한 이외의 성분을 포함해도 된다.
본 발명의 접착제 조성물에는, 필요에 따라, 산화 칼슘, 산화 마그네슘 등의 흡습제, 실란 커플링제, 티타네이트 커플링제, 알루미늄 커플링제, 지르코알루미네이트 커플링제 등의 접착력 향상제, 비이온계 계면활성제, 불소계 계면활성제 등의 젖음성 향상제, 실리콘유 등의 소포제, 무기 이온 교환체 등의 이온 트랩제를 적절하게 첨가할 수 있다.
여기서, 실란 커플링제로서는, 예를 들면, 비닐트리스(β-메톡시에톡시)실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-글리시독시 프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-머캅토프로필트리메톡시실란, 헥사메틸디실라잔, N,O-(비스트리메틸실릴)아세트아미드, N-메틸-3-아미노프로필트리메톡시실란, 4,5-디하이드로이미다졸프로필트리에톡시실란, γ-머캅토프로필트리에톡시실란, γ-머캅토프로필메틸디메톡시실란, 3-시아노프로필트리메톡시실란, 메틸트리(메타크릴로일옥시에톡시)실란, 메틸트리(글리시딜옥시)실란, 2-에틸헥실-2-에틸헥실포스포네이트, γ-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 비닐트리아세톡시실란, γ-아닐리노프로필트리메톡시실란, γ-머캅토프로필메틸디메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필메틸디메톡시실란, N-트리메틸실릴아세트아미드, 디메틸트리메틸실릴아민, 디에틸트리메틸실릴아민, 트리메틸실릴이미다졸, 트리메틸실릴이소시아네이트, 디메틸실릴디이소시아네이트, 메틸실릴트리이소시아네이트, 비닐실릴트리이소시아네이트, 페닐실릴트리이소시아네이트, 테트라이소시아네이트실란, 에톡시실란트리이소시아네이트 등이 있다.
상기 티타네이트 커플링제로서는, 예를 들면, 이소프로필트리이소스테아로일티타네이트, 이소프로필트리옥타노일티타네이트, 이소프로필디메타크릴이소스테아로일티타네이트, 이소프로필트리도데실벤젠술포닐티타네이트, 이소프로필이소스테아로일디아크릴티타네이트, 이소프로필트리(디옥틸포스페이트)티타네이트, 이소프로필트리큐밀페닐티타네이트, 이소프로필트리스(디옥틸파이로포스페이트)티타네이트, 테트라이소프로필비스(디옥틸포스파이트)티타네이트, 테트라옥틸비스(디트리데실포스파이트)티타네이트, 테트라(2,2-디알릴옥시메틸-1-부틸)비스(디트리데실)포스파이트티타네이트, 디큐밀페닐옥시아세테이트티타네이트, 비스(디옥틸파이로포스페이트)옥시아세테이트티타네이트, 디이소스테아로일에틸렌티타네이트, 비스(디옥틸파이로포스페이트)에틸렌티타네이트, 디이소프로폭시비스(2,4-펜타디오네이트)티타늄(IV), 디이소프로필비스트리에탄올아미노티타네이트, 티타늄락테이트, 아세토아세틱에스테르티타네이트, 디-i-프로폭시비스(아세틸아세토나트)티탄, 디-n-부톡시비스(트리에탄올아미나토)티탄, 디하이드록시비스(락타토)티탄, 티타늄-i-프로폭시옥틸렌글리콜레이트, 티타늄 스티어레이트, 트리-n-부톡시티탄모노스티어레이트, 티탄락테이트에틸에스테르, 티탄트리에탄올아미네이트 등이 있다.
본 발명의 접착제 조성물에는, 필요에 따라 또한, 블리딩(bleeding) 억제제를 첨가할 수 있다. 블리딩 억제제로서는, 예를 들면, 퍼플루오로옥탄산, 옥탄산아미드, 올레산 등의 지방산, 퍼플루오로옥틸에틸아크릴레이트, 실리콘 등이 있다.
본 발명의 접착제 조성물을 제조하기 위해서는, 은 입자, 및 300℃ 이상의 비점을 가지는 알코올 또는 카르복시산을, 필요에 따라 첨가되는 휘발성 성분 및/또는 각종 첨가제와 함께, 일괄적으로 또는 분할하여 교반기, 뢰궤기, 3축 롤, 자전공전식 믹서(planetary mixer) 등의 분산·용해 장치를 적절하게 조합하여, 필요에 따라 가열하여 혼합, 용해, 해립(解粒) 혼련 또는 분산하여 균일한 페이스트상으로 만들면 된다.
