KR20200070232A - 부재 접속 방법 - Google Patents

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KR20200070232A
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region
connection
coating film
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copper
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KR1020207008994A
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모토히로 네기시
히데오 나카코
유키 가와나
다이 이시카와
치에 스가마
요시노리 에지리
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히타치가세이가부시끼가이샤
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    • H01L2224/292—Material of the matrix 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
    • H01L2224/29238—Material of the matrix 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
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    • 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
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    • 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
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    • 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
    • H01L2224/29344—Gold [Au] as principal constituent
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    • H01L2224/29347—Copper [Cu] as principal constituent
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    • 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
    • H01L2224/29355—Nickel [Ni] as principal constituent
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    • 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
    • H01L2224/29363—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 1550°C
    • H01L2224/29364—Palladium [Pd] as principal constituent
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    • 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
    • H01L2224/29363—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 1550°C
    • H01L2224/29369—Platinum [Pt] as principal constituent
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    • H01L2224/29386—Base material with a principal constituent of the material being a non metallic, non metalloid inorganic material
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    • 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
    • H01L2224/32135—Disposition the layer connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/32145—Disposition the layer connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked
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    • 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
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    • 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
    • H01L2224/32227—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 the layer connector connecting to a bond pad of the item
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    • 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
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    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/36—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/37—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/37001—Core members of the connector
    • H01L2224/37099—Material
    • H01L2224/371—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
    • H01L2224/37138—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
    • H01L2224/37147—Copper [Cu] as principal constituent
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    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/404—Connecting portions
    • H01L2224/40475—Connecting portions connected to auxiliary connecting means on the bonding areas
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    • H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/75—Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
    • H01L2224/7525—Means for applying energy, e.g. heating means
    • H01L2224/75272—Oven
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    • 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
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Abstract

본 부재 접속 방법은, 각 부재(2, 3)의 접속 영역(5)에 접속용 구리 페이스트의 도막(8)을 소정의 인쇄 패턴(9)으로 형성하는 인쇄 공정과, 각 부재(2, 3)를 도막(8)을 통해 적층하는 적층 공정과, 도막(8)을 소결하여 구리 소결체(4)를 형성하여, 이 구리 소결체(4)에 의해서 각 부재(2, 3)를 접속하는 소결 공정을 포함하고, 인쇄 공정에서는, 인쇄 패턴(9)에 있어서, 도막(8)이 형성되는 도막 형성 영역(10)과, 도막(8)이 형성되지 않는 도막 비형성 영역(20)을 형성하고, 도막 형성 영역(10)은, 접속 영역(5)의 가장자리부(6)에 있어서 상호 이격하는 각 점 A∼D를 잇도록 마련된 복수의 라인상 영역(21a∼21c)에 의해서 복수의 동심상 영역(12a∼12c) 및 복수의 방사상 영역(13a, 13b)으로 분할되어 있다.

Description

부재 접속 방법
본 개시는 부재 접속 방법에 관한 것이다.
종래, 제1 부재와 제2 부재를 구리 소결체에 의해 접속하는 부재 접속 방법이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 이 부재 접속 방법으로서는, 스크린 인쇄 또는 디스펜스 인쇄 등에 의해서 접속용의 구리 페이스트 도막을 인쇄하는 방법이 있다. 구체적으로는, 우선 인쇄 공정에서 제1 부재와 제2 부재의 접속 영역에 인쇄에 의해서 접속용의 구리 페이스트 도막을 형성한다. 이어서, 적층 공정에서 제1 부재와 제2 부재를 도막을 통해 적층한다. 그리고, 소결 공정에서 도막의 소결에 의해서 각 부재를 상호 접속하는 구리 소결체를 형성한다.
특허문헌 1: 일본 특허공개 2008-244242호 공보
상술한 종래의 부재 접속 방법에서는, 인쇄 공정에서 접속 영역 전체에 도막이 형성되고, 그 후의 적층 공정에서 각 부재가 도막을 통해 적층된다. 이때, 각 부재의 접속면(도막 측의 표면) 전체를 도막이 피복 상태가 되기 때문에, 도막의 면적이 크고, 도막의 내부에 공기가 들어가기 쉽다. 또한, 각 부재의 접속면이 요철을 갖고 있으면, 그 요철에 기인하여, 도막과 각 부재 사이에서도 공기가 들어가기 쉽다. 이와 같이 공기가 들어간 상태로 소결 공정에서 도막이 소결되면, 소결에 의해서 형성된 구리 소결체의 내부 또는 구리 소결체와 각 부재의 사이에 공기가 보이드(공극)로서 잔존해 버린다. 보이드는, 각 부재가 상호 접속되어 이루어지는 접속체의 구조 결함으로 되어, 각 부재의 접속성을 저하시키는 요인이 될 수 있다.
본 개시는, 구리 소결체의 내부 또는 구리 소결체와 각 부재 사이에서의 보이드를 억제할 수 있는 부재 접속 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시에 따른 부재 접속 방법은, 제1 부재와 제2 부재를 구리 소결체에 의해 접속하는 부재 접속 방법으로서, 제1 부재와 제2 부재의 접속 영역에 접속용의 구리 페이스트 도막을 소정의 인쇄 패턴으로 형성하는 인쇄 공정과, 제1 부재와 제2 부재를 도막을 통해 적층하는 적층 공정과, 도막을 소결하여 구리 소결체를 형성하여, 이 구리 소결체에 의해서 제1 부재와 제2 부재를 접속하는 소결 공정을 포함하고, 인쇄 공정에서는, 인쇄 패턴에 있어서, 도막이 형성되는 도막 형성 영역과 도막이 형성되지 않는 도막 비형성 영역을 형성하고, 도막 형성 영역은, 접속 영역의 가장자리부에서 상호 이격하는 제1 점과 제2 점을 연결하도록 마련된 하나 또는 복수의 도막 비형성 영역에 의해서 복수의 영역으로 분할되고, 도막 형성 영역에서의 복수의 영역은, 접속 영역의 중심 측에서 가장자리부로 향하여 방사상으로 배열된 영역 및 접속 영역의 중심 둘레로 동심상으로 배열된 영역의 적어도 한쪽을 포함한다.
이 부재 접속 방법에서는, 인쇄 공정에서 형성되는 인쇄 패턴이, 도막이 형성되는 도막 형성 영역과, 도막이 형성되지 않는 도막 비형성 영역에 의해서 구성되어 있다. 또한 도막 형성 영역은, 접속 영역의 가장자리부에서 상호 이격하는 제1 점과 제2 점을 잇도록 마련된 하나 또는 복수의 도막 비형성 영역에 의해서 복수의 영역으로 분할되어 있다. 이에 따라, 적층 공정에서 각 부재가 도막을 통해 적층될 때에, 도막 비형성 영역이 접속 영역 밖으로 공기를 밀어내는 밀어내기부로서 기능한다. 도막 비형성 영역은, 적층 공정에서의 각 부재의 자중 혹은 압박력의 부여 등에 의해서 도막 형성 영역의 복수의 영역이 확장함으로써 소멸된다. 따라서, 소결 공정에서는, 접속 영역에 대략 균일하게 구리 페이스트의 도막이 도포된 상태가 되어, 소결 후의 구리 소결체의 내부 또는 구리 소결체와 각 부재의 사이에 보이드가 잔존하는 것을 억제할 수 있다. 또한 이 부재 접속 방법에서는, 도막 형성 영역에 있어서의 복수의 영역이 방사상으로 배열된 영역 및 동심상으로 배열된 영역의 적어도 한쪽을 포함하기 때문에, 접속 영역에 도막을 균일하게 확장시키면서, 도막 비형성 영역에 의해서 접속 영역 밖으로 효율적으로 공기를 밀어내는 것이 가능하게 된다. 따라서, 보이드 억제 효과를 충분히 확보할 수 있다.
또한, 도막 형성 영역에 있어서의 복수의 영역은, 방사상으로 배열된 영역 및 동심상으로 배열된 영역 양쪽을 포함하고 있어도 좋다. 이 경우, 접속 영역에 도막을 보다 균일하게 확장시키면서, 도막 비형성 영역에 의해서 접속 영역 밖으로 한층 더 효율적으로 공기를 밀어내는 것이 가능하게 된다.
또한, 도막 형성 영역에 있어서의 복수의 영역은, 방사상으로 배열된 영역과 동심상으로 배열된 영역이 접속 영역의 중심 측에서 가장자리부로 향하여 방사상으로 교대로 배치된 부분을 포함하고 있어도 좋다. 이 경우, 접속 영역에 도막을 보다 균일하게 확장시키면서, 도막 비형성 영역에 의해서 접속 영역 밖으로 한층 더 효율적으로 공기를 밀어내는 것이 가능하게 된다.
또한, 접속 영역은 복수의 변을 가지고, 도막 비형성 영역은 서로 다른 변에 위치하는 제1 점과 제2 점을 잇도록 마련되어 있어도 좋다. 이 경우, 도막 비형성 영역에 의해서 접속 영역 밖으로 한층 더 효율적으로 공기를 밀어내는 것이 가능하게 된다.
또한, 접속 영역은 직사각형상의 영역이며, 도막 형성 영역은 접속 영역의 코너부에 대응하여 배치된 영역을 포함하고 있어도 좋다. 이 경우, 접속 영역의 코너부에 있어서의 도막 부족을 방지할 수 있다. 따라서, 접속 영역에 대략 균일하게 구리 페이스트의 도막이 도포된 상태를 보다 확실하게 형성할 수 있다.
또한, 도막 형성 영역에 있어서의 복수의 영역은, 접속 영역의 가장자리부에 가까운 위치에 배치된 영역일수록 대면적으로 되어 있어도 좋다. 이 경우, 접속 영역의 가장자리부 측에 있어서의 도막 부족을 방지할 수 있다. 따라서, 접속 영역에 대략 균일하게 구리 페이스트의 도막이 도포된 상태를 보다 확실하게 형성할 수 있다.
또한, 제1 부재 및 상기 제2 부재 중 적어도 한쪽이 반도체 소자라도 좋다. 상기 부재 접속 방법을 반도체 소자의 접속에 적용함으로써 신뢰성 높은 반도체 장치의 제조를 실현할 수 있다.
본 개시에 의하면, 구리 소결체의 내부 또는 구리 소결체와 각 부재 사이에서의 보이드를 억제할 수 있는 부재 접속 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태에 따른 부재 접속 방법에 의해 접속되어 이루어지는 접속체의 모식 단면도이다.
