KR20230157377A - 소결 구리 필러 형성용 구리 페이스트 및 접합체의 제조 방법 - Google Patents

소결 구리 필러 형성용 구리 페이스트 및 접합체의 제조 방법 Download PDF

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KR20230157377A
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미치코 나토리
히데오 나카코
다이 이시카와
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Abstract

구리 입자와 유기 분산매를 함유하는 소결 구리 필러 형성용 구리 페이스트로서, 구리 입자로서, 체적 평균 입경이 0.05~0.35μm인 제1 서브 마이크로 구리 입자와, 체적 평균 입경이 0.5~1.5μm인 제2 서브 마이크로 구리 입자와, 체적 평균 입경이 2~5μm인 구상 마이크로 구리 입자를 함유하고, 제1 서브 마이크로 구리 입자의 함유량이, 구리 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 40~70질량%이며, 제2 서브 마이크로 구리 입자의 함유량이, 구리 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 10~40질량%이고, 구상 마이크로 구리 입자의 함유량이, 구리 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 15~45질량%인, 소결 구리 필러 형성용 구리 페이스트.

Description

소결 구리 필러 형성용 구리 페이스트 및 접합체의 제조 방법
본 발명은, 소결 구리 필러 형성용 구리 페이스트 및 접합체의 제조 방법에 관한 것이다.
전자 디바이스에 있어서의 전기적 접합에는, 일반적으로 땜납 접합이 이용된다. 예를 들면, 마이크로 디바이스의 플립 칩 접합에서는, 마이크로 디바이스와 기판 상의 전극 패드의 접합에, 땜납 볼 또는 땜납 페이스트 등을 이용하고 있다.
최근, 플립 칩 접합에서는 단자의 협피치화에 따라, 마이크로 디바이스 상에 금속 필러를 형성하고, 그 금속 필러와 기판 상의 전극 패드를 땜납 접합하는 방법이 이용되고 있다. 그러나, 땜납 접합에서는, (1) 땜납과 전극 패드의 사이, 및, 땜납과 금속 필러의 사이에서 커켄달 보이드가 발생하는, (2) 접합 후에 재차 리플로 공정이 행해진 경우에, 땜납이 용융되어 접합 불량이 발생하는, (3) 이종 금속 계면에서의 임피던스 부정합에 의한 신호의 반사가 발생하는 등의 문제가 있다.
이에 대하여, 땜납 이외의 금속을 이용하여 접합을 행하는 방법이 검토되고 있다. 예를 들면, 하기 특허문헌 1에는, 마이크로 디바이스 상에 마련된 구리 필러와 기판 상의 구리 패드의 사이를, 구리 마이크로 입자 및 구리 나노 입자를 혼합한 접합제(구리 페이스트)를 이용하여 접합하는 방법이 제안되고 있다.
그러나, 특허문헌 1의 방법에서는, 디바이스 상에 미리 구리 필러를 형성할 필요가 있고, 구리 필러의 형성 방법으로서 주류인 전해 도금에 의한 형성 방법에서는, 필러 형성에 시간을 필요로 하는 과제가 있다. 또, 도금 속도를 빠르게 하면, 높이의 불균일이 커지는 것도 문제이다.
따라서, 본 발명자들은, 구리 입자와 유기 분산매를 함유하는 구리 페이스트를 이용하여, 접합 부재간에 필러 전구체를 형성하고, 당해 필러 전구체를 소결함으로써 소결 구리 필러를 형성함과 함께 접합 부재끼리를 접합하는 방법을 검토하고 있다(특허문헌 2 참조). 이 방법에 의하면, 효율적으로 또한 양호한 정밀도로 소결 구리 필러를 형성 가능하다.
특허문헌 1: 미국 특허출원 공개공보 제2016/0351529호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 2020-045514호
본 발명자들에 의한 추가적인 검토의 결과, 상기 구리 페이스트를 이용하여 형성된 소결 구리 필러에 보이드 및 균열이 발생하는 경우가 있는 것, 및, 소결 구리 필러와 접합 부재의 계면에 있어서 박리가 발생하는 경우가 있는 것이 명확해졌다. 접합체의 장기 신뢰성의 관점에서는, 이와 같은 보이드, 균열 및 박리는 적을수록 바람직하다.
따라서, 본 발명은, 소결 구리 필러에 있어서의 보이드 및 균열, 및, 소결 구리 필러와 접합 부재의 계면에 있어서의 박리를 저감시킬 수 있는, 소결 구리 필러 형성용 구리 페이스트를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 구리 페이스트에 함유시키는 구리 입자로서, 체적 평균 입경이 상이한 복수 종의 구리 입자를 이용하는 것을 검토했다. 그 결과, 특정의 체적 평균 입경을 갖는 구리 입자를 특정의 비율로 배합하면서, 마이크로 구리 입자로서, 구상(球狀)의 구리 입자를 이용함으로써 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.
본 발명의 일 측면은, 구리 입자와 유기 분산매를 함유하는 소결 구리 필러 형성용 구리 페이스트로서, 구리 입자로서, 체적 평균 입경이 0.05~0.35μm인 제1 서브 마이크로 구리 입자와, 체적 평균 입경이 0.5~1.5μm인 제2 서브 마이크로 구리 입자와, 체적 평균 입경이 2~5μm인 구상 마이크로 구리 입자를 함유하고, 제1 서브 마이크로 구리 입자의 함유량이, 구리 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 40~70질량%이며, 제2 서브 마이크로 구리 입자의 함유량이, 구리 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 10~40질량%이고, 구상 마이크로 구리 입자의 함유량이, 구리 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 15~45질량%인, 소결 구리 필러 형성용 구리 페이스트에 관한 것이다.
상기 측면의 구리 페이스트에 의하면, 소결 구리 필러에 있어서의 보이드 및 균열, 및, 소결 구리 필러와 접합 부재의 계면에 있어서의 박리를 저감시킬 수 있다.
일 실시형태에서는, 상기 제1 서브 마이크로 구리 입자가 구상이며, 제2 서브 마이크로 구리 입자가 플레이크상이어도 된다. 이 경우, 소결 구리 필러와 접합 부재의 계면에 있어서의 박리를 보다 한층 저감시킬 수 있는 경향이 있다.
일 실시형태에서는, 상기 제1 서브 마이크로 구리 입자의 함유량과 상기 제2 서브 마이크로 구리 입자의 함유량의 합계에 대한, 상기 구상 마이크로 구리 입자의 함유량의 질량비가, 0.20~0.50이어도 된다. 이 경우, 소결 구리 필러에 있어서의 보이드 및 균열, 및, 소결 구리 필러와 접합 부재의 계면에 있어서의 박리를 보다 한층 저감시킬 수 있는 경향이 있다.
일 실시형태에서는, 상기 제1 서브 마이크로 구리 입자의 함유량에 대한 상기 제2 서브 마이크로 구리 입자의 함유량의 질량비가, 0.15~0.45여도 된다. 이 경우, 소결 구리 필러에 있어서의 보이드 및 균열, 및, 소결 구리 필러와 접합 부재의 계면에 있어서의 박리를 보다 한층 저감시킬 수 있는 경향이 있다.
일 실시형태에서는, 상기 유기 분산매의 함유량이, 구리 페이스트의 전체 질량을 기준으로 하여, 5~70질량%여도 된다. 이 경우, 구리 페이스트의 우수한 인쇄성과 우수한 소결성을 양립시키기 쉬워진다.
본 발명의 다른 일 측면은, 제1 부재와, 제2 부재와, 제1 부재 및 상기 제2 부재를 접합하는 소결 구리 필러를 구비하는 접합체를 제조하는 방법으로서, 제1 부재 상에, 상기 측면의 구리 페이스트를 필러상으로 성형한 후, 제2 부재를 탑재하고, 제1 부재와 제2 부재의 사이에 필러 전구체를 마련하는 공정과, 필러 전구체를 소결함으로써 소결 구리 필러를 형성하는 공정을 구비하는 접합체의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 측면의 제조 방법에 의하면, 접합체의 소결 구리 필러에 있어서의 보이드 및 균열의 발생, 및, 소결 구리 필러와 접합 부재의 계면에 있어서의 박리를 저감시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 소결 구리 필러에 있어서의 보이드 및 균열의 발생, 및, 소결 구리 필러와 접합 부재의 계면에 있어서의 박리를 저감시키는, 소결 구리 필러 형성용 구리 페이스트를 제공할 수 있다.
도 1은, 일 실시형태의 접합체를 나타내는 모식 단면도이다.
도 2는, 도 1의 접합체의 제조 방법을 설명하기 위한 모식 단면도이다.
도 3은, 도 1의 접합체의 제조 방법을 설명하기 위한 모식 단면도이다.
도 4는, 다른 일 실시형태의 접합체를 나타내는 모식 단면도이다.
도 5는, 실험예 1~3에서 제작한 접합체의 단면 SEM 화상이다.
도 6은, 실험예 3에서 제작한 접합체의 단면 SEM 화상이다.
