TW201718442A - 接合用銅糊、接合體的製造方法及半導體裝置的製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明的接合用銅糊含有金屬粒子及分散媒，金屬粒子含有體積平均粒徑為0.12 μm以上且0.8 μm以下的次微米銅粒子，以及最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比為4以上的片狀微米銅粒子，並且，以片狀微米銅粒子總量為基準，金屬粒子中所含的最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比小於2的微米銅粒子的含量為50質量%以下。

Description

接合用銅糊、接合體的製造方法及半導體裝置的製造方法

本發明是有關於一種接合用銅糊、使用其的接合體的製造方法及半導體裝置的製造方法以及接合體及半導體裝置。

於製造半導體裝置時，為了使半導體元件與引線框架等（支撐構件）接合而使用各種各樣的接合材。半導體裝置中，於以150℃以上的高溫進行動作的功率半導體、大規模積體電路（Large Scale Integrated circuit，LSI）等的接合時，亦一直使用高熔點鉛焊料作為接合材。近年來，因半導體元件的高容量化及省空間化而使動作溫度上昇至高熔點鉛焊料的熔點附近，變得難以確保連接可靠性。另一方面，伴隨著危害性物質限制指令（Restriction of Hazardous Substances，RoHS）管制強化，而尋求不含鉛的接合材。

迄今為止也在研究使用鉛焊料以外的材料的半導體元件的接合。例如，下述專利文獻1中提出有使銀奈米粒子低溫燒結而形成燒結銀層的技術。已知此種燒結銀對於功率循環的連接可靠性高（非專利文獻1）。

進而，作為其他材料，亦提出有使銅粒子燒結而形成燒結銅層的技術。例如，下述專利文獻2中，作為用以將半導體元件與電極接合的接合材而揭示有含有氧化二銅粒子及還原劑的接合用糊。另外，下述專利文獻3中揭示有含有銅奈米粒子以及銅微米粒子或銅次微米粒子、或者該兩者的接合材。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利第4928639號 [專利文獻2]日本專利第5006081號 [專利文獻3]日本專利特開2014-167145號公報 [非專利文獻]

[非專利文獻1] R. Khazaka, L. Mendizabal, D. Henry： 『電子材料期刊（J. ElecTron. Mater）』, 43(7), 2014, 2459-2466

[發明所欲解決之課題] 所述專利文獻1中記載的方法為了獲得高的連接可靠性而必須使燒結銀層緻密化，因此需要進行伴隨加壓的熱壓接製程。於進行伴隨加壓的熱壓接製程的情況下，存在生產效率下降、良率下降等課題。進而，於使用銀奈米粒子的情況下，銀所造成的材料成本顯著增加等成為問題。

所述專利文獻2中記載的方法藉由熱壓接製程而避免了自氧化銅還原為銅時的體積收縮。但是，熱壓接製程中存在所述課題。

所述專利文獻3中記載的方法是於不加壓的狀態下進行燒結，但就以下方面而言對於供至實際應用尚不充分。即，對於銅奈米粒子，為了抑制氧化及提高分散性而需要利用保護劑對表面進行修飾，但由於銅奈米粒子的比表面積大，因此存在如下傾向：於以銅奈米粒子為主成分的接合材中表面保護劑的調配量增加。另外，為了確保分散性而存在分散媒的調配量增加的傾向。因此，所述專利文獻3中記載的接合材為了保管、塗敷等的供給穩定性而使表面保護劑或分散媒的比例增多，存在燒結時的體積收縮容易變大，而且燒結後的緻密度容易下降的傾向，從而難以確保燒結體強度。

本發明的目的在於提供一種接合用銅糊，所述接合用銅糊即便於進行不加壓的接合的情況下亦可獲得充分的接合強度。進而，本發明的目的亦在於提供一種使用接合用銅糊的接合體的製造方法及半導體裝置的製造方法以及接合體及半導體裝置。 [解決課題之手段]

本發明提供一種接合用銅糊，其為含有金屬粒子及分散媒的接合用銅糊，金屬粒子含有體積平均粒徑為0.12 μm以上且0.8 μm以下的次微米銅粒子，以及最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比為4以上的片狀微米銅粒子，並且，以片狀微米銅粒子總量為基準，金屬粒子中所含的最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比小於2的微米銅粒子的含量為50質量%以下。

根據本發明的接合用銅糊，即便於進行不加壓的接合的情況下亦可獲得充分的接合強度。關於可獲得此種效果的理由，認為是：藉由含有所述特定的次微米銅粒子及所述特定的片狀微米銅粒子，並且限制縱橫比為2以下的微米銅粒子的含量，而使接合用銅糊內的片狀微米銅粒子容易相對於接合面而大致平行地配向，獲得充分的燒結性，並且能夠充分抑制燒結時的體積收縮，從而達成燒結體強度的確保及與被接著面的接合力的提高。另外，本發明的接合用銅糊可藉由次微米銅粒子及微米銅粒子來獲得所述效果，因此與以昂貴的銅奈米粒子為主成分的接合材相比，具有可更廉價且穩定地進行供給的優點。藉此，例如能夠於製造半導體裝置等的接合體時進一步提高生產穩定性。

本說明書中，所謂「片狀」包含板狀、鱗片狀等平板狀的形狀。本說明書中，所謂「縱橫比」是指粒子的長邊/厚度。

本發明的接合用銅糊可用於不加壓接合。本說明書中，所謂「不加壓」是指承受所要接合的構件的自身的重量，或者除了其自身的重量以外亦受到0.01 MPa以下的壓力的狀態。

本發明的接合用銅糊亦可為：以次微米銅粒子的質量及片狀微米銅粒子的質量的合計為基準，次微米銅粒子的含量為20質量%以上且90質量%以下，以金屬粒子的總質量為基準，片狀微米銅粒子的含量為1質量%以上且90質量%以下。若次微米銅粒子及片狀微米銅粒子為所述範圍內，則容易確保使接合用銅糊燒結而製造的接合體的接合強度，且在將接合用銅糊用於半導體元件的接合的情況下存在半導體裝置顯示出良好的晶片剪切強度（die shear strength）及連接可靠性的傾向。

本發明的接合用銅糊的金屬粒子可含有選自由鎳、銀、金、鈀、鉑所組成的群組中的至少一種金屬粒子。於接合用銅糊進而含有所述金屬粒子的情況下，可獲得固溶或分散有多種金屬的燒結體，因此燒結體的降伏應力（yield stress）、疲勞強度等機械特性得到改善，從而容易提高連接可靠性。

另外，本發明提供一種接合體的製造方法，其具備如下步驟：準備積層有第一構件並於該第一構件的自身的重量的作用方向側依次積層有所述接合用銅糊及第二構件的積層體，在承受第一構件的自身的重量、或者第一構件的自身的重量及0.01 MPa以下的壓力的狀態下，對接合用銅糊進行燒結。

根據本發明的接合體的製造方法，藉由使用所述接合用銅糊，可製造利用不加壓接合將構件彼此以充分的接合力接合而成的接合體。

另外，本發明提供一種半導體裝置的製造方法，其具備如下步驟：準備積層有第一構件並於該第一構件的自身的重量的作用方向側依次積層有所述接合用銅糊及第二構件的積層體，在承受第一構件的自身的重量、或者第一構件的自身的重量及0.01 MPa以下的壓力的狀態下，對接合用銅糊進行燒結，第一構件及第二構件的至少一者為半導體元件。

根據本發明的半導體裝置的製造方法，藉由使用所述接合用銅糊，可利用不加壓接合製造晶片剪切強度優異的半導體裝置。另外，藉由本發明的半導體裝置的製造方法所製造的半導體裝置可成為連接可靠性優異者。

另外，本發明提供一種接合體，其具備：第一構件、第二構件以及將第一構件與第二構件接合的所述接合用銅糊的燒結體。本發明的接合體的第一構件及第二構件經由具有充分的接合力的銅的燒結體而接合。另外，本發明的接合體藉由具備導熱係數優異的銅的燒結體而可成為構件的放熱性優異者。

所述接合體中，第一構件及第二構件的至少一者與燒結體相接的面中亦可含有選自由銅、鎳、銀、金及鈀所組成的群組中的至少一種金屬。該情況下，可進一步提高第一構件及第二構件的至少一者與燒結體的接著性。

另外，本發明提供一種半導體裝置，其具備：第一構件、第二構件以及將第一構件與第二構件接合的所述接合用銅糊的燒結體，第一構件及第二構件的至少一者為半導體元件。本發明的半導體裝置藉由具備具有充分的接合力、導熱係數及熔點高的銅的燒結體，可成為具有充分的晶片剪切強度、連接可靠性優異、並且功率循環耐性亦優異者。 [發明的效果]

根據本發明，可提供一種接合用銅糊，所述接合用銅糊即便於進行不加壓的接合的情況下亦可獲得充分的接合強度。進而，本發明可提供一種使用接合用銅糊的接合體的製造方法及半導體裝置的製造方法、以及接合體及半導體裝置。

以下，對用以實施本發明的形態（以下稱為「本實施形態」）進行詳細說明。本發明並不限定於以下的實施形態。

＜接合用銅糊＞ 本實施形態的接合用銅糊為含有金屬粒子及分散媒的接合用銅糊，金屬粒子含有次微米銅粒子及片狀微米銅粒子。

（金屬粒子） 作為本實施形態的金屬粒子，可列舉：次微米銅粒子、片狀微米銅粒子、該些以外的銅粒子、其他金屬粒子等。

（次微米銅粒子） 作為次微米銅粒子，可列舉含有粒徑為0.12 μm以上且0.8 μm以下的銅粒子者，例如可使用體積平均粒徑為0.12 μm以上且0.8 μm以下的銅粒子。若次微米銅粒子的體積平均粒徑為0.12 μm以上，則容易獲得次微米銅粒子的合成成本的抑制、良好的分散性、表面處理劑的使用量的抑制等效果。若次微米銅粒子的體積平均粒徑為0.8 μm以下，則容易獲得次微米銅粒子的燒結性優異的效果。就更進一步發揮所述效果的觀點而言，次微米銅粒子的體積平均粒徑亦可為0.15 μm以上且0.8 μm以下，亦可為0.15 μm以上且0.6 μm以下，亦可為0.2 μm以上且0.5 μm以下，亦可為0.3 μm以上且0.45 μm以下。