도 2는 제1 실시형태의 인쇄 공정에서 형성되는 인쇄 패턴을 도시하는 평면도이다.
도 3은 인쇄 패턴을 종래와 본 실시형태에서 비교하여 도시하는 도면이다.
도 4는 종래 및 본 실시형태의 각각에 관해서 초음파 관찰 장치를 이용하여 소결 후의 구리 소결체와 제1 부재와의 계면을 관찰한 결과를 도시하는 사진이다.
도 5는 제2 실시형태의 인쇄 패턴을 도시하는 평면도이다.
도 6은 제3 실시형태의 인쇄 패턴을 도시하는 평면도이다.
도 7은 제4 실시형태의 인쇄 패턴을 도시하는 평면도이다.
도 8은 제5 실시형태의 인쇄 패턴을 도시하는 평면도이다.
도 9는 제6 실시형태의 인쇄 패턴을 도시하는 평면도이다.
도 10은 제7 실시형태의 인쇄 패턴을 도시하는 평면도이다.
도 11은 제8 실시형태의 인쇄 패턴을 도시하는 평면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시형태를 상세히 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다. 본 명세서에서 예시하는 재료는, 특별히 양해를 구하지 않는 한, 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다. 접속용 금속 페이스트 중의 각 성분의 함유량은, 접속용 금속 페이스트 중에 각 성분에 해당하는 물질이 복수 존재하는 경우, 특별히 양해를 구하지 않는 한, 접속용 금속 페이스트 중에 존재하는 상기 복수의 물질의 합계량을 의미한다. 「∼」를 이용하여 나타낸 수치 범위는, 「∼」 전후에 기재되는 수치를 각각 최소치 및 최대치로서 포함하는 범위를 나타낸다. 본 명세서 중에 단계적으로 기재되어 있는 수치 범위에 있어서, 어떤 단계의 수치 범위의 상한치 또는 하한치는, 다른 단계의 수치 범위의 상한치 또는 하한치로 치환하여도 좋다.
(제1 실시형태)
우선, 제1 실시형태에 따른 부재 접속 방법에 의해 접속되어 이루어지는 접속체의 일례에 관해서 설명한다. 도 1은 제1 실시형태에 따른 부재 접속 방법에 의해 접속되어 이루어지는 접속체(1)의 모식 단면도이다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 접속체(1)는, 부재(2)(제1 부재)와, 부재(3)(제2 부재)와, 부재(2)와 부재(3)를 접속하는 구리 소결체(4)를 갖고 있다. 본 실시형태에서 「접속」이란, 「접합」, 즉 접속하여 이어 맞추는 것을 포함한다. 각 부재(2, 3)로서는, 예컨대 IGBT, 다이오드, 쇼트키 배리어 다이오드, MOS-FET, 사이리스터, 로직 회로, 센서, 아날로그 집적 회로, LED, 반도체 레이저, 발신기 등의 반도체 소자, 리드 프레임, 금속판 첨부 세라믹스 기판(예컨대, DBC), LED 패키지 등의 반도체 소자 탑재용 기재, 구리 리본, 금속 블록, 단자 등의 급전용 부재, 방열판, 수냉판 등을 들 수 있다.
구리 소결체(4)는 구리 입자를 분산시킨 구리 페이스트를 소결함으로써 형성된다. 구리 소결체(4)는, 구리 이외의 성분(예컨대, 구리 이외의 금속, 합금, 금속간 화합물, 무기 화합물, 수지)을 포함하고 있어도 좋다. 소결 방법으로서는, 무가압 소결, 가압 소결(단축 가압 소결, HIP 소결), 통전 소결 등을 이용할 수 있다. 본 실시형태의 구리 소결체(4)가 반도체 장치 접속용인 경우, 구리 소결체(4)는 무가압 소결로 제작된 것이 바람직하다. 무가압 소결은, 가압 소결과 비교하여 스루풋을 향상시킬 수 있고, 반도체 소자가 손상되기 어렵다는 점에서 바람직하다.
구리 소결체(4)는, 구리의 치밀도가 40 체적% 이상 95 체적% 이하인 것이 바람직하고, 50 체적% 이상 95 체적% 이하인 것이 보다 바람직하고, 60 체적% 이상 95 체적% 이하인 것이 더욱 바람직하다. 구리의 치밀도가 상기 범위에 있으면, 소결체 자체의 기계 특성, 열전도성 및 전기전도성을 충분히 확보할 수 있다. 또한, 부재를 접속했을 때에 응력 완화 효과를 얻기 쉽고, 높은 접속 신뢰성을 가질 수 있다.
구리 소결체(4)에 있어서의 구리의 치밀도는, 예컨대 이하의 수순으로 구할 수 있다. 우선 구리 소결체(4)를 직방체로 잘라낸다. 이어서, 구리 소결체(4)의 세로, 가로의 길이를 노기스 또는 외형 형상 측정 장치로 측정하고, 두께를 막후계로 측정함으로써 구리 소결체(4)의 체적을 계산한다. 잘라낸 구리 소결체(4)의 체적과, 정밀천칭으로 측정한 구리 소결체의 질량으로부터 겉보기 밀도 M1(g/㎤)를 구한다. 구한 M1과 구리의 이론 밀도 8.96 g/㎤를 이용하여, 하기 식 (A)으로부터 구리 소결체에 있어서의 구리의 치밀도(체적%)가 구해진다.
구리 소결체에 있어서의 구리의 치밀도(체적%)=[(M1)/8.96]×100 … (A)
이어서, 본 실시형태의 부재 접속 방법에 관해서 설명한다.
본 실시형태의 부재 접속 방법은, 부재(2)와 부재(3)를 접속하는 부재 접속 방법으로서, 다음의 인쇄 공정, 적층 공정 및 소결 공정을 포함하고 있다. 우선 인쇄 공정에서는, 부재(2)와 부재(3)의 접속 영역에 인쇄에 의해서 접속용 구리 페이스트를 도포하고, 이 구리 페이스트의 도막을 소정의 인쇄 패턴으로 형성한다. 접속 영역은, 부재(2)와 부재(3)를 평면에서 봤을 때에 각 부재(2, 3)가 상호 접속되어 있는 영역이다. 인쇄 방법으로서는, 예컨대 스크린 인쇄, 전사 인쇄, 오프셋 인쇄, 제트 프린팅법, 디스펜서, 제트 디스펜서, 니들 디스펜서, 스크류 디스펜서, 콤마 코터, 슬릿 코터, 다이 코터, 그라비아 코터, 슬릿 코트, 철판 인쇄, 요판 인쇄, 그라비아 인쇄, 스텐실 인쇄, 소프트 리소그래피, 바 코트, 애플리케이터, 입자 퇴적법, 스프레이 코터, 스핀 코터, 딥 코터 또는 전착 도장 등을 이용할 수 있다.
이어서, 적층 공정에서는 부재(2)와 부재(3)를 도막을 통해 적층한다. 적층 공정에서는, 각 부재(2, 3)에 의한 자중만이 도막에 걸리는 무가압으로 하여도 좋고, 각 부재(2, 3)의 자중에 더하여, 0.01 MPa 이하, 바람직하게는 0.005 MPa 이하의 압박력을 도막에 대하여 부여하여도 좋다. 도막에 부여되는 압박력이 상기 범위 내이면, 특별한 가압 장치가 불필요하기 때문에, 수율을 해지지 않고서 보이드의 저감, 다이 전단 강도 및 접속성 신뢰를 향상시킬 수 있다. 도막이 0.01 MPa 이하의 압박력을 받는 방법으로서는, 부재(2, 3) 상에 추를 싣는 방법 등을 들 수 있다.
그 후의 소결 공정에서는, 도막을, 예컨대 가열 처리함으로써, 도막을 소결하여 구리 소결체(4)를 형성한다. 가열 처리에는, 예컨대 핫플레이트, 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 이용할 수 있다. 소결 공정에서는, 도막에 각 부재(2, 3)에 의한 자중 또는 상기한 범위 내의 압박력을 부여한 상태에서 도막을 소결한다.
이어서, 도 2를 참조하여, 본 실시형태의 인쇄 공정에서 형성되는 인쇄 패턴(9)에 관해서 상세히 설명한다. 도 2는 본 실시형태의 인쇄 공정에서 형성되는 인쇄 패턴(9)을 도시하는 평면도이다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 부재(2)와 부재(3)의 접속 영역(5)은 인쇄 패턴(9)이 인쇄되는 인쇄 영역이기도 하다. 접속 영역(5)은, 상호 대향하는 변(6a, 6b)과, 변(6a, 6b)의 대향 방향에 직교하는 방향에서 대향하는 변(6c, 6d)을 갖는 직사각형상의 영역이다. 접속 영역(5)의 가장자리부(6)는 변(6a∼6d)으로 구성되어 있다.
접속 영역(5)은, 적층 공정에서 상호 대향하는 부재(2)의 접속면과 부재(3)의 접속면의 사이에 형성된다. 또한 도 2에서는, 접속 영역(5)의 가장자리부(6)가 부재(2)의 접속면(2a)보다도 내측에 위치하는 양태를 도시하고 있지만, 접속 영역(5)의 가장자리부(6)는 접속면(2a)의 가장자리부와 일치하고 있어도 좋다. 인쇄 패턴(9)은 접속 영역(5)에 형성되어 있다. 인쇄 패턴(9)은, 도막(8)이 형성되는 도막 형성 영역(10)과 도막(8)이 형성되지 않는 도막 비형성 영역(20)에 의해서 구성되어 있다.
도막 형성 영역(10)은 분할 영역(11)과 코너 영역(14)을 포함하고 있다. 분할 영역(11)은, 접속 영역(5)의 중심(P) 측에서 가장자리부(6)로 향하여 방사상으로 배열된 방사 영역(12)과, 접속 영역(5)의 중심(P) 둘레로 동심원상 또는 동심다각형상으로 배치된 동심 영역(13)을 포함하고 있다. 중심(P)이란, 가장자리부(6)에 있어서의 각 변(6a, 6b)으로부터의 거리가 상호 동등하며 또한 각 변(6c, 6d)으로부터의 거리가 상호 동등하게 위치하는 점을 말한다. 본 실시형태에서 「동등」이란, 같은 것에 더하여, 측정 오차 또는 미리 설정된 범위에서의 미세한 차 등을 포함한 값을 동등으로 하여도 좋다. 방사상으로 배열되었다는 것은, 예컨대 접속 영역(5)의 중심(P) 측에서 가장자리부(6)로 향하는 직경 방향(이하, 단순히 「직경 방향」이라고 한다.)으로 향하는 가상 직선을 따라 배치되었음을 의미한다. 동심원상 또는 다각형상으로 배치되었다는 것은, 예컨대 접속 영역(5)의 중심(P)을 공유의 중심으로 하는 복수의 가상 동심원 또는 가상 다각형을 따라 배치되었음을 의미한다.
