KR20170048614A - 접착제 조성물 및 그것을 사용한 반도체 장치 - Google Patents

접착제 조성물 및 그것을 사용한 반도체 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20170048614A
KR20170048614A KR1020177011362A KR20177011362A KR20170048614A KR 20170048614 A KR20170048614 A KR 20170048614A KR 1020177011362 A KR1020177011362 A KR 1020177011362A KR 20177011362 A KR20177011362 A KR 20177011362A KR 20170048614 A KR20170048614 A KR 20170048614A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
adhesive composition
zinc
particles
silver
mass
Prior art date
Application number
KR1020177011362A
Other languages
English (en)
Inventor
히데오 나카코
토시아키 타나카
미치코 나토리
다이 이시카와
히로시 마츠모토
Original Assignee
히타치가세이가부시끼가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 히타치가세이가부시끼가이샤 filed Critical 히타치가세이가부시끼가이샤
Publication of KR20170048614A publication Critical patent/KR20170048614A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J1/00—Adhesives based on inorganic constituents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/08—Metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J11/00—Features of adhesives not provided for in group C09J9/00, e.g. additives
    • C09J11/02—Non-macromolecular additives
    • C09J11/04—Non-macromolecular additives inorganic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J9/00—Adhesives characterised by their physical nature or the effects produced, e.g. glue sticks
    • C09J9/02—Electrically-conducting adhesives
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/22—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49579—Lead-frames or other flat leads characterised by the materials of the lead frames or layers thereon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L24/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/08—Metals
    • C08K2003/0806—Silver
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/08—Metals
    • C08K2003/0893—Zinc
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/001—Conductive additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J2203/00—Applications of adhesives in processes or use of adhesives in the form of films or foils
    • C09J2203/326—Applications of adhesives in processes or use of adhesives in the form of films or foils for bonding electronic components such as wafers, chips or semiconductors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/29198—Material with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials in the form of a matrix with a filler, i.e. being a hybrid material, e.g. segmented structures, foams
    • H01L2224/29199—Material of the matrix
    • H01L2224/2929—Material of the matrix with a principal constituent of the material being a polymer, e.g. polyester, phenolic based polymer, epoxy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/29198—Material with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials in the form of a matrix with a filler, i.e. being a hybrid material, e.g. segmented structures, foams
    • H01L2224/29298—Fillers
    • H01L2224/29299—Base material
    • H01L2224/293—Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29317—Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/29318—Zinc [Zn] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/29198—Material with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials in the form of a matrix with a filler, i.e. being a hybrid material, e.g. segmented structures, foams
    • H01L2224/29298—Fillers
    • H01L2224/29299—Base material
    • H01L2224/293—Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29338—Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/29339—Silver [Ag] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/29198—Material with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials in the form of a matrix with a filler, i.e. being a hybrid material, e.g. segmented structures, foams
    • H01L2224/29298—Fillers
    • H01L2224/29499—Shape or distribution of the fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32245—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/832—Applying energy for connecting
    • H01L2224/83201—Compression bonding
    • H01L2224/83203—Thermocompression bonding, e.g. diffusion bonding, pressure joining, thermocompression welding or solid-state welding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/8385—Bonding techniques using a polymer adhesive, e.g. an adhesive based on silicone, epoxy, polyimide, polyester
    • H01L2224/83855—Hardening the adhesive by curing, i.e. thermosetting
    • H01L2224/83862—Heat curing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/91—Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L2224/80 - H01L2224/90
    • H01L2224/92—Specific sequence of method steps
    • H01L2224/922—Connecting different surfaces of the semiconductor or solid-state body with connectors of different types
    • H01L2224/9222—Sequential connecting processes
    • H01L2224/92242—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector
    • H01L2224/92247—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector the second connecting process involving a wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L24/10, H01L24/18, H01L24/26, H01L24/34, H01L24/42, H01L24/50, H01L24/63, H01L24/71
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014—Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025—Semiconducting materials
    • H01L2924/10251—Elemental semiconductors, i.e. Group IV
    • H01L2924/10253—Silicon [Si]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1203—Rectifying Diode
    • H01L2924/12032—Schottky diode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204—Optical Diode
    • H01L2924/12041—LED
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204—Optical Diode
    • H01L2924/12042—LASER
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1301—Thyristor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151—Die mounting substrate
    • H01L2924/156—Material
    • H01L2924/157—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2924/15738—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950 C and less than 1550 C
    • H01L2924/15747—Copper [Cu] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151—Die mounting substrate
    • H01L2924/156—Material
    • H01L2924/15786—Material with a principal constituent of the material being a non metallic, non metalloid inorganic material
    • H01L2924/15788—Glasses, e.g. amorphous oxides, nitrides or fluorides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Die Bonding (AREA)
  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

은 원자를 함유하는 은 입자 및 금속 아연을 함유하는 아연 입자를 포함하는 접착제 조성물로서, 그 접착제 조성물에 있어서의 고형분 중의 전(全) 천이금속 원자에 대하여, 은 원자의 함유량이 90질량% 이상이며, 아연 원자의 함유량이 0.01질량% 이상 0.6질량% 이하인 접착제 조성물.