도 7은, 실험예 4~7에서 제작한 접합체의 단면 SEM 화상이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 이하의 실시형태에 있어서, 그 구성 요소(요소 스텝 등도 포함한다)는, 특별히 명시한 경우, 원리적으로 명확하게 필수라고 생각되는 경우 등을 제외하고, 필수는 아니다. 수치 및 그 범위에 대해서도 동일하며, 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, "공정"이라는 용어는, 독립적인 공정뿐만 아니라, 다른 공정과 명확하게 구별할 수 없는 경우이더라도 그 공정의 목적이 달성되면, 본 용어에 포함된다. 본 명세서에 있어서 "~"를 이용하여 나타난 수치 범위는, "~"의 전후에 기재되는 수치를 각각 최솟값 및 최댓값으로서 포함하는 범위를 나타낸다. 본 명세서 중에 단계적으로 기재되어 있는 수치 범위에 있어서, 어느 단계의 수치 범위의 상한값 또는 하한값은, 다른 단계의 수치 범위의 상한값 또는 하한값으로 치환해도 된다. 또, 본 명세서 중에 기재되어 있는 수치 범위에 있어서, 그 수치 범위의 상한값 또는 하한값은, 실시예에 나타나 있는 값으로 치환해도 된다. 또, 개별적으로 기재된 상한값 및 하한값은 임의로 조합 가능하다. 본 명세서에 있어서 조성물 중의 각 성분의 함유량은, 조성물 중에 각 성분에 해당하는 물질이 복수 종 존재하는 경우, 특별히 설명하지 않는 한, 조성물 중에 존재하는 당해 복수 종의 물질의 합계량을 의미한다. 본 명세서에 있어서, "비점"이란, 1 기압에서의 비점을 의미한다.
<구리 페이스트>
일 실시형태의 구리 페이스트는, 구리 입자와, 유기 분산매를 함유한다. 구리 페이스트는, 부재끼리를 접합하는 소결 구리 필러를 형성하기 위한 구리 페이스트(소결 구리 필러 형성용 구리 페이스트)이며, 구체적으로는, 제1 부재와, 제2 부재와, 제1 부재 및 제2 부재를 접합하는 소결 구리 필러를 구비하는 접합체를 제조하기 위하여 이용된다. 본 실시형태의 구리 페이스트는, 무가압으로 소결하여 접합 부재끼리를 접합시키는 방법에 적합하게 이용된다.
상기 구리 페이스트는, 구리 입자로서, 체적 평균 입경이 0.05~0.35μm인 제1 서브 마이크로 구리 입자와, 체적 평균 입경이 0.5~1.5μm인 제2 서브 마이크로 구리 입자와, 체적 평균 입경이 2~5μm인 구상 마이크로 구리 입자를 함유한다. 제1 서브 마이크로 구리 입자의 함유량은, 구리 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 40~70질량%이며, 제2 서브 마이크로 구리 입자의 함유량은, 구리 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 10~40질량%이고, 구상 마이크로 구리 입자의 함유량은, 구리 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 15~45질량%이다.
상기 구리 페이스트에 의하면, 소결 구리 필러에 있어서의 보이드 및 균열의 발생, 및, 소결 구리 필러와 접합 부재(제1 부재 및/또는 제2 부재)의 계면에 있어서의 박리를 저감시킬 수 있다.
(구리 입자)
구리 입자란, 구리를 주성분으로서 함유하는 입자를 말하고, 예를 들면, 입자 중의 구리의 함유 비율이, 80질량% 이상인 입자를 말한다. 구리 입자에 있어서의 구리의 함유 비율은, 85질량% 이상, 90질량% 이상, 95질량% 이상 또는 99질량% 이상이어도 된다.
본 실시형태의 구리 페이스트는, 구리 입자로서, 제1 서브 마이크로 구리 입자와, 제2 서브 마이크로 구리 입자와, 구상 마이크로 구리 입자를 함유한다.
[제1 서브 마이크로 구리 입자]
제1 서브 마이크로 구리 입자는, 0.05~0.35μm의 체적 평균 입경을 갖는 구리 입자이다. 제1 서브 마이크로 구리 입자로서는, 예를 들면, 150℃ 이상 300℃ 이하의 온도 범위에서 소결성을 갖는 구리 입자를 이용할 수 있다.
제1 서브 마이크로 구리 입자의 체적 평균 입경은, 보다 양호한 분산성이 얻어지기 쉬워지고, 소결 구리 필러에 있어서의 보이드 및 균열, 및, 소결 구리 필러와 접합 부재의 계면에 있어서의 박리를 보다 한층 저감시키기 쉬워지는 관점에서, 0.1μm 이상 또는 0.2μm 이상이어도 된다. 제1 서브 마이크로 구리 입자의 체적 평균 입경은, 소결 구리 필러에 있어서의 보이드 및 균열을 보다 한층 저감시키기 쉬워지는 관점에서, 0.3μm 이하, 0.2μm 이하 또는 0.1μm 이하여도 된다. 이들의 관점에서, 제1 서브 마이크로 구리 입자의 체적 평균 입경은, 예를 들면, 0.05~0.3μm, 0.1~0.3μm, 0.1~0.2μm, 0.05~0.1μm 또는 0.2~0.3μm여도 된다.
또한, 본 명세서에 있어서 체적 평균 입경이란, 50% 체적 평균 입경을 의미한다. 구리 입자의 체적 평균 입경을 구하는 경우, 원료가 되는 구리 입자, 또는 구리 페이스트로부터 휘발 성분을 제거한 건조 구리 입자를, 분산제를 이용하여 분산매에 분산시킨 것을 광산란법 입도 분포 측정 장치(예를 들면, 시마즈 나노 입자 직경 분포 측정 장치(SALD-7500 nano, 주식회사 시마즈 세이사쿠쇼제))로 측정하는 방법 등에 의하여 구할 수 있다. 광산란법 입도 분포 측정 장치를 이용하는 경우, 분산매로서는, 헥세인, 톨루엔, α-터피네올, 4-메틸-1,3-다이옥솔란-2-온 등을 이용할 수 있다.
제1 서브 마이크로 구리 입자의 형상은, 특별히 한정되는 것은 아니다. 제1 서브 마이크로 구리 입자의 형상으로서는, 예를 들면, 구상, 괴상(塊狀), 침상(針狀), 기둥 형상, 플레이크상 및 이들의 응집체를 들 수 있다. 제1 서브 마이크로 구리 입자의 형상은, 분산성 및 충전성의 관점에서는, 구상 또는 플레이크상이어도 되고, 연소성, 분산성, 다른 구리 입자(예를 들면 플레이크상의 구리 입자)와의 혼합성 등의 관점에서는, 구상이어도 된다. 또한, 본 명세서에 있어서, "구상"이란, 입자의 애스펙트비(입자의 장변/단변)가, 2 이하의 구체인 것을 말한다. 입자의 장변 및 단변의 측정은, 예를 들면, 입자의 SEM상으로부터 구할 수 있다. 본 명세서에 있어서, "플레이크상"이란, 판상, 인편상(鱗片狀) 등의 평판상의 형상을 포함한다.
제1 서브 마이크로 구리 입자의 애스펙트비는, 분산성, 충전성, 및 다른 구리 입자(예를 들면 플레이크상의 구리 입자)와의 혼합성 및 구리 페이스트의 인쇄성을 향상시키는 관점에서, 2 이하여도 되고, 1.5 이하여도 된다.
제1 서브 마이크로 구리 입자의 비표면적은, 페이스트의 분산성의 관점에서, 1m2/g 이상, 2m2/g 이상 또는 4m2/g 이상이어도 된다. 제1 서브 마이크로 구리 입자의 비표면적은, 소결 구리 필러의 전기 전도성 및 방열성을 향상시키는 관점에서, 10m2/g 이하, 8m2/g 이하 또는 5m2/g 이하여도 된다. 이들의 관점에서, 제1 서브 마이크로 구리 입자의 비표면적은, 1~10m2/g, 2~8m2/g 또는 4~5m2/g이어도 된다.
제1 서브 마이크로 구리 입자는, 표면 처리제로 처리되어 있어도 된다. 표면 처리제로서는, 예를 들면, 탄소수 2~18의 유기산(예를 들면 탄소수 1~17의 알킬기를 갖는 유기산)을 들 수 있다. 탄소수 2~18의 유기산으로서는, 예를 들면, 아세트산, 프로페인산, 뷰테인산, 펜테인산, 헥세인산, 헵테인산, 카프릴산, 메틸헵테인산, 에틸헥세인산, 프로필펜테인산, 펠라곤산, 메틸옥테인산, 에틸헵테인산, 프로필헥세인산, 카프르산, 메틸노네인산, 에틸옥테인산, 프로필헵테인산, 뷰틸헥세인산, 운데케인산, 메틸데케인산, 에틸노네인산, 프로필옥테인산, 뷰틸헵테인산, 라우르산, 메틸운데케인산, 에틸데케인산, 프로필노네인산, 뷰틸옥테인산, 펜틸헵테인산, 트라이데케인산, 메틸도데케인산, 에틸운데케인산, 프로필데케인산, 뷰틸노네인산, 펜틸옥테인산, 미리스트산, 메틸트라이데케인산, 에틸도데케인산, 프로필운데케인산, 뷰틸데케인산, 펜틸노네인산, 헥실옥테인산, 펜타데케인산, 메틸테트라데케인산, 에틸트라이데케인산, 프로필도데케인산, 뷰틸운데케인산, 펜틸데케인산, 헥실노네인산, 팔미트산, 메틸펜타데케인산, 에틸테트라데케인산, 프로필트라이데케인산, 뷰틸도데케인산, 펜틸운데케인산, 헥실데케인산, 헵틸노네인산, 헵타데케인산, 옥타데케인산, 메틸사이클로헥세인카복실산, 에틸사이클로헥세인카복실산, 프로필사이클로헥세인카복실산, 뷰틸사이클로헥세인카복실산, 펜틸사이클로헥세인카복실산, 헥실사이클로헥세인카복실산, 헵틸사이클로헥세인카복실산, 옥틸사이클로헥세인카복실산, 노닐사이클로헥세인카복실산 등의 포화 지방산; 옥텐산, 노넨산, 메틸노넨산, 데센산, 운데센산, 도데센산, 트라이데센산, 테트라데센산, 미리스트올레산, 펜타데센산, 헥사데센산, 팔미톨레산, 사피엔산, 올레산, 박센산, 리놀레산, 리놀렌산 등의 불포화 지방산; 테레프탈산, 파이로멜리트산, o-페녹시벤조산, 메틸벤조산, 에틸벤조산, 프로필벤조산, 뷰틸벤조산, 펜틸벤조산, 헥실벤조산, 헵틸벤조산, 옥틸벤조산, 노닐벤조산 등의 방향족 카복실산을 들 수 있다. 이와 같은 유기산과 상기 제1 서브 마이크로 구리 입자를 조합함으로써, 제1 서브 마이크로 구리 입자의 분산성과 소결 시에 있어서의 유기산의 탈리성을 양립할 수 있는 경향이 있다. 유기산은, 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
표면 처리제의 처리량은, 0.07질량% 이상 2.1질량% 이하여도 되고, 0.10질량% 이상 1.6질량% 이하여도 되며, 0.2질량% 이상 1.1질량% 이하여도 된다.