구체적으로는, 방사 영역(12)은, 접속 영역(5)에 있어서의 중심(P)에서 각 코너부(R1, R2, R3, R4)로 향하는 4개의 가상 직선 각각을 따라 3개씩 배치된 12개의 영역(12a∼12c)을 포함하고 있다. 즉, 방사 영역(12)은, 동일한 가상 직선을 따른 3개의 영역(12a∼12c)을 가상 직선의 분만큼(4조) 포함하고 있다. 동일한 가상 직선을 따른 각 영역(12a∼12c)은 직경 방향에서 상호 이격하여 늘어서 있다.
동심 영역(13)은, 중심(P)을 상호 공유함과 더불어 중심(P)으로부터의 거리가 서로 다른 가상 동심원 및 가상 다각형
각각을 따라 4개씩 배치된 8개의 영역(13a, 13b)을 포함하고 있다. 즉, 동심 영역(13)은, 동일한 가상 동심원을 따른 4개의 영역(13a)과, 동일한 가상 다각형을 따른 4개의 영역(13b)을 포함하고 있다. 가상 다각형은, 가상 동심원보다도 중심(P) 측에서 떨어진 가장자리부(6) 부근에 위치한다. 4개의 영역(13a) 및 4개의 영역(13b)은, 각각 둘레 방향에서 상호 이격하여 늘어서 있다.
중심(P) 측에 위치하는 영역(12b)의 면적과 비교하여, 가장자리부(6) 측에 위치하는 영역(12c) 면적 쪽이 크게 되어 있다. 또한, 중심(P) 측에 위치하는 각 영역(13a)의 면적과 비교하여, 가장자리부(6) 측에 위치하는 각 영역(13b)의 면적 쪽이 크게 되어 있다. 즉, 분할 영역(11)에 포함되는 복수의 영역 중, 영역(12b, 12c) 및 영역(13a, 13b)(영역(12a) 이외의 영역)은, 접속 영역(5)의 가장자리부(6)에 가까운 위치에 배치된 영역일수록 대면적으로 되어 있다.
도막 형성 영역(10)에서는, 방사 영역(12)과 동심 영역(13)이 접속 영역(5)의 중심(P) 측에서 가장자리부(6)로 향하여 방사상으로 교대로 배치된 부분을 포함하고 있다. 즉, 도막 형성 영역(10)에서는, 직경 방향에서 인접하는 각 영역(13a)과 각 영역(13b)의 사이에는 영역(12c)이 각각 위치하고 있다. 이들 방사 영역(12)의 영역(12c)은, 동심 영역(13)에 있어서 직경 방향에서 인접하는 각 영역(13a)과 각 영역(13b)의 사이를 도막(8)으로 매립하는 역할을 한다.
코너 영역(14)은 접속 영역(5)의 각 코너부(R1∼R4)에 대응하여 배치된 영역이다. 코너 영역(14)은, 코너부(R1)에 대응하여 배치된 영역(14a)과, 코너부(R2)에 대응하여 배치된 영역(14b)과, 코너부(R3)에 대응하여 배치된 영역(14c)과, 코너부(R4)에 대응하여 배치된 영역(14d)을 포함하고 있다. 각 영역(14a∼14d)은, 동심 영역(13)에 있어서의 최외의 각 영역(13b)보다도 가장자리부(6) 측에 위치하고 있다. 각 영역(14a∼14d)은, 각 영역(13b)보다도 가장자리부(6) 측을 도막(8)으로 매립하도록 위치하고 있다.
도막 비형성 영역(20)은, 접속 영역(5)의 가장자리부(6)에 있어서 상호 이격된 제1 점과 제2 점을 잇도록 마련되어 있으며, 또한 도막 형성 영역(10)을 복수의 영역(본 실시형태에서는 각 영역(12a∼12c), 각 영역(13a, 13b))으로 분할하는 복수의 라인상 영역(21)을 포함하고 있다. 라인상 영역(21)은, 적층 공정에서 접속 영역(5) 밖으로 공기를 밀어내는 밀어내기부로서 기능한다. 라인상 영역(21)은, 가장자리부(6)에 있어서의 점 A와 점 B를 잇도록 마련되어, 점 A 및 점 B의 적어도 한쪽에서 공기를 밀어내는 라인상 영역(21a)과, 가장자리부(6)에 있어서의 점 C와 점 D를 잇도록 마련되어, 점 C 및 점 D 측의 적어도 한쪽에서 공기를 밀어내는 라인상 영역(21b)과, 라인상 영역(21a, 21b)에 연결되도록 마련되어, 라인상 영역(21a, 21b)을 통해 공기를 밀어내는 라인상 영역(21c)을 포함하고 있다.
라인상 영역(21a)은 접속 영역(5) 내에서 변(6a)에서부터 변(6b)까지 직선상으로 연장되어 있다. 라인상 영역(21a)은, 분할 영역(11)에 포함되는 각 영역 중 변(6a, 6c)의 대향 방향에서 대향하고 있는 영역의 사이(각 영역(12a)의 사이, 각 영역(13a)의 사이, 각 영역(13b)의 사이)에 위치하고 있다.
라인상 영역(21b)은 접속 영역(5) 내에서 변(6c)에서부터 변(6d)까지 직선상으로 연장되어 있다. 라인상 영역(21b)은, 분할 영역(11)에 포함되는 각 영역 중 변(6c, 6d)의 대향 방향에서 대향하고 있는 영역의 사이(각 영역(12a)의 사이, 각 영역(13a)의 사이, 각 영역(13b의 사이)에 위치하고 있다.
라인상 영역(21c)은, 중심(P) 측으로부터의 거리가 다른 동심원상 또는 동심다각형상으로 복수(본 실시형태에서는 4개) 늘어서 있다. 라인상 영역(21c)은, 분할 영역(11)에 포함되는 각 영역 중 직경 방향에서 대향하고 있는 영역의 사이(각 영역(12a)과 각 영역(12b)의 사이, 각 영역(12b)과 각 영역(13a)의 사이, 각 영역(13a)과 각 영역(12c)의 사이, 각 영역(12c)과 각 영역(13b)와의 사이)에 위치하고 있다.
이어서, 본 실시형태의 인쇄 공정에서 이용되는 접속용 구리 페이스트의 상세 내용에 관해서 설명한다.
(접속용 구리 페이스트)
본 실시형태의 접속용 구리 페이스트는 금속 입자와 분산매를 포함할 수 있다.
본 실시형태에 따른 금속 입자로서는, 서브마이크로 구리 입자, 마이크로 구리 입자, 이들 이외의 구리 입자, 그 밖의 금속 입자 등을 들 수 있다. 본 명세서에서 서브마이크로 구리 입자란, 입경 또는 최대 직경이 0.1 ㎛ 이상 1.0 ㎛ 미만인 입자를 의미하고, 마이크로 구리 입자란, 입경 또는 최대 직경이 1.0 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하인 입자를 의미한다.
(서브마이크로 구리 입자)
서브마이크로 구리 입자로서는, 입경이 0.12 ㎛ 이상 0.8 ㎛ 이하인 구리 입자를 포함하는 것을 들 수 있으며, 예컨대 체적 평균 입경이 0.12 ㎛ 이상 0.8 ㎛ 이하인 서브마이크로 구리 입자를 이용할 수 있다. 서브마이크로 구리 입자의 체적 평균 입경이 0.12 ㎛ 이상이면, 서브마이크로 구리 입자의 합성 비용의 억제, 양호한 분산성, 표면 처리제의 사용량 억제와 같은 효과를 얻기 쉽게 된다. 서브마이크로 구리 입자의 체적 평균 입경이 0.8 ㎛ 이하이면, 서브마이크로 구리 입자의 소결성이 우수하다고 하는 효과를 얻기 쉽게 된다. 보다 한층 더 상기 효과를 발휘한다고 하는 관점에서, 서브마이크로 구리 입자의 체적 평균 입경은, 0.15 ㎛ 이상 0.8 ㎛ 이하라도 좋고, 0.15 ㎛ 이상 0.6 ㎛ 이하라도 좋고, 0.2 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하라도 좋고, 0.3 ㎛ 이상 0.45 ㎛ 이하라도 좋다.
또한, 본원 명세서에서 체적 평균 입경이란, 50% 체적 평균 입경을 의미한다. 구리 입자의 체적 평균 입경을 구하는 경우, 원료가 되는 구리 입자 또는 접속용 구리 페이스트로부터 휘발 성분을 제거한 건조 구리 입자를 분산제를 이용하여 분산매에 분산시킨 것을 광산란법 입도 분포 측정 장치(예컨대, 스마즈 나노 입자경 분포 측정 장치(SALD-7500nano, 가부시키가이샤시마즈세이사쿠쇼 제조))로 측정하는 방법 등에 의해 구할 수 있다. 광산란법 입도 분포 측정 장치를 이용하는 경우, 분산매로서는 헥산, 톨루엔, α-테르피네올 등을 이용할 수 있다.
서브마이크로 구리 입자는, 입경이 0.12 ㎛ 이상 0.8 ㎛ 이하인 구리 입자를 10 질량% 이상 포함할 수 있다. 접속용 구리 페이스트의 소결성의 관점에서, 서브마이크로 구리 입자는, 입경이 0.12 ㎛ 이상 0.8 ㎛ 이하인 구리 입자를 20 질량% 이상 포함할 수 있고, 30 질량% 이상 포함할 수 있고, 100 질량% 포함할 수 있다. 서브마이크로 구리 입자에 있어서의 입경이 0.12 ㎛ 이상 0.8 ㎛ 이하인 구리 입자의 함유 비율이 20 질량% 이상이면, 구리 입자의 분산성이 보다 향상되어, 점도의 상승, 페이스트 농도의 저하를 보다 억제할 수 있다.