Description

접착제 조성물 및 그것을 사용한 반도체 장치{ADHESIVE COMPOSITION AND SEMICONDUCTOR DEVICE USING SAME}
본 발명은, 접착제 조성물 및 그것을 사용한 반도체 장치에 관한 것이다. 더 상세하게는 파워 반도체, LSI, 발광 다이오드(LED) 등의 반도체 소자를 리드 프레임, 세라믹 배선판, 유리 에폭시 배선판, 폴리이미드 배선판 등의 기판에 접착하는데 적합한 접착제 조성물 및 이것을 사용한 반도체 장치에 관한 것이다.
반도체 장치를 제조할 때, 반도체 소자와 리드 프레임(지지부재)을 접착시키는 방법으로서는, 에폭시계 수지, 폴리이미드계 수지 등의 수지에 은분(銀粉) 등의 충전제를 분산시켜 페이스트상(狀)(예를 들면, 은페이스트)으로 하여, 이것을 접착제로서 사용하는 방법이 있다. 이 방법에서는, 디스펜서(dispenser), 인쇄기, 스태핑 머신 등을 이용하여, 페이스트상 접착제를 리드 프레임의 다이 패드에 도포한 후, 반도체 소자를 다이본딩하고, 가열 경화에 의해 접착시켜 반도체 장치로 한다.
최근, 반도체 소자의 고속화, 고집적화가 진행됨에 따라, 반도체 장치의 동작 안정성을 확보하기 위해 고방열(高放熱) 특성이 요구되고 있다.
종래의 금속 입자끼리의 접촉에 의한 도전성 접착제보다도 높은 방열성을 달성하는 수단으로서, 열전도율이 높은 은 입자를 고(高)충전하는 접착제 조성물(특허문헌 1∼3), 땜납 입자를 사용한 접착제 조성물(특허문헌 4), 소결성이 뛰어난 평균 입경 0.1㎛ 이하의 금속 나노 입자를 사용하는 접착제 조성물(특허문헌 5)이 제안되고 있다.
또한, 이들의 조성물보다도 열전도율 및 고온하에서의 접속 신뢰성이 뛰어난 것으로서, 특수한 표면 처리를 실시한 마이크로 사이즈의 은 입자를 사용함으로써, 100℃ 이상 400℃ 이하에서의 가열에 의해 은 입자끼리가 소결되도록 한 접착제 조성물(특허문헌 6)이 제안되고 있다. 특허문헌 6에서 제안되어 있는 은 입자끼리가 소결되도록 한 접착제 조성물에서는, 은 입자가 금속 결합을 형성하기 때문에, 다른 방법보다도 열전도율 및 고온하에서의 접속 신뢰성이 뛰어난 것이라고 생각된다.
특허문헌 1 : 일본 특허공개 특개2006-73811호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허공개 특개2006-302834호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허공개 특개평11-66953호 공보 특허문헌 4 : 일본 특허공개 특개2005-93996호 공보 특허문헌 5 : 일본 특허공개 특개2006-83377호 공보 특허문헌 6 : 일본 특허 제4353380호 공보
그런데, 반도체 소자의 피착면(被着面)에는 방청의 점으로부터 금이 도금, 스퍼터 등에 의해 실시되는 경우가 있다. 이에 의해, 반도체 소자의 실장(實裝) 전의 성능 시험이 용이하게 되고, 또한 산화 피막의 형성에 따른 접착성의 변동을 억제할 수 있다.
본 발명자들은, 특허문헌 6에서 제안되고 있는 접착제 조성물을, 피착면(被着面)이 금으로 형성된 반도체 소자의 실장에 적용하면, 접착력이 뒤떨어진다는 것을 발견했다.
따라서, 본 발명은, 피착면이 금으로 형성된 반도체 소자의 실장에 적용했을 경우이어도, 충분히 높은 접착력을 가지는 접착제 조성물 및 이것을 사용한 반도체 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 사정을 감안하여 본 발명은, 은 원자를 함유하는 은 입자 및 금속 아연을 함유하는 아연 입자를 포함하는 접착제 조성물로서, 그 접착제 조성물에 있어서의 고형분 중의 전(全) 천이금속 원자에 대하여, 은 원자의 함유량이 90질량% 이상이며, 아연 원자의 함유량이 0.01질량% 이상 0.6질량% 이하인 접착제 조성물을 제공한다.
상기 접착제 조성물은, 분산매를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 접착제 조성물은, Casson 점도가 0.05Pa·s 이상 2.0Pa·s 이하인 것이 바람직하다.
상기 아연 입자의 일차 입자의 평균 입경이, 50nm 이상 150000nm 이하인 것이 바람직하다. 또한, 상기 아연 입자는 편상(片狀)(플레이크상)인 것이 바람직하다. 또한, 편상이란, 판상(板狀), 접시 형상, 인편상(鱗片狀) 등의 형상을 포함하는 개념이다.
상기 은 입자의 일차 입자의 평균 입경이, 0.1㎛ 이상 50㎛ 이하인 것이 바람직하다.
상기 분산매가 300℃ 이상의 비점(沸點)을 가지는 알코올, 카르본산 및 에스테르로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서의 비점이란, 1 기압하에서의 비점을 말한다.
상기 접착제 조성물을 열경화하여 이루어지는 경화물의 체적 저항률 및 열전도율이, 각각 1×10-4Ω·cm 이하, 30 W/m·K 이상인 것이 바람직하다.
상기 접착제 조성물은 100∼300℃에서 5초∼10시간, 보다 바람직하게는 150∼300℃에서 30분∼5시간, 더 바람직하게는 150∼250℃에서 1∼2시간, 특히 바람직하게는 200℃에서 1시간의 조건으로 경화시키는 것이 바람직하다.
본 발명은, 위에서 설명한 접착제 조성물을 통하여, 반도체 소자와 반도체 소자 탑재용 지지부재가 접착된 구조를 가지는 반도체 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 피착면이 금으로 형성된 반도체 소자의 실장에 적용했을 경우이어도, 충분히 높은 접착력을 가지는 접착제 조성물 및 이것을 사용한 반도체 장치를 제공할 수 있다.
[도 1] 실시예 2의 접착제 조성물 경화물의 단면(斷面) 모르폴로지 (morphology) 관찰 결과의 배율 1000배의 SEM 사진이다.
[도 2] 비교예 2의 접착제 조성물 경화물의 단면 모르폴로지 관찰 결과의 배율 1000배의 SEM 사진이다.
[도 3] 비교예 2의 접착제 조성물 경화물의 단면 모르폴로지 관찰 결과의 배율 5000배의 SEM 사진이다.
[도 4] 실시예 2의 다이쉐어 강도 시험 후의 기판측 파단면(破斷面)의 배율 1000배의 SEM 사진이다.
[도 5] 비교예 1의 다이쉐어 강도 시험 후의 기판측 파단면의 배율 1000배의 SEM 사진이다.
[도 6] 실시예 7의 접착제 조성물 경화물의 단면 모르폴로지 관찰 결과의 배율 1000배의 SEM 사진이다.
[도 7] 비교예 10의 접착제 조성물 경화물의 단면 모르폴로지 관찰 결과의 배율 1000배의 SEM 사진이다.
[도 8] 실시예 8 및 비교예 11의 접착제 조성물을 사용하여 제작된 다이쉐어 강도용의 샘플에 관하여, 다이쉐어 강도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
[도 9] 본 실시형태에 관련되는 반도체 장치의 일례를 나타내는 모식 단면도이다.
[도 10] 본 실시형태에 관련되는 반도체 장치의 다른 예를 나타내는 모식 단면도이다.
본 명세서에 있어서 「공정」이라는 용어는, 독립한 공정뿐만 아니라, 다른 공정과 명확하게 구별할 수 없는 경우이어도 그 공정의 소기의 작용이 달성되면, 본 용어에 포함된다.
또한 본 명세서에 있어서 「∼」를 사용하여 나타낸 수치 범위는, 「∼」의 전후에 기재되는 수치를 각각 최소값 및 최대값으로서 포함하는 범위를 나타낸다.
게다가 본 명세서에 있어서 조성물 중의 각 성분의 양에 관하여 언급하는 경우, 조성물 중에 각 성분에 해당하는 물질이 복수 존재하는 경우에는, 특별히 단정짓지 않는 한, 조성물 중에 존재하는 해당 복수의 물질의 합계량을 의미한다.
<접착제 조성물>
본 실시형태의 접착제 조성물은, 은 입자 및 아연 입자를 포함한다. 본 실시형태의 접착제 조성물은, 분산매를 더 포함하고 있어도 된다.
본 실시형태의 접착제 조성물에 있어서, 은 원자의 함유량은, 고형분 중의 전 천이금속 원자에 대하여, 90질량% 이상이며, 95질량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 충분히 높은 접착력을 발현시킬 수 있다.
본 실시형태의 접착제 조성물에 있어서, 아연 원자의 함유량은, 고형분 중의 전 천이금속 원자에 대하여, 0.01질량% 이상이고, 0.05질량% 이상인 것이 바람직하고, 0.08질량% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.1질량% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 본 실시형태의 접착제 조성물에 있어서, 아연 원자의 함유량은, 고형분 중의 전 천이금속 원자에 대하여, 0.6질량% 이하이며, 0.5질량% 이하인 것이 바람직하다.