제1 서브 마이크로 구리 입자로서는, 시판되고 있는 것을 이용할 수 있다. 시판품으로서는, 예를 들면, CH-0200(미츠이 긴조쿠 고교 주식회사제, 체적 평균 입경 0.26μm, CuC-40(후쿠다 긴조쿠하쿠훈 고교 주식회사제, 체적 평균 입경 0.30μm), Cp-250(테크노알파 주식회사제, 체적 평균 입경 0.25μm) 등을 들 수 있다.
제1 서브 마이크로 구리 입자의 함유량은, 구리 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 40~70질량%이다. 제1 서브 마이크로 구리 입자의 함유량은, 소결 구리 필러에 있어서의 보이드 및 균열을 보다 한층 저감시키는 관점에서, 구리 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 45질량% 이상 또는 50질량% 이상이어도 된다. 제1 서브 마이크로 구리 입자의 함유량은, 소결 구리 필러와 접합 부재의 계면에 있어서의 박리를 보다 한층 저감시키는 관점에서, 구리 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 65질량% 이하 또는 55질량% 이하여도 된다. 이들의 관점에서, 제1 서브 마이크로 구리 입자의 함유량은, 구리 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 45~65질량%, 45~55질량% 또는 50~55질량%여도 된다. 본 실시형태에서는, 제1 서브 마이크로 구리 입자, 제2 서브 마이크로 구리 입자 및 구상 마이크로 구리 입자의 합계 질량을 기준으로 하는 제1 서브 마이크로 구리 입자의 함유량이 상기 범위여도 된다.
[제2 서브 마이크로 구리 입자]
제2 서브 마이크로 구리 입자는, 0.5~1.5μm의 체적 평균 입경을 갖는 구리 입자이다. 제2 서브 마이크로 구리 입자로서는, 예를 들면, 150℃ 이상 300℃ 이하의 온도 범위에서 소결성을 갖는 구리 입자를 이용할 수 있다.
제2 서브 마이크로 구리 입자의 체적 평균 입경은, 보다 양호한 분산성이 얻어지기 쉬워지고, 소결 구리 필러에 있어서의 보이드 및 균열, 및, 소결 구리 필러와 접합 부재의 계면에 있어서의 박리를 보다 한층 저감시키기 쉬워지는 관점에서, 0.8μm 이상 또는 1.0μm 이상이어도 된다. 제2 서브 마이크로 구리 입자의 체적 평균 입경은, 소결 구리 필러에 있어서의 보이드 및 균열을 보다 한층 저감시키기 쉬워지는 관점에서, 1.3μm 이하, 1.2μm 이하, 0.9μm 이하 또는 0.6μm 이하여도 된다. 이들의 관점에서, 제2 서브 마이크로 구리 입자의 체적 평균 입경은, 0.8~1.3μm, 1.0~1.2μm, 0.5~0.9μm 또는 0.5~0.6μm여도 된다.
제2 서브 마이크로 구리 입자의 형상은, 특별히 한정되는 것은 아니다. 제2 서브 마이크로 구리 입자의 형상으로서는, 예를 들면, 구상, 괴상, 침상, 기둥 형상, 플레이크상 및 이들의 응집체를 들 수 있다. 제2 서브 마이크로 구리 입자의 형상은, 분산성 및 충전성의 관점에서는, 구상 또는 플레이크상이어도 된다. 제1 서브 마이크로 구리 입자가 구상인 경우, 제2 서브 마이크로 구리 입자는 플레이크상이어도 된다. 이 경우, 플레이크상의 제2 서브 마이크로 구리 입자가, 필러 전구체 내에서 접합면에 대하여 대략 평행으로 배향함으로써, 소결 시에 있어서의 필러 전구체의 접합면 방향의 체적 수축을 억제할 수 있고, 소결 구리 필러와 접합 부재의 계면에 있어서의 박리를 보다 한층 저감시킬 수 있는 경향이 있다. 특히, 접합 부재가 마이크로 디바이스인 경우는 마이크로 디바이스가 양호한 다이 시어 강도 및 접속 신뢰성을 나타내는 경향이 있다. 상기 효과가 현저해지는 관점에서, 플레이크상의 제2 서브 마이크로 구리 입자의 애스펙트비는, 2~10이어도 된다.
제2 서브 마이크로 구리 입자의 비표면적은, 페이스트의 분산성의 관점에서, 1m2/g 이상, 2m2/g 이상, 3m2/g 이상 또는 4m2/g 이상이어도 된다. 제2 서브 마이크로 구리 입자의 비표면적은, 소결 구리 필러의 전기 전도성 및 방열성을 향상시키는 관점에서, 10m2/g 이하, 8m2/g 이하, 5m2/g 이하 또는 4m2/g 이하여도 된다. 이들의 관점에서, 제2 서브 마이크로 구리 입자의 비표면적은, 1~10m2/g, 2~8m2/g, 3~4m2/g 또는 4~5m2/g이어도 된다.
제2 서브 마이크로 구리 입자는, 표면 처리제로 처리되어 있어도 된다. 표면 처리제로서는, 제1 서브 마이크로 구리 입자의 표면 처리제로서 예시한 유기산을 들 수 있다. 유기산은, 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다. 표면 처리제의 처리량은, 제1 서브 마이크로 구리 입자와 동일해도 된다.
제2 서브 마이크로 구리 입자로서는, 시판되고 있는 것을 이용할 수 있다. 시판품으로서는, 예를 들면, CT-500(미츠이 긴조쿠 고교 주식회사제, 체적 평균 입경 0.51μm), EFC-20(후쿠다 긴조쿠하쿠훈 고교 주식회사제, 체적 평균 입경 0.56μm), EFC-09(후쿠다 긴조쿠하쿠훈 고교 주식회사제, 체적 평균 입경 1.26μm), FMC-SB(후루카와 케미컬즈 주식회사제, 체적 평균 입경 0.8μm) CP-1500(테크노알파제 주식회사제, 체적 평균 입경 1.5μm) 등을 들 수 있다.
제2 서브 마이크로 구리 입자의 함유량은, 구리 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 10~40질량%이다. 제2 서브 마이크로 구리 입자의 함유량은, 소결 구리 필러와 접합 부재의 계면에 있어서의 박리를 보다 한층 저감시키는 관점에서, 구리 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 15질량% 이상 또는 20질량% 이상이어도 된다. 제2 서브 마이크로 구리 입자의 함유량은, 소결 구리 필러에 있어서의 보이드 및 균열을 보다 한층 저감시키는 관점에서, 구리 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 35질량% 이하 또는 30질량% 이하여도 된다. 이들의 관점에서, 제2 서브 마이크로 구리 입자의 함유량은, 구리 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 20~40질량%, 15~35질량% 또는 20~30질량%여도 된다. 본 실시형태에서는, 제1 서브 마이크로 구리 입자, 제2 서브 마이크로 구리 입자 및 구상 마이크로 구리 입자의 합계 질량을 기준으로 하는 제2 서브 마이크로 구리 입자의 함유량이 상기 범위여도 된다.
제1 서브 마이크로 구리 입자의 함유량에 대한 제2 서브 마이크로 구리 입자의 함유량의 질량비([제2 서브 마이크로 구리 입자의 함유량]/[제1 서브 마이크로 구리 입자의 함유량])는, 소결 구리 필러와 접합 부재의 계면에 있어서의 박리를 보다 한층 저감시키는 관점에서, 0.15 이상, 0.20 이상, 0.22 이상 또는 0.25 이상이어도 된다. 제1 서브 마이크로 구리 입자의 함유량에 대한 제2 서브 마이크로 구리 입자의 함유량의 질량비는, 소결 구리 필러에 있어서의 보이드 및 균열을 보다 한층 저감시키는 관점에서, 0.45 이하, 0.40 이하 또는 0.35 이하여도 된다. 이들의 관점에서, 제1 서브 마이크로 구리 입자의 함유량에 대한 제2 서브 마이크로 구리 입자의 함유량의 질량비는, 0.15~0.45, 0.20~0.45, 0.20~0.40, 0.22~0.40 또는 0.25~0.35여도 된다.