구리 입자의 입경은 하기 방법에 의해 구할 수 있다. 구리 입자의 입경은, 예컨대 SEM 상(像)으로부터 산출할 수 있다. 구리 입자의 분말을 SEM용 카본 테이프 위에 스패츌러로 얹어, SEM용 샘플로 한다. 이 SEM용 샘플을 SEM 장치에 의해 5000배로 관찰한다. 이 SEM 상의 구리 입자에 외접하는 사각형을 화상 처리 소프트웨어에 의해 작도하여, 그 한 변을 그 입자의 입경으로 한다.
서브마이크로 구리 입자의 함유량은, 금속 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 20 질량% 이상 90 질량% 이하라도 좋고, 30 질량% 이상 90 질량% 이하라도 좋고, 35 질량% 이상 85 질량% 이하라도 좋고, 40 질량% 이상 80 질량% 이하라도 좋다. 서브마이크로 구리 입자의 함유량이 상기 범위 내이면, 상술한 본 실시형태에 따른 구리 소결체를 형성하기가 용이하게 된다.
서브마이크로 구리 입자의 함유량은, 서브마이크로 구리 입자의 질량 및 플레이크상 마이크로 구리 입자의 질량 합계를 기준으로 하여, 20 질량% 이상 90 질량% 이하라도 좋다. 서브마이크로 구리 입자의 상기 함유량이 20 질량% 이상이면, 플레이크상 마이크로 구리 입자 사이를 충분히 충전할 수 있어, 상술한 본 실시형태에 따른 구리 소결체를 형성하기가 용이하게 된다. 서브마이크로 구리 입자의 상기 함유량이 90 질량% 이하이면, 접속용 구리 페이스트를 소결했을 때의 체적 수축을 충분히 억제할 수 있기 때문에, 상술한 본 실시형태에 따른 구리 소결체를 형성하기가 용이하게 된다. 보다 한층 더 상기 효과를 발휘한다고 하는 관점에서, 서브마이크로 구리 입자의 함유량은, 서브마이크로 구리 입자의 질량 및 플레이크상 마이크로 구리 입자의 질량 합계를 기준으로 하여, 30 질량% 이상 85 질량% 이하라도 좋고, 35 질량% 이상 85 질량% 이하라도 좋고, 40 질량% 이상 80 질량% 이하라도 좋다.
서브마이크로 구리 입자의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니다. 서브마이크로 구리 입자의 형상으로서는, 예컨대 구상(球狀), 괴상, 침상(針狀), 플레이크상, 대략 구상 및 이들의 응집체를 들 수 있다. 분산성 및 충전성의 관점에서, 서브마이크로 구리 입자의 형상은, 구상, 대략 구상, 플레이크상이라도 좋고, 연소성, 분산성, 플레이크상 마이크로 구리 입자와의 혼합성 등의 관점에서, 구상 또는 대략 구상이라도 좋다. 본 명세서에서 「플레이크상」이란, 판상, 인편상 등의 평판상의 형상을 포함한다.
서브마이크로 구리 입자는, 분산성, 충전성 및 플레이크상 마이크로 구리 입자와의 혼합성의 관점에서, 어스펙트비가 5 이하라도 좋고, 3 이하라도 좋다. 본 명세서에서 「어스펙트비」란, 입자의 장변/두께를 나타낸다. 입자의 장변 및 두께의 측정은, 예컨대 입자의 SEM 상으로부터 구할 수 있다.
서브마이크로 구리 입자는 특정 표면 처리제로 처리되어 있어도 좋다. 특정 표면 처리제로서는, 예컨대 탄소수 8∼16의 유기산을 들 수 있다. 탄소수 8∼16의 유기산으로서는, 예컨대 카프릴산, 메틸헵탄산, 에틸헥산산, 프로필펜탄산, 펠라르곤산, 메틸옥탄산, 에틸헵탄산, 프로필헥산산, 카프릭산, 메틸노난산, 에틸옥탄산, 프로필헵탄산, 부틸헥산산, 운데칸산, 메틸데칸산, 에틸노난산, 프로필옥탄산, 부틸헵탄산, 라우린산, 메틸운데칸산, 에틸데칸산, 프로필노난산, 부틸옥탄산, 펜틸헵탄산, 트리데칸산, 메틸도데칸산, 에틸운데칸산, 프로필데칸산, 부틸노난산, 펜틸옥탄산, 미리스틴산, 메틸트리데칸산, 에틸도데칸산, 프로필운데칸산, 부틸데칸산, 펜틸노난산, 헥실옥탄산, 펜타데칸산, 메틸테트라데칸산, 에틸트리데칸산, 프로필도데칸산, 부틸운데칸산, 펜틸데칸산, 헥실노난산, 팔미틴산, 메틸펜타데칸산, 에틸테트라데칸산, 프로필트리데칸산, 부틸도데칸산, 펜틸운데칸산, 헥실데칸산, 헵틸노난산, 메틸시클로헥산카르복실산, 에틸시클로헥산카르복실산, 프로필시클로헥산카르복실산, 부틸시클로헥산카르복실산, 펜틸시클로헥산카르복실산, 헥실시클로헥산카르복실산, 헵틸시클로헥산카르복실산, 옥틸시클로헥산카르복실산, 노닐시클로헥산카르복실산 등의 포화 지방산; 옥텐산, 노넨산, 메틸노넨산, 데센산, 운데센산, 도데센산, 트리데센산, 테트라데센산, 미리스트올레산, 펜타데센산, 헥사데센산, 팔미톨레산, 사피엔산 등의 불포화 지방산; 테레프탈산, 피로멜리트산, o-페녹시안식향산, 메틸안식향산, 에틸안식향산, 프로필안식향산, 부틸안식향산, 펜틸안식향산, 헥실안식향산, 헵틸안식향산, 옥틸안식향산, 노닐안식향산 등의 방향족 카르복실산을 들 수 있다. 유기산은, 1종을 단독으로 사용하여도 좋고, 2종 이상을 조합하여 사용하여도 좋다. 이러한 유기산과 상기 서브마이크로 구리 입자를 조합함으로써, 서브마이크로 구리 입자의 분산성과 소결 시에 있어서의 유기산의 탈리성을 양립할 수 있는 경향이 있다.
표면 처리제의 처리량은, 0.07 질량% 이상 2.1 질량% 이하라도 좋고, 0.10 질량% 이상 1.6 질량% 이하라도 좋고, 0.2 질량% 이상 1.1 질량% 이하라도 좋다.
서브마이크로 구리 입자로서는 시판되고 있는 것을 이용할 수 있다. 시판되고 있는 서브마이크로 구리 입자로서는, 예컨대 Cu-C-40(후쿠다긴조쿠하쿠훈고교가부시키가이샤 제조, 체적 평균 입경 0.6 ㎛), EFC-20LML(후쿠다긴조쿠하쿠훈고교가부시키가이샤 제조, 수 평균 입경 0.2 ㎛), CH-0200(미쓰이긴조쿠고교가부시키가이샤 제조, 체적 평균 입경 0.36 ㎛), HT-14(미쓰이긴조쿠고교가부시키가이샤 제조, 체적 평균 입경 0.41 ㎛), CT-500(미쓰이긴조쿠고교가부시키가이샤 제조, 체적 평균 입경 0.72 ㎛), Tn-Cu100(다이요닛산가부시키가이샤 제조, 체적 평균 입경 0.12 ㎛)을 들 수 있다.
(마이크로 구리 입자)
마이크로 구리 입자로서는, 입경이 2 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하인 구리 입자를 포함하는 것을 들 수 있으며, 예컨대 체적 평균 입경이 2 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하인 구리 입자를 이용할 수 있다. 마이크로 구리 입자의 체적 평균 입경이 상기 범위 내이면, 접속용 구리 페이스트를 소결했을 때의 체적 수축을 충분히 저감할 수 있고, 접속용 구리 페이스트를 소결시켜 제조되는 접속체의 접속 강도를 확보하기가 용이하게 된다. 접속용 구리 페이스트를 반도체 소자의 접속에 이용하는 경우, 마이크로 구리 입자의 체적 평균 입경이 상기 범위 내이면, 반도체 장치가 양호한 다이 전단 강도 및 접속 신뢰성을 보이는 경향이 있다. 한층 더 상기 효과를 발휘한다고 하는 관점에서, 마이크로 구리 입자의 체적 평균 입경은, 3 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하라도 좋고, 3 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하라도 좋다.
마이크로 구리 입자는, 입경이 2 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하인 구리 입자를 50 질량% 이상 포함할 수 있다. 접속체 내에서의 배향, 보강 효과, 접속 페이스트의 충전성의 관점에서, 마이크로 구리 입자는, 입경이 2 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하인 구리 입자를 70 질량% 이상 포함할 수 있고, 80 질량% 이상 포함할 수 있고, 100 질량% 포함할 수 있다. 접속 불량을 억제한다는 관점에서, 마이크로 구리 입자는, 예컨대 최대 직경이 20 ㎛를 초과하는 입자 등의 접속 두께를 초과하는 사이즈의 입자를 포함하지 않는 것이 바람직하다.
마이크로 구리 입자의 함유량은, 금속 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 10 질량% 이상 90 질량% 이하라도 좋고, 15 질량% 이상 65 질량% 이하라도 좋고, 20 질량% 이상 60 질량% 이하라도 좋다. 마이크로 구리 입자의 함유량이 상기 범위 내이면, 접속용 구리 페이스트를 소결시켜 제조되는 접속체의 접속 강도를 확보하기가 용이하게 된다. 접속용 구리 페이스트를 반도체 소자의 접속에 이용하는 경우, 마이크로 구리 입자의 함유량이 상기 범위 내이면, 반도체 장치가 양호한 다이 전단 강도 및 접속 신뢰성을 보이는 경향이 있다.
서브마이크로 구리 입자의 함유량 및 마이크로 구리 입자의 함유량의 합계는, 금속 입자의 전체 질량을 기준으로 하여 80 질량% 이상으로 할 수 있다. 서브마이크로 구리 입자의 함유량 및 마이크로 구리 입자의 함유량의 합계가 상기 범위 내이면, 접속용 구리 페이스트를 소결했을 때의 체적 수축을 충분히 저감할 수 있고, 접속용 구리 페이스트를 소결시켜 제조되는 접속체의 접속 강도를 확보하기가 용이하게 된다. 접속용 구리 페이스트를 반도체 소자의 접속에 이용하는 경우는 반도체 장치가 양호한 다이 전단 강도 및 접속 신뢰성을 보이는 경향이 있다. 더 한층 상기 효과를 발휘한다고 하는 관점에서, 서브마이크로 구리 입자의 함유량 및 마이크로 구리 입자의 함유량의 합계는, 금속 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 90 질량% 이상이라도 좋고, 95 질량% 이상이라도 좋고, 100 질량%라도 좋다.