아연 원자의 함유량을 상기 범위로 하면, 후술하는 접착 계면 근방에 있어서의 보이드(void)의 편재가 억제됨과 동시에, 과잉의 아연 입자가 소결 후에 그대로 잔존하는 것에 의한 접착력의 저하가 억제되어, 접착력의 저하를 방지할 수 있다.
접착제 조성물에 있어서의 은 원자 및 아연 원자의 함유량은, XRD, SEM-EDX, 형광 X선 측정으로 측정할 수 있다. 은 원자 및 아연 원자의 함유량을 SEM-EDX로 측정하는 방법의 예를 이하에 나타낸다.
우선, 접착제 조성물을 샬레(schale)에 두께 1mm 이하가 되도록 늘려, 감압 건조기에서 70℃, 100Pa 이하, 40시간 이상 건조시켜 건조 접착제 조성물을 얻는다. 건조 접착제 조성물을 SEM 시료대 위에 2㎛ 이상의 두께로 편평하게 되도록 성형하여 SEM용 샘플로 한다. 이 SEM용 샘플을 후술하는 SEM-EDX에 의한 정량 방법의 예에 따라 정량 분석함으로써, 접착제 조성물 중의 각 천이금속 원자의 비율이 얻어진다.
또한, 경화 후의 접착제 조성물에 관하여도, 은 원자 및 아연 원자는 휘발 하지 않아, 이들의 함유량은 실질적으로 변화하지 않는다는 점으로부터, 경화 후의 접착제 조성물에 관한 은 원자 및 아연 원자의 함유량을 측정하고, 이것을 접착제 조성물의 은 원자 및 아연 원자의 함유량으로 할 수도 있다. 구체적으로는, 유리판 위에 0.1∼0.5mm 두께로 균일하게 접착제 조성물을 도포한 다음, 대기 중, 200∼300℃, 1시간 경화 처리를 실시하고, 경화한 접착제 조성물에 관하여 후술하는 방법으로 측정되는 은 원자 및 아연 원자의 함유량을, 접착제 조성물의 함유량으로 할 수도 있다.
본 실시형태의 접착제 조성물에 있어서는, 고형분 중에 은 원자 및 아연 원자 이외의 천이금속 원자를 함유하고 있어도 되지만, 그 함유량은, 고형분 중의 전 천이금속 원자에 대하여, 예를 들면 10질량% 미만으로 하는 것이 바람직하며, 5질량% 미만으로 하는 것이 보다 바람직하다.
(은 입자)
은 입자는 은 원자를 함유하는 입자이며, 보다 바람직하게는 은 원자를 주성분(예를 들면, 고형분 중의 은 함유량이 90질량% 이상, 이하 동일)으로서 함유하는 입자이다. 은 원자를 주성분으로 하는 조성으로서는, 금속은(金屬銀), 산화은(酸化銀)을 들 수 있고, 금속은이 바람직하다.
은 입자의 형상으로서는, 예를 들면, 구상(球狀), 괴상(塊狀), 침상(針狀), 편상(片狀)을 들 수 있다. 은 입자의 일차 입자의 평균 입경이 0.001㎛ 이상 500㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.01㎛ 이상 100㎛ 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.1㎛ 이상 50㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
은 입자의 일차 입자의 평균 입경(체적 평균 입경)은, 레이저 산란법 입도분포 측정 장치에 의해 측정할 수 있다. 측정법의 일례를 이하에 나타낸다.
은 입자 0.01g과 도데실벤젠설폰산나트륨(와코쥰야꾸고교 제) 0.1g, 증류수(와코쥰야꾸고교제) 99.9g을 혼합하고, 초음파 세정기로 5분간 처리하여 수분산액을 얻는다. 초음파 분산 유닛을 가지는 유니버설 리퀴드 모듈을 장착한 레이저 산란법 입도분포 측정 장치 LS13 320(벡크만콜터 제)을 사용하고, 광원의 안정을 위해 본체 전원을 넣어 30분간 방치한다. 다음으로, 리퀴드 모듈에 증류수를 측정 프로그램에 있어서 Rinse 커맨드에 의해 도입하고, 측정 프로그램에 있어서 De-bubble, Measure Offset, Align, Measure Background를 실시한다. 계속하여, 측정 프로그램에 있어서 Measure Loading을 실시하고, 이 수분산액을 흔들어 섞어 균일하게 되었을 때에 스포이드를 사용하여 리퀴드 모듈에 측정 프로그램에 있어서 샘플량 Low로부터 OK가 될 때까지 첨가한다. 그 후, 측정 프로그램에 있어서 Measure를 실시하여, 입도 분포를 얻는다. 레이저 산란법 입도분포 측정 장치의 설정으로서, Pump Speed: 70%, Include PIDS data: ON, Run Length: 90초, 분산매 굴절률: 1.332, 분산질 굴절률: 0.23을 사용한다.
이 측정에 의해, 통상, 일차 입자 이외에 응집체의 피크를 포함하는 복수의 피크를 가지는 입도 분포가 얻어지지만, 가장 낮은 입경의 피크 하나를 처리 범위로 하여 일차 입자의 평균 입경을 얻는다.
또한, 후술하는 아연 입자의 일차 입자의 평균 입경도 동일한 방법에 의해, 측정할 수 있다.
(아연 입자)
아연 입자는, 금속 아연을 함유하는 입자이며, 금속 아연을 주성분으로서 함유하는 입자인 것이 바람직하다. 예를 들면, 금속 아연 입자, 입자 핵이 금속 아연이고 표면에 산화아연층을 가지는 아연 입자, 입자 핵이 금속 아연이고 유기 보호피막을 가지는 아연 입자, 입자 핵이 금속 아연이고 표면에 금속은층을 가지는 아연 입자를 사용할 수 있다.
아연 입자는, 도체층, 기판 등의 무기재료와의 접촉 면적을 얻는 관점으로부터, 일차 입자의 평균 입경이 150000nm 이하인 것이 바람직하고, 50000nm 이하인 것이 보다 바람직하며, 15000nm 이하가 더 바람직하다.
한편, 아연은 산화를 받기 쉬워, 산화아연으로는 위에서 설명한 효과를 얻을 수 없다. 따라서, 아연 입자의 일차 입자의 평균 입경은, 산화를 방지하는 관점으로부터, 50nm 이상인 것이 바람직하다.
아연 입자의 형상으로서는, 예를 들면, 구상, 괴상, 침상, 편상을 들 수 있다. 이들 중에서, 소결시에 은 중에 용해되는 관점으로부터, 비표면적이 큰 것이 바람직하다. 또한, 위에서 설명한 산화에 의한 영향을 저감시키는 관점으로부터, 편상의 입자가 보다 바람직하다.
(분산매)
분산매는 유기, 무기 어느 것이도 상관없지만, 도포 공정에서의 건조를 방지하는 관점으로부터, 200℃ 이상의 비점을 가지고 있는 것이 바람직하며, 300℃ 이상의 비점을 가지고 있는 것이 보다 바람직하다. 또한, 소결 후에 분산매가 잔류하지 않도록 400℃ 이하의 비점을 가지고 있는 것이 바람직하다.
또한, 분산매로서는, 300℃ 이상의 비점을 가지는 알코올, 카르본산 및 에스테르로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하며, 300℃ 이상 400℃ 이하의 비점을 가지는 알코올, 카르본산 및 에스테르로부터 선택되는 적어도 1종 이상과, 비점이 100℃ 이상 300℃ 미만인 휘발성 성분을 병용하는 것이 보다 바람직하다.
300℃ 이상의 비점을 가지는 알코올, 카르본산 또는 에스테르로서는, 예를 들면, 팔미틴산, 스테아린산, 아라키딘산, 테레프탈산, 올레인산 등의 지방족 카르본산, 피로멜리트산, o-페녹시벤조산 등의 방향족 카르본산, 세틸알코올, 이소보르닐시클로헥산올, 테트라에틸렌글리콜 등의 지방족 알코올, p-페닐페놀 등의 방향족 알코올, 옥탄산옥틸, 미리스틴산에틸, 리놀산메틸, 구연산트리부틸, 벤조산벤질 등의 에스테르를 들 수 있다. 이들 중에서, 탄소수가 6∼20인 지방족의 알코올 또는 카르본산이 바람직하다.
비점이 100℃ 이상 300℃ 미만인 휘발성 성분으로서는, 예를 들면, 펜탄올, 헥산올, 헵탄올, 옥탄올, 데칸올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, α-테르피네올 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, 디프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 젖산에틸, 젖산부틸, γ-부티롤락톤 등의 에스테르류, N-메틸-2-피롤리돈, N,N-디메틸아세트아미드, N,N-디메틸포름아미드 등의 산아미드, 시클로헥사논, 옥탄, 노난, 데칸, 운데칸 등의 지방족 탄화수소, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소, 적당한 메르캅탄은 1 내지 18의 탄소 원자를 포함하는, 예를 들면 에틸, n-프로필, i-프로필, n-부틸, i-부틸, t-부틸, 펜틸, 헥실 및 도데실 메르캅탄과 같은 메르캅탄, 혹은 시클로알킬메르캅탄은 5 내지 7의 탄소 원자를 포함하는, 시클로펜틸, 시클로헥실시클로헵틸 메르캅탄과 같은 메르캅탄류를 들 수 있다. 그 중에서도, 비점이 150℃ 이상인 휘발성 성분이 바람직하고, 탄소수가 4∼12인 알코올, 에스테르, 에테르류가 보다 바람직하다.