再者，本申請案說明書中所謂體積平均粒徑是指50%體積平均粒徑。在欲求出銅粒子的體積平均粒徑時，可藉由如下方法等求出：利用光散射法粒度分佈測定裝置（例如島津奈米粒子徑分佈測定裝置（SALD-7500奈米（nano），島津製作所股份有限公司製造）），對使用分散劑將成為原料的銅粒子、或自接合用銅糊中去除了揮發成分而成的乾燥銅粒子分散於分散媒中而成者進行測定。在使用光散射法粒度分佈測定裝置時，作為分散媒，可使用己烷、甲苯、α-萜品醇等。

次微米銅粒子可含有10質量%以上的粒徑為0.12 μm以上且0.8 μm以下的銅粒子。就接合用銅糊的燒結性的觀點而言，次微米銅粒子可含有20質量%以上的粒徑為0.12 μm以上且0.8 μm以下的銅粒子，可含有30質量%以上，可含有100質量%。若次微米銅粒子中的粒徑為0.12 μm以上且0.8 μm以下的銅粒子的含有比例為20質量%以上，則銅粒子的分散性進一步提高，從而可進一步抑制黏度的上昇、糊濃度的下降。

銅粒子的粒徑可藉由下述方法求出。銅粒子的粒徑例如可根據SEM圖像算出。利用刮勺（spatula）將銅粒子的粉末載置於SEM用的碳帶上，製成SEM用樣品。利用SEM裝置以5000倍來觀察該SEM用樣品。利用圖像處理軟體對外接該SEM圖像的銅粒子的四邊形進行繪圖，將其一邊設為所述粒子的粒徑。

以金屬粒子的總質量為基準，次微米銅粒子的含量可為20質量%以上且90質量%以下，亦可為30質量%以上且85質量%以下，亦可為35質量%以上且85質量%以下，亦可為40質量%以上且80質量%以下。若次微米銅粒子的含量為所述範圍內，則容易確保使接合用銅糊燒結而製造的接合體的接合強度，且在將接合用銅糊用於半導體元件的接合的情況下存在半導體裝置顯示出良好的晶片剪切強度及連接可靠性的傾向。

以次微米銅粒子的質量及片狀微米銅粒子的質量的合計為基準，次微米銅粒子的含量可為20質量%以上且90質量%以下。若次微米銅粒子的所述含量為20質量%以上，則可將片狀微米銅粒子之間充分地填充，容易確保使接合用銅糊燒結而製造的接合體的接合強度，且在將接合用銅糊用於半導體元件的接合的情況下存在半導體裝置顯示出良好的晶片剪切強度及連接可靠性的傾向。若次微米銅粒子的所述含量為90質量%以下，則可充分抑制將接合用銅糊燒結時的體積收縮，因此容易確保使接合用銅糊燒結而製造的接合體的接合強度，且在將接合用銅糊用於半導體元件的接合的情況下存在半導體裝置顯示出良好的晶片剪切強度及連接可靠性的傾向。就更進一步發揮所述效果的觀點而言，以次微米銅粒子的質量及片狀微米銅粒子的質量的合計為基準，次微米銅粒子的含量亦可為30質量%以上且85質量%以下，亦可為35質量%以上且85質量%以下，亦可為40質量%以上且80質量%以下。

次微米銅粒子的形狀並無特別限定。作為次微米銅粒子的形狀，例如可列舉：球狀、塊狀、針狀、片狀、大致球狀及該些的凝聚體。就分散性及填充性的觀點而言，次微米銅粒子的形狀可為球狀、大致球狀、片狀，就燃燒性、分散性、與片狀微米粒子的混合性等觀點而言，可為球狀或大致球狀。本說明書中，所謂「片狀」包含板狀、鱗片狀等平板狀的形狀。

就分散性、填充性及與片狀微米粒子的混合性的觀點而言，次微米銅粒子的縱橫比可為5以下，亦可為3以下。本說明書中，所謂「縱橫比」表示粒子的長邊/厚度。粒子的長邊及厚度的測定例如可根據粒子的SEM圖像求出。

次微米銅粒子可經特定的表面處理劑處理。作為特定的表面處理劑，例如可列舉碳數8～16的有機酸。作為碳數8～16的有機酸，例如可列舉：辛酸、甲基庚酸、乙基己酸、丙基戊酸、壬酸、甲基辛酸、乙基庚酸、丙基己酸、癸酸、甲基壬酸、乙基辛酸、丙基庚酸、丁基己酸、十一酸、甲基癸酸、乙基壬酸、丙基辛酸、丁基庚酸、月桂酸、甲基十一酸、乙基癸酸、丙基壬酸、丁基辛酸、戊基庚酸、十三酸、甲基十二酸、乙基十一酸、丙基癸酸、丁基壬酸、戊基辛酸、肉豆蔻酸、甲基十三酸、乙基十二酸、丙基十一酸、丁基癸酸、戊基壬酸、己基辛酸、十五酸、甲基十四酸、乙基十三酸、丙基十二酸、丁基十一酸、戊基癸酸、己基壬酸、棕櫚酸、甲基十五酸、乙基十四酸、丙基十三酸、丁基十二酸、戊基十一酸、己基癸酸、庚基壬酸、甲基環己烷羧酸、乙基環己烷羧酸、丙基環己烷羧酸、丁基環己烷羧酸、戊基環己烷羧酸、己基環己烷羧酸、庚基環己烷羧酸、辛基環己烷羧酸、壬基環己烷羧酸等飽和脂肪酸；辛烯酸、壬烯酸、甲基壬烯酸、癸烯酸、十一碳烯酸、十二碳烯酸、十三碳烯酸、十四碳烯酸、肉豆蔻油酸、十五碳烯酸、十六碳烯酸、棕櫚油酸、十六碳-6-烯酸（sapienic acid）等不飽和脂肪酸；對苯二甲酸、均苯四甲酸、隣苯氧基苯甲酸、甲基苯甲酸、乙基苯甲酸、丙基苯甲酸、丁基苯甲酸、戊基苯甲酸、己基苯甲酸、庚基苯甲酸、辛基苯甲酸、壬基苯甲酸等芳香族羧酸。有機酸可單獨使用一種，亦可將兩種以上組合使用。藉由將此種有機酸與所述次微米銅粒子加以組合，而存在可兼具次微米銅粒子的分散性與燒結時的有機酸的脫離性的傾向。

表面處理劑的處理量可為在次微米銅粒子的表面附著一分子層～三分子層的量。該量可根據附著於次微米銅粒子的表面的分子層數（n）、次微米銅粒子的比表面積（A_p ）（單位m² /g）、表面處理劑的分子量（M_s ）（單位g/mol）、表面處理劑的最小被覆面積（S_S ）（單位m² /個）以及亞佛加厥數（N_A ）（6.02×10²³ 個）而算出。具體而言，表面處理劑的處理量可依據表面處理劑的處理量（質量%）=｛（n·A_p ·M_s ）/（S_S ·N_A +n·A_p ·M_s ）｝×100%的式子而算出。

次微米銅粒子的比表面積可藉由利用布厄特（Brunauer, Emmitt and Teller，BET）比表面積測定法對經乾燥的次微米銅粒子進行測定來算出。於表面處理劑為直鏈飽和脂肪酸的情況下，表面處理劑的最小被覆面積為2.05×10^-19 m² /1分子。於除此以外的表面處理劑的情況下，例如可藉由根據分子模型的計算、或「化學與教育」（上江田捷博、稻福純夫、森嚴，40（2），1992，p114-117）中記載的方法來測定。示出表面處理劑的定量方法的一例。表面處理劑可藉由自接合用銅糊中去除了分散媒的乾燥粉的熱脫附氣體·氣相層析質量分析計來鑒定，藉此可決定表面處理劑的碳數及分子量。表面處理劑的含碳量比例可藉由含碳量分析來進行分析。作為含碳量分析法，例如可列舉高頻感應加熱爐燃燒/紅外線吸收法。可根據經鑒定的表面處理劑的碳數、分子量及含碳量比例藉由所述式來算出表面處理劑量。

表面處理劑的所述處理量可為0.07質量%以上且2.1質量%以下，亦可為0.10質量%以上且1.6質量%以下，亦可為0.2質量%以上且1.1質量%以下。

所述次微米銅粒子具有良好的燒結性，因此可減少於主要使用銅奈米粒子的接合材中出現的高昂的合成成本、並不良好的分散性、燒結後的體積收縮的下降等課題。

作為本實施形態的次微米銅粒子，可使用市售品。作為市售的次微米銅粒子，例如可列舉：CH-0200（三井金屬礦業股份有限公司製造，體積平均粒徑0.36 μm）、HT-14（三井金屬礦業股份有限公司製造，體積平均粒徑0.41 μm）、CT-500（三井金屬礦業股份有限公司製造，體積平均粒徑0.72 μm）、Tn-Cu100（太陽日酸股份有限公司製造，體積平均粒徑0.12 μm）。

（片狀微米銅粒子） 作為片狀微米銅粒子，可列舉含有最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比為4以上的銅粒子者，例如可使用平均最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比為4以上的銅粒子。若片狀微米銅粒子的平均最大直徑及縱橫比為所述範圍內，則可充分減少將接合用銅糊燒結時的體積收縮，容易確保使接合用銅糊燒結而製造的接合體的接合強度。在將接合用銅糊用於半導體元件的接合的情況下存在半導體裝置顯示出良好的晶片剪切強度及連接可靠性的傾向。就更進一步發揮所述效果的觀點而言，片狀微米銅粒子的平均最大直徑亦可為1 μm以上且10 μm以下，亦可為3 μm以上且10 μm以下。片狀微米銅粒子的最大直徑及平均最大直徑的測定例如可根據粒子的SEM圖像求出，且作為後述片狀微米銅粒子的長徑X及長徑的平均值Xav而求出。