마이크로 구리 입자의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니다. 마이크로 구리 입자의 형상으로서는, 예컨대 구상, 괴상, 침상, 플레이크상, 대략 구상 및 이들의 응집체를 들 수 있다. 마이크로 구리 입자의 형상은 그 중에서도 플레이크상이 바람직하다. 플레이크상의 마이크로 구리 입자를 이용함으로써, 접속용 구리 페이스트 내의 마이크로 구리 입자가 접속면에 대하여 대략 평행하게 배향됨으로써, 접속용 구리 페이스트를 소결시켰을 때의 체적 수축을 억제할 수 있고, 접속용 구리 페이스트를 소결시켜 제조되는 접속체의 접속 강도를 확보하기가 용이하게 된다. 접속용 구리 페이스트를 반도체 소자의 접속에 이용하는 경우는 반도체 장치가 양호한 다이 전단 강도 및 접속 신뢰성을 보이는 경향이 있다. 더 한층 상기 효과를 발휘한다고 하는 관점에서, 플레이크상의 마이크로 구리 입자로서는, 그 중에서도 어스펙트비가 4 이상이라도 좋고, 6 이상이라도 좋다.
마이크로 구리 입자에 있어서, 표면 처리제의 처리 유무는 특별히 한정되는 것은 아니다. 분산 안정성 및 내산화성의 관점에서, 마이크로 구리 입자는 표면 처리제로 처리되어 있어도 좋다. 표면 처리제는 접속 시에 제거되는 것이라도 좋다. 이러한 표면 처리제로서는, 예컨대 팔미틴산, 스테아린산, 아라키딘산, 올레인산 등의 지방족 카르복실산; 테레프탈산, 피로멜리트산, o-페녹시안식향산 등의 방향족 카르복실산; 세틸알코올, 스테아릴알코올, 이소보르닐시클로헥산올, 테트라에틸렌글리콜 등의 지방족 알코올; p-페닐페놀 등의 방향족 알코올; 옥틸아민, 도데실아민, 스테아릴아민 등의 알킬아민; 스테아로니트릴, 데칸니트릴 등의 지방족 니트릴; 알킬알콕시실란 등의 실란 커플링제; 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 실리콘 올리고머 등의 고분자 처리제 등을 들 수 있다. 표면 처리제는, 1종을 단독으로 사용하여도 좋고, 2종 이상을 조합하여 사용하여도 좋다. 표면 처리제의 처리량은 통상 0.001 질량% 이상이다.
상기 서브마이크로 구리 입자만으로 접속용 구리 페이스트를 조제하는 경우, 분산매의 건조에 따른 체적 수축 및 소결 수축이 크기 때문에, 접속용 구리 페이스트의 소결 시에 피착면에서 박리되기 쉽게 되어, 반도체 소자 등의 접속에 있어서는 충분한 다이 전단 강도 및 접속 신뢰성을 얻기 어렵다. 서브마이크로 구리 입자와 마이크로 구리 입자를 병용함으로써, 접속용 구리 페이스트를 소결시켰을 때의 체적 수축이 억제되어, 접속체는 충분한 접속 강도를 가질 수 있다. 접속용 구리 페이스트를 반도체 소자의 접속에 이용하는 경우는 반도체 장치가 양호한 다이 전단 강도 및 접속 신뢰성을 보인다고 하는 효과를 얻을 수 있다.
본 실시형태에 따른 마이크로 구리 입자로서는 시판되고 있는 것을 이용할 수 있다. 시판되고 있는 마이크로 구리 입자로서는, 예컨대 MA-C025(미쓰이긴조쿠고교가부시키가이샤 제조, 체적 평균 입경 7.5 ㎛), MA-C025KFD(미쓰이긴조쿠고교가부시키가이샤 제조, 체적 평균 입경 5 ㎛), MA-C08JF(미쓰이긴조쿠고교가부시키가이샤 제조, 체적 평균 입경 13.2 ㎛), 3L3(후쿠다긴조쿠하쿠훈고교가부시키가이샤 제조, 체적 평균 입경 6.0 ㎛), 2L3(후쿠다긴조쿠하쿠훈고교가부시키가이샤 제조, 체적 평균 입경 10.0 ㎛), 4L3(후쿠다긴조쿠하쿠훈고교가부시키가이샤 제조, 체적 평균 입경 3.0 ㎛), C3(후쿠다긴조쿠하쿠훈고교가부시키가이샤 제조, 체적 평균 입경 37.0 ㎛), E3(후쿠다긴조쿠하쿠훈고교가부시키가이샤 제조, 체적 평균 입경 37.0 ㎛), 1110F(미쓰이긴조쿠고교가부시키가이샤 제조, 체적 평균 입경 3.8 ㎛), 1400YP(미쓰이긴조쿠고교가부시키가이샤 제조, 체적 평균 입경 5.2 ㎛), 1400YF(미쓰이긴조쿠고교가부시키가이샤 제조, 체적 평균 입경 6.8 ㎛), 1050YP(미쓰이긴조쿠고교가부시키가이샤 제조, 체적 평균 입경 0.94 ㎛), 1050YF(미쓰이긴조쿠고교가부시키가이샤 제조, 체적 평균 입경 1.7 ㎛), Cu-HWQ 3.0 ㎛(후쿠다긴조쿠하쿠훈고교가부시키가이샤 제조, 체적 평균 입경 3.0 ㎛)을 들 수 있다.
(구리 입자 이외의 그 밖의 금속 입자)
금속 입자로서는, 서브마이크로 구리 입자 및 마이크로 구리 입자 이외의 그 밖의 금속 입자를 포함하고 있어도 좋으며, 예컨대 니켈, 은, 금, 팔라듐, 백금 등의 입자를 포함하고 있어도 좋다. 그 밖의 금속 입자는, 체적 평균 입경이 0.01 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하라도 좋고, 0.01 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하라도 좋고, 0.05 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하라도 좋다. 그 밖의 금속 입자를 포함하고 있는 경우, 그 함유량은, 충분한 접속성을 얻는다고 하는 관점에서, 금속 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 20 질량% 미만이라도 좋고, 10 질량% 이하라도 좋다. 그 밖의 금속 입자는 포함되지 않아도 좋다. 그 밖의 금속 입자의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니다.
구리 입자 이외의 금속 입자를 포함함으로써, 복수 종의 금속이 고용 또는 분산된 소결체를 얻을 수 있기 때문에, 소결체의 항복 응력, 피로 강도 등의 기계적인 특성이 개선되어, 접속 신뢰성이 향상되기 쉽다. 또한, 복수 종의 금속 입자를 첨가함으로써, 접속용 구리 페이스트의 소결체는, 특정 피착체에 대하여 충분한 접속 강도를 가질 수 있다. 접속용 구리 페이스트를 반도체 소자의 접속에 이용하는 경우는 반도체 장치의 다이 전단 강도 및 접속 신뢰성이 향상되기 쉽다.
(분산매)
분산매는 특별히 한정되는 것은 아니며, 휘발성인 것이라도 좋다. 휘발성 분산매로서는, 예컨대 펜탄올, 헥산올, 헵탄올, 옥탄올, 데칸올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, α-테르피네올, 이소보르닐시클로헥산올(MTPH) 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(DPMA), 젖산에틸, 젖산부틸, 트리부티린, 스테아린산부틸, 스쿠알란, 세바신산디부틸, 아디프산비스(2-에틸헥실), γ-부티로락톤, 탄산프로필렌 등의 에스테르류; N-메틸-2-피롤리돈, N,N-디메틸아세트아미드, N,N-디메틸포름아미드 등의 산아미드; 시클로헥산, 옥탄, 노난, 데칸, 운데칸 등의 지방족 탄화수소; 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소; 탄소수 1∼18의 알킬기를 갖는 머캅탄류; 탄소수 5∼7의 시클로알킬기를 갖는 머캅탄류를 들 수 있다. 탄소수 1∼18의 알킬기를 갖는 머캅탄류로서는, 예컨대 에틸머캅탄, n-프로필머캅탄, i-프로필머캅탄, n-부틸머캅탄, i-부틸머캅탄, t-부틸머캅탄, 펜틸머캅탄, 헥실머캅탄 및 도데실머캅탄을 들 수 있다. 탄소수 5∼7의 시클로알킬기를 갖는 머캅탄류로서는, 예컨대 시클로펜틸머캅탄, 시클로헥실머캅탄 및 시클로헵틸머캅탄을 들 수 있다.
분산매의 함유량은, 금속 입자의 전체 질량을 100 질량부로 했을 때 5∼50 질량부라도 좋다. 분산매의 함유량이 상기 범위 내이면, 접속용 구리 페이스트를 보다 적절한 점도로 조정할 수 있고, 또한 구리 입자의 소결을 저해하기 어렵다.
(첨가제)
접속용 구리 페이스트에는, 필요에 따라서, 비이온계 계면활성제, 불소계 계면활성제 등의 습윤 향상제; 실리콘유 등의 소포제; 무기 이온 교환체 등의 이온 트랩제 등을 적절하게 첨가하여도 좋다.
이어서, 종래의 부재 접속 방법과 비교하여, 본 실시형태의 부재 접속 방법의 작용 및 효과에 관해서 설명한다. 종래의 부재 접속 방법은, 본 실시형태의 부재 접속 방법과 비교하여, 인쇄 공정에서의 인쇄 패턴이 다른 점에서 상이하다. 도 3은 인쇄 패턴을 종래와 본 실시형태를 비교하여 도시하는 도면이다. 도 3(a)은 종래의 인쇄 패턴(100)을 도시하고, 도 3(b)은 본 실시형태의 인쇄 패턴(9)을 도시하고 있다. 도 4는 종래 및 본 실시형태 각각에 관해서 초음파 관찰 장치를 이용하여 소결 후의 구리 소결체(4)와 부재(2)와의 계면을 관찰한 결과를 도시하는 사진이다. 도 4(a)는 도 3(a)의 종래의 인쇄 패턴(100)인 경우의 결과를 도시하고, 도 4(b)는 도 3(b)의 본 실시형태의 인쇄 패턴(9)인 경우의 결과를 도시하고 있다. 도 4에서는 접속 영역(5)을 점선으로 나타내고 있다.