[구상 마이크로 구리 입자]
구상 마이크로 구리 입자는, 2~5μm의 체적 평균 입경을 갖는 구상의 구리 입자이다.
구상 마이크로 구리 입자의 체적 평균 입경은, 접합 시 필러에 발생하는 균열의 억제, 및, 소결 구리 필러의 전기 전도성 및 방열성을 향상시키는 관점에서, 2.5μm 이상 또는 3μm 이상이어도 된다. 구상 마이크로 구리 입자의 체적 평균 입경은, 분산성 및 인쇄성의 향상의 관점에서, 4.5μm 이하, 3.5μm 이하 또는 3μm 이하여도 된다. 이들의 관점에서, 구상 마이크로 구리 입자의 체적 평균 입경은, 2~3μm, 2.5~4.5μm 또는 3~3.5μm여도 된다.
구상 마이크로 구리 입자의 비표면적은, 페이스트의 분산성의 관점에서, 0.1m2/g 이상, 0.4m2/g 이상, 1m2/g 이상, 2m2/g 이상 또는 4m2/g 이상이어도 된다. 구상 마이크로 구리 입자의 비표면적은, 소결 구리 필러의 전기 전도성 및 방열성을 향상시키는 관점에서, 10m2/g 이하, 8m2/g 이하, 5m2/g 이하, 1m2/g 이하 또는 0.5m2/g 이하여도 된다. 이들의 관점에서, 구상 마이크로 구리 입자의 비표면적은, 1~10m2/g, 2~8m2/g, 4~5m2/g, 0.1~1m2/g 또는 0.4~0.5m2/g이어도 된다.
구상 마이크로 구리 입자는, 분산 안정성 및 내산화성의 관점에서, 표면 처리제로 처리되어 있어도 된다. 표면 처리제는, 접합 시에 제거되는 것이어도 된다. 이와 같은 표면 처리제로서는, 예를 들면, 도데케인산, 팔미트산, 헵타데케인산, 스테아르산, 아라키드산, 리놀레산, 리놀렌산, 올레산 등의 지방족 카복실산; 테레프탈산, 파이로멜리트산, o-페녹시벤조산 등의 방향족 카복실산; 세틸알코올, 스테아릴알코올, 아이소보닐사이클로헥산올, 테트라에틸렌글라이콜 등의 지방족 알코올; p-페닐페놀 등의 방향족 알코올; 옥틸아민, 도데실아민, 스테아릴아민 등의 알킬아민; 스테아로나이트릴, 데케인나이트릴 등의 지방족 나이트릴; 알킬알콕시실레인 등의 실레인 커플링제; 폴리에틸렌글라이콜, 폴리바이닐알코올, 폴리바이닐피롤리돈, 실리콘올리고머 등의 고분자 처리제 등을 들 수 있다. 표면 처리제는, 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
구상 마이크로 구리 입자는, 시판되고 있는 것을 이용할 수 있다. 시판되고 있는 구상의 마이크로 구리 입자로서는, 예를 들면, MA-C025K(후쿠다 긴조쿠하쿠훈 고교 주식회사제, 체적 평균 입경 2.65μm), CP-2500(테크노알파 주식회사제, 체적 평균 입경 2.5μm) 등을 들 수 있다.
구상 마이크로 구리 입자의 함유량은, 구리 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 15~45질량%이다. 구상 마이크로 구리 입자의 함유량은, 소결 구리 필러와 접합 부재의 계면에 있어서의 박리를 보다 한층 저감시키고, 소결 구리 필러의 전기 전도성 및 방열성을 향상시키는 관점에서, 구리 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 20질량% 이상 또는 25질량% 이상이어도 된다. 구상 마이크로 구리 입자의 함유량은, 소결 구리 필러에 있어서의 보이드 및 균열을 보다 한층 저감시키는 관점, 및, 구리 페이스트의 인쇄성을 향상시키는 관점에서, 구리 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 40질량% 이하 또는 35질량% 이하여도 된다. 이들의 관점에서, 구상 마이크로 구리 입자의 함유량은, 구리 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 20~40질량% 또는 25~35질량%여도 된다. 본 실시형태에서는, 제1 서브 마이크로 구리 입자, 제2 서브 마이크로 구리 입자 및 구상 마이크로 구리 입자의 합계 질량을 기준으로 하는 구상 마이크로 구리 입자의 함유량이 상기 범위여도 된다.
제1 서브 마이크로 구리 입자의 함유량과 제2 서브 마이크로 구리 입자의 함유량의 합계에 대한, 구상 마이크로 구리 입자의 함유량의 질량비([구상 마이크로 구리 입자의 함유량]/[제1 서브 마이크로 구리 입자의 함유량과 제2 서브 마이크로 구리 입자의 함유량의 합계])는, 소결 구리 필러와 접합 부재의 계면에 있어서의 박리를 보다 한층 저감시키고, 소결 구리 필러의 전기 전도성 및 방열성을 향상시키는 관점에서, 0.20 이상, 0.25 이상 또는 0.30 이상이어도 된다. 제1 서브 마이크로 구리 입자의 함유량과 제2 서브 마이크로 구리 입자의 함유량의 합계에 대한, 구상 마이크로 구리 입자의 함유량의 질량비는, 소결 구리 필러에 있어서의 보이드 및 균열을 보다 한층 저감시키는 관점 및 구리 페이스트의 인쇄성을 향상시키는 관점에서, 0.50 이하, 0.48 이하 또는 0.45 이하여도 된다. 이들의 관점에서, 제1 서브 마이크로 구리 입자의 함유량과 제2 서브 마이크로 구리 입자의 함유량의 합계에 대한, 구상 마이크로 구리 입자의 함유량의 질량비는, 0.20~0.50, 0.25~0.48 또는 0.30~0.45여도 된다.
본 실시형태의 구리 페이스트는, 구리 입자로서, 제1 서브 마이크로 구리 입자, 제2 서브 마이크로 구리 입자 및 구상 마이크로 구리 입자만을 함유해도 되고, 제1 서브 마이크로 구리 입자, 제2 서브 마이크로 구리 입자 및 구상 마이크로 구리 입자 이외의 구리 입자를 더 함유해도 된다. 제1 서브 마이크로 구리 입자, 제2 서브 마이크로 구리 입자 및 구상 마이크로 구리 입자의 합계 함유량은, 구리 페이스트의 전체 질량을 기준으로 하여, 90질량% 이상, 95질량% 이상 또는 99질량% 이상이어도 된다.
(유기 분산매)
유기 분산매는, 300℃ 미만의 비점을 갖는 유기 분산매 및/또는 300℃ 이상의 비점을 갖는 유기 분산매를 포함한다.
300℃ 미만의 비점을 갖는 유기 분산매로서는, α-터피네올, 다이에틸렌글라이콜모노뷰틸에터, 다이에틸렌글라이콜모노뷰틸에터아세테이트, 4-메틸-1,3-다이옥솔란-2-온, 다이에틸렌글라이콜모노뷰틸에터 등을 들 수 있다. 300℃ 미만의 비점을 갖는 유기 분산매는, 필러 전구체를 소결하기 전에, 건조 공정 또는 승온 과정에서 용이하게 제거할 수 있다. 300℃ 미만의 비점을 갖는 유기 분산매는 1종을 단독으로, 또는, 복수 종을 조합하여 이용할 수 있다.
300℃ 미만의 비점을 갖는 유기 분산매의 함유량은, 구리 입자의 소결을 촉진하는 관점에서, 유기 분산매의 전체 질량을 기준으로 하여, 0~50질량%, 10~40질량% 또는 20~30질량%여도 된다.
300℃ 이상의 비점을 갖는 유기 분산매는, 구리 입자의 분산성을 향상시키기 위하여, 구리 입자 표면과 친화성이 높은 구조를 선택하는 것이 바람직하다. 구리 입자가 알킬기를 포함하는 표면 처리제로 표면 처리되어 있는 경우에는, 알킬기를 갖는 유기 분산매를 선택하는 것이 바람직하다. 이와 같은 300℃ 이상의 비점을 갖는 유기 분산매로서는, 아이소보닐사이클로헥산올(MTPH, 일본 터펜사제), 스테아르산 뷰틸, 엑세팔 BS(가오사제), 스테아르산 스테아릴, 엑세팔 SS(가오사제), 스테아르산 2-에틸헥실, 엑세팔 EH-S(가오사제), 스테아르산 아이소트라이데실, 엑세팔 TD-S(가오사제), 아이소옥타데칸올, 파인옥소콜 180(닛산 가가쿠사제), 파인옥소콜 180 T(닛산 가가쿠사제), 2-헥실데칸올, 파인옥소콜 1600(닛산 가가쿠사제), 트라이뷰티린, 테트라에틸렌글라이콜, 헵타데케인, 옥타데케인, 노나데케인, 에이코세인, 헤네이코세인, 도코세인, 메틸헵타데케인, 트라이데실사이클로헥세인, 테트라데실사이클로헥세인, 펜타데실사이클로헥세인, 헥사데실사이클로헥세인, 운데실벤젠, 도데실벤젠, 테트라데실벤젠, 트라이데실벤젠, 펜타데실벤젠, 헥사데실벤젠, 헵타데실벤젠, 노닐나프탈렌, 다이페닐프로페인, 옥테인산 옥틸, 미리스트산 메틸, 미리스트산 에틸, 리놀레산 메틸, 스테아르산 메틸, 트라이에틸렌글라이콜비스(2-에틸헥세인산), 시트르산 트라이뷰틸, 펜틸페놀, 세바스산다이뷰틸, 올레일알코올, 세틸알코올, 메톡시펜에틸알코올, 벤질페놀, 헥사데케인나이트릴, 헵타데케인나이트릴, 벤조산 벤질, 신메틸린 등을 들 수 있다. 300℃ 이상의 비점을 갖는 유기 분산매는 1종을 단독으로, 또는, 복수 종을 조합하여 이용할 수 있다.