片狀微米銅粒子可含有50質量%以上的最大直徑為1 μm以上且20 μm以下的銅粒子。就接合體內的配向、增強效果、接合糊的填充性的觀點而言，片狀微米銅粒子可含有70質量%以上的最大直徑為1 μm以上且20 μm以下的銅粒子，可含有80質量%以上，可含有100質量%。就抑制接合不良的觀點而言，片狀微米銅粒子例如較佳為不含最大直徑超過20 μm的粒子等超出接合厚度的尺寸的粒子。

片狀微米銅粒子的縱橫比可為4以上，亦可為6以上。若縱橫比為所述範圍內，則接合用銅糊內的片狀微米銅粒子相對於接合面而大致平行地配向，藉此可抑制使接合用銅糊燒結時的體積收縮，容易確保使接合用銅糊燒結而製造的接合體的接合強度。在將接合用銅糊用於半導體元件的接合的情況下存在半導體裝置顯示出良好的晶片剪切強度及連接可靠性的傾向。

以金屬粒子的總質量為基準，片狀微米銅粒子的含量可為1質量%以上且90質量%以下，亦可為10質量%以上且70質量%以下，亦可為20質量%以上且50質量%以下。若片狀微米銅粒子的含量為所述範圍內，則容易確保使接合用銅糊燒結而製造的接合體的接合強度。在將接合用銅糊用於半導體元件的接合的情況下存在半導體裝置顯示出良好的晶片剪切強度及連接可靠性的傾向。

以金屬粒子的總質量為基準，次微米銅粒子的含量及片狀微米銅粒子的含量的合計可為80質量%以上。若次微米銅粒子的含量及微米銅粒子的含量的合計為所述範圍內，則可充分減少將接合用銅糊燒結時的體積收縮，容易確保使接合用銅糊燒結而製造的接合體的接合強度。在將接合用銅糊用於半導體元件的接合的情況下存在半導體裝置顯示出良好的晶片剪切強度及連接可靠性的傾向。就更進一步發揮所述效果的觀點而言，以金屬粒子的總質量為基準，次微米銅粒子的含量及片狀微米銅粒子的含量的合計亦可為90質量%以上，亦可為95質量%以上，亦可為100質量%。

本實施形態的片狀微米銅粒子的形狀亦可藉由長徑（最大直徑）X、中徑Y（寬度）、短徑（厚度）T這些參數來加以規定。於片狀微米銅粒子的三維形狀中，長徑X是在外接片狀微米銅粒子的平行兩平面中，以該平行兩平面間的距離成為最大的方式選擇的平行兩平面的距離。中徑Y是在與賦予長徑X的平行兩平面直行、且外接片狀微米銅粒子的平行兩平面中，以該平行兩平面間的距離成為最大的方式選擇的平行兩平面的距離。短徑T是在與賦予長徑X的平行兩平面及賦予中徑Y的平行兩平面直行、且外接片狀微米銅粒子的平行兩平面中，以該平行兩平面間的距離成為最大的方式選擇的平行兩平面的距離。

長徑的平均值Xav可為1 μm以上且20.0 μm以下，亦可為1 μm以上且10 μm以下，亦可為3 μm以上且10 μm以下。若Xav為所述範圍內，則於使接合用銅糊燒結而製造的接合體中，接合用銅糊的燒結體容易以適當的厚度形成。

長徑的平均值Xav相對於短徑的平均值Tav之比（縱橫比）即Xav/Tav可為4.0以上，亦可為6.0以上，亦可為10.0以上。若Xav/Tav為所述範圍內，則接合用銅糊內的片狀微米銅粒子容易相對於接合面而大致平行地配向，可抑制使接合用銅糊燒結時的體積收縮，容易確保使接合用銅糊燒結而製造的接合體的接合強度。在將接合用銅糊用於半導體元件的接合的情況下，容易提高半導體裝置的晶片剪切強度及連接可靠性。

長徑的平均值Xav相對於中徑的平均值Yav之比即Xav/Yav可為2.0以下，亦可為1.7以下，亦可為1.5以下。若Xav/Yav為所述範圍內，則片狀微米銅粒子的形狀成為具有某種程度的面積的片狀的粒子，接合用銅糊內的片狀微米銅粒子容易相對於接合面而大致平行地配向，可抑制使接合用銅糊燒結時的體積收縮，容易確保使接合用銅糊燒結而製造的接合體的接合強度。在將接合用銅糊用於半導體元件的接合的情況下，容易提高半導體裝置的晶片剪切強度及連接可靠性。Xav/Yav超過2.0的情況是指片狀微米銅粒子的形狀接近細長的線狀。

中徑的平均值Yav相對於短徑的平均值Tav之比即Yav/Tav可為2.5以上，亦可為4.0以上，亦可為8.0以上。若Yav/Tav為所述範圍內，則接合用銅糊內的片狀微米銅粒子容易相對於接合面而大致平行地配向，可抑制使接合用銅糊燒結時的體積收縮，容易確保使接合用銅糊燒結而製造的接合體的接合強度。在將接合用銅糊用於半導體元件的接合的情況下，容易提高半導體裝置的晶片剪切強度及連接可靠性。

例示根據SEM圖像算出片狀微米銅粒子的長徑X及中徑Y的方法。利用刮勺將片狀微米銅粒子的粉末載置於SEM用的碳帶上，製成SEM用樣品。利用SEM裝置以5000倍來觀察該SEM用樣品。圖1是表示作為片狀微米銅粒子的一例的MA-C025（三井金屬礦業股份有限公司製造）的SEM圖像。利用圖像處理軟體對外接該SEM圖像的片狀微米銅粒子9的長方形進行繪圖，將長方形的長邊設為所述粒子的長徑X，將長方形的短邊設為所述粒子的中徑Y。使用多個SEM圖像，對50個以上的片狀微米銅粒子進行該測定，算出長徑的平均值Xav及中徑的平均值Yav。

例示根據SEM圖像算出片狀微米銅粒子的短徑T的方法。將含有片狀微米銅粒子的銅糊印刷至銅基板上，並裝配矽晶片。利用加熱板等在空氣中以100℃、30分鐘的條件對其進行乾燥處理，藉此製備銅板及矽晶片由乾燥的接合用銅糊薄弱地接著而成的接合物。藉由環氧注型樹脂將接合物硬化，利用研磨紙對硬化樣品進行切削，使接合物的中央附近的剖面露出。利用氬離子對該剖面進行截面拋光（Cross-section Polish，CP）加工，製成SEM用樣品。利用SEM裝置以5000倍來觀察該SEM用樣品。圖6是將後述實施例6的接合用銅糊夾持於晶片與基板之間，並進行了100℃、30分鐘的乾燥處理時的接合用銅糊的乾燥膜的SEM圖像。對於SEM圖像的源自片狀微米銅粒子的形狀，利用圖像處理軟體對外接的長方形進行繪圖，將長方形的短邊設為所述粒子的短徑T。使用多個SEM圖像對50個以上的片狀微米銅粒子進行該測定，算出短徑的平均值Tav。

作為圖像處理軟體，並無特別限定，例如可使用Microsoft PowerPoint（微軟（Microsoft）公司製造）、影像（Image）J（美國國立衛生研究所製造）。

對於片狀微米銅粒子而言，表面處理劑的處理的有無並無特別限定。就分散穩定性及耐氧化性的觀點而言，片狀微米銅粒子可經表面處理劑處理。表面處理劑可在接合時被去除。作為此種表面處理劑，例如可列舉：棕櫚酸、硬脂酸、花生酸（arachidic acid）、油酸等脂肪族羧酸；對苯二甲酸、均苯四甲酸、隣苯氧基苯甲酸等芳香族羧酸；鯨蠟醇、硬脂醇、異冰片基環己醇、四乙二醇等脂肪族醇；對苯基苯酚等芳香族醇；辛基胺、十二烷基胺、硬脂基胺等烷基胺；硬脂腈、癸腈等脂肪族腈；烷基烷氧基矽烷等矽烷偶合劑；聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯啶酮、矽酮寡聚物等高分子處理劑等。表面處理劑可單獨使用一種，亦可將兩種以上組合使用。

表面處理劑的處理量於粒子表面亦可為一分子層以上的量。此種表面處理劑的處理量根據片狀微米銅粒子的比表面積、表面處理劑的分子量及表面處理劑的最小被覆面積而變化。表面處理劑的處理量通常為0.001質量%以上。關於片狀微米銅粒子的比表面積、表面處理劑的分子量及表面處理劑的最小被覆面積，可藉由所述方法算出。

於僅由所述次微米銅粒子來製備接合用銅糊的情況下，伴隨分散媒的乾燥的體積收縮及燒結收縮大，因此在接合用銅糊的燒結時較被接著面更容易剝離，從而於半導體元件等的接合中難以獲得充分的晶片剪切強度及連接可靠性。藉由倂用次微米銅粒子與片狀微米銅粒子，使接合用銅糊燒結時的體積收縮得到抑制，接合體可具有充分的接合強度。於將接合用銅糊用於半導體元件的接合的情況下，可獲得半導體裝置顯示出良好的晶片剪切強度及連接可靠性的效果。

本實施形態的接合用銅糊中，以最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比為4以上的片狀微米銅粒子總量為基準，金屬粒子中所含的最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比小於2的微米銅粒子的含量較佳為50質量%以下，更佳為設為30質量%以下。藉由限制最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比小於2的微米銅粒子的含量，接合用銅糊內的片狀微米銅粒子容易相對於接合面而大致平行地配向，可更有效地抑制使接合用銅糊燒結時的體積收縮。藉此，容易確保使接合用銅糊燒結而製造的接合體的接合強度，在將接合用銅糊用於半導體元件的接合的情況下，容易提高半導體裝置的晶片剪切強度及連接可靠性。就更容易獲得此種效果的方面而言，以最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比為4以上的片狀微米銅粒子總量為基準，最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比小於2的微米銅粒子的含量亦可為20質量%以下，亦可為10質量%以下。