위에서 설명한 분산매는, 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 분산매의 함유량은, 접착제 조성물 전량을 100질량부로 했을 때, 0.1질량부∼20질량부로 하는 것이 바람직하다.
위에서 설명한 은 입자, 아연 입자 및 분산매의 합계의 함유량은, 접착제 조성물 전량을 100질량부로 했을 때, 90질량부 이상인 것이 바람직하고, 95질량부 이상인 것이 보다 바람직하며, 98질량부 이상인 것이 더욱 바람직하다.
본 실시형태의 접착제 조성물에는 소결조제, 젖음성 향상제 및 소포제 중 하나 이상을 포함해도 된다. 또한, 본 실시형태의 접착제 조성물은, 여기에 열거한 이외의 성분을 포함하고 있어도 상관없다.
본 실시형태의 접착제 조성물에는, 필요에 따라 더욱, 산화칼슘, 산화마그네슘 등의 흡습제, 비이온계 계면활성제, 불소계 계면활성제 등이 젖음 향상제, 실리콘유 등의 소포제, 무기이온 교환체 등의 이온 트랩제, 중합금지제 등을 적절히 첨가할 수 있다.
위에서 설명한 접착제 조성물은, 위에서 설명한 성분을 일괄 또는 분할하여 교반기, 라이카이기(Raikai mixer), 3본롤, 자전 공전식 믹서(planetary mixer) 등의 분산·용해 장치를 적절히 조합하여, 필요에 따라 가열하고 혼합, 용해, 해립(解粒) 혼련 또는 분산하여 균일한 페이스트상으로 하여 사용할 수 있다.
접착제 조성물은, 성형하는 경우에는 각각의 인쇄, 도포 방법에 적합한 점도가 바람직하고, 25℃에 있어서의 Casson 점도가 0.05Pa·s∼2.0Pa·s인 것이 바람직하고, 0.06Pa·s∼1.0Pa·s인 것이 보다 바람직하다.
접착제 조성물의 Casson 점도의 측정은, 점탄성 측정 장치(Physica MCR-501, Anton Paar제)에 의해 실시할 수 있다. 각도 1°직경 50mm의 콘(cone)형 측정 지그(jig)(CP50-1)를 장착하고, 측정 위치에서 접착제 조성물이 측정 지그로부터 넘칠 정도의 접착제 조성물을 측정 장치에 도입하여, 측정 지그를 측정 위치에 내렸을 때 넘친 접착제 조성물을 긁어모은 후 측정을 실시한다. 측정은 25℃에서, 이하의 2단계를 연속하여 실시하고, 2단계째에 전단속도와 전단응력을 기록한다. (1) 전단속도 0s-1, 600초, (2) 전단속도 0∼100s-1, 전단속도 증가율 100/60s-1/step, 측정 간격 1초, 측정 점수 60점.
얻어진 전단속도와 전단응력으로부터, 공지의 문헌(기술정보협회: 레올로지(rheology)의 측정과 컨트롤 일문일답집 -레올로지를 측정하여, 물성을 잃게 한다-, 도쿄, 기술정보협회, 2010, p39-46)에 기재된 방법으로, Casson 점도를 산출한다. 구체적으로는, 얻어진 각각의, 전단속도 및 전단응력의 평방근을 계산하고, (전단속도)^(1/2)에 대한(전단응력)^(1/2)로부터 최소 이승법에 의해 근사되는 직선의 기울기를 산출한다. 이 기울기를 제곱한 것을 Casson 점도로 했다.
위에서 설명한 접착제 조성물은, 예를 들면, 100∼300℃에서, 5초∼10시간 가열함으로써 경화시킬 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이 은 원자 및 아연 원자의 함유량은 가열의 전후로 실질적으로 변화하지 않는다.
경화한 접착제 조성물 중의 전 천이금속 원자에서 차지하는 은 원자 및 아연 원자의 함유량은, 경화한 접착제 조성물의 SEM-EDX, TEM-EDX, 오제이 전자 분광법으로 정량할 수 있다.
SEM-EDX에 의한 정량 방법의 예를 나타낸다.
두께가 3㎛ 이상인 접착제 조성물 경화물의 층을 가지는 샘플을 에폭시 주형 (注形) 수지로 주위를 고정한다. 연마 장치를 사용하여, 접착제 조성물 경화물의 층에 직교하는 단면을 깎아내서, 이 단면을 평활하게 마무리한다. 단면에 스퍼터 장치 혹은 증착 장치를 사용한 두께 10nm 정도의 귀금속에 의해 대전방지층을 형성하여 SEM용의 샘플을 제작한다.
이 SEM용 샘플을 SEM-EDX(예를 들면, ESEM XL, Philips제) 장치에 세트하여, 5,000∼10,000배 정도의 배율로 관찰한다. 접착제 조성물 경화물의 중앙 근처에서 EDX점분석을 시료 경사 각도: 0°, 가속 전압 25 kV, Ev/Chan: 10, Amp. Time: 50μS, Choose Preset:Live Time 300secs의 조건으로 적산(積算)하고, 분석 조건을 Matrix: ZAF, SEC (Standardless Element Coefficient): EDAX, 정량법: None의 조건으로 정량 분석하여, 경화한 접착제 조성물 중의 각 천이금속 원자의 비율을 얻을 수 있다.
경화한 접착제 조성물의 체적 저항률은, 1×10-4Ω·cm 이하인 것이 바람직하고, 열전도율은, 30 W/m·K 이상인 것이 바람직하다.
<반도체 장치의 제조 방법>
(반도체 소자와 반도체 소자 탑재용 지지부재)
본 발명에 관련되는 반도체 소자와 반도체 소자 탑재용 지지부재로서는, 피착체 표면이 금속이다. 본 발명에 적용할 수 있는 피착체 표면의 금속으로서는, 금, 은, 구리, 니켈 등을 들 수 있다. 또한, 상기 중 복수의 재료가 기재(基材) 위에 패터닝되어 있어도 된다.
본 발명의 접착제 조성물을 통하여 제작되는 반도체 장치의 제조 방법은, 적어도 이하의 공정을 가진다.
(A) 접착제 조성물을 반도체 소자 혹은 반도체 소자 탑재용 지지부재에 부여하여, 반도체 소자와 반도체 소자 탑재용 지지부재를 접합하는 공정( 이하, 「공정(A)이라고 한다.」),
(B) 접착제 조성물을 경화하여, 반도체 소자와 반도체 소자 탑재용 지지부재를 접합하는 공정( 이하, 「공정(B)이라고 한다.」).
게다가 공정(A)에서는, 접착제 조성물을 부여한 후, 건조 공정을 가져도 된다.
(공정(A)) - 접착제 조성물의 부여 공정-
〔접착제 조성물의 조제〕
접착제 조성물은, 위에서 설명한 은 입자, 아연 입자 및 임의의 성분을 분산매에 혼합하여 조제할 수 있다. 혼합 후에, 교반 처리를 실시해도 된다. 또한, 여과에 의해 분산액의 최대 입경을 조정해도 된다.
교반 처리는, 교반기를 사용하여 실시할 수 있다. 이와 같은 교반기로서는, 예를 들면, 자전 공전형 교반 장치, 라이카이기, 2축혼련기, 3본롤, 자전 공전식 믹서, 박층 전단 분산기를 들 수 있다.
여과에는 여과 장치를 사용하여 실시할 수 있다. 여과용의 필터로서는, 예를 들면, 금속 메쉬, 메탈 필터, 나일론 메쉬를 들 수 있다.
〔접착제 조성물의 부여〕
접착제 조성물을 기판 또는 반도체 소자 위에 부여함으로써 접착제 조성물층을 형성한다. 부여 방법으로서는, 도포 또는 인쇄를 들 수 있다.
접착제 조성물의 도포 방법으로서는, 예를 들면, 디핑, 스프레이 코트, 바 코트, 다이 코트, 콤마 코트, 슬릿 코트, 애플리케이터를 사용할 수 있다.
접착제 조성물을 인쇄하는 인쇄 방법으로서는, 예를 들면, 디스펜서, 스텐실 인쇄, 요판(凹版) 인쇄, 스크린 인쇄, 니들 디스펜서, 제트 디스펜서법을 사용할 수 있다.
접착제 조성물의 부여에 의해 형성된 접착제 조성물층은, 경화시의 유동 및 보이드 발생을 억제하는 관점으로부터 적절히 건조시킬 수 있다.
건조 방법은, 상온 방치에 의한 건조, 가열 건조 또는 감압 건조를 사용할 수 있다. 가열 건조 또는 감압 건조로는, 핫 플레이트, 온풍 건조기, 온풍 가열로, 질소 건조기, 적외선 건조기, 적외선 가열로, 원적외선 가열로, 마이크로파 가열 장치, 레이저 가열 장치, 전자(電磁) 가열 장치, 히터 가열 장치, 증기 가열로, 열판프레스 장치 등을 사용할 수 있다.
건조를 위한 온도 및 시간은, 사용한 분산매의 종류 및 양에 맞추어 적절히 조정하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 50∼180℃에서, 1∼120분간 건조시키는 것이 바람직하다.
접착제 조성물층의 형성 후, 반도체 소자와 반도체 소자 탑재용 지지부재를, 접착제 조성물을 통하여 부착시킨다. 건조 공정을 가지는 경우는, 부착 공정의 전 혹은 후 중 어느 단계에서 실시해도 된다.