300℃ 이상의 비점을 갖는 유기 분산매로서는, 비점이 310℃ 이상의 유기 분산매가 보다 바람직하다. 이와 같은 비점을 갖는 분산매는 소성 온도인 150℃~300℃까지 필러 전구체 중에 잔존하고, 밀착성 및 가요성을 유지하는 것에 기여한다. 한편, 300℃ 이상의 비점을 갖는 유기 분산매로서는, 비점이 450℃ 이하의 유기 분산매가 바람직하고, 비점이 400℃ 이하의 유기 분산매가 보다 바람직하다. 유기 분산매는 비점 이하의 온도이더라도 그 증기압에 의하여 휘발되어 제거되지만, 비점이 450℃ 이하의 유기 분산매를 이용하는 경우, 소결 온도인 150℃~300℃에서 휘발 속도가 과도하게 늦어지는 경우가 없고, 잔존 분산매에 의한 소결 저해가 발생하기 어렵다.
300℃ 이상의 비점을 갖는 유기 분산매의 함유량은, 구리 페이스트의 인쇄성을 향상시키는 관점, 및, 소결 시의 필러의 균열 및 박리를 억제하는 관점에서, 유기 분산매의 전체 질량을 기준으로 하여, 50~100질량%, 55~95질량% 또는 60~90질량%여도 된다.
유기 분산매의 함유량은, 구리 페이스트를 보다 적절한 점도로 조정하는 관점에서, 구리 페이스트의 전체 질량을 기준으로 하여, 1질량% 이상, 5질량% 이상, 10질량% 이상 또는 15질량% 이상이어도 된다. 유기 분산매의 함유량은, 구리 입자의 소결성이 보다 향상되는 관점에서, 구리 페이스트의 전체 질량을 기준으로 하여, 70질량% 이하, 65질량% 이하, 또는 60질량% 이하, 50질량% 이하, 20질량% 이하 또는 10질량% 이하여도 된다. 이들의 관점에서, 유기 분산매의 함유량은, 구리 페이스트의 전체 질량을 기준으로 하여, 1~70질량%, 5~70질량%, 5~65질량%, 10~60질량%, 15~50질량%, 1~20질량% 또는 1~10질량%여도 된다.
구리 페이스트에 포함되는 유기 분산매의 종류는, 예를 들면, 고온 탈리 가스의 가스 크로마토그래프-질량 분석법, 및 TOF-SIMS로 분석할 수 있다. 그 외의 분석 방법으로서는, 원심 분리에 의하여 입자 성분을 분리하여 얻어지는 상등액을 통상의 유기 분석, 예를 들면, FT-IR, NMR, 액체 크로마토그래프 및 이들의 조합으로 동정(同定)해도 된다. 유기 분산매의 종류의 비율은, 액체 크로마토그래프, NMR 등으로 정량할 수 있다.
(그 외의 성분)
구리 페이스트는, 구리 입자 및 유기 분산매 이외의 성분을 더 포함하고 있어도 된다. 구리 입자 및 유기 분산매 이외의 성분으로서는, 예를 들면, 구리 입자 이외의 금속 입자, 열분해성 수지 등의 가요성 부여 성분, 충전재, 분산제, 플럭스 등을 들 수 있다.
구리 페이스트의 점도는, 필러 전구체를 형성하기 위한 인쇄·도포 수법에 적합한 점도여도 된다. 후술하는 각종 인쇄 방법에 의하여 필러 전구체를 형성하는 것이 용이해지는 관점에서는, 구리 페이스트의 25℃에 있어서의 점도는, 50Pa·s 이상 2000Pa·s 이하여도 되고, 100Pa·s 이상 1750Pa·s 이하여도 되며, 200Pa·s 이상 1500Pa·s 이하여도 된다. 또한, 구리 페이스트의 점도는, E형 점도계에 의하여 25℃에서 회전수 0.5rpm의 조건으로 측정되는 값을 의미한다. E형 점도계로서는, 예를 들면 도키 산교 주식회사제, 제품명: VISCOMETER-TV33형 점도계를 이용할 수 있다. 콘 로터의 측정용 지그로서, 예를 들면, 3°×R14, SPP를 적용할 수 있다.
구리 페이스트의 틱소트로피 인덱스(이하, "TI값"이라고도 한다.)는, 2.0 이상 20 이하여도 되고, 3.0 이상 15 이하여도 되며, 4.0 이상 10 이하여도 된다. 구리 페이스트의 TI값이 이 범위 내에 있으면, 전단력에 의하여 구리 페이스트가 저점도화하기 때문에, 인쇄 전에 수작업 또는 교반 장치(예를 들면, 자전 공전형 교반 장치(Planetary Vacuum Mixer ARV-310, 주식회사 싱키제) 등)에 의하여 구리 페이스트를 교반함으로써 인쇄하기 쉬워지고, 또, 구리 페이스트가 접합 부재에 부착된 후는 정치에 의하여 점도가 회복되기 때문에, 인쇄물의 과도한 젖음 확산을 억제할 수 있다. 또한, 구리 페이스트의 TI값은, E형 점도계에 의하여 25℃에서 회전수 0.5rpm의 조건으로 측정되는 점도를 μ0.5로 하고, E형 점도계에 의하여 25℃에서 회전수 5rpm의 조건으로 측정되는 점도를 μ5로 했을 때에, 차식으로 산출되는 값이다.
TI값=μ0.5/5
<구리 페이스트의 조제 방법>
상기 실시형태의 구리 페이스트는, 제1 서브 마이크로 구리 입자, 제2 서브 마이크로 구리 입자, 구상 마이크로 구리 입자, 유기 분산매, 및, 필요에 따라 배합되는 임의 성분(가요성 부여 성분 등)을 혼합하여 조제할 수 있다. 구리 페이스트는, 이들의 성분을 동시에 혼합함으로써 조제해도 되고, 복수 회로 나누어 혼합함으로써 조제해도 된다. 예를 들면, 유기 분산매와 제1 서브 마이크로 구리 입자와 임의 성분을 혼합하여 중간체 슬러리를 조제한 후, 중간체 슬러리와, 제2 서브 마이크로 구리 입자와, 구상 마이크로 구리 입자와, 유기 분산매와, 임의 성분을 혼합하여 구리 페이스트를 조제해도 된다. 혼합 시에는, 분산 처리를 행해도 된다. 또, 각 성분의 혼합 후에, 교반 처리를 행해도 된다.
분산 처리는, 분산기 또는 교반기를 이용하여 행할 수 있다. 예를 들면, 이시카와식 교반기, 실버슨 교반기, 캐비테이션 교반기, 자전 공전형 교반 장치, 초박막 고속 회전식 분산기, 초음파 분산기, 뇌궤기, 2축 혼련기, 비즈밀, 볼 밀, 3롤밀, 호모믹서, 플래니터리 믹서, 초고압형 분산기, 박층 전단 분산기 등을 들 수 있다.
교반 처리는, 교반기를 이용하여 행할 수 있다. 예를 들면, 이시카와식 교반기, 자전 공전형 교반 장치, 뇌궤기, 2축 혼련기, 3롤밀, 플래니터리 믹서 등을 들 수 있다.
본 조제 방법에서는, 분급 조작을 함으로써 응집물을 제거해도 된다. 또, 분급 조작에 의하여 구리 입자의 최대 입경을 조정해도 된다. 분급 조작은, 예를 들면, 여과, 자연 침강, 원심 분리 등을 이용하여 행할 수 있다. 여과용의 필터로서는, 예를 들면, 얼레빗, 금속 메시, 메탈 필터, 나일론 메시 등을 들 수 있다.
<접합체>
상기 실시형태의 구리 페이스트를 이용하여 제조되는 접합체 및 당해 접합체의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 1은, 일 실시형태의 접합체를 나타내는 모식 단면도이다. 도 1에 나타내는 접합체(10)는, 제1 부재(1)와, 제2 부재(2)와, 제1 부재(1) 및 제2 부재(2)를 접합하는 소결 구리 필러(3)를 구비한다. 소결 구리 필러(3)는, 상기 실시형태의 구리 페이스트의 소결체로 이루어진다.
소결 구리 필러의 하면 및 상면은 각각, 제1 부재와의 접합면 및 제2 부재와의 접합면을 이루고 있고, 금속 결합에 의하여 양자가 결합되어 있다. 이와 같은 금속 결합이 형성되어 있음으로써, 접합체는 낮은 전기 저항이고 또한 강고하게 접합된 것이 될 수 있다.
제1 부재(1) 및 제2 부재(2)로서는, 액티브 또는 수동적인 전자 디바이스, 전자 디바이스를 탑재하는 배선판, 전자 디바이스와 전자 디바이스 상에 마련된 재배선층을 갖는 패키지 등을 들 수 있다.