본 발명의 반도체 장치는, 본 발명의 접착제 조성물을 사용하여 반도체 소자를 지지 부재에 접착함으로써 얻어진다. 반도체 소자를 지지 부재에 접착한 후, 필요에 따라 와이어 본드 공정, 봉지 공정을 행한다. 지지 부재로서는, 예를 들면, 42앨로이 리드 프레임, 동 리드 프레임, 팔라듐 PPF 리드 프레임 등의 리드 프레임, 유리 에폭시 기판(유리 섬유 강화 에폭시 수지로 이루어지는 기판), BT 기판(시아네이트모노머 및 그의 올리고머와 비스말레이미드로 이루어지는 BT 레진 사용 기판) 등의 유기 기판이 있다.
본 발명의 접착제 조성물을 사용하여 반도체 소자를 리드 프레임 등의 지지 부재에 접착시키기 위해서는, 먼저 지지 부재 상에 접착제 조성물을 디스펜스법, 스크린 인쇄법, 스탬핑법 등에 의해 도포한 후, 반도체 소자를 탑재하고, 그 후 오븐 또는 리플로우 등의 가열 장치를 사용하여 가열 경화를 행한다. 가열 경화는, 통상, 100∼200 ℃에서, 5초∼10시간 가열함으로써 행해진다. 나아가서는, 와이어 본드 공정을 경과한 후, 통상적인 방법에 의해 봉지함으로써 반도체 장치가 완성된다.
도 7에, 본 발명의 접착제 조성물을 사용한 반도체 장치의 일례를 나타낸다. 칩(5)과 리드 프레임(6)은 본 발명의 접착제 조성물로 이루어지는 접착층(7)에 의해 고정되고, 칩(5)과 리드 프레임(6)은 와이어(8)에 의해 전기적으로 접속되고, 전체가 몰드 레진(9)에 의해 봉지되어 있다.
도 8에, 본 발명의 접착제 조성물을 사용한 반도체 장치의 다른 예를 나타낸다. 기판(10)에 형성된 전극(11)과 LED 칩(12)은, 본 발명의 접착제 조성물로 이루어지는 접착층(7)에 의해 고정됨과 동시에, 와이어(8)에 의해 전기적으로 접속되고, 투광성 수지(13)에 의해 성형되어 있다.
실시예
다음으로, 실시예에 의해 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이것에 의해 제한되는 것은 아니다. 실시예 및 참고예에서 사용한 재료는 하기와 같이 제조한 것, 또는 입수한 것이다.
(1) 300℃ 이상의 비점을 가지는 알코올 또는 카르복시산：스테아르산(비점；376℃, 와코 순약공업(주)), 테트라에틸렌글리콜(비점；327℃, 이하에서는 TEG로 약칭, 와코 순약공업(주)), 이소보닐시클로헥산올(비점；308℃, 이하에서는 MTPH로 약칭)
(2) 휘발성 성분：디프로필렌글리콜디메틸에테르(비점；175℃, 이하에서는 DMM으로 약칭, 다이셀 화학(주)), γ-부티로락톤(비점；204℃, 이하에서는 GBL로 약칭, 산쿄 화학(주)), 트리에틸렌글리콜부틸메틸에테르(비점；261℃, 이하에서는 BTM으로 약칭, 토호 화학공업(주)), 디에틸렌글리콜모노부틸에테르(비점；231℃, 이하에서는 BDG로 약칭, 다이셀 화학(주))
(3) 은 입자：AgF10S(도쿠리키 화학 연구소(주), 상품명, 은분, 평균 입자 직경 10㎛, 산소 상태 비율 15%), AgF5S(도쿠리키 화학 연구소(주), 상품명, 은분, 평균 입자 직경 5㎛, 산소 상태 비율 20%)
(4) 표면 처리 은 입자：염산(간토 화학(주)) 28 중량부를 에탄올(간토 화학(주))로 희석하여, 80 중량부의 산성 용액을 조제했다. 이 산성 용액에 표면 보호재로서 스테아릴머캅탄(토쿄 화성공업(주)) 0.29 중량부를 첨가하여 표면 처리액을 조제했다. 이 표면 처리액에 상기 AgF10S 또는 AgF5S를 20 중량부 첨가하고, 40℃로 유지한 상태에서 1시간 교반함으로써 산화막 제거 및 표면 처리를 행하였다. 그 후, 여과에 의해 표면 처리액을 제거하고, 40℃의 에탄올을 더하여 표면 처리 은분을 세정하였다. 또한, 에탄올의 세정액을 여과에 의해 제거하였고, 전술한 세정, 여과의 공정을 10회 정도 반복함으로써, 표면 처리 은분 표면 상에 물리적으로 흡착되어 있는 스테아릴머캅탄 및 염산을 제거하였다. 마지막으로 세정 후의 표면 처리 은분을 감압 건조시킴으로써 에탄올을 제거하여, 건조 상태의 표면 처리 은분을 얻었다. 얻어진 표면 처리 은분의 산소의 상태 비율은 AgF10S가 0%, AgF5S가 5%이며, 산화막이 제거되어 있는 것을 확인하였다.