作為本實施形態的片狀微米銅粒子，可使用市售品。作為市售的片狀微米銅粒子，例如可列舉：MA-C025（三井金屬礦業股份有限公司製造，平均最大直徑4.1 μm）、3L3（福田金屬箔粉工業股份有限公司製造，體積最大直徑7.3 μm）、1110F（三井金屬礦業股份有限公司製造，平均最大直徑5.8 μm）、2L3（福田金屬箔粉工業股份有限公司製造，平均最大直徑9 μm）。

本實施形態的接合用銅糊中，作為所調配的微米銅粒子，可使用如下微米銅粒子：含有最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比為4以上的片狀微米銅粒子，並且，以所述片狀微米銅粒子總量為基準，最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比小於2的微米銅粒子的含量為50質量%以下，較佳為30質量%以下。於使用市售的片狀微米銅粒子的情況下，亦可選定如下者：含有最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比為4以上的片狀微米銅粒子，並且，以所述片狀微米銅粒子總量為基準，最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比小於2的微米銅粒子的含量為50質量%以下，較佳為30質量%以下。

（銅粒子以外的其他金屬粒子） 作為金屬粒子，亦可含有次微米銅粒子及微米銅粒子以外的其他金屬粒子，例如亦可含有鎳、銀、金、鈀、鉑等的粒子。其他金屬粒子的體積平均粒徑可為0.01 μm以上且10 μm以下，亦可為0.01 μm以上且5 μm以下，亦可為0.05 μm以上且3 μm以下。於含有其他金屬粒子的情況下，就獲得充分的接合性的觀點而言，以金屬粒子的總質量為基準，其他金屬粒子的含量可小於20質量%，亦可為10質量%以下。亦可不含其他金屬粒子。其他金屬粒子的形狀並無特別限定。

藉由含有銅粒子以外的金屬粒子，可獲得固溶或分散有多種金屬的燒結體，因此燒結體的降伏應力、疲勞強度等機械特性得到改善，從而容易提高連接可靠性。另外，藉由添加多種金屬粒子，可使接合用銅糊的燒結體對於特定的被接著體具有充分的接合強度。在將接合用銅糊用於半導體元件的接合的情況下，容易提高半導體裝置的晶片剪切強度及連接可靠性。

（分散媒） 分散媒並無特別限定，可為揮發性的分散媒。作為揮發性的分散媒，例如可列舉：戊醇、己醇、庚醇、辛醇、癸醇、乙二醇、二乙二醇、丙二醇、丁二醇、α-萜品醇、異冰片基環己醇（MTPH）等一元及多元醇類；乙二醇丁醚、乙二醇苯醚、二乙二醇甲醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇丁醚、二乙二醇異丁醚、二乙二醇己醚、三乙二醇甲醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇二丁醚、二乙二醇丁基甲基醚、二乙二醇異丙基甲基醚、三乙二醇二甲醚、三乙二醇丁基甲基醚、丙二醇丙醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、二丙二醇丙醚、二丙二醇丁醚、二丙二醇二甲醚、三丙二醇甲醚、三丙二醇二甲醚等醚類；乙二醇乙醚乙酸酯、乙二醇丁醚乙酸酯、二乙二醇乙醚乙酸酯、二乙二醇丁醚乙酸酯、二丙二醇甲醚乙酸酯（dipropylene glycol methyl ether acetate，DPMA）、乳酸乙酯、乳酸丁酯、γ-丁內酯、碳酸伸丙酯等酯類；N-甲基-2-吡咯啶酮、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺等酸醯胺；環己酮、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷等脂肪族烴；苯、甲苯、二甲苯等芳香族烴；具有碳數1～18的烷基的硫醇類；具有碳數5～7的環烷基的硫醇類。作為具有碳數1～18的烷基的硫醇類，例如可列舉：乙基硫醇、正丙基硫醇、異丙基硫醇、正丁基硫醇、異丁基硫醇、第三丁基硫醇、戊基硫醇、己基硫醇及十二烷基硫醇。作為具有碳數5～7的環烷基的硫醇類，例如可列舉：環戊基硫醇、環己基硫醇及環庚基硫醇。

以金屬粒子的總質量為100質量份，分散媒的含量可為5質量份～50質量份。若分散媒的含量為所述範圍內，則可將接合用銅糊調整為更適當的黏度，而且難以阻礙銅粒子的燒結。

（添加劑） 接合用銅糊中視需要亦可適宜地添加非離子系界面活性劑、氟系界面活性劑等濕潤性提昇劑；矽酮油等消泡劑；無機離子交換體等離子捕捉劑等。

作為本實施形態的接合用銅糊的一態樣，可列舉如下接合用銅糊：所述金屬粒子含有體積平均粒徑為0.12 μm以上且0.8 μm以下、較佳為0.15 μm以上且0.8 μm以下的次微米銅粒子，以及最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比為4以上的片狀微米銅粒子，並且，以所述片狀微米銅粒子總量為基準，金屬粒子中所含的最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比小於2的微米銅粒子的含量為50質量%以下，較佳為30質量%以下。

作為所述接合用銅糊，可列舉調配以下銅粒子而成者， （1）次微米銅粒子，體積平均粒徑為0.12 μm以上且0.8 μm以下、較佳為0.15 μm以上且0.8 μm以下；以及 （2）微米銅粒子，含有平均最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比為4以上的片狀微米銅粒子，並且，以片狀微米銅粒子總量為基準，平均最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比小於2的微米銅粒子的含量為50質量%以下，較佳為30質量%以下。

另外，作為本實施形態的接合用銅糊的另一態樣，可列舉如下接合用銅糊：含有金屬粒子及分散媒，金屬粒子含有最大直徑為0.12 μm以上且0.8 μm以下、較佳為0.15 μm以上且0.8 μm以下的次微米銅粒子，以及最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比為4以上的片狀微米銅粒子，並且，以片狀微米銅粒子總量為基準，金屬粒子中所含的最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比小於2的微米銅粒子的含量為50質量%以下、較佳為30質量%以下。粒子的最大直徑可藉由利用掃描式電子顯微鏡（SEM）對成為原料的銅粒子、或者自接合用銅糊中去除了揮發成分而成的乾燥銅粒子進行觀察的方法求出。本實施形態的次微米銅粒子及片狀微米銅粒子的含量可與所述範圍同樣地設置。

（接合用銅糊的製備） 接合用銅糊可將所述次微米銅粒子、片狀微米銅粒子、其他金屬粒子及任意的添加劑混合於分散媒中來製備。於混合各成分後，亦可進行攪拌處理。接合用銅糊可藉由分級操作來調整分散液的最大粒徑。此時，分散液的最大粒徑可設為20 μm以下，亦可設為10 μm以下。

接合用銅糊亦可以如下方式製備：預先混合次微米銅粒子、表面處理劑、分散媒，並進行分散處理而製備次微米銅粒子的分散液，進而混合片狀微米銅粒子、其他金屬粒子及任意的添加劑。藉由設為此種順序，次微米銅粒子的分散性提高而與片狀微米銅粒子的混合性變佳，從而使接合用銅糊的性能進一步提高。對於次微米銅粒子的分散液，亦可藉由分級操作將凝聚物去除。

攪拌處理可使用攪拌機進行。作為攪拌機，例如可列舉：自轉公轉型攪拌裝置、擂潰機、雙軸混煉機、三輥研磨機、行星式攪拌機（planetary mixer）、薄層剪切分散機。

分級操作例如可使用過濾、自然沈降、離心分離來進行。作為過濾用的過濾器，例如可列舉：金屬網、金屬過濾器、尼龍網。

作為分散處理，例如可列舉：薄層剪切分散機、珠磨機、超音波均質機、高剪切混合機（high shear mixer）、狹縫三輥研磨機、濕式超微粒化裝置、超音速式噴射磨機、超高壓均質機。

接合用銅糊可於成型時調整為適於各種印刷·塗佈手法的黏度。作為接合用銅糊的黏度，例如25℃下的卡森（Casson）黏度可為0.05 Pa·s以上且2.0 Pa·s以下，亦可為0.06 Pa·s以上且1.0 Pa·s以下。

本實施形態的接合用銅糊於藉由塗佈等方法而設於構件上或構件間時，片狀微米銅粒子容易相對於與構件的界面（糊層與構件的界面）而大致平行地配向。此時，可藉由配向秩序度S來表示片狀微米銅粒子相對於界面而為何種程度的水平。配向秩序度S可藉由式（1）算出。 S=1/2×（3＜cos² θ＞-1）···（1） 式中，θ表示界面與片狀微米銅粒子所成的角度，＜cos² θ＞表示多個cos² θ的值的平均值。 配向秩序度S可為0.88以上且1.00以下。若配向秩序度S為此種範圍內，則接合用銅糊內的片狀微米銅粒子相對於接合面而大致平行地配向。因此，可抑制使接合用銅糊燒結時的體積收縮，容易確保使接合用銅糊燒結而製造的接合體的接合強度，且在將接合用銅糊用於半導體元件的接合的情況下，容易提高半導體裝置的晶片剪切強度及連接可靠性。

配向秩序度S例如可根據接合用銅糊的乾燥體的SEM圖像求出。以下，例示根據SEM圖像算出配向秩序度S的方法。將接合用銅糊印刷至銅基板上，並裝配矽晶片。利用加熱板等在空氣中以100℃、30分鐘的條件對其進行燒結處理，藉此製備銅板及矽晶片由乾燥的接合用銅糊薄弱地接著而成的接著物。以由環氧注型樹脂掩埋接著物整體的方式注入該接著物，並加以硬化。在對經注型的接著物欲觀察的剖面附近進行切斷，藉由研磨對剖面加以切削，並進行CP加工，從而製成樣品。利用SEM裝置以5000倍觀察樣品的剖面。對於所得的剖面圖像，使用具有角度測定功能的圖像處理軟體來測定源自片狀微米銅粒子的形狀的長徑與界面所成的角度。根據隨機選擇的50個以上的源自片狀微米銅粒子的形狀來測定θ，代入式（1），藉此可算出配向秩序度S。作為圖像處理軟體，並無特別限定，例如可使用影像（Image）J（美國國立衛生研究所製造）。配向秩序度S取0至1的值，在完全配向狀態下為1，在完全無規狀態下為0。