전자 디바이스로서는, 코일, 콘덴서, SAW 필터, 파워 IC, 로직 칩, 메모리 칩, 센서, 압전 소자, 트랜지스터, 다이오드 등을 들 수 있다.
배선판으로서는, 실장 기판, 구리 리드 프레임 등의 리드 프레임, 세라믹스 기판, MID(Molded Interconnect Device, 성형 회로 부품) 등의 인쇄 금속 배선을 갖는 수지 성형품, 재배선층을 갖는 패키지 등을 들 수 있다.
제1 부재(1) 및 제2 부재(2)는, 일방이 액티브 또는 수동적인 전자 디바이스이며, 타방이 전자 디바이스를 탑재하는 배선판이어도 된다. 이 경우, 신뢰성이 우수한 전자 디바이스 실장이 가능해진다.
또, 제1 부재(1) 및 제2 부재(2)의 양방이, 전자 디바이스와 전자 디바이스 상에 마련된 재배선층을 갖는 패키지여도 된다. 이 경우, 신뢰성이 우수한 패키지 온 패키지 실장이 가능해진다.
제1 부재(1) 및/또는 제2 부재(2)는, 소결 구리 필러(3)와의 접합면에, 구리, 니켈, 은, 백금, 금 및 팔라듐으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하고 있어도 된다. 구체적으로는, 예를 들면, 제1 부재(1) 및/또는 제2 부재(2) 상에, 구리, 니켈, 은, 백금, 금 및 팔라듐으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 금속막 또는 소결 금속층이 마련되어도 된다. 접합면이 이들의 금속을 포함하는 경우, 수소, 폼산 등의 환원성 가스 분위기하, 300℃ 이하의 소결 온도에서, 표면의 산화 피막을 환원 제거하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 접합체(10)는, 부재의 노출된 금속면과 소결 구리 필러의 금속 결합에 의하여 높은 접합 강도를 가질 수 있다.
소결 구리 필러(3)는, 구리의 함유량이, 소결 구리 필러를 구성하는 성분(단, 탄소, 산소, 및 질소를 제외한다)의 합계 질량을 기준으로 하여, 96질량% 이상인 것이 바람직하고, 96.5질량% 이상인 것이 보다 바람직하며, 97질량% 이상인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기의 탄소, 산소, 및 질소는, 실장에 의한 언더필의 충전 또는 밀봉재의 충전에 의하여 비작위적으로 소결 구리 필러 중에 포함되는 경우가 있는 성분이다.
구리의 함유량이 상기 범위인 소결 구리 필러는, 상술한 구리 페이스트의 인쇄 및 소결에 의하여 용이하게 형성할 수 있다. 또, 소결 구리 필러에 있어서의 구리의 함유량이 상기 범위이면, 접합 강도의 확보 및 일렉트로 마이그레이션의 억제의 점에서 유리해진다. 또, 접합면이 구리를 포함하는 경우에는, 동종 금속에 의한 접합이 되기 때문에, 커켄달 보이드의 발생을 억제하는 것이 용이해지고, 접속 신뢰성이 한층 우수한 접합체가 될 수 있다.
소결 구리 필러(3)는, 열전도율 및 전기 전도율의 관점에서, 소결 구리 필러(3)에서 차지하는 구리의 체적 비율이 50체적% 이상인 것이 바람직하고, 60체적% 이상인 것이 보다 바람직하며, 70체적% 이상인 것이 더 바람직하다. 소결 구리 필러(3)에서 차지하는 구리의 체적 비율이 클수록 소결 구리 필러(3)의 열전도율 및 전기 전도율은 높아진다. 소결 구리 필러(3)에서 차지하는 구리의 체적 비율은, 소결 구리 필러의 단면의 SEM상으로부터 구할 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 소결 구리 필러의 구리 이외의 부분은 공공(空孔)(보이드)으로서 표현한다. 공공 내에 충전재 또는 언더필 등의 수지 성분이 포함되어 있는 경우에는 당해 성분의 체적도 공공의 체적으로서 포함한다.
소결 구리 필러(3)의 높이(H)는, 5~200μm여도 되고, 10~150μm여도 되며, 20~100μm여도 된다. 여기에서, 소결 구리 필러(3)의 높이란, 소결 구리 필러(3)에 있어서의 제1 부재(1)와의 접합면과 제2 부재(2)의 접합면의 최단 거리를 말한다.
소결 구리 필러(3)의 폭(직경)(W)은, 10~500μm여도 되고, 25~300μm여도 되며, 50~150μm여도 된다. 여기에서, 소결 구리 필러(3)의 폭(직경)이란, 소결 구리 필러(3)의 높이 방향(필러가 뻗는 방향)에 수직인 단면의 최소 직경을 말한다. 접합 후의 열 응력을 저감시키는 관점에서는, 소결 구리 필러(3)의 폭(직경)(W)은, 100~200μm여도 되고, 125μm~175μm여도 되며, 140~160μm여도 된다.
소결 구리 필러(3)는, 상기 높이(H)와 상기 폭(W)의 비(H/W)("소결 구리 필러의 단면 애스펙트비"라고 하는 경우도 있다)가 0.01~4.0이어도 되고, 0.1~2.5여도 되며, 0.15~2.0이어도 된다.
상기 높이(H) 및 상기 폭(W)은, 소결 구리 필러의 단면의 SEM상으로부터 구할 수 있다.
소결 구리 필러(3)와 제1 부재 및/또는 제2 부재의 계면에 있어서의 전단 강도(소결 구리 필러(3)의 접합면과 제1 부재 및/또는 제2 부재의 접합면의 사이의 전단 강도)는, 4MPa 이상으로 할 수 있고, 10MPa 이상이어도 되며, 20MPa 이상이어도 된다. 이때, 제1 부재 및/또는 제2 부재의 접합면은 상술한 금속을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 부재 및/또는 제2 부재의 접합면은, 상술한 금속을 포함하는 금속층의 표면이어도 된다.
전단 강도는, 예를 들면 본딩 강도 시험 장치를 이용하고, 장치의 툴에 의하여 소결 구리 필러를 수평 방향으로 일정 속도로 누르며, 소결 구리 필러와 부재의 접합면이 벗겨졌을 때의 최대 강도를 필러의 단면적으로 나눔으로써 산출할 수 있다.
이상 설명한 접합체(10)의 제조 방법은, 제1 부재(1) 상에, 상기 구리 페이스트를 필러상으로 성형한 후, 제2 부재(2)를 탑재하고, 제1 부재(1)와 제2 부재(2)의 사이에 필러 전구체를 마련하는 공정(이하, "제1 공정"이라고도 한다.)과, 필러 전구체를 소결함으로써 소결 구리 필러(3)를 형성하는 공정(이하, "제2 공정"이라고도 한다.)을 구비한다. 이하, 도 2 및 도 3을 이용하여 상세하게 설명한다.
(제1 공정)
제1 공정에서는, 먼저, 예를 들면 도 2에 나타내는 바와 같이, 제1 부재(1) 상에, 구리 페이스트(3a)를 인쇄 등에 의하여 필러상으로 성형한다.
구리 페이스트의 인쇄 방법으로서는, 예를 들면, 스크린 인쇄, 전사 인쇄, 오프셋 인쇄, 제트 프린팅법, 디스펜서, 제트 디스펜서, 니들 디스펜서, 콤마 코터, 슬릿 코터, 다이 코터, 그라비어 코터, 슬릿 코트, 볼록판 인쇄, 오목판 인쇄, 그라비어 인쇄, 스텐실 인쇄, 소프트 리소그래프, 바 코트, 애플리케이터, 입자 퇴적법, 스프레이 코터, 스핀 코터, 딥 코터, 전착 도장 등을 이용할 수 있다.
제1 공정에서는, 제조 공정이 간이한, 형상의 안정성이 유지되기 쉬운, 및 후막 인쇄가 하기 쉬운 등의 관점에서, 구리 페이스트를 스크린 인쇄 또는 스텐실 인쇄에 의하여 필러상으로 성형하는 것이 바람직하다. 스크린 인쇄 및 스텐실 인쇄에서는, 예를 들면, 먼저, 제1 부재(1) 상에 메탈 마스크(4)를 배치한다(도 2의 (a)). 이어서, 제1 부재(1) 및 메탈 마스크(4) 상에 구리 페이스트(3a)를 배치한다(도 2의 (b)). 이어서, 스퀴지(5)를 이용하여 구리 페이스트(3a)를 연장하고, 메탈 마스크(4)의 구멍 부분에 구리 페이스트(3a)를 충전한다(도 2의 (c)). 이와 같이 하여, 제1 부재(1) 상에, 필러상으로 성형된 구리 페이스트(3b)를 형성한다(도 3의 (a)).
스크린 인쇄 또는 스텐실 인쇄에 이용하는 메탈 마스크의 바이어 직경은, 30μm 이상 200μm 이하여도 되고, 50μm 이상 100μm 이하여도 된다. 구멍의 배치는, 격자모양이어도 된다. 피치 간격은, 1μm 이상 500μm 이하여도 된다. 스퀴지 각도는, 10° 이상 90° 이하여도 되고, 45° 이상 70° 이하여도 된다.
인쇄 높이(H1)는, 5μm 이상 500μm 이하여도 되고, 10μm 이상 200μm 이하여도 된다. 또, 인쇄 후의 필러 단부로부터의 젖음 확산(W1)은, 100μm 이하 또는 50μm 이하여도 된다.