(실시예 1∼8 및 참고예 1∼5)
표 1 또는 2에 기재된 배합 비율에 의해, 재료 (1) 및 (2)를 뢰궤기에 의해 10분간 혼련하여 액상(液狀) 성분을 얻었다. 또한, 표면 처리되었거나 또는 처리되지 않은 은 입자 (3) 또는 (4)을 더하여 뢰궤기에 의해 15분간 혼련하여, 접착제 조성물을 얻었다.
접착제 조성물의 특성을 하기에 나타낸 방법으로 조사하여, 측정 결과를 표 1및 표 2에 나타내었다.
(1) 다이 전단 강도：접착제 조성물을 Ag 도금 Cu 리드 프레임(랜드부：10×5 mm) 상에 약 0.2 mg을 도포하고, 그 위에 2 mm×2 mm의 Au 도금 Si 칩(Au 도금 두께；200 nm, 칩 두께；0.4 mm)을 접착하고, 이것을 클린 오븐(TABAI ESPEC CORP. 제조, PVHC-210)으로 180℃에서, 1시간 열처리했다. 이것을 만능형 본드 테스터(데이지사 제조, 4000 시리즈)를 사용하여, 측정 스피드 500㎛/s, 측정 높이 100㎛로, 260℃에서 30초 가열한 후의 전단력(MPa)을 측정하였다.
(2) 접착제 조성물 경화물의 열전도율：상기 접착제 조성물을 클린 오븐(TABAI ESPEC CORP. 제조, PVHC-210)으로 180℃에서, 1시간 가열 처리하여, 10×10×1 mm의 시험편을 얻었다. 이 시험편의 열확산율을 레이저 플래시법(네취사 제조, LFA447, 25℃)으로 측정하였고, 또한 이 열확산율과 시차 주사 열량 측정 장치(퍼킨엘머사 제조, Pyris1)에 의해 얻어진 비열용량(比熱容量)과 아르키메데스법으로 얻어진 비중의 적(積)으로부터, 25℃에 있어서의 접착제 조성물의 경화물 열전도율(W/m·K)을 산출하였다.
(3) 체적 저항율：상기 접착제 조성물을 클린 오븐(TABAI ESPEC CORP. 제조, PVHC-210)으로 180℃에서, 1시간 가열 처리하여, 유리판 상에 1×50×0.03 mm의 시험편을 얻었다. 이 시험편을 4단자법(어드반테스트(주) 제조, R687E DIGITAL MULTIMETER)에 의해 체적 저항율의 값을 측정하였다.
[표 1]
Figure pct00001
[표 2]
Figure pct00002
실시예 1로부터 산소의 상태 비율이 15% 미만인 은분(표면 처리 AgF10S) 및 300℃ 이상의 비점을 가지는 알코올 또는 카르복시산을 포함하는 조성물을 180℃에서, 1시간 열처리함으로써, 9.6×10-6Ω·cm의 체적 저항율, 40 W/m·K의 높은 열전도율 및 260℃에서 10.6 MPa 이상의 높은 전단 강도를 달성하고, Sn95Pb는 땜납과 동등 이상의 높은 전기 전도성, 높은 열전도성(30 W/m·K), 높은 접착성(10 MPa)을 가지는 것을 알았다.
실시예 2∼8로부터 산소의 상태 비율이 15% 미만인 은분(표면 처리 AgF10S 또는 표면 처리 AgF5S), 휘발성 성분, 및 300℃ 이상의 비점을 가지는 에탄올 또는 카르복시산을 포함하는 조성물을 180℃에서, 1시간 열처리함으로써, 1.0×10-5Ω·cm 이하의 체적 저항율, 60 W/m·K 이상의 높은 열전도율 및 260℃에서 14 MPa 이상의 높은 전단 강도를 달성하는 것을 알았다.