根據本實施形態的接合用銅糊，藉由倂用所述次微米銅粒子及所述片狀微米銅粒子，並限制特定的微米銅粒子的含量，可獲得良好的燒結性，進而可抑制燒結時的體積收縮。因此，本實施形態的接合用銅糊可不進行過度的加壓地確保與構件的接合力，使接合用銅糊燒結而製造的接合體可具有充分的接合強度。在將接合用銅糊用於半導體元件的接合的情況下，半導體裝置顯示出良好的晶片剪切強度及連接可靠性。即，本實施形態的接合用銅糊可用作不加壓接合用的接合材。另外，根據本實施形態的接合用銅糊，藉由使用相對較為廉價的銅粒子，可抑制製造成本，從而可進行大量生產。尤其，本實施形態的接合用銅糊可藉由次微米銅粒子及微米銅粒子而獲得所述效果，因此與以昂貴的銅奈米粒子作為主成分的接合材相比，具有可更廉價且穩定地進行供給的優點。藉此，例如能夠於製造半導體裝置等的接合體時進一步提高生產穩定性。

＜接合體及半導體裝置＞ 以下參照圖式對較佳的實施形態進行詳細說明。再者，對圖式中相同或相當部分標注相同的符號，並省略重複的說明。另外，圖式的尺寸比率並不限於圖中所示的比率。

圖2是表示使用本實施形態的接合用銅糊所製造的接合體的一例的示意剖面圖。本實施形態的接合體100具備：第一構件2、第二構件3以及將第一構件與第二構件接合的所述接合用銅糊的燒結體1。

作為第一構件2及第二構件3，例如可列舉：絕緣閘雙極電晶體（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）、二極體、肖特基勢壘二極體（Schottky-barrier diode）、金屬-氧化物半導體場效電晶體（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOS-FET）、閘流體、邏輯、感測器、類比積體電路、發光二極體（Light-Emitting Diode，LED）、半導體雷射器、發信器等半導體元件，引線框架、金屬板貼附陶瓷基板（例如直接敷銅（direct bonded copper，DBC））、LED封裝體等半導體元件搭載用基材，銅帶及金屬框架等金屬配線，金屬塊等塊體，端子等供電用構件，放熱板，水冷板等。

第一構件2及第二構件3亦可在與接合用銅糊的燒結體相接的面4a及面4b中含有金屬。作為金屬，例如可列舉：銅、鎳、銀、金、鈀、鉑、鉛、錫、鈷等。金屬可單獨使用一種，亦可將兩種以上組合使用。另外，與燒結體相接的面亦可為含有所述金屬的合金。作為合金中所使用的金屬，除了所述金屬以外，亦可列舉：鋅、錳、鋁、鈹、鈦、鉻、鐵、鉬等。作為在與燒結體相接的面中含有金屬的構件，例如可列舉：具有各種金屬鍍敷的構件、線、具有金屬鍍敷晶片、散熱器、貼附有金屬板的陶瓷基板、具有各種金屬鍍敷的引線框架或包含各種金屬的引線框架、銅板、銅箔。另外，於第二構件3為半導體元件的情況下，第一構件2亦可為金屬框架等金屬配線、金屬塊等具有導熱性及導電性的塊體等。

就將第一構件及第二構件充分接合的觀點而言，接合體的晶片剪切強度可為10 MPa以上，亦可為15 MPa以上，亦可為20 MPa以上，亦可為30 MPa以上。晶片剪切強度可使用萬能型接合試驗機（4000系列，達格（DAGE）公司製造）等來測定。

就放熱性及高溫化下的連接可靠性的觀點而言，接合用銅糊的燒結體的導熱係數可為100 W/（m·K）以上，亦可為120 W/（m·K）以上，亦可為150 W/（m·K）以上。導熱係數可根據接合用銅糊的燒結體的熱擴散係數、比熱容量及密度來算出。

接合體中的片狀微米銅粒子的配向秩序度S可設為0.88以上且1.00以下。關於接合體的配向秩序度S，可代替由乾燥的接合用銅糊薄弱地接著而成的接著物而將接合體作為分析對象，並藉由所述方法算出。

以下，對使用本實施形態的接合用銅糊的接合體的製造方法進行說明。

使用本實施形態的接合用銅糊的接合體的製造方法具備如下步驟：準備積層有第一構件並於該第一構件的自身的重量的作用方向側依次積層有所述接合用銅糊及第二構件的積層體，在承受第一構件的自身的重量、或者第一構件的自身的重量及0.01 MPa以下的壓力的狀態下，對接合用銅糊進行燒結。

所述積層體例如可藉由如下方式來準備：於第二構件的必要部分設置本實施形態的接合用銅糊，繼而於接合用銅糊上配置第一構件。

作為將本實施形態的接合用銅糊設於第二構件的必要部分的方法，只要是堆積接合用銅糊的方法即可。作為此種方法，例如可使用：絲網印刷、轉印印刷、平版印刷、噴射印刷法、分配器、噴射分配器、針形分配器（needle dispenser）、缺角輪塗佈機、狹縫塗佈機、模塗機、凹版塗佈機（gravure coater）、狹縫塗佈、凸版印刷、凹版印刷、凹版印刷（gravure printing）、模版印刷（stencil printing）、軟微影（soft lithograph）、棒塗、敷料器（applicator）、粒子堆積法、噴霧塗佈機、旋轉塗佈機、浸漬塗佈機、電著塗裝等。接合用銅糊的厚度可為1 μm以上且1000 μm以下，亦可為10 μm以上且500 μm以下，亦可為50 μm以上且200 μm以下，亦可為10 μm以上且3000 μm以下，亦可為15 μm以上且500 μm以下，亦可為20 μm以上且300 μm以下，亦可為5 μm以上且500 μm以下，亦可為10 μm以上且250 μm以下，亦可為15 μm以上且150 μm以下。

就抑制燒結時的流動及孔隙的產生的觀點而言，亦可對設於第二構件上的接合用銅糊適宜地進行乾燥。乾燥時的氣體環境可為大氣中，也可為氮氣、惰性氣體等無氧環境中，亦可為氫氣、甲酸等還原環境中。乾燥方法可為常溫放置下的乾燥，亦可為加熱乾燥，亦可為減壓乾燥。加熱乾燥或減壓乾燥中例如可使用：加熱板、溫風乾燥機、溫風加熱爐、氮氣乾燥機、紅外線乾燥機、紅外線加熱爐、遠紅外線加熱爐、微波加熱裝置、雷射加熱裝置、電磁加熱裝置、加熱器加熱裝置、蒸汽加熱爐、熱板壓合裝置等。乾燥的溫度及時間可根據所使用的分散媒的種類及量來適宜地調整。作為乾燥的溫度及時間，例如可於50℃以上且180℃以下乾燥1分鐘以上且120分鐘以下。

作為於接合用銅糊上配置第一構件的方法，例如可列舉：晶片安裝器（chip mounter）、倒裝晶片接合器（flip chip bonder）、碳製或陶瓷製的定位夾具。

藉由對積層體進行加熱處理，可進行接合用銅糊的燒結。加熱處理中例如可使用：加熱板、溫風乾燥機、溫風加熱爐、氮氣乾燥機、紅外線乾燥機、紅外線加熱爐、遠紅外線加熱爐、微波加熱裝置、雷射加熱裝置、電磁加熱裝置、加熱器加熱裝置、蒸汽加熱爐等。

就抑制燒結體、第一構件及第二構件的氧化的觀點而言，燒結時的氣體環境可為無氧環境。就去除接合用銅糊的銅粒子的表面氧化物的觀點而言，燒結時的氣體環境可為還原環境。作為無氧環境，例如可列舉：氮氣、惰性氣體等無氧氣體的導入，或真空下。作為還原環境，例如可列舉：純氫氣中、以合成氣體為代表的氫氣及氮氣的混合氣體中、含有甲酸氣體的氮氣中、氫氣及惰性氣體的混合氣體中、含有甲酸氣體的惰性氣體中等。

就減少對第一構件及第二構件的熱損傷及提高良率的觀點而言，加熱處理時的到達最高溫度可為250℃以上且450℃以下，亦可為250℃以上且400℃以下，亦可為250℃以上且350℃以下。若到達最高溫度為200℃以上，則存在如下傾向：於到達最高溫度保持時間為60分鐘以下的情況下燒結充分進行。

就使分散媒全部揮發、且提高良率的觀點而言，到達最高溫度保持時間可為1分鐘以上且60分鐘以下，亦可為1分鐘以上且小於40分鐘，亦可為1分鐘以上且小於30分鐘。

藉由使用本實施形態的接合用銅糊，即便在將積層體燒結時進行不加壓的接合的情況下，接合體亦可具有充分的接合強度。即，在僅承受積層於接合用銅糊上的第一構件的自身的重量，或者除了第一構件的自身的重量以外亦受到0.01 MPa以下、較佳為0.005 MPa以下的壓力的狀態下，可獲得充分的接合強度。若燒結時所受的壓力為所述範圍內，則不需要特別的加壓裝置，因此可不損及良率地更進一步減少孔隙、提昇晶片剪切強度及連接可靠性。作為使接合用銅糊受到0.01 MPa以下的壓力的方法，例如可列舉於第一構件上載置砝碼的方法等。

所述接合體中，第一構件及第二構件的至少一者可為半導體元件。作為半導體元件，例如可列舉：包含二極體、整流器、閘流體、MOS閘極驅動器、功率開關、功率MOSFET、IGBT、肖特基二極體（Schottky diode）、快速回復二極體（fast recovery diode）等的功率模組，發信機，增幅器，LED模組等。於此種情況下，所述接合體成為半導體裝置。所得的半導體裝置可具有充分的晶片剪切強度及連接可靠性。