도 3(a)에 도시되어 있는 바와 같이, 종래의 부재 접속 방법의 인쇄 공정에서는, 형성되는 인쇄 패턴(100)이 접속 영역(5)의 가장자리부(6)를 따른 직사각형으로 되어 있다. 즉, 접속 영역(5) 전체에 도막(8)이 형성되어 있다. 이 때문에, 그 후의 적층 공정에서 각 부재(2, 3)가 도막(8)을 통해 적층되면, 각 부재(2, 3)의 접속면 전체를 피복한 도막(8)의 면적이 커, 도막(8)의 내부에 공기가 들어가기 쉽다. 또한, 각 부재(2, 3)의 접속면이 요철을 갖고 있으면, 그 요철에 기인하여, 도막(8)과 각 부재(2, 3)의 사이에서도 공기가 들어가기 쉽다. 이와 같이 공기가 들어간 상태로 소결 공정에서 도막(8)이 소결되면, 소결에 의해서 형성된 구리 소결체(4)의 내부 또는 구리 소결체(4)와 각 부재(2, 3)의 사이에, 공기가 보이드(공극)로서 잔존해 버린다. 예컨대, 도 4(a)에 도시되어 있는 바와 같이, 구리 소결체(4)와 부재(2)의 사이에는, 백색으로 표시되는 보이드가 잔존하고 있다. 보이드는, 각 부재(2, 3)가 상호 접속되어 이루어지는 접속체(1)의 구조 결함으로 되어, 각 부재(2, 3)의 접속성을 저하시키는 요인이 될 수 있다.
이에 대하여, 도 3(b)에 도시되어 있는 바와 같이, 본 실시형태의 부재 접속 방법에서는, 인쇄 공정에서 형성되는 인쇄 패턴(9)이, 도막(8)이 형성되는 도막 형성 영역(10)과, 도막(8)이 형성되지 않는 도막 비형성 영역(20)에 의해서 구성되어 있다. 또한 도막 형성 영역(10)은, 라인상 영역(21a∼21c)(라인상 영역(21))에 의해 복수의 영역(12a∼12c, 13a, 13b)으로 분할되어 있다. 이에 따라, 적층 공정에서 도막(8)의 내부로 들어간 공기 및 도막(8)과 각 부재(2, 3)의 사이로 들어간 공기는, 각 영역(12a∼12c, 13a, 13b)에서 직접 라인상 영역(21a, 21b)으로 흐르거나, 혹은 각 영역(12a∼12c, 13a, 13b)에서 라인상 영역(21c)을 통해 라인상 영역(21a, 21b)으로 흐른다. 라인상 영역(21a, 21b)으로 흐른 공기는, 접속 영역(5)의 가장자리부(6)로부터 접속 영역(5) 밖으로 빠져나올 수 있다. 도막 비형성 영역(20)은, 적층 공정에서의 각 부재(2, 3)의 자중 혹은 압박력의 부여 등에 의해서 복수의 영역(12a∼12c, 13a, 13b, 14a∼14d)이 확장함으로써 소멸한다. 따라서, 소결 공정에서는, 접속 영역(5)에 대략 균일하게 구리 페이스트의 도막(8)이 도포된 상태가 되어, 소결 후의 구리 소결체(4)의 내부 또는 구리 소결체(4)와 각 부재(2, 3)의 사이에 보이드가 잔존하는 것을 억제할 수 있다. 예컨대, 도 4(b)에 도시되어 있는 바와 같이, 구리 소결체(4)와 부재(2)의 사이에는 보이드가 잔존하고 있지 않다. 그 결과, 각 부재(2, 3)의 접속성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태의 인쇄 패턴(9)은, 종래의 인쇄 패턴과 비교하여 인쇄 두께를 두껍게 할 필요가 있는데, 인쇄 체적을 조정함으로써 종래의 인쇄 패턴(100)과 동등한 인쇄량으로 할 수 있다. 따라서, 종래의 인쇄 패턴(100)과 동등한 도포량으로 보이드의 억제를 실현할 수 있다.
본 실시형태에서는, 도막 형성 영역(10)이 방사상으로 배열된 방사 영역(12)과, 동심원상 또는 동심다각형상으로 배열된 동심 영역(13)을 포함하고 있다. 따라서, 라인상 영역(21a∼21c)에 의해서 접속 영역(5) 밖으로 효율적으로 공기를 밀어내는 것이 가능하게 되어, 보이드 억제 효과를 충분히 확보할 수 있다.
또한 본 실시형태에서는, 도막 형성 영역(10)에서는, 방사 영역(12)과, 동심 영역(13)이 접속 영역(5)의 중심(P) 측에서 가장자리부(6)로 향하여 방사상으로 교대로 배치된 부분을 포함하고 있다. 이에 따라, 직경 방향에서 인접하는 각 영역(13a)과 각 영역(13b) 사이에서의 도막(8) 부족을 방지할 수 있다. 따라서, 접속 영역(5)에 대략 균일하게 구리 페이스트의 도막(8)이 도포된 상태를 보다 확실하게 형성할 수 있다. 또한 본 실시형태에서는, 접속 영역(5)이 복수의 변(6a∼6d)을 가지고, 도막 비형성 영역(20)이 상호 다른 변에 위치하는 점 A, B 및 점 C, D를 잇도록 형성되어 있다. 이러한 구성에 의해, 접속 영역(5)에 도막(8)을 보다 균일하게 확장시키면서, 도막 비형성 영역(20)에 의해서 접속 영역 밖으로 한층 더 효율적으로 공기를 밀어내는 것이 가능하게 된다.
또한 본 실시형태에서는, 도막 형성 영역(10)이 접속 영역(5)의 각 코너부(R1∼R4)에 대응하여 배치된 코너 영역(14)을 포함하고 있다. 따라서, 접속 영역(5)의 각 코너부(R1∼R4)에서의 도막(8) 부족을 방지할 수 있다. 또한, 분할 영역(11)에 포함되는 복수의 영역(12b, 12c, 13a, 13b)은, 접속 영역(5)의 가장자리부(6)에 가까운 위치에 배치된 영역일수록 대면적으로 되어 있다. 따라서, 접속 영역(5)의 가장자리부(6) 측에서의 도막(8) 부족을 방지할 수 있다.
본 실시형태의 부재 접속 방법을 반도체 소자의 접속에 적용함으로써 신뢰성 높은 반도체 장치의 제조를 실현할 수 있다.
(제2 실시형태)
이어서, 도 5를 참조하여, 제2 실시형태에 따른 부재 접속 방법의 인쇄 공정에서 형성되는 인쇄 패턴(9A)에 관해서 설명한다. 도 5는 제2 실시형태의 인쇄 패턴(9A)을 도시하는 평면도이다. 제2 실시형태에서는, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 도막 형성 영역(10)이 분할 영역(11)만을 포함하고, 코너 영역(14)을 포함하고 있지 않으며, 또한 분할 영역(11)에는, 접속 영역(5)의 중심 측에서 가장자리부(6)로 향하여 방사상으로 배열된 방사 영역(12)만이 포함되어 있다.
구체적으로는, 방사 영역(12)은, 접속 영역(5)에서의 중심(P)으로부터 가장자리부(6)로 향하는 8개의 가상 직선 각각을 따라 5개씩 배치된 40개의 영역(12d∼12h)을 포함하고 있다. 즉, 방사 영역(12)은, 동일한 가상 직선을 따른 5개의 영역(12d∼12h)을, 가상 직선의 분만큼(8조) 포함하고 있다. 동일한 가상 직선을 따른 각 영역(12d∼12h)은 직경 방향에서 상호 이격하여 늘어서 있다.
동일한 가상 직선을 따른 각 영역(12d∼12h)의 면적은, 영역(12d), 영역(12e), 영역(12f), 영역(12g), 영역(12h)의 순으로 크게 되어 있다. 즉, 분할 영역(11)에 포함되는 복수의 영역(12d∼12h)은, 접속 영역(5)의 가장자리부(6)에 가까운 위치에 배치된 영역일수록 대면적으로 되어 있다.
본 실시형태에서도, 도막 비형성 영역(20)은 접속 영역(5)의 가장자리부(6)에 있어서 상호 이격하는 제1 점과 제2 점을 잇도록 마련되어 있으며, 또한 도막 형성 영역(10)을 복수의 영역(본 실시형태에서는 각 영역(12d∼12h))으로 분할하는 복수의 라인상 영역(21)을 포함하고 있다. 따라서, 적층 공정에서 각 부재(2, 3)가 도막(8)을 통해 적층될 때에, 라인상 영역(21)이 접속 영역(5) 밖으로 공기를 밀어내는 밀어내기부로서 기능한다. 따라서, 상기 실시형태와 마찬가지로, 소결 후의 구리 소결체(4)의 내부 또는 구리 소결체(4)와 각 부재(2, 3)의 사이에 보이드가 잔존하는 것을 억제할 수 있다.
(제3 실시형태)
이어서, 도 6을 참조하여, 제3 실시형태에 따른 부재 접속 방법의 인쇄 공정에서 형성되는 인쇄 패턴(9B)에 관해서 설명한다. 도 6은 제3 실시형태의 인쇄 패턴(9B)을 도시하는 평면도이다. 제3 실시형태에서는, 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 분할 영역(11)에, 접속 영역(5)의 중심(P) 둘레로 동심원상으로 배치된 동심 영역(13)만이 포함되어 있다.
구체적으로는, 동심 영역(13)은, 중심(P)을 상호 공유함과 더불어 중심(P)으로부터의 거리가 서로 다른 4개의 가상 동심원 각각을 따라 4개씩 배치된 16개의 영역(13c∼13f)을 포함하고 있다. 즉, 동심 영역(13)은, 동일한 가상 동심원을 따른 4개의 각 영역(13c∼13f)을 가상 동심원의 분만큼(4조) 포함하고 있다. 동일한 가상 동심원을 따른 각 영역(13c∼13f)은 둘레 방향에서 상호 이격하여 늘어서 있다.
각 영역(13c∼13f)의 면적은 영역(13c), 영역(13d), 영역(13e), 영역(13f)의 순으로 크게 되어 있다. 즉, 분할 영역(11)에 포함되는 복수의 영역(13c∼13f)은, 접속 영역(5)의 가장자리부(6)에 가까운 위치에 배치된 영역일수록 대면적으로 되어 있다.