참고예 1∼3으로부터 산소의 상태 비율이 15%인 은분(AgF10S), 휘발성 성분 및 300℃ 이상의 비점을 가지는 알코올 또는 카르복시산을 포함하는 조성물은, 180℃에서는 은 입자끼리의 소결이 일어나지 않으므로 체적 저항율 및 열전도율 측정용 시험편을 제조하지 못하였고, 피착체와도 접속하지 않았다.
참고예 4로부터 산소의 상태 비율이 15% 미만인 은분(표면 처리 AgF10S)과 휘발성 성분으로 이루어지는 조성물은 180℃에서, 1시간의 열처리로, 1.0×10-5Ω·cm 이하의 체적 저항율, 70 W/m·K 이상의 높은 열전도율을 발현했지만, 피착체의 Au 도금 부분과의 접착력이 매우 약하고, 전단 강도는 5.1 MPa로 Sn95Pb는 땜납보다 접착력이 뒤떨어지는 것을 알았다.
참고예 5로부터 산소의 상태 비율이 15% 미만인 은분(표면 처리 AgF10S)과 휘발성 성분 및 300℃ 미만의 비점을 가지는 알코올(BDG)로 이루어지는 조성물은, 180℃에서, 1시간의 열처리로, 1.0×10-5Ω·cm 이하의 체적 저항율, 70 W/m·K 이상의 높은 열전도율을 발현했지만, 피착체의 Au 도금 부분과의 접착력이 매우 약하고, 전단 강도는 7.2 MPa로 접착력은 Sn95Pb는 땜납보다 뒤떨어지는 것을 알았다. 이는 BDG가 Ag 입자와 반응하기 전에 휘발하여, Au 계면과 충분한 접착상을 형성할 수 없기 때문에, 전단 강도가 저하된 것으로 추정된다.
(실시예 9)
상기에서 얻어진 실시예 1∼8의 접착제 조성물을 사용하여, 도 7에 나타낸 바와 같은 반도체 장치를 제조했다. 상세하게는, Ag 도금 Cu 리드 프레임 상에 실시예 1∼8의 접착제 조성물을 도포하고, 그 위에 Au 도금 반도체 소자를 마운팅하고, 이것을 클린 오븐으로 180℃에서, 1시간 열처리함으로써 반도체 소자를 리드 프레임 상에 접속하였다. 그 후, Au 와이어를 사용하여 와이어 본드 공정을 경과한 후, 통상적인 방법에 의해 봉지함으로써 반도체 장치를 제조했다.
또한, 상기에서 얻어진 실시예 1∼8의 접착제 조성물을 사용하여, 도 8에 나타낸 바와 같은 반도체 장치를 제조했다. 상세하게는, Ag 도금 Cu 리드 프레임 상에 실시예 1∼8의 접착제 조성물을 도포하고, 그 위에 Au 도금 LED 칩을 마운팅하고, 이것을 클린 오븐으로 180℃에서, 1시간 열처리함으로써 LED 칩을 리드 프레임 상에 접속하였다. 그 후, Au 와이어를 사용하여 와이어 본드 공정을 경과한 후, 통상적인 방법에 의해 투광성 수지로 봉지함으로써 반도체 장치를 제조했다.