圖3是表示使用本實施形態的接合用銅糊所製造的半導體裝置的一例的示意剖面圖。圖3所示的半導體裝置110包括：經由本實施形態的接合用銅糊的燒結體1而連接於引線框架5a上的半導體元件8以及對該些進行模壓的模壓樹脂7。半導體元件8經由線6而連接於引線框架5b。

作為使用本實施形態的接合用銅糊所製造的半導體裝置，例如可列舉：包含二極體、整流器、閘流體、MOS閘極驅動器、功率開關、功率MOSFET、IGBT、肖特基二極體、快速回復二極體等的功率模組，發信機，增幅器，高亮度LED模組，感測器等。

所述半導體裝置能夠以與所述接合體的製造方法相同的方式製造。即，半導體的製造方法具備如下步驟：使用半導體元件作為第一構件及第二構件的至少一者，準備積層有第一構件並於該第一構件的自身的重量的作用方向側依次積層有所述接合用銅糊及第二構件的積層體，在承受第一構件的自身的重量、或者第一構件的自身的重量及0.01 MPa以下的壓力的狀態下，對接合用銅糊進行燒結。例如可列舉在引線框架5a上設置接合用銅糊，配置半導體元件8並進行加熱的步驟。所得的半導體裝置即便於進行不加壓的接合的情況下，亦可具有充分的晶片剪切強度及連接可靠性。本實施形態的半導體裝置藉由具備具有充分的接合力、導熱係數及熔點高的銅的燒結體，可成為具有充分的晶片剪切強度、連接可靠性優異、並且功率循環耐性亦優異者。

於第二構件為半導體元件的情況下，所述方法可減少將作為第一構件的金屬配線或塊體等接合於半導體元件時對半導體元件的損傷。以下，對在半導體元件上接合有金屬配線或塊體等構件的半導體裝置進行說明。

作為所述半導體裝置的一實施形態，可列舉如下半導體裝置：具備第一電極、與第一電極電性連接的半導體元件以及經由金屬配線而與半導體元件電性連接的第二電極，於半導體元件與金屬配線之間、以及金屬配線與第二電極之間具有所述接合用銅糊的燒結體。

圖4是表示所述半導體裝置的一例的示意剖面圖。圖4所示的半導體裝置200具備：具有第一電極22及第二電極24的絕緣基板21、藉由所述接合用銅糊的燒結體1而接合於第一電極22上的半導體元件23以及將半導體元件23與第二電極24電性連接的金屬配線25。金屬配線25與半導體元件23以及金屬配線25與第二電極24分別藉由接合用銅糊的燒結體1而接合。另外，半導體元件23經由線27而連接於第三電極26。半導體裝置200在絕緣基板21的與搭載有所述電極等的面相反側具備銅板28。半導體裝置200的所述結構體由絕緣體29密封。半導體裝置200於第一電極22上具有一個半導體元件23，但亦可具有兩個以上。於該情況下，存在多個的半導體元件23可分別藉由接合用銅糊的燒結體1而與金屬配線25接合。

圖5是表示半導體裝置的另一例的示意剖面圖。圖5所示的半導體裝置210於半導體元件23與金屬配線25之間設有塊體30，半導體元件23與塊體30以及塊體30與金屬配線25分別藉由接合用銅糊的燒結體1而接合，除此以外，具有與圖4所示的半導體裝置200同樣的構成。再者，可適宜地變更塊體30的位置，例如亦可設於第一電極22與半導體元件23之間。

圖6是表示半導體裝置的另一例的示意剖面圖。圖6所示的半導體裝置220於第一電極22上進而設有半導體元件23及塊體30以及將該些接合的接合用銅糊的燒結體1，除此以外，具有與圖5所示的半導體裝置210同樣的構成。半導體裝置220於第一電極22上具有兩個半導體元件，但亦可具有三個以上。於該情況下，具有三個以上的半導體元件23亦分別隔著塊體30並藉由接合用銅糊的燒結體1而與金屬配線25接合。再者，可適宜地變更塊體30的位置，例如亦可設於第一電極22與半導體元件23之間。

作為絕緣基板21，例如可列舉：氧化鋁、氮化鋁、氮化矽等陶瓷，高導熱粒子/樹脂複合材、聚醯亞胺樹脂、聚馬來醯亞胺樹脂等。

作為構成第一電極22、第二電極24及第三電極26的金屬，例如可列舉：銅、鎳、銀、金、鈀、鉑、鉛、錫、鈷等。該些金屬可單獨使用一種，亦可將兩種以上組合使用。另外，電極亦可在與接合用銅糊的燒結體1相接的面中具有含有所述金屬的合金。作為合金中所使用的金屬，除了所述金屬以外，亦可列舉：鋅、錳、鋁、鈹、鈦、鉻、鐵、鉬等。

作為金屬配件，可列舉具有帶狀、板狀、立方體狀、圓筒狀、L字狀、匚字狀、乁字狀等形狀的金屬框架等。作為金屬配線的材質，例如可列舉：銀、銅、鐵、鋁、鉬、鎢、鉭、鈮或該些的合金。為了耐氧化及接著性，該些的金屬配線表面可藉由鍍敷、濺鍍等來塗佈鎳、銅、金、銀等。另外，金屬配線的寬度可為1 μm～30 μm，厚度可為20 μm～5 mm。

作為塊體，較佳為導熱性及導電性優異者，例如可使用：銀、銅、鐵、鋁、鉬、鎢、鉭、鈮或該些的合金。為了耐氧化及接著性，於塊體表面亦可藉由鍍敷、濺鍍等來塗佈鎳、銅、金、銀等。藉由在半導體元件上設置塊體來進一步提高放熱性。可適宜地變更塊體的數量。

作為絕緣體29，例如可列舉：矽酮凝膠、聚馬來醯亞胺樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚醯胺醯亞胺樹脂等。

圖4～圖6所示的半導體裝置可用於大容量且要求高可靠性的功率模組中。

圖4～圖6所示的半導體裝置例如藉由具備以下步驟的方法製造：準備具備第一電極及第二電極的絕緣基板，自第一電極側起依次在第一電極上設置接合用銅糊、半導體元件、視需要進而設置的接合用銅糊、塊體、接合用銅糊，於第二電極上設置接合用銅糊，並於半導體元件或塊體上的接合用銅糊及第二電極上的接合用銅糊上，以將該些接合用銅糊交聯的方式配置金屬配線的步驟；以及在承受各構件的自身的重量或者各構件的自身的重量及0.01 MPa以下的壓力的狀態下，對接合用銅糊進行燒結的步驟。

根據此種製造方法，可於不加壓的狀態下製造半導體裝置，因此可不使具有橋接部的金屬配線變形地進行接合，此外，即便於將面積小於半導體元件的構件接合於半導體元件上的情況下，亦可進一步減輕對半導體元件的損傷。

圖7是表示半導體裝置的又一例的示意剖面圖。圖7所示的半導體裝置300具備：第一電極22、藉由接合用銅糊的燒結體1而接合於第一電極22上的半導體元件23以及將半導體元件23與第二電極24電性連接的金屬配線25。金屬配線25與半導體元件23以及金屬配線25與第二電極24分別藉由接合用銅糊的燒結體1而接合。另外，半導體元件23經由線27而連接於第三電極26。半導體裝置300的所述結構體由密封材31密封。半導體裝置300於第一電極22上具有一個半導體元件23，但亦可具有兩個以上。於該情況下，存在多個的半導體元件23可分別藉由接合用銅糊的燒結體1而與金屬配線25接合。

圖8是表示半導體裝置的另一例的示意剖面圖。圖8所示的半導體裝置310於半導體元件23與金屬配線25之間設有塊體30，半導體元件23與塊體30以及塊體30與金屬配線25分別藉由接合用銅糊的燒結體1而接合，除此以外，具有與圖7所示的半導體裝置300同樣的構成。再者，可適宜地變更塊體30的位置，例如亦可設於第一電極22與半導體元件23之間。

圖9是表示半導體裝置的另一例的示意剖面圖。圖9所示的半導體裝置320於第一電極22上進而設有半導體元件23及塊體30以及將該些接合的接合用銅糊的燒結體1，除此以外，具有與圖8所示的半導體裝置310同樣的構成。半導體裝置320於第一電極22上具有兩個半導體元件，但亦可具有三個以上。於該情況下，存在三個以上的半導體元件23亦可分別隔著塊體30並藉由接合用銅糊的燒結體1而與金屬配線25接合。再者，可適宜地變更塊體30的位置，例如亦可設於第一電極22與半導體元件23之間。

圖7～圖9所示的第一電極22及第二電極24可為引線框架、銅板、銅·鉬燒結體等。

作為密封材31，例如可列舉耐熱性固體密封材、高導熱複合材等。

接合用銅糊的燒結體1可與半導體裝置200～半導體裝置220中所說明者同樣地設置。

圖7～圖9所示的實施形態的半導體裝置藉由採用引線框架等作為第一電極及第二電極，可用於小型化的功率模組。此種半導體裝置可以與所述半導體裝置的製造方法相同的方式製造。

進而，對具有在半導體元件上接合有塊體的結構的半導體裝置的另一實施形態進行說明。

作為所述半導體裝置，可列舉如下半導體裝置：具備第一導熱構件、第二導熱構件以及配置於第一導熱構件及第二導熱構件之間的半導體元件，於第一導熱構件與半導體元件之間、以及半導體元件與第二導熱構件之間中的至少一者之間具有所述接合用銅糊的燒結體。

圖10是表示本實施形態的一例的示意剖面圖。圖10所示的半導體裝置400具備：第一導熱構件32、經由接合用銅糊的燒結體1而接合於第一導熱構件32上的半導體元件23、經由接合用銅糊的燒結體1而接合於半導體元件23上的塊體30、以及經由接合用銅糊的燒結體1而接合於塊體30上的第二導熱構件33。半導體元件23經由線35而連接於電極34。半導體裝置400的第一導熱構件32與第二導熱構件之間由密封材31密封。半導體裝置400具有兩個半導體元件，但亦可具有一個或三個以上，亦可適宜地變更塊體的數量。再者，可適宜地變更塊體30的位置，例如亦可設於第一電極22與半導體元件23之間。