(공정(B)) - 경화 처리-
이어서, 접착제 조성물층에 대하여 경화 처리를 실시한다. 경화 처리는 가열 처리로 실시해도 되고, 가열 가압 처리로 실시해도 된다. 가열 처리에는, 핫 플레이트, 온풍 건조기, 온풍 가열로, 질소 건조기, 적외선 건조기, 적외선 가열로, 원적외선 가열로, 마이크로파 가열 장치, 레이저 가열 장치, 전자 가열 장치, 히터 가열 장치, 증기 가열로 등을 사용할 수 있다. 또한, 가열 가압 처리에는, 열판프레스 장치 등을 사용해도 되고, 추를 실어 가압하면서 위에서 설명한 가열 처리를 실시해도 된다.
이상의 본 발명의 접착제 조성물의 제조 방법에 의해, 반도체 소자와 반도체 소자 탑재용 지지부재가 접착성, 고열전도성과 고내열성이 뛰어난 접착제 조성물 경화물에 의해 접합된 반도체 장치를 제조할 수 있다.
<반도체 장치>
반도체 장치는, 다이오드, 정류기, 사일리스터, MOS 게이트 드라이버, 파워 스위치, 파워 MOSFET, IGBT, 쇼트키 다이오드(Schottky barrier diode), 퍼스트 리커버리 다이오드(first recovery diode) 등으로 이루어지는 파워 모듈, 발신기, 증폭기, LED 모듈 등에 사용할 수 있다. 얻어지는 파워 모듈, 발신기, 증폭기, LED 모듈은, 반도체 소자와 반도체 소자 탑재용 지지부재 사이에 고접착성, 고열전도성, 고도전성 또한 고내열성을 가진다.
도 9는, 본 실시형태의 접착제 조성물을 사용하여 제조되는 반도체 장치의 일례를 나타내는 모식 단면도이다. 도 9에 나타내는 반도체 장치는, 3개의 리드 프레임(방열체)(12a, 12b, 12c)과, 리드 프레임(12a) 위에, 본 실시형태의 접착제 조성물(13)을 통하여 접속된 칩(발열체)(11)과, 이것을 몰드하는 몰드 레진(15)으로 이루어진다. 칩(11)은, 2개의 와이어(14)를 통하여 리드 프레임(12b, 12c)에 각각 접속되어 있다.
도 10은, 본 실시형태의 접착제 조성물을 사용하여 제조되는 반도체 장치의 다른 예를 나타내는 모식 단면도이다. 도 10에 나타내는 반도체 장치는, 기판(16)과, 기판(16)을 둘러싸도록 형성된 2개의 리드 프레임(17)과, 리드 프레임(17) 위에, 본 실시형태의 접착제 조성물(13)을 통하여 접속된 LED 칩(18)과, 이것을 봉지(封止)하는 투광성 수지(19)로 이루어진다. LED 칩(18)은, 와이어(14)를 통하여 리드 프레임(17)에 접속되어 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
각 실시예에 있어서의 각 특성의 측정은, 다음과 같이 하여 실시했다.
(1) 입자의 평균 입경
아연 입자 0.1g과 도데실벤젠설폰산나트륨(와코쥰야꾸고교제) 0.01g, 증류수(와코쥰야꾸고교제) 9.99g를 혼합하고, 초음파 세정기로 5분간 처리하여 수분산액을 얻었다. 초음파 분산 유닛을 가지는 유니버설 리퀴드 모듈을 장착한 레이저 산란법 입도분포 측정 장치 LS13 320(벡크만코르타제)을 사용하고, 광원의 안정을 위해 본체 전원을 넣어 30분간 방치한 후, 리퀴드 모듈에 증류수를 측정 프로그램에 있어서 Rinse 커맨드(command)에 의해 도입하여, 측정 프로그램에 있어서 De-bubble, Measure Offset, Align, Measure Background를 실시했다. 계속하여, 측정 프로그램에 있어서 Measure Loading을 실시하고, 이 수분산액을 흔들어 섞어 균일하게 되었을 때에 스포이드를 사용하여 리퀴드 모듈에 측정 프로그램에 있어서 샘플량 Low로부터 OK가 될 때까지 첨가했다. 그 후, 측정 프로그램에 있어서 측정을 실시하여, 입도 분포를 얻었다. 레이저 산란법 입도분포 측정 장치의 설정으로서, Pump Speed: 70%, Include PIDS data: ON, Run Length: 90 seconds, 분산매 굴절률: 1.332, 분산질 굴절률: 0.23을 사용했다.
(2) 다이쉐어 강도
접착제 조성물을, 은도금한 PPF-Cu리드 프레임(랜드부: 10×5mm) 위에 끝이 뾰쪽한 핀셋을 사용하여, 정밀 천칭에 의해 0.1mg이 되도록 도포했다. 도포한 접착제 조성물 위에, 티탄, 니켈 및 금이 이 순서로 도금되고, 1×1mm2의 피착면이 금도금인 실리콘 칩(금도금의 두께 0.1㎛, 칩 두께: 400㎛)을 올려놓고, 핀셋으로 가볍게 눌렀다. 이것을 스테인레스 배트에 가지런히 놓고, 200℃로 설정한 클린 오븐(PVHC-210, TABAIESPEC CORP.제)에서 1시간 처리하여 리드 프레임과 실리콘 칩을 접착제 조성물로 접착했다.
접착제 조성물 경화물의 접착 강도는, 다이쉐어 강도에 의해 평가했다. 50N의 로드 셀을 장착한 만능형 본드 테스터(4000 시리즈, DAGE사 제)를 사용하여 측정 스피드 500㎛/s, 측정 높이 100㎛로 피착면이 금도금인 실리콘 칩을 수평 방향으로 눌러, 접착제 조성물 경화물의 다이쉐어 강도를 측정했다. 12 측정의 평균을 다이쉐어 강도로 했다.
(3) 열전도율
접착제 조성물을, 클린 오븐(PVHC-210, TABAIESPEC CORP.제)을 사용하여 200℃에서 1시간 가열 처리하여, 10mm×10mm×1mm의 접착제 조성물 경화물을 얻었다. 이 접착제 조성물 경화물의 열확산율을 레이저 플래시법(넷치사 제 LFA 447, 25℃)으로 측정했다. 게다가 이 열확산율과, 시차주사 열량 측정 장치(Pyris1, 파킨에르마사 제)로 얻어진 비열 용량과 아르키메데스법으로 얻어진 비중의 곱으로부터, 25℃에 있어서의 접착제 조성물 경화물의 열전도율(W/m·K)을 산출했다.
(4) 체적 저항률
유리판 위에 길이 50mm의 마이라 테이프(닛토덴코 제)를 약 1mm의 간격을 두고 2개 붙이고, 마이라 테이프 사이의 틈에 스퀴지를 사용하여 접착제 조성물을 도포했다.
접착제 조성물을, 클린 오븐(PVHC-210, TABAIESPEC CORP.제)을 사용하여 200℃에서 1시간 가열 처리하여, 유리판 위에 1×50×0.03mm의 접착제 조성물 경화물을 얻었다. 이 접착제 조성물 경화물의 양단에 정전류 전원(Model 5964, 메트로니크스 제)를 사용하여 1mA의 전류를 가하고, 멀티 미터(R687E DIGTAL MULTIMETER, 아드반테스트제)에 접속한 니들 프로브를 10mm의 간격으로 접착제 조성물 경화물에 닿게 하여 전압을 측정했다. 접착제 조성물 경화물의 막두께를 디지털 리니어 게이지(DG-525H, 오노소키 제)를 사용하고, 유리 기판 두께와, 유리 기판 및 접착제 조성물 경화물의 합계의 두께의 차로서 측정하여, 4점의 평균을 접착제 조성물 경화물의 두께로 했다. 접착제 조성물 경화물의 폭은 광학 현미경 측장 장치(Measurescope UM-2, 니폰코우가쿠 제)를 사용하여 측정하고, 4점의 평균을 접착제 조성물 경화물의 폭으로 했다. 상기, 접착제 조성물 경화물의 전압, 전류(1 mA), 전압 측정 간격(10mm), 막두께 및 폭을 4단자법(四端子法)의 하기 식(1)에 대입하여 체적 저항률을 구했다. 이 측정을 접착제 조성물 경화물이 다른 장소 4개소에 대하여 실시하고 평균치를 접착제 조성물 경화물의 체적 저항률로 했다.
[수학식 1]
체적 저항률 = (전압/전류) × (폭×두께/전압측정 간격) … (1)
(5) 단면 모르폴로지 관찰
칩과 기판을 접착제 조성물로 접착한 샘플을 컵 내에 샘플 클립(Samplklip I, Buehler 제)로 고정하고 주위에 에폭시 주형(注型) 수지(에포마운트, 리파인텍 제)를 샘플 전체가 메워질 때까지 흘려 넣고, 진공 데시케이터 내에 정치(靜置)하고 1분간 감압하여 탈포했다. 그 후, 60℃의 항온기에서 2시간 에폭시 주형 수지를 경화했다.
내수(耐水) 연마지(카보맥페이파, 리파인텍 제)를 붙인 연마 장치(Refine Polisher HV, 리파인텍 제)로 접착부까지 깎아 단면을 냈다. 그 후, 버프 연마제를 스며들게 한 버프 연마포를 세트한 연마 장치로 단면을 평활하게 완성했다. 단면에 스퍼터 장치(ION SPUTTER, 히타치하이테크 제)를 사용하여 Pt를 10nm의 두께로 스퍼터하여 SEM용의 샘플로 했다. 이 SEM용 샘플을 SEM 장치(ESEM XL30, Philips 제)에 의해, 접착제 조성물 경화물의 단면을 인과전압(印過電壓) 10kV, 1000배에서 관찰했다.