본 실시형태에서도, 도막 비형성 영역(20)은 접속 영역(5)의 가장자리부(6)에 있어서 상호 이격하는 제1 점과 제2 점을 잇도록 마련되어 있으며, 또한 도막 형성 영역(10)을 복수의 영역(본 실시형태에서는 각 영역(13c∼13f))으로 분할하는 복수의 라인상 영역(21)을 포함하고 있다. 따라서, 적층 공정에서 각 부재(2, 3)가 도막(8)을 통해 적층될 때에, 라인상 영역(21)이 접속 영역(5) 밖으로 공기를 밀어내는 밀어내기부로서 기능한다. 따라서, 상기 실시형태와 마찬가지로, 소결 후의 구리 소결체(4)의 내부 또는 구리 소결체(4)와 각 부재(2, 3)의 사이에 보이드가 잔존하는 것을 억제할 수 있다.
(제4 실시형태)
이어서, 도 7을 참조하여, 제4 실시형태에 따른 부재 접속 방법의 인쇄 공정에서 형성되는 인쇄 패턴(9C)에 관해서 설명한다. 도 7은 제4 실시형태의 인쇄 패턴(9C)을 도시하는 평면도이다. 제4 실시형태에서는, 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 분할 영역(11)에 격자상으로 배열된 격자 영역(15)만이 포함되어 있다. 격자상으로 배열되었다는 것은, 예컨대 접속 영역(5) 내에 있어서의 메쉬상의 등간격의 가상 수평선 및 가상 수직선의 교점에 배치되었음을 의미한다. 본 실시형태에서는, 접속 영역(5) 내에서 격자 영역(15)은 6행×6열의 계 36개의 직사각형상 영역(15a)을 포함하고 있다.
본 실시형태에서도, 도막 비형성 영역(20)은, 접속 영역(5)의 가장자리부(6)에 있어서 상호 이격하는 제1 점과 제2 점을 잇도록 마련되어 있으며, 또한 도막 형성 영역(10)을 복수의 영역(본 실시형태에서는 각 영역(15a))으로 분할하는 복수의 라인상 영역(21)을 포함하고 있다. 따라서, 적층 공정에서 각 부재(2, 3)가 도막(8)을 통해 적층될 때에, 라인상 영역(21)이 접속 영역(5) 밖으로 공기를 밀어내는 밀어내기부로서 기능한다. 따라서, 상기 실시형태와 마찬가지로, 소결 후의 구리 소결체(4)의 내부 또는 구리 소결체(4)와 각 부재(2, 3)의 사이에 보이드가 잔존하는 것을 억제할 수 있다. 본 실시형태에서도, 복수의 라인상 영역(21)에 의해서 접속 영역(5) 밖으로 효율적으로 공기를 밀어내는 것이 가능하게 되어, 보이드 억제 효과를 충분히 확보할 수 있다.
(제5 실시형태)
이어서, 도 8을 참조하여, 제5 실시형태에 따른 부재 접속 방법의 인쇄 공정에서 형성되는 인쇄 패턴(9D)에 관해서 설명한다. 도 8은 제5 실시형태의 인쇄 패턴(9D)을 도시하는 평면도이다. 제5 실시형태에서는, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 분할 영역(11)에 4개의 삼각형상 영역(16)만이 포함되어 있다. 각 삼각형상 영역(16)은, 하나의 정점을 접속 영역(5)의 중심(P)으로 향하게 하여, 중심(P)으로부터 접속 영역(5)의 가장자리부(6)로 향하여 넓게 되어 있다.
본 실시형태에서도, 도막 비형성 영역(20)은, 접속 영역(5)의 가장자리부(6)에 있어서 상호 이격하는 제1 점과 제2 점을 잇도록 마련되어 있으며, 또한 도막 형성 영역(10)을 복수의 영역(본 실시형태에서는 각 삼각형상 영역(16))으로 분할하는 복수의 라인상 영역(21)을 포함하고 있다. 따라서, 적층 공정에서 각 부재(2, 3)가 도막(8)을 통해 적층될 때에, 라인상 영역(21)이 접속 영역(5) 밖으로 공기를 밀어내는 밀어내기부로서 기능한다. 따라서, 상기 실시형태와 마찬가지로, 소결 후의 구리 소결체(4)의 내부 또는 구리 소결체(4)와 각 부재(2, 3)의 사이에 보이드가 잔존하는 것을 억제할 수 있다.
(제6 실시형태)
이어서, 도 9를 참조하여, 제6 실시형태에 따른 부재 접속 방법의 인쇄 공정에서 형성되는 인쇄 패턴(9E)에 관해서 설명한다. 도 9는 제6 실시형태의 인쇄 패턴(9E)을 도시하는 평면도이다. 제6 실시형태에서는, 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 분할 영역(11)에 격자 영역(17)만이 포함되어 있다. 격자 영역(17)은 상기 제4 실시형태와 마찬가지로 격자상으로 배열된 영역이다. 본 실시형태에서는, 격자 영역(17)은 10행×10열의 계 100개의 원형상 영역(17a)을 포함하고 있다. 영역(17a)의 내측은, 도시되어 있는 바와 같이 도막(8)으로 매립되어 있어도 좋고, 도막(8) 없이 개구되어 있어도 좋다.
본 실시형태에서도, 도막 비형성 영역(20)은, 접속 영역(5)의 가장자리부(6)에 있어서 상호 이격하는 제1 점과 제2 점을 잇도록 마련되어 있으며, 또한 도막 형성 영역(10)을 복수의 영역(본 실시형태에서는 각 영역(17a))으로 분할하는 복수의 라인상 영역(21)을 포함하고 있다. 따라서, 상기 실시형태와 마찬가지로, 본 실시형태에서도, 복수의 라인상 영역(21)에 의해서 접속 영역(5) 밖으로 효율적으로 공기를 밀어내는 것이 가능하게 되어, 보이드 억제 효과를 충분히 확보할 수 있다.
(제7 실시형태)
이어서, 도 10을 참조하여, 제7 실시형태에 따른 부재 접속 방법의 인쇄 공정에서 형성되는 인쇄 패턴(9F)에 관해서 설명한다. 도 10은 제7 실시형태의 인쇄 패턴(9F)을 도시하는 평면도이다. 제7 실시형태에서는, 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 분할 영역(11)에 격자 영역(18)만이 포함되어 있다. 격자 영역(18)은 상기 제4 실시형태와 마찬가지로 격자상으로 배열된 영역이다. 본 실시형태에서는, 격자 영역(18)은 4행×4열의 계 16개의 십자형상 영역(18a)을 포함하고 있다. 영역(18a)의 내측은, 도시되어 있는 바와 같이 도막(8)으로 매립되어 있어도 좋고, 도막(8) 없이 개구되어 있어도 좋다.
본 실시형태에서도, 도막 비형성 영역(20)은, 접속 영역(5)의 가장자리부(6)에 있어서 상호 이격하는 제1 점과 제2 점을 잇도록 마련되어 있으며, 또한 도막 형성 영역(10)을 복수의 영역(본 실시형태에서는 각 영역(18a))으로 분할하는 복수의 라인상 영역(21)을 포함하고 있다. 따라서, 상기 실시형태와 마찬가지로, 본 실시형태에서도, 복수의 라인상 영역(21)에 의해서 접속 영역(5) 밖으로 효율적으로 공기를 밀어내는 것이 가능하게 되어, 보이드 억제 효과를 충분히 확보할 수 있다.
(제8 실시형태)
이어서, 도 11을 참조하여, 제8 실시형태에 따른 부재 접속 방법의 인쇄 공정에서 형성되는 인쇄 패턴(9G)에 관해서 설명한다. 도 11은 제8 실시형태의 인쇄 패턴(9G)을 도시하는 평면도이다. 제8 실시형태에서는, 도 11에 도시되어 있는 바와 같이, 도막 형성 영역(10)이 분할 영역(11)과 코너 영역(14)을 포함하고 있다. 분할 영역(11)은 방사 영역(12)과 동심 영역(13)과 코너 부근 영역(19)을 포함하고 있다.
본 실시형태에서, 방사 영역(12)은, 접속 영역(5)에 있어서의 중심(P)으로부터 가장자리부(6)로 향하는 8개의 가상 직선 각각을 따라 4개씩 배치된 32개의 영역(12m, 12n, 12o, 12p)을 포함하고 있다. 즉, 방사 영역(12)은, 동일한 가상 직선을 따른 4개의 영역(12m∼12p)을 가상 직선의 분만큼(8조) 포함하고 있다. 동일한 가상 직선을 따른 각 영역(12m∼12p)은 직경 방향에서 상호 이격하여 늘어서 있다.
동심 영역(13)은, 접속 영역(5)에 있어서의 중심(P)을 상호 공유함과 더불어 중심(P)으로부터의 거리가 서로 다른 7개의 동심원상 영역(13m, 13n, 13o, 13p, 13q, 13r, 13s, 13t)을 포함하고 있다. 영역(13m)과 영역(13n)의 사이에는 영역(12m)이 위치하고 있다. 영역(13m)과 영역(13n)은 영역(12m)에 의해서 상호 접속되어 있다. 영역(13o)와 영역(13p)의 사이에는 영역(12n)이 위치하고 있다. 영역(13o)과 영역(13p)은 영역(12n)에 의해서 상호 접속되어 있다. 영역(13q)과 영역(13r)의 사이에는 영역(12o)이 위치하고 있다. 영역(13q)과 영역(13r)은 영역(12o)에 의해서 상호 접속되어 있다. 영역(13s)과 영역(13t)의 사이에는 영역(12p)이 위치하고 있다. 영역(13s)과 영역(13t)은 영역(12p)에 의해서 상호 접속되어 있다.
영역(13n)과 영역(13o)의 사이는, 도시되어 있는 바와 같이 이격되어 있어도 좋고, 도막(8)으로 매립되어 있어도 좋다. 영역(13p)과 영역(13q)의 사이는, 도시되어 있는 바와 같이 이격되어 있어도 좋고, 도막(8)으로 매립되어 있어도 좋다. 영역(13r)과 영역(13s)의 사이는, 도시되어 있는 바와 같이 이격되어 있어도 좋고, 도막(8)으로 매립되어 있어도 좋다.