導熱構件一倂具有將自半導體元件23產生的熱放出至外部的功能，以及作為用以將半導體元件與外部電性連接的電極的功能。對於此種導熱構件，例如可使用銅、鋁或該些的合金。

圖10所示的半導體裝置藉由在半導體元件的兩面側具備導熱構件，可具有放熱性優異的兩面冷卻結構。此種半導體裝置可藉由具備以下步驟的方法來製造：準備自第一導熱構件側起依次於第一導熱構件上積層有接合用銅糊、半導體元件、接合用銅糊、塊體、接合用銅糊、第二導熱構件的積層體，在承受各構件的自身的重量或者各構件的自身的重量及0.01 MPa以下的壓力的狀態下，對接合用銅糊進行燒結。再者，所述積層體亦可為以與所述相反的順序積層而成者。 [實施例]

以下，藉由實施例對本發明進一步進行具體說明。但是，本發明並不限定於以下的實施例。

＜測定條件＞ 各實施例及比較例中的各特性的測定是藉由以下的方法進行。 （1）片狀微米銅粒子的長徑（最大直徑）及中徑的算出，以及長徑的平均值及中徑的平均值的算出 利用刮勺將片狀微米銅粒子放置於SEM用的碳帶上，製成SEM用樣品。利用SEM裝置（飛利浦（Philips）公司製造的ESEM XL30、或日本電子股份有限公司製造的尼奧思科（NeoScope）JCM-5000）以施加電壓10 kV來觀察該SEM用樣品。利用Microsoft PowerPoint（微軟（Microsoft）公司製造）讀取所得的2000倍的SEM圖像（讀取時，圖像尺寸為高度17.07 cm×寬度22.75 cm）。自圖像下部的比例尺（本例中為表示10 μm的比例）的一端對另一端畫出直線，並記錄所述直線的長度（本例中為3.7 cm）。繼而，以外接源自片狀微米銅粒子的形狀的方式描繪長方形。對於源自某片狀微米銅粒子的形狀，描繪出1.81 cm×1.37 cm的長方形。此處，將長方形的長邊（該例中為1.81 cm）設為片狀微米銅粒子的長徑X，將長方形的短邊（該例中為1.37 cm）設為片狀微米銅粒子的中徑Y。根據10 μm的比例尺為3.7 cm的直線這一比率，如下般算出長徑X與中徑Y。 長徑X=1.81 cm×10 μm/3.7 cm=4.89 μm 中徑Y=1.37 cm×10 μm/3.7 cm=3.70 μm 不重複地對畫面上的源自片狀微米銅粒子的形狀反復進行該操作。其中，並未選擇自畫面端伸出而圖像被切斷的源自片狀微米銅粒子的形狀。對50個以上的源自片狀微米銅粒子的形狀進行測定，並計算測長結果的平均。結果獲得片狀微米銅粒子的長徑的平均值Xav及中徑的平均值Yav。

（2）接合用銅糊的剖面形態觀察 於銅板（19×25×3 mm³ ）上載置金屬遮罩，所述金屬遮罩於厚度70 μm的不銹鋼板上具有3行3列的3 mm×3 mm正方形開口，使用金屬刮刀藉由模版印刷來塗佈接合用銅糊。於所塗佈的接合用銅糊上依次形成鈦、鎳，載置3×3 mm² 的被接著面為鎳的矽晶片（晶片厚度：600 μm），並利用鑷子輕輕按壓。將其安裝於加熱板（亞速旺（ASONE）股份有限公司製造，EC加熱板（HOTPLATE）EC-1200N），在空氣中以100℃、30分鐘的條件進行乾燥處理。藉此，獲得銅板及矽晶片由乾燥的接合用銅糊薄弱地接著而成的接著物。利用樣品夾持器（樣品夾（Samplklip）I，標樂（Buehler）公司製造）將該接著物固定於杯內，於周圍流入環氧注型樹脂（愛坡曼特（epomount），立發科技（Refine Tec）股份有限公司製造）直至掩埋接著物整體為止，於真空乾燥器內靜置，進行一分鐘減壓而加以脫泡。其後，將經脫泡的接著物於室溫下靜置10小時，將環氧注型樹脂硬化而製備樣品。使用立發鋸•艾克賽爾（Refine Saw Excel）（立發科技（Refine Tec）股份有限公司製造）於矽晶片附近將樣品切斷。利用裝有耐水研磨紙（碳馬克紙（carbon Mac paper），立發科技（Refine Tec）股份有限公司製造）的研磨裝置（立發拋光機（Refine Polisher）HV，立發科技（Refine Tec）股份有限公司製造）使樣品的削切面露出至接著物的中央附近。對於經研磨的樣品，將多餘的環氧注型樹脂切除，並製成可利用離子研磨裝置進行加工的尺寸。以CP加工模式使用離子研磨裝置（IM4000，日立高新技術（Hitachi High-technologies）股份有限公司製造），以氬氣流量0.07 cm³ /min～0.1 cm³ /min、處理時間120分鐘的條件，對經尺寸加工的樣品進行剖面加工，從而製成SEM用樣品。利用SEM裝置（日本電子股份有限公司製造，尼奧思科（NeoScope）JCM-5000）以施加電壓10 kV來觀察該SEM用樣品。

（3）片狀微米銅粒子的短徑的算出 利用Microsoft PowerPoint（微軟（Microsoft）公司製造）讀取「（2）接合用銅糊的剖面形態觀察」中所得的5000倍的SEM圖像（讀取時，圖像尺寸為高度9.9 cm×寬度11.74 cm）。自圖像下部的比例尺（本例中為表示5 μm的比例）的一端對另一端畫出直線，並記錄所述直線的長度（本例中為2.5 cm）。繼而，以外接源自片狀微米銅粒子的形狀的方式描繪長方形。對於源自某片狀微米銅粒子的形狀，描繪1.79 cm×0.36 cm的長方形。此處，長方形的長邊（該例中為1.79 cm）相當於片狀微米銅粒子的長徑X或中徑Y。將長方形的短邊（該例中為0.36 cm）設為片狀微米銅粒子的短徑T。根據5 μm比例尺為2.5 cm的直線這一比率，如下般算出短徑T。 短徑T=0.36 cm×5 μm/2.5 cm=0.72 μm 不重複地對畫面上的源自片狀微米銅粒子的形狀反復進行該操作。其中，並未選擇自畫面端伸出而圖像被切斷的片狀微米銅粒子。對50個以上的源自片狀微米銅粒子的形狀進行測定，並計算測長結果的平均。結果獲得片狀微米銅粒子的短徑的平均值Tav。使用該短徑的平均值Tav、以及藉由「（1）片狀微米銅粒子的長徑及中徑的算出」而獲得的長徑的平均值Xav、與中徑的平均值Yav，而分別算出片狀微米銅粒子的長徑/中徑（Xav/Yav）、長徑/短徑（Xav/Tav）、中徑/短徑（Yav/Tav）之比。

（4）接合用銅糊的配向秩序度的算出 利用影像（Image）J（美國國立衛生研究所製造）讀取「（2）接合用銅糊的剖面形態觀察」中所得的5000倍的SEM圖像。作為SEM圖像，使用映攝有基板或矽晶片與接合用銅糊的界面者。按下[T]鍵而顯示出ROI管理器（ROI Manager）視窗，選中顯示全部（Show All）的核取方塊。自主視窗選擇直線（Straight Line）。藉由點擊→拖曳而自圖像上的片狀微米銅粒子的剖面的一端至另一端畫線，按下[T]鍵而登錄至ROI管理器（ROI Manager）視窗。不重複地對畫面上的源自片狀微米銅粒子的形狀反復進行該操作。其中，並未選擇自畫面端伸出而圖像被切斷的源自片狀微米銅粒子的形狀。接著，按下ROI管理器（ROI Manager）視窗內的測量（Measure）按鈕。所計量的角度顯示於結果（Results）視窗，故藉由[檔案（File）]→[另存為（Save As）]保存於檔案中。於基板或矽晶片與接合用銅糊的界面相對於圖像而自水準偏移的情況下，以相同的方式計量其角度。利用Microsoft Excel讀取經保存的結果的檔案。於基板或矽晶片與接合用銅糊的界面相對於圖像而自水準偏移的情況下，自所測定的各角度資料減去接合界面的角度。針對各角度資料θ求出cos² θ，算出其平均值＜cos² θ＞，代入S=1/2×（3＜cos² θ＞-1）而算出配向秩序度S。

（5）晶片剪切強度的測定 於銅板（19×25×3 mm³ ）上載置金屬遮罩，所述金屬遮罩於厚度70 μm的不銹鋼板上具有3行3列的3 mm×3 mm正方形開口，使用金屬刮刀藉由模版印刷來塗佈接合用銅糊。於所塗佈的接合用銅糊上依次形成鈦、鎳，載置3×3 mm² 的被接著面為鎳的矽晶片（晶片厚度：600 μm），並利用鑷子輕輕按壓。將其安裝於管形爐（AVC股份有限公司製造），以1 L/min流通氬氣而將空氣置換為氬氣。其後，一邊以300 mL/min流通氫氣一邊升溫10分鐘，以350℃、10分鐘的條件進行燒結處理，從而獲得藉由銅燒結體將銅板與矽晶片接合而成的接合體。其後，將氬氣變換為0.3 L/min並進行冷卻，於50℃以下將接合體取出至空氣中。 接合體的接著強度藉由晶片剪切強度來評價。使用裝配有1 kN的測力器的萬能型接合試驗機（4000系列，達格（DAGE）公司製造），以測定速度500 μm/s、測定高度100 μm將矽晶片朝水平方向按壓，測定接合體的晶片剪切強度。將8個接合體的測定值的平均值設為晶片剪切強度。