[실시예 1∼4, 비교예 1∼3]
(접착제 조성물의 조제)
분산매로서 이소보르닐시클로헥산올(테르소르브 MTPH, 니폰테르펜 제)와 디프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트(DPMA, 다이셀가가쿠 제) 및 입자 표면 처리제로서 스테아린산(신니폰이카)을 폴리병에 혼합, 밀전(密栓)하고 50℃의 수욕(水浴)으로 따뜻하게 하여, 가끔 흔들어 섞으면서 투명 균일한 용액으로 했다. 이 용액에 아연 입자로서 인편상(鱗片狀) 아연 입자(제품번호 13789, Alfa Aesar, A Johnson Matthey Company 제), 은 입자로서 인편상 은 입자(AGC239, 후쿠다 긴조쿠 하쿠분 고교 제) 및 구상(球狀) 은 입자(K-0082 P, METALOR 제)를 첨가하여, 스패튤라(spatula)로 건조분(乾燥粉)이 없어질 때까지 섞었다. 또한, 밀전을 하여 자전 공전형 교반 장치(Planetary Vacuum Mixer ARV-310, 싱키 제)를 사용하여, 2000 rpm로 1분간 교반하여 접착제 조성물을 얻었다. 이 때, 각 성분의 첨가량은 표 1과 같이 했다.
또한, 인편상 아연 입자의 평균 입경은, 23㎛, 인편상 은 입자의 평균 입경은, 5.42㎛, 구상 은 입자의 평균 입경은 1.64㎛였다.
실시예 2 및 비교예 3의 접착제 조성물에 관하여, 「(2) 다이쉐어 강도」에 기재된 방법으로, 리드 프레임과 실리콘 칩을 접착제 조성물로 접착하여 샘플을 얻었다. 이 샘플에 관하여 「(5) 단면 모르폴로지 관찰」에 기재된 방법으로 단면 모르폴로지 관찰을 실시했다. 도 1은, 실시예 2의 접착제 조성물 경화물의 단면 모르폴로지 관찰 결과의 배율 1000배의 SEM 사진이며, 도 2, 도 3은 각각, 비교예 2의 접착제 조성물 경화물의 단면 모르폴로지 관찰 결과의 배율 1000배, 5000배의 SEM 사진이다.
도 1∼3 중의 부호는 각각, 1: 실리콘 칩, 2: 도금층, 3: 금도금층과 접착제 조성물 경화물의 계면 근방에 발생한 보이드, 4: 접착제 조성물 경화물, 5: 은도금 한 PPF-Cu리드 프레임의 은도금층, 6: 은도금한 PPF-Cu리드 프레임의 구리층, 7: 아연 입자를 각각 나타낸다. 또한, 이들의 부호는, 도 4∼7에 관해서도 동일하다.
도 1로부터 분명한 바와 같이, 실시예 2의 접착제 조성물을 사용했을 경우에는, 접착제 조성물 경화물(4) 중에 소결에 의한 보이드가 균일하게 존재하여, 보이드의 편향 등은 볼 수 없었다. 한편, 도 2및 3으로부터 분명한 바와 같이, 비교예 3의 접착제 조성물을 사용했을 경우에는, 금도금층과의 접속계면 근방에 많은 보이드가 편재하고 있고, 이것이 접착력 저하의 원인이 되고 있는 것이라고 생각된다.
실시예 2 및 비교예 1의 접착제 조성물에 관하여, 다이쉐어 강도 시험 후의 기판측 파단면을 1000배의 배율로 SEM 관찰했다. 도 4는, 실시예 2의 다이쉐어 강도 시험 후의 기판측 파단면의 배율 1000배의 SEM 사진이며, 도 5는, 비교예 1의 다이쉐어 강도 시험 후의 기판측 파단면의 배율 1000배의 SEM 사진이다.
도 4로부터 분명한 바와 같이, 실시예 2의 접착제 조성물을 사용했을 경우에는, 망목상(網目狀)으로 소결한 금속만이 관찰되고, 첨가한 인편상의 아연 입자는 관찰되지 않았다. 이는, 아연 입자가 접착제 조성물 경화물(4)에 용해된 것이라고 추측된다.
한편, 도 5로부터 분명한 바와 같이, 비교예의 접착제 조성물을 사용했을 경우에는, 소결한 금속 중에 인편상의 아연 입자(7)가 관찰되었다.
이 인편상의 아연 입자(7)는, 첨가한 아연 입자의 일부가 접착제 조성물 경화물(4)에 용해되지 않고 남은 것이고, 주위의 금속과는 결합되지 않는 것처럼 보인다. 이와 같은 입자가 혼입됨으로써 접착력이 저하되는 것이라고 추측된다.
Figure pat00001
[실시예 5, 6]
(접착제 조성물의 조제)
이소보르닐시클로헥산올 1.112g과 디프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트 1.112g 및 스테아린산 0.132g을 폴리병에 혼합, 밀전하고 50℃의 수욕으로 따뜻하게 하여, 가끔 흔들어 섞으면서 투명 균일한 용액으로 했다. 이 용액에 아연 입자 0.0176g(고형분 중의 전 천이금속 원소에 대하여 0.1질량%), 인편상 은 입자 8.791g 및 구상 은 입자 8.791g을 첨가하고, 스패튤라로 건조분이 없어질 때까지 섞고, 밀전을 하여 자전 공전형 교반 장치에 의해, 2000rpm로 1분간 교반하여 접착제 조성물을 얻었다. 또한, 아연 입자로서는, 표 2에 기재된 것을 사용하고, 그 이외의 원료에 관하여는, 실시예 1 등과 동일한 것을 사용했다.
[비교예 4∼9]
아연 입자 대신에, 표 3에 기재된 첨가 입자를 사용한 것 외는, 실시예 5, 6과 동일하게 하여, 접착제 조성물을 얻었다.
Figure pat00002
Figure pat00003
[실시예 7]
(접착제 조성물의 조제)
실시예 2와 동일하게 하여 접착제 조성물을 조제했다.
(칩과 기판의 열압착)
알루미나 기판의 구리 전극 표면에 은도금을 실시한 구리판 부착 알루미나 기판 위에 접착제 조성물을 10mm×10mm의 정사각형의 개구를 가지는 스테인레스판을 사용하여 스텐실 인쇄했다. 인쇄한 접착제 조성물 위에, 티탄, 니켈 및 금이 이 순서로 도금되고, 1×1mm2의 피착면이 금도금인 실리콘 칩(금도금의 두께 0.1㎛, 칩 두께: 400㎛)를 올려놓고, 90℃로 설정한 클린 오븐에서 30분간 처리한 후, 열압착 시험 장치(테스터산교 제)로 300℃, 10MPa, 10분간 열압착하여, 기판과 칩을 접착제 조성물로 접착했다.
얻어진 샘플에 관하여, 「(5) 단면 모르폴로지 관찰」에 기재된 방법으로 단면 모르폴로지 관찰을 실시했다. 도 6은, 실시예 7의 접착제 조성물 경화물의 단면 모르폴로지 관찰 결과의 배율 1000배의 SEM 사진이다. 도 6으로부터 분명한 바와 같이, 실시예 7의 접착제 조성물 경화물에 관하여는, 접착제 조성물 경화물(4) 중에 소결에 의한 보이드가 균일하게 존재하여, 보이드의 편향 등은 볼 수 없었다.
[비교예 10]
(접착제 조성물의 조제)
이소보르닐시클로헥산올 1.370g과 디프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트 1.370g 및 스테아린산 0.270g을 폴리병에 혼합, 밀전하고 50℃의 수욕으로 따뜻하게 하여, 가끔 흔들어 섞으면서 투명 균일한 용액으로 했다. 이 용액에 인편상 은 입자 27g을 첨가하고, 스패튤라로 건조분이 없어질 때까지 섞고, 밀전을 하여 자전 공전형 교반 장치에 의해, 2000rpm, 1분간 교반하여 접착제 조성물을 얻었다.
(칩과 기판의 열압착)
얻어진 접착제 조성물에 관하여, 실시예 7과 동일하게 하여 칩과 기판의 열압착을 실시하고, 얻어진 샘플에 관하여, 「(5) 단면 모르폴로지 관찰」에 기재된 방법으로 단면 모르폴로지 관찰을 실시했다. 도 7은, 비교예 10의 접착제 조성물 경화물의 단면 모르폴로지 관찰 결과의 배율 1000배의 SEM 사진이다. 도 7로부터 분명한 바와 같이, 비교예 10의 접착제 조성물 경화물에 관하여는, 금도금층과의 접속계면 근방에, 다른 부분보다도 많은 보이드(3)가 편재되어 있다.
[실시예 8]
실시예 1과 동일하게 하여 접착제 조성물을 조제하고, 다이쉐어 강도용의 샘플을 1조 12샘플씩 3조 제작했다. 이들 3조의 다이쉐어 강도용의 샘플을 200℃로 가열한 핫 플레이트 위에서, 각각 2, 5, 10시간 유지하여 열처리했다. 실온으로 되돌려 열처리한 다이쉐어 강도용의 샘플의 다이쉐어 강도를 측정했다. 결과를 도 8에 나타냈다.
[비교예 11]
비교예 1과 동일하게 하여 조제한 접착제 조성물을 사용한 것 외는, 실시예 8과 동일한 방법으로, 다이쉐어 강도용의 샘플을 제작하여, 다이쉐어 강도를 측정했다. 결과를 도 8에 나타냈다.
도 8로부터 분명한 바와 같이, 실시예 8에서는 비교예 11과 비교하여 200℃에서 유지했을 경우의 다이쉐어 강도의 저하율이 작고, 고온에서의 접착성을 유지할 수 있었다.
1 … 실리콘 칩
2 … 도금층
3 … 금도금층과 접착제 조성물 경화물의 계면 근방에 발생한 보이드
4 … 접착제 조성물 경화물
5 … 은도금한 PPF-Cu리드 프레임의 은도금층
6 … 은도금한 PPF-Cu리드 프레임의 구리층
7 … 아연 입자.