1: 표면 보호재
2: 산화막
3: 벌크 금속(은이 산화되어 있지 않은 부분)
4: 표면 처리에 의해 흡착시킨 특정한 표면 보호재
5: 칩(발열체)
6: 리드 프레임(방열체)
7: 본 발명의 접속 재료로 이루어지는 접착층
8: 와이어
9: 몰드 레진
10: 기판
11: 전극
12: LED 칩(발열체)
13: 투광성 수지

Claims (6)

  1. X선 광전자 분광법으로 측정했을 때, 은 산화물에서 유래된 산소의 상태 비율이 15% 미만인 은 입자(A) 및 300℃ 이상의 비점(沸點)을 가지는 알코올 또는 카르복시산(B)을 포함하는 접착제 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    비점이 100∼300 ℃인 휘발성 성분(C)을 더 포함하는 접착제 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    X선 광전자 분광법으로 측정했을 때, 은 산화물에서 유래된 산소의 상태 비율이 15% 미만이 되도록 은 입자의 산화막을 제거하는 처리, 및 재산화(再酸化)와 은 입자의 응집을 방지하는 표면 처리를 행한 은 입자를 포함하는 접착제 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 은 입자의 평균 입자 직경이 0.1㎛ 이상 50㎛ 이하인, 접착제 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 은 입자를 100℃ 이상 200℃ 이하의 열 이력을 인가하여 소결시킴으로써, 체적 저항율이 1×10-4Ω·cm 이하이며, 또한 열전도율이 30 W/m·K 이상인 경화물을 형성하는, 접착제 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 접착제 조성물을 통하여, 반도체 소자와 반도체 소자 탑재용 지지 부재가 접착된 구조를 가지는 반도체 장치.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201245364A (en) * 2011-01-28 2012-11-16 Hitachi Chemical Co Ltd Adhesive composition and semiconductor device using same
US10000670B2 (en) * 2012-07-30 2018-06-19 Henkel IP & Holding GmbH Silver sintering compositions with fluxing or reducing agents for metal adhesion
JP5856038B2 (ja) * 2012-10-31 2016-02-09 三ツ星ベルト株式会社 スクリーン印刷用導電性接着剤並びに無機素材の接合体及びその製造方法
JP2017031227A (ja) * 2013-12-13 2017-02-09 日立化成株式会社 接着剤組成物及びそれを用いた半導体装置
US10262927B2 (en) * 2015-07-23 2019-04-16 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2017134930A (ja) * 2016-01-26 2017-08-03 株式会社ダイセル 接合性導体ペースト
JP6899599B2 (ja) * 2017-02-06 2021-07-07 ノピオン カンパニー リミテッド 微細ピッチ用の異方性導電接着剤の製造方法及びその方法により製造された微細ピッチ用の異方性導電接着剤
KR101880053B1 (ko) * 2017-04-26 2018-07-20 (주)노피온 갭퍼를 포함하는 이방성 도전 접착제의 제조방법 및 갭퍼를 이용하는 부품 실장방법
JP2022015193A (ja) * 2020-07-08 2022-01-21 昭和電工マテリアルズ株式会社 ダイシング・ダイボンディング一体型フィルム、ダイボンディングフィルム、及び半導体装置の製造方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4273583A (en) * 1979-06-29 1981-06-16 E. I. Du Pont De Nemours And Company Flake silver powders with chemisorbed monolayer of dispersant
JPS63266006A (ja) * 1987-04-22 1988-11-02 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 金属微粉の表面処理方法
US4906596A (en) * 1987-11-25 1990-03-06 E. I. Du Pont De Nemours & Co. Die attach adhesive composition
JPH0367402A (ja) * 1989-08-03 1991-03-22 Toagosei Chem Ind Co Ltd 導電性組成物
JPH04353380A (ja) 1991-05-30 1992-12-08 Matsushita Refrig Co Ltd 冷蔵庫
US5852092A (en) * 1997-02-11 1998-12-22 Johnson Matthey, Inc. Organosilicon-containing compositions having enhanced adhesive properties
JPH1129748A (ja) * 1997-05-12 1999-02-02 Fujitsu Ltd 接着剤、接着方法及び実装基板の組み立て体
JP3837858B2 (ja) 1997-08-22 2006-10-25 住友金属鉱山株式会社 導電性接着剤およびその使用方法
US20050056365A1 (en) 2003-09-15 2005-03-17 Albert Chan Thermal interface adhesive
JP2005200604A (ja) * 2004-01-19 2005-07-28 Fujikura Ltd 粒子状銀化合物及びその利用
JP4828178B2 (ja) 2004-08-18 2011-11-30 ハリマ化成株式会社 導電性接着剤および該導電性接着剤を利用する物品の製造方法
JP2006073811A (ja) 2004-09-02 2006-03-16 Kyocera Chemical Corp ダイボンディングペースト
JP2006302834A (ja) 2005-04-25 2006-11-02 Kyocera Chemical Corp ダイボンディングペースト
US7766218B2 (en) * 2005-09-21 2010-08-03 Nihon Handa Co., Ltd. Pasty silver particle composition, process for producing solid silver, solid silver, joining method, and process for producing printed wiring board
US7919015B2 (en) * 2006-10-05 2011-04-05 Xerox Corporation Silver-containing nanoparticles with replacement stabilizer
CN102017016A (zh) * 2008-04-30 2011-04-13 日立化成工业株式会社 连接材料和半导体装置
JP2010218721A (ja) 2009-03-13 2010-09-30 Toyota Motor Corp 固体高分子型燃料電池の触媒層の評価方法
TW201245364A (en) * 2011-01-28 2012-11-16 Hitachi Chemical Co Ltd Adhesive composition and semiconductor device using same

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JPWO2012043545A1 (ja) 2014-02-24
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