다음으로, 예를 들면 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 부재 상(필러상으로 형성된 구리 페이스트(3b) 상)에 제2 부재(2)를 탑재하고, 제1 부재(1)와 제2 부재(2)의 사이에 필러 전구체(3c)를 마련한다. 구체적으로는, 예를 들면, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 필러상으로 형성된 구리 페이스트(3b) 상으로부터, 제2 부재(2)를 압입함으로써, 제2 부재(2)를 제1 부재 상에 탑재한다. 이렇게 하여, 제1 부재(1) 및 제2 부재(2)의 사이에 필러 전구체(3c)가 마련된다.
제2 부재(2)의 탑재의 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 제1 부재(1) 및 제2 부재(2)가 마이크로 디바이스 및 기판인 경우, 예를 들면, 칩 마운터, 플립 칩 본더, 카본제 또는 세라믹스제의 위치 결정 지그를 이용하는 방법이어도 된다.
제2 부재(2)를 탑재했을 때의 압입 깊이(H1-H2)는, 필러상으로 성형된 구리 페이스트의 최상부로부터 500μm 이하여도 되고, 100μm 이하여도 되며, 50μm 이하여도 된다. H2는, 형성되는 소결 구리 필러 혹은 필러 전구체의 높이를 고려하여 설정된다.
(제2 공정)
제2 공정에서는, 제1 부재(1) 및 제2 부재(2)의 사이에 배치된 필러 전구체(3c)를 소결한다. 이로써, 소결 구리 필러(3)가 형성됨과 함께, 제1 부재(1)와 제2 부재(2)가 소결 구리 필러(3)에 의하여 접합되어, 도 3의 (c)에 나타내는 접합체(10)가 얻어진다.
필러 전구체(3c)는, 소결 시의 유동 및 보이드의 발생을 억제하는 관점에서, 적절히 건조시켜도 된다. 건조 시의 가스 분위기는 대기 중이어도 되고, 질소, 희가스 등의 무산소 분위기 중이어도 되며, 수소, 폼산 등의 환원성 가스 분위기 중이어도 된다. 건조 방법은, 상온 방치에 의한 건조여도 되고, 가열 건조여도 되며, 감압 건조여도 된다. 가열 건조 또는 감압 건조에는, 예를 들면, 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, 열판 프레스 장치 등을 이용할 수 있다. 건조의 온도 및 시간은, 사용한 유기 분산매 및 가요성 부여 성분의 종류 및 양에 맞추어 적절히 조정해도 된다. 건조의 온도 및 시간으로서는, 예를 들면, 50℃ 이상 180℃ 이하에서 30초 이상 120분간 이하로 할 수 있다.
필러 전구체(3c)의 소결은, 가열 처리함으로써 행할 수 있다. 가열 처리에는, 예를 들면, 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. 필러 전구체(3c)의 소결은, 무가압으로 실시해도 된다.
소결 시의 가스 분위기는, 필러 전구체(3c)에 포함되는 구리 입자나 피착면의 표면 산화물을 제거한다는 관점에서, 환원성 가스 분위기여도 된다. 환원성 가스 분위기로서는, 예를 들면, 순수소 가스 분위기, 포밍 가스로 대표되는 수소 및 질소의 혼합 가스 분위기, 폼산 가스를 포함하는 질소 분위기, 수소 및 희가스의 혼합 가스 분위기, 폼산 가스를 포함하는 희가스 분위기 등을 들 수 있다.
필러 전구체(3c)의 직경이 작은 경우(특히 200μm 이하의 경우), 폼산이 필러 전구체(3c)의 내부까지 들어가기 때문에 구리 입자를 환원시키기 쉬워지고, 폼산 가스를 포함하는 환원성 가스 분위기에서 구리 입자를 충분히 소결시킬 수 있다. 이 경우, 폼산 리플로 노를 사용하여 소결하는 것이 가능해져, 효율적으로 소결의 정도를 향상시킬 수 있다.
가열 처리 시의 도달 최고 온도는, 소결을 충분히 진행하고 또한 마이크로 디바이스 및 기판 등의 부재에 대한 열 대미지의 저감 및 수율을 향상시킨다는 관점에서, 150℃ 이상 300℃ 이하여도 되고, 170℃ 이상 250℃ 이하여도 되며, 200℃ 이상 250℃ 이하여도 된다. 도달 최고 온도가, 150℃ 이상이면, 도달 최고 온도 유지 시간이 60분간 이하에 있어서도 소결이 충분히 진행되는 경향이 있다. 도달 최고 온도는, 단시간에 소결을 충분히 진행시키면서, 소결 구리 필러와 접합 부재의 계면에 있어서의 박리를 보다 한층 저감시킬 수 있는 관점에서는, 180℃ 이상 250℃ 이하여도 되고, 190℃ 이상 225℃ 이하여도 된다.
도달 최고 온도 유지 시간은, 유기 분산매 및 가요성 부여 성분을 충분히 제거할 수 있고, 소결을 충분히 진행할 수 있으며, 또, 수율을 향상시킨다는 관점에서, 1분간 이상 60분간 이하여도 되고, 1분간 이상 40분간 미만이어도 되며, 1분간 이상 30분간 미만이어도 된다. 도달 최고 온도를 180℃ 이상 250℃ 이하 또는 190℃ 이상 225℃ 이하로 하는 경우에는, 소결을 충분히 진행시키면서, 소결 구리 필러와 접합 부재의 계면에 있어서의 박리를 보다 한층 저감시킬 수 있는 관점에서, 도달 최고 온도 유지 시간을 40분간 이상 80분간 이하로 하는 것이 바람직하고, 50분간 이상 70분간 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
도달 최고 온도까지의 승온 시간은, 접합 부재의 열 이력에 기인하는 열 응력을 억제하고, 소결 구리 필러와 접합 부재의 계면에 있어서의 박리를 보다 한층 저감시키는 관점에서는, 10분간 이하, 7분간 이하 또는 5분간 이하여도 된다. 도달 최고 온도까지의 승온 시간은, 분산매를 필러로부터 충분히 제거하는 관점에서, 1분간 이상이어도 된다.
이상, 일 실시형태의 접합체 및 그 제조 방법에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않는다.
예를 들면, 접합체의 제조 방법은, 소결 구리 필러의 주위에 수지를 충전하는 공정을 더 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제1 부재(1)와 제2 부재(2)의 사이에 밀봉재(6)가 마련된 접합체(20)가 얻어진다.
밀봉재로서는, 접합 부위를 열, 습기 및 충격으로부터 보호하고, 접속 신뢰성을 한층 향상시키는 관점에서, 컴프레션 몰드용 밀봉재, 액형 밀봉재, 트랜스퍼 몰드 밀봉재, 언더필용 밀봉재 등을 이용할 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의하여, 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<재료의 준비>
본 실험예에서 이용한 재료를 이하에 나타낸다.
[구리 입자]
·CH-0200(상품명, 미츠이 긴조쿠 고교 주식회사제, 형상: 구상, 체적 평균 입경(D50 입경): 0.26μm, 비표면적: 4.1m2/g, 애스펙트비: 2 미만, 표면 처리제: 도데케인산)
·CT-500(상품명, 미츠이 긴조쿠 고교 주식회사제, 형상: 플레이크상, 체적 평균 입경(D50 입경): 0.51μm, 비표면적: 3.4m2/g, 애스펙트비: 3 이상
·MAC-025KFD(상품명, 후쿠다 긴조쿠하쿠훈 고교 주식회사제, 형상: 플레이크상, 체적 평균 입경(D50 입경): 5.90μm, 비표면적: 0.73m2/g, 애스펙트비: 3 이상)
·MAC-025K(상품명, 후쿠다 긴조쿠하쿠훈 고교 주식회사제, 형상: 구상, 체적 평균 입경(D50 입경): 2.65μm, 비표면적: 0.46m2/g, 애스펙트비: 2 미만)
[유기 분산매]
·옥테인산 옥틸(SAFC제)
·스테아르산 2-에틸헥실(가오 주식회사제, 상품명: EH-S)
[접합 부재]
·Cu판(C1020, 사이즈: 19mm×25mm, 두께: 3mm)
·Si칩(접합면: Cu, 사이즈: 3mm×3mm, 두께: 150μm)
<실험예 1~7>
(구리 페이스트의 조제)
유기 분산매 14.1g(옥테인산 옥틸:스테아르산 2-에틸헥실=3:7)과 CH-0200 143g을 플라스틱 용기에 넣고, 자전 공전형 교반 장치(Planetary Vacuum Mixer ARV-310, 주식회사 싱키제)를 이용하여 교반했다. 구체적으로는, 상압하 1000회전/분으로 4분간 교반한 후, 감압하 2000회전/분으로 1분간의 교반을 5회 행하고, 추가로 상압하 1000회전/분으로 1분간 교반했다. 이어서, 얻어진 혼합물을 디스크형 분산 장치(디스퍼라이저 CDMX-150 TH, 신토 고교제 주식회사제)를 이용하여 12000회전/분으로 처리하고, 중간체 슬러리를 제작했다.
다음으로, 상기 중간체 슬러리와, 표 1에 나타내는 CH-0200 이외의 구리 입자와, 유기 분산매(옥테인산 옥틸:스테아르산 2-에틸헥실=3:7(질량비))를 유발(乳鉢)에 더하여 10분간 혼련한 후, 자전 공전형 교반 장치를 이용하여 상압하 2000회전/분으로 1분간 교반하여 실험예 1~7의 구리 페이스트(구리 페이스트 1~7)를 각각 조제했다. 또한, 구리 입자의 배합량은, 구리 페이스트 중의 구리 입자의 전체 질량을 기준으로 하는 함유량이 표 1에 나타내는 값이 되도록 조정했다. 또, 유기 분산매의 배합량은, 구리 페이스트 중의 구리 입자의 전체 질량이 92질량%가 되도록 조정했다.