Claims (9)

  1. 은 원자를 함유하는 은 입자와, 금속 아연을 함유하는 아연 입자를 포함하는 접착제 조성물로서,
    그 접착제 조성물에 있어서의 고형분 중의 전(全) 천이금속 원자에 대하여, 은 원자의 함유량이 90질량% 이상이며, 아연 원자의 함유량이 0.01질량% 이상 0.6질량% 이하인 접착제 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    분산매를 더 포함하는, 접착제 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    Casson 점도가 0.05Pa·s 이상 2.0Pa·s 이하인, 접착제 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아연 입자의 일차 입자의 평균 입경이 50nm 이상 150000nm 이하인, 접착제 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아연 입자가 편상(片狀)인, 접착제 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 은 입자의 일차 입자의 평균 입경이 0.1㎛ 이상 50㎛ 이하인, 접착제 조성물.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분산매가 300℃ 이상의 비점(沸點)을 가지는 알코올, 카르본산 및 에스테르로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 포함하는, 접착제 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접착제 조성물을 열경화하여 이루어지는 경화물의 체적 저항률 및 열전도율이, 각각 1×10-4Ω·cm 이하, 30 W/m·K 이상인, 접착제 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 접착제 조성물을 통하여, 반도체 소자와 반도체 소자 탑재용 지지부재가 접착된 구조를 가지는 반도체 장치.
KR1020177011362A 2012-06-14 2013-06-14 접착제 조성물 및 그것을 사용한 반도체 장치 KR20170048614A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2012-135231 2012-06-14
JP2012135231A JP5880300B2 (ja) 2012-06-14 2012-06-14 接着剤組成物及びそれを用いた半導体装置
PCT/JP2013/066516 WO2013187518A1 (ja) 2012-06-14 2013-06-14 接着剤組成物及びそれを用いた半導体装置