코너 부근 영역(19)은 대응하는 코너부(R1∼R4)의 부근에 각각 4개 배치되어 있다. 코너 부근 영역(19)은, 동심 영역(13)에 있어서의 최외 영역(13t)보다도 외측(가장자리부(6) 측)에 위치하고 있다. 각 코너 부근 영역(19)은, 대략 사다리꼴형상의 개구 영역(19a)과, 개구 영역(19a)의 내부에 배치된 개구내 영역(19b)을 포함하고 있다. 개구 영역(19a)은, 영역(13t)보다도 외측(가장자리부(6) 측)에 위치하고 있는 원호부(19a1)와, 원호부(19a1)보다도 외측(가장자리부(6) 측)에 위치하고 있음과 더불어 원호부(19a1)보다도 짧은 원호부(19a2)와, 가장자리부(6)를 따라 연장되어 원호부(19a1)와 원호부(19a2)를 접속하고 있는 한 쌍의 변부(19a3)를 포함하고 있다. 원호부(19a1)와 원호부(19a2)는, 중심(P)을 상호 공유함과 더불어 중심(P)으로부터의 거리가 서로 다른 가상 동심원을 각각 따르고 있고, 상호 대략 평행하다. 개구 영역(19a)은, 도시되어 있는 바와 같이 개구되어 있어도 좋고, 도막(8)으로 매립되어 있어도 좋다.
개구내 영역(19b)은, 중심(P)으로부터 대응하는 코너부(R1∼R4)로 향하는 가상 직선 상에 있으며, 방사 영역(12)에 있어서의 최외 영역(12p)보다도 외측(가장자리부(6) 측)에 배치되어 있다. 개구내 영역(19b)은, 원호부(19a1)와 원호부(19a2)의 사이에 위치하고 있고, 원호부(19a1)와 원호부(19a2)를 접속하고 있다.
코너 영역(14)에 있어서의 각 영역(14a∼14d)은, 본 실시형태에서는, 코너 부근 영역(19)보다도 외측(가장자리부(6) 측)에 위치하고 있다. 즉, 각 영역(14a∼14d)은, 중심(P)으로부터 대응하는 코너부(R1∼R4)로 향하는 가상 직선 상에 있어서의, 가장자리부(6)의 가장 근처에 위치하고 있다.
본 실시형태에서는, 동심 영역(13)이 7개의 동심원상 영역(13m∼13t)을 포함하고 있고, 영역(13m)과 영역(13n)의 사이, 영역(13o)과 영역(13p)의 사이, 영역(13q)과 영역(13r)의 사이 및 영역(13s)과 영역(13t)의 사이를 도막(8)으로 매립하도록 방사 영역(12)에 있어서의 각 영역(12m∼12p)이 위치하고 있다. 동심 영역(13)에 있어서의 최외 영역(13t)보다도 외측을 도막(8)으로 매립하도록 코너 부근 영역(19)이 위치하고 있다. 코너 부근 영역(19)에서는, 개구 영역(19a) 내를 도막(8)으로 매립하도록 개구내 영역(19b)이 위치하고 있다. 코너 부근 영역(19)보다도 외측을 도막(8)으로 매립하도록 코너 영역(14)이 위치하고 있다. 따라서, 적층 공정에서의 각 부재(2, 3)의 자중 혹은 압박력의 부여 등에 의해서 각 영역(12m∼12p, 13m∼13t, 19a, 19b, 14a∼14d)이 확장함으로써, 각 영역(12m∼12p, 13m∼13t, 19a, 19b, 14a∼14d)끼리 접속되기 쉬워, 도막 비형성 영역(20)이 확실히 소멸된다.
본 실시형태에서, 라인상 영역(21)은, 영역(13t)과 개구 영역(19a)의 원호부(19a1)의 사이에 형성되어 있다. 즉, 도막 비형성 영역(20)은, 영역(13t)과 개구 영역(19a)의 원호부(19a1)로 분할하는 4개의 라인상 영역(21)을 포함하고 있다. 따라서, 적층 공정에서 각 부재(2, 3)가 도막(8)을 통해 적층될 때에, 라인상 영역(21)이 접속 영역(5) 밖으로 공기를 밀어내는 밀어내기부로서 기능한다. 따라서, 상기 실시형태와 마찬가지로 소결 후의 구리 소결체(4)의 내부 또는 구리 소결체(4)와 각 부재(2, 3)의 사이에 보이드가 잔존하는 것을 억제할 수 있다.
이상 본 실시형태의 다양한 실시형태에 관해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 각 청구항에 기재한 요지를 변경하지 않는 범위에서 변형하거나 또는 다른 것에 적용한 것이라도 좋다.
예컨대, 동일한 가상 직선을 따른 각 영역(12a∼12c) 및 동일한 가상 직선을 따른 각 영역(12d∼12h)은, 직경 방향에서 상호 이격하여 늘어서 있지 않아도 좋고, 직경 방향에서 상호 연결되어 연속적으로 연장되어 있어도 좋다. 또한, 동일한 가상 동심원을 따른 각 영역(13a), 동일한 가상 다각형을 따른 각 영역(13b) 및 동일한 가상 동심원을 따른 각 영역(13c∼13f)은, 둘레 방향에서 상호 이격하여 늘어서 있지 않아도 좋고, 둘레 방향에서 상호 연결되어 연속적으로 연장되어 있어도 좋다.
직경 방향에서 인접하는 각 영역(13a)과 각 영역(13b)의 사이에는, 하나의 영역(12c)에 한정되지 않고, 복수의 영역(12c)이 위치하고 있어도 좋다.
분할 영역(11)에 포함되는 복수의 영역(12b, 12c), 영역(12d∼12h), 영역(13a, 13b) 및 영역(13c∼13f)은, 접속 영역(5)의 가장자리부(6)에 가까운 위치에 배치된 영역일수록 대면적으로 되어 있지 않아도 좋다.
상기 제1, 제8 실시형태에 있어서, 도막 형성 영역(10)은 코너 영역(14)을 포함하고 있지 않아도 좋고, 상기 제2∼7 실시형태에 있어서, 도막 형성 영역(10)은 코너 영역(14)을 포함하고 있어도 좋다.
상기 실시형태에서는, 도막 형성 영역(10)이 복수의 라인상 영역(21)에 의해서 복수의 영역으로 분할되는 예에 관해서 설명했지만, 라인상 영역(21)은 적어도 하나 있으면 되며, 도막 형성 영역(10)은 하나의 라인상 영역(21)에 의해서 2개의 영역으로 분할되어 있어도 좋다.
상기 제5 실시형태에서는, 각 삼각형상 영역(16)이 도막(8)의 형성 영역인 예에 관해서 설명했지만, 각 삼각형상 영역(16)에 도막(8)이 형성되어 있지 않고, 각 삼각형상 영역(16) 사이의 영역에 도막(8)이 형성되어 있어도 좋다. 즉, 도막(8)이 형성되는 도막 형성 영역(10)이 X자형상을 띠고 있어도 좋다.
상기 실시형태에서는, 격자 영역(15, 17, 18)에 있어서의 행 및 열이 가지런히 배열되어 있는 예에 관해서 설명했지만, 격자 영역(15, 17, 18)에 있어서의 행또는 열이 틀어져 번갈아 배열되어 있어도 좋다.
2, 3: 부재
4: 구리 소결체
5: 접속 영역
6: 가장자리부
8: 도막
9, 9A∼9G: 인쇄 패턴
10: 도막 형성 영역
11: 분할 영역
12: 방사 영역
12a∼12h, 12m∼12p: 영역
13: 동심 영역
13a∼13f, 13m∼13t: 영역
14: 코너 영역
14a∼14d: 영역
15, 17, 18: 격자 영역
15a, 17a, 18a: 영역
16: 삼각형상 영역
19: 코너 부근 영역
19a: 개구 영역
19b: 개구내 영역
20: 도막 비형성 영역
21, 21a∼21c: 라인상 영역
A, B, C, D: 점
R1∼R4: 코너부.

Claims (7)

  1. 제1 부재와 제2 부재를 구리 소결체에 의해 접속하는 부재 접속 방법으로서,
    상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 접속 영역에 접속용 구리 페이스트의 도막을 소정의 인쇄 패턴으로 형성하는 인쇄 공정과,
    상기 제1 부재와 상기 제2 부재를 상기 도막을 통해 적층하는 적층 공정과,
    상기 도막을 소결하여 상기 구리 소결체를 형성하여, 이 구리 소결체에 의해서 상기 제1 부재와 상기 제2 부재를 접속하는 소결 공정을 포함하고,
    상기 인쇄 공정에서는, 상기 인쇄 패턴에 있어서, 상기 도막이 형성되는 도막 형성 영역과, 상기 도막이 형성되지 않는 도막 비형성 영역을 형성하고,
    상기 도막 형성 영역은, 상기 접속 영역의 가장자리부에 있어서 상호 이격하는 제1 점과 제2 점을 잇도록 마련된 하나 또는 복수의 상기 도막 비형성 영역에 의해서 복수의 영역으로 분할되고,
    상기 도막 형성 영역에 있어서의 상기 복수의 영역은, 상기 접속 영역의 중심 측으로부터 상기 가장자리부로 향하여 방사상으로 배열된 영역 및 상기 접속 영역의 중심 둘레로 동심상으로 배열된 영역의 적어도 한쪽을 포함하는 부재 접속 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도막 형성 영역에 있어서의 상기 복수의 영역은, 상기 방사상으로 배열된 영역 및 상기 동심상으로 배열된 영역 양쪽을 포함하는 부재 접속 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 도막 형성 영역에 있어서의 상기 복수의 영역은, 상기 방사상으로 배열된 영역과 상기 동심상으로 배열된 영역이 상기 접속 영역의 중심 측으로부터 상기 가장자리부로 향하여 방사상으로 교대에 배치된 부분을 포함하는 부재 접속 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접속 영역은 복수의 변을 가지고,
    상기 도막 비형성 영역은, 서로 다른 변에 위치하는 상기 제1 점과 상기 제2 점을 잇도록 마련되어 있는 부재 접속 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접속 영역은 직사각형상 영역이고,
    상기 도막 형성 영역은 상기 접속 영역의 코너부에 대응하여 배치된 영역을 포함하는 부재 접속 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도막 형성 영역에 있어서의 상기 복수의 영역은, 상기 접속 영역의 상기 가장자리부에 가까운 위치에 배치된 영역일수록 대면적으로 되어 있는 부재 접속 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재 중 적어도 한쪽이 반도체 소자인 부재 접속 방법.
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