[표 1]
[접합체의 제작]
실험예 1~7의 구리 페이스트(구리 페이스트 1~7)를 각각 이용하여 실험예 1~7의 접합체(접합체 1~7)를 제작했다. 구체적으로는, 먼저, Cu판 상에 원형의 개구를 갖는 스테인리스제의 메탈 마스크(두께: 70μm)를 올렸다. 다음으로, 메탈 스퀴지를 이용한 스텐실 인쇄에 의하여, 상기 Cu판 상에 구리 페이스트를 도포했다. 메탈 마스크의 개구 직경은 150μm이며, 개구의 피치는 500μm였다. 이로써, Cu판 상에 필러 전구체(필러상의 구리 페이스트)를 형성했다.
다음으로, 플립 칩 본더(T-3000-FC-3, Dr.Tresky사제)를 사용하여, Cu판 상(필러 전구체 위)에 Si칩을 마운트했다. 계속해서, 소결 접합로(신코 세이키 주식회사제)로 가열 처리함으로써, 필러 전구체를 소결시켜 소결 구리 필러를 형성하고, 이로써 소결 구리 필러를 개재하여 Cu판과 Si칩을 접합했다. 소결 시의 가스 분위기는 폼산 분위기로 했다. 소결 조건은, 실험예 1~3에서는, 최고 도달 온도를 225℃, 최고 도달 온도에서의 유지 시간을 1시간, 최고 도달 온도까지의 승온 시간을 20분간으로 하고, 실험예 4~7에서는, 최고 도달 온도를 200℃, 최고 도달 온도에서의 유지 시간을 1시간, 최고 도달 온도까지의 승온 시간을 5분간으로 했다.
[접합체의 평가: 단면 모폴로지 관찰]
접합체를 컵 내에 샘플 클립(Samplklip I, Buehler사제)으로 고정하고, 주위에 에폭시 주형 수지(에포마운트, 리파인텍 주식회사제)를 접합체가 메워질 때까지 흘려 넣으며, 진공 데시케이터 내에 정치하고, 1분간 감압하여 탈포했다. 그 후, 실온(25℃)하 10시간 방치하여 에폭시 주형 수지를 경화시켰다. 다음으로, 다이아몬드 절단 휠(11-304, 리파인텍 주식회사제)을 붙인 리파인·소·엑셀(RCB-961, 리파인텍 주식회사제)을 이용하여, 주형한 샘플을, 관찰하고 싶은 단면 부근에서 절단했다. 다음으로, 내수 연마지(카보맥 페이퍼, 리파인텍 주식회사제)를 붙인 연마 장치(Refine Polisher Hv, 리파인텍 주식회사제)로 단면을 절삭하고, Cu판 및 Si칩에 크랙이 없는 단면을 얻었다. 다음으로, 여분의 주형 수지를 절삭하고 크로스 섹션 폴리셔(CP) 가공기에 설치 가능한 사이즈로 마무리했다. 다음으로, 상기 방법으로 절삭 가공한 샘플에 대하여, CP 가공기(IM4000, 주식회사 히타치 세이사쿠쇼제)로 가속 전압 6kV, 아르곤 가스 유량 0.07~0.1cm3/분, 처리 시간 20분간의 조건으로 플랫 밀링 처리를 행했다. 다음으로, 스퍼터 장치(ION SPUTTER, 주식회사 히타치 하이테크놀로지제)를 이용하여, 백금을 10nm의 두께의 백금막이 얻어지도록 스퍼터링하여 SEM 관찰용의 샘플을 얻었다. 다음으로, SEM 장치(ESEM XL30, Philips제)에 의하여, SEM 관찰용의 샘플의 백금막이 형성되어 있는 면(접합체의 단면)을 각종 배율로 관찰했다. 이때, 인가 전압은 10kV로 했다. 접합체 1~7의 단면 SEM 화상을 도 5~도 7에 나타낸다. 도 5의 (a), (b) 및 (c)는 각각 접합체 1~3의 단면 SEM 화상(배율: 500배)이다. 도 6의 (a) 및 (b)는 접합체 3의 단면 SEM 화상(배율: 10,000(1만)배)이다. 도 7의 (a), (b), (c) 및 (d)는 각각 접합체 4~7의 단면 SEM 화상(배율: 500배)이다. 도 5~도 7에서는, Cu판을 31로 나타내고, Si칩을 32로 나타내며, 소결 구리 필러를 33으로 나타내고, MA-025KFD(플레이크상 마이크로 구리 입자)를 34로 나타내며, 박리 부분을 P로 나타내고, 보이드 부분을 V로 나타내며, 균열 부분을 C로 나타낸다.
도 5에 나타나는 바와 같이, 접합체 1 및 2에서는, Si칩과 소결 구리 필러의 계면에 박리가 관찰되고, 소결 구리 필러 중에 수평 방향의 균열이 관찰되었다. 이에 대하여, 접합체 3에서는, Si칩과 소결 구리 필러의 계면에 있어서의 박리는 관찰되지 않았다. 이것으로부터, 구리 페이스트 3은, 구리 페이스트 1 및 2에 비하여 접합성이 우수한 것이 확인되었다. 그러나, 접합체 3에서는, 도 5 및 도 6에 나타나는 바와 같이, 소결 구리 필러 중의 MA-025KFD의 근방에 1~10μm의 크기의 보이드가 관찰되었다. 보이드 발생의 원인은 MA-025KFD가 증가함으로써, 구리 페이스트 중의 구리 입자간의 간극이 증가하고, 간극을 메우는 구리 입자가 부족했기 때문이라고 추측된다.
도 7에 나타나는 바와 같이, 접합체 4~6에서는, 소결 구리 필러 중에 균열이 관찰되지 않았다. 이것은, CH-0200보다 사이즈가 큰 서브 마이크로 구리 입자인 CT-500을 이용함으로써, 과도한 소결의 진행이 억제되고, 소결 시의 체적 수축이 억제되었기 때문이라고 추측된다. 그러나, 접합체 4 및 5에서는, Si칩과 구리 필러의 계면에 박리가 관찰되고, 접합체 6에서는, 소결 구리 필러 중에 보이드가 관찰되었다. 한편, 접합체 7에서는, Si칩과 소결 구리 필러의 계면에 박리가 관찰되지 않고, 소결 구리 필러 중의 보이드 및 균열도 관찰되지 않았다. 이것은, 플레이크상 마이크로 구리 입자인 MA-025KFD 대신에 구상 마이크로 구리 입자인 MA-025K를 이용함으로써, 보다 치밀한 소결 구리 필러를 형성할 수 있었기 때문이라고 추측된다.
1…제1 부재
2…제2 부재
3, 33…소결 구리 필러
3a…구리 페이스트
4…메탈 마스크
5…스퀴지
10, 20…접합체
31…Cu판
32…Si칩
P…박리
V…보이드
C…균열

Claims (6)

  1. 구리 입자와 유기 분산매를 함유하는 소결 구리 필러 형성용 구리 페이스트로서,
    상기 구리 입자로서, 체적 평균 입경이 0.05~0.35μm인 제1 서브 마이크로 구리 입자와, 체적 평균 입경이 0.5~1.5μm인 제2 서브 마이크로 구리 입자와, 체적 평균 입경이 2~5μm인 구상 마이크로 구리 입자를 함유하고,
    상기 제1 서브 마이크로 구리 입자의 함유량이, 상기 구리 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 40~70질량%이며,
    상기 제2 서브 마이크로 구리 입자의 함유량이, 상기 구리 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 10~40질량%이고,
    상기 구상 마이크로 구리 입자의 함유량이, 상기 구리 입자의 전체 질량을 기준으로 하여, 15~45질량%인, 소결 구리 필러 형성용 구리 페이스트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 서브 마이크로 구리 입자가 구상이며, 상기 제2 서브 마이크로 구리 입자가 플레이크상인, 소결 구리 필러 형성용 구리 페이스트.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 서브 마이크로 구리 입자의 함유량과 상기 제2 서브 마이크로 구리 입자의 함유량의 합계에 대한, 상기 구상 마이크로 구리 입자의 함유량의 질량비가, 0.20~0.50인, 소결 구리 필러 형성용 구리 페이스트.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 서브 마이크로 구리 입자의 함유량에 대한 상기 제2 서브 마이크로 구리 입자의 함유량의 질량비가, 0.15~0.45인, 소결 구리 필러 형성용 구리 페이스트.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유기 분산매의 함유량이, 상기 구리 페이스트의 전체 질량을 기준으로 하여, 5~70질량%인, 소결 구리 필러 형성용 구리 페이스트.
  6. 제1 부재와, 제2 부재와, 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 접합하는 소결 구리 필러를 구비하는 접합체를 제조하는 방법으로서,
    상기 제1 부재 상에, 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 구리 페이스트를 필러상으로 성형한 후, 상기 제2 부재를 탑재하고, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 사이에 필러 전구체를 마련하는 공정과,
    상기 필러 전구체를 소결함으로써 상기 소결 구리 필러를 형성하는 공정을 구비하는 접합체의 제조 방법.
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