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147034372A Division KR101940363B1 (ko) 2012-06-14 2013-06-14 접착제 조성물 및 그것을 사용한 반도체 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20170048614A true KR20170048614A (ko) 2017-05-08

Family

ID=49758336

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177011362A KR20170048614A (ko) 2012-06-14 2013-06-14 접착제 조성물 및 그것을 사용한 반도체 장치
KR1020147034372A KR101940363B1 (ko) 2012-06-14 2013-06-14 접착제 조성물 및 그것을 사용한 반도체 장치

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147034372A KR101940363B1 (ko) 2012-06-14 2013-06-14 접착제 조성물 및 그것을 사용한 반도체 장치

Country Status (8)

Country Link
US (1) US10174226B2 (ko)
EP (1) EP2862910B1 (ko)
JP (1) JP5880300B2 (ko)
KR (2) KR20170048614A (ko)
CN (1) CN104379689B (ko)
MY (1) MY168936A (ko)
TW (1) TWI592454B (ko)
WO (1) WO2013187518A1 (ko)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101935272B1 (ko) * 2013-10-31 2019-01-04 쇼와 덴코 가부시키가이샤 박막 인쇄용 도전성 조성물 및 박막 도전 패턴 형성 방법
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
JP6029719B2 (ja) * 2014-07-31 2016-11-24 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 銀粉及びその製造方法、並びに導電性ペースト
JP6029720B2 (ja) * 2014-07-31 2016-11-24 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 銀粉及びその製造方法、並びに導電性ペースト
CN104701353A (zh) * 2015-03-27 2015-06-10 京东方科技集团股份有限公司 有机发光显示面板和显示装置
DE102015016702A1 (de) * 2015-12-22 2017-06-22 Man Truck & Bus Ag Partikelteilchen aufweisendes Klebemittel zur Verbindung zweier Fahrzeugteile
WO2018010158A1 (zh) * 2016-07-15 2018-01-18 深圳市汇顶科技股份有限公司 一种指纹识别模组及其制备方法
EP3597330A4 (en) * 2017-03-15 2020-11-25 Hitachi Chemical Company, Ltd. METAL PASTE FOR BONDING, BONDED BODY AS WELL AS A METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND A SEMICONDUCTOR DEVICE AS WELL AS A METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
US10388627B1 (en) * 2018-07-23 2019-08-20 Mikro Mesa Technology Co., Ltd. Micro-bonding structure and method of forming the same
JP2020043126A (ja) * 2018-09-06 2020-03-19 住友電気工業株式会社 炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体モジュール
JP6744020B1 (ja) * 2019-03-22 2020-08-19 大口マテリアル株式会社 リードフレーム
JP6736719B1 (ja) * 2019-03-28 2020-08-05 大口マテリアル株式会社 半導体素子搭載用部品、リードフレーム及び半導体素子搭載用基板
WO2020255773A1 (ja) 2019-06-20 2020-12-24 富士電機株式会社 半導体装置及び半導体装置の製造方法
WO2021221460A1 (ko) * 2020-04-28 2021-11-04 주식회사 아모센스 접착제 전사 필름 및 이를 이용한 파워모듈용 기판 제조방법

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0581923A (ja) * 1991-01-31 1993-04-02 Fukuda Metal Foil & Powder Co Ltd 導電性接着剤
JPH06329960A (ja) * 1993-05-21 1994-11-29 Hitachi Chem Co Ltd 導電ペースト
JPH06336562A (ja) * 1993-05-28 1994-12-06 Hitachi Chem Co Ltd 導電ペースト
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
JP3450839B2 (ja) * 2000-08-31 2003-09-29 松下電器産業株式会社 導電性接着剤を用いた実装構造体
US6524721B2 (en) * 2000-08-31 2003-02-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Conductive adhesive and packaging structure using the same
JP2004111254A (ja) * 2002-09-19 2004-04-08 Asahi Glass Co Ltd 電子デバイスの電気的接続用金属含有組成物
JP2004111253A (ja) * 2002-09-19 2004-04-08 Noda Screen:Kk 電子デバイスの電気的接続用導電性組成物および電子デバイス
US20050056365A1 (en) 2003-09-15 2005-03-17 Albert Chan Thermal interface adhesive
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
TW200633810A (en) * 2004-12-28 2006-10-01 Arakawa Chem Ind Lead-free solder flux and solder paste
JP2006302834A (ja) 2005-04-25 2006-11-02 Kyocera Chemical Corp ダイボンディングペースト
US20090137771A1 (en) * 2005-08-11 2009-05-28 Satoshi Moriyama Resin composition
JP4353380B2 (ja) 2005-09-21 2009-10-28 ニホンハンダ株式会社 ペースト状銀粒子組成物、固形状銀の製造方法、固形状銀、接合方法およびプリント配線板の製造方法
EP1985683B1 (en) * 2006-02-02 2013-08-28 Mitsubishi Chemical Corporation Complex oxynitride phosphor, light-emitting device using same, image display, illuminating device, phosphor-containing composition and complex oxynitride
EP2478526A1 (en) * 2009-09-17 2012-07-25 E. I. du Pont de Nemours and Company Thick-film conductive compositions with nano-sized zinc additive
US8349658B2 (en) * 2010-05-26 2013-01-08 Stats Chippac, Ltd. Semiconductor device and method of forming conductive posts and heat sink over semiconductor die using leadframe
JP5827461B2 (ja) * 2010-09-21 2015-12-02 株式会社東芝 導電性接合材とそれを用いた接合体、及びその接合体の製造方法
JP2015042696A (ja) * 2011-12-22 2015-03-05 味の素株式会社 導電性接着剤

Also Published As

Publication number Publication date
TWI592454B (zh) 2017-07-21
JP5880300B2 (ja) 2016-03-08
EP2862910A1 (en) 2015-04-22
US10174226B2 (en) 2019-01-08
CN104379689A (zh) 2015-02-25
EP2862910A4 (en) 2016-01-27
EP2862910B1 (en) 2017-03-15
CN104379689B (zh) 2017-12-19
US20150137347A1 (en) 2015-05-21
TW201402738A (zh) 2014-01-16
KR20150013717A (ko) 2015-02-05
MY168936A (en) 2019-01-10
WO2013187518A1 (ja) 2013-12-19
JP2013258122A (ja) 2013-12-26
KR101940363B1 (ko) 2019-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101940363B1 (ko) 접착제 조성물 및 그것을 사용한 반도체 장치
JP6477486B2 (ja) ダイボンドシート及び半導体装置の製造方法
JP6848549B2 (ja) 接合用銅ペースト及び半導体装置
TWI669361B (zh) Adhesive composition and semiconductor device using the same
CN109070206A (zh) 接合用铜糊料、接合体的制造方法及半导体装置的制造方法
JP6303392B2 (ja) 銀ペースト及びそれを用いた半導体装置、並びに銀ペーストの製造方法
TW201245364A (en) Adhesive composition and semiconductor device using same
JP2019137920A (ja) 銀ペースト及びそれを用いた半導体装置
KR101530401B1 (ko) 이방성 도전 접착제
KR20190104625A (ko) 수지 조성물, 수지 조성물의 제조 방법, 및 구조체
JP2016169411A (ja) 多孔質銀製シート及び多孔質銀製シートを用いた金属製部材接合体
CN107914006B (zh) 用于粘合的导电糊料
CN107828351B (zh) 用于粘合的导电糊料
JP2018190540A (ja) 金属粉焼結ペースト及びその製造方法、ならびに導電性材料の製造方法
JP7210842B2 (ja) 接合体の製造方法、焼結銅ピラー形成用銅ペースト、及び接合用ピラー付部材
JP5923698B2 (ja) 貴金属ペーストを用いた半導体デバイスの製造方法
EP4023362A1 (en) Copper paste for forming sintered copper pillar and method for producing bonded body
JP7238894B2 (ja) 組成物、接合材料、焼結体、接合体及び接合体の製造方法
JP2016056288A (ja) 接着剤組成物及びそれを用いた半導体装置
JP2015224263A (ja) 接着剤組成物、並びにそれを用いた半導体装置及び半導体装置の製造方法
EP4299216A1 (en) Copper paste for forming sintered copper pillars and method for producing bonded body
JP2016054252A (ja) ダイボンド用多孔質層付き半導体素子及びそれを用いた半導体装置の製造方法、半導体装置
JP6795362B2 (ja) 接合用の導電性ペースト
TW202231398A (zh) 氧化銅糊料及電子零件之製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application