（6）燒結體的密度 於厚度1 mm的鐵氟龍（Teflon）（註冊商標）板上設置15×15 mm² 的開口。將該鐵氟龍（Teflon）（註冊商標）板載置於玻璃板上，將接合用銅糊填充至開口部，利用金屬刮刀將自開口溢出的銅糊去除。將鐵氟龍（Teflon）（註冊商標）板剝離，並安裝於管形爐，一邊以0.3 L/min流通氬氣，一邊加熱至150℃並保持1小時，從而去除分散媒。在該狀態下，將氣體變換為氫氣300 mL/min，升溫至350℃並進行60分鐘燒結處理，從而獲得燒結體。其後，將氬氣變換為0.3 L/min並進行冷卻，於50℃以下將燒結體取出至空氣中。將板狀的燒結體自玻璃板剝離，利用砂紙（800號）進行研磨而以10×10 mm² 的尺寸獲得表面平坦的板狀樣品。測定板狀樣品的縱、橫、厚度的尺寸，並測定板狀樣品的重量。根據該些值算出板狀樣品的密度。

（7）接合體的剖面形態觀察 藉由「（5）晶片剪切強度的測定」中記載的方法來製造接合體。利用樣品夾持器（樣品夾（Samplklip）I，標樂（Buehler）公司製造）將所製造的接合體固定於杯內，於周圍流入環氧注型樹脂（愛坡曼特（epomount），立發科技（Refine Tec）股份有限公司製造）直至掩埋接合體整體為止，於真空乾燥器內靜置，進行一分鐘減壓而加以脫泡。其後，於室溫下靜置10小時，將環氧注型樹脂硬化而製備樣品。使用立發鋸·艾克賽爾（Refine Saw Excel）（立發科技（Refine Tec）股份有限公司製造）於矽晶片附近將樣品切斷。利用裝有耐水研磨紙（碳馬克紙（carbon Mac paper），立發科技（Refine Tec）股份有限公司製造）的研磨裝置（立發拋光機（Refine Polisher）HV，立發科技（Refine Tec）股份有限公司製造）使削切面露出至接合體的中央附近。對於經研磨的樣品，將多餘的環氧注型樹脂切除，並製成可利用離子研磨裝置進行加工的尺寸。以CP加工模式使用離子研磨裝置（IM4000，日立高新技術（Hitachi High-technologies）股份有限公司製造），以氬氣流量0.07 cm³ /min～0.1 cm³ /min、處理時間120分鐘的條件，對經尺寸加工的樣品進行剖面加工，從而製成SEM用樣品。利用SEM裝置（日本電子股份有限公司製造，尼奧思科（NeoScope）JCM-5000）以施加電壓10 kV來觀察銅燒結體剖面。

（8）燒結體的配向秩序度的算出 利用影像（Image）J（美國國立衛生研究所製造）讀取「（7）接合體的剖面形態觀察」中所得的5000倍的SEM圖像。作為SEM圖像，使用映攝有基板或矽晶片與接合用銅糊的界面者。藉由與「（4）接合用銅糊的配向秩序度的算出」同樣的順序，算出接合體的配向秩序度S。

（9）導熱係數 使用「（6）燒結體的密度」中製作的板狀樣品，藉由雷射閃光法（LFA467，耐馳（NETZSCH）公司製造）來測定熱擴散係數。根據該熱擴散係數、利用示差掃描熱量測定裝置（DSC8500，珀金埃爾默（PerkinElmer）公司製造）所得的比熱容量以及「（6）燒結體的密度」中而求出的密度的積，算出25℃下的燒結體的導熱係數[W/（m·K）]。

（10）溫度循環連接可靠性試驗 以與「（5）晶片剪切強度的測定」相同的方式，獲得利用銅燒結體將銅板（19×25×3 mm³ ）與3×3mm² 的被接著面為鎳的矽晶片（晶片厚度：600 μm）接合而成的接合體。利用吸管將矽酮樹脂（SE1880，東麗道康寧（Toray Dow Corning）股份有限公司製造）以覆蓋矽晶片的方式塗佈於接合體上，並於減壓乾燥器內進行3分鐘脫泡。脫泡後，藉由在設為70℃的溫風循環烘箱內保持30分鐘，並在設為150℃的溫風循環烘箱內保持60分鐘而硬化，獲得溫度循環用試驗片。將該溫度循環用試驗片安裝於溫度循環試驗機（TSA-72SE-W，愛斯佩克（Espec）股份有限公司製造），以低溫側：-40℃、高溫側：200℃、各工序：15分鐘、除霜循環：自動、循環數：300循環的條件實施溫度循環連接可靠性試驗。使用超音波探傷裝置（因賽特（Insight） Insight-300），獲得溫度循環連接可靠性試驗前後的銅燒結體及被接著體界面的接合狀態的超音波掃描顯微鏡（Scanning Acoustic Tomography，SAT）圖像，並調查有無剝離。將接合部的20面積%以上剝離的情況設為不良（×）。

（實施例1） 將作為分散媒的α-萜品醇（和光純藥工業股份有限公司製造）0.5 g及異冰片基環己醇（MTPH，日本萜烯化學（Nippon Terpene Chemicals）股份有限公司製造）0.5 g以及作為次微米銅粒子的HT-14（三井金屬礦業股份有限公司製造）7 g於塑膠瓶中混合，利用超音波均質機（US-600，日本精機股份有限公司製造）以19.6 kHz、600 W進行1分鐘處理而獲得分散液。於該分散液中添加作為片狀微米銅粒子的MA-C025（三井金屬礦業股份有限公司製造）3 g，利用刮勺進行攪動直至乾燥粉消失為止。將塑膠瓶塞緊，使用自轉公轉型攪拌裝置（行星式真空攪拌機（Planetry Vacuum Mixer）ARV-310，新基（Thinky）股份有限公司）以2000 rpm攪拌2分鐘，並於減壓下以2000 rpm攪拌2分鐘而獲得接合用銅糊1。使用該接合用銅糊1進行各種測定及分析。

再者，所述中使用的次微米銅粒子及片狀微米銅粒子中的最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比為4以上的片狀微米銅粒子的含量，以及最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比小於2的微米銅粒子的含量是由對50個以上的粒子進行測定而得的粒子徑分佈換算所得。基於該換算值，算出以最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比為4以上的片狀微米銅粒子總量為基準的，最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比小於2的微米銅粒子的含有比例。

（實施例2） 除了使用3L3（福田金屬箔粉工業股份有限公司製造）作為片狀微米銅粒子以外，藉由與實施例1同樣的方法獲得接合用銅糊2。使用接合用銅糊2進行各種測定及分析。

（實施例3） 除了使用1110F（三井金屬礦業股份有限公司製造）作為片狀微米銅粒子以外，藉由與實施例1同樣的方法獲得接合用銅糊3。使用接合用銅糊3進行各種測定及分析。

（實施例4） 除了使用TN-Cu100（太陽日酸股份有限公司製造）作為次微米銅粒子以外，藉由與實施例1同樣的方法獲得接合用銅糊4。使用接合用銅糊4進行各種測定及分析。

（實施例5） 除了使用CH-0200（三井金屬礦業股份有限公司製造）作為次微米銅粒子以外，藉由與實施例1同樣的方法獲得接合用銅糊5。使用接合用銅糊5進行各種測定及分析。

（實施例6） 除了使用CT-500（三井金屬礦業股份有限公司製造）作為銅粒子以外，藉由與實施例1同樣的方法獲得接合用銅糊6。使用接合用銅糊6進行各種測定及分析。

（實施例7） 除了使用銀粒子LM1（特線工業（TOKUSEN KOGYO）股份有限公司製造）作為添加劑以外，藉由與實施例1同樣的方法獲得接合用銅糊7。使用接合用銅糊7進行各種測定及分析。

（實施例8） 除了使用鎳粒子Ni-HWQ（福田金屬箔粉工業股份有限公司製造）作為添加劑以外，藉由與實施例1同樣的方法獲得接合用銅糊8。使用接合用銅糊8進行各種測定及分析。

（實施例9） 除了使用球狀銅粒子1300Y（三井金屬礦業股份有限公司製造）作為最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比小於2的微米銅粒子以外，藉由與實施例1同樣的方法獲得接合用銅糊9。使用接合用銅糊9進行各種測定及分析。

（比較例1） 除了未添加片狀微米銅粒子以外，藉由與實施例1同樣的方法獲得接合用銅糊10。使用接合用銅糊10進行各種測定及分析。

（比較例2） 除了使用球狀銅粒子1300Y（三井金屬礦業股份有限公司製造）代替片狀微米銅粒子以外，藉由與實施例1同樣的方法獲得接合用銅糊11。使用接合用銅糊11進行各種測定及分析。

（比較例3） 除了使用球狀銅粒子1100Y（三井金屬礦業股份有限公司製造）代替片狀微米銅粒子以外，藉由與實施例1同樣的方法獲得接合用銅糊12。使用接合用銅糊12進行各種測定及分析。

（比較例4） 除了使用球狀銅粒子1050Y（三井金屬礦業股份有限公司製造）代替片狀微米銅粒子以外，藉由與實施例1同樣的方法獲得接合用銅糊13。使用接合用銅糊13進行各種測定及分析。

（比較例5） 除了使用球狀銅粒子1020Y（三井金屬礦業股份有限公司製造）代替片狀微米銅粒子以外，藉由與實施例1同樣的方法獲得接合用銅糊14。使用接合用銅糊14進行各種測定及分析。

將實施例及比較例的組成及試驗結果示於表1～表3。

實施例及比較例中使用的銅粒子的形狀如下所述。 （次微米銅粒子） HT-14：50%體積平均粒徑0.36 μm、粒徑為0.12 μm以上且0.8 μm以下的銅粒子的含量100質量% TN-Cu100：50%體積平均粒徑0.12 μm、粒徑為0.12 μm以上且0.8 μm以下的銅粒子的含量90質量% CH-0200：50%體積平均粒徑0.36 μm、粒徑為0.12 μm以上且0.8 μm以下的銅粒子的含量100質量% CT-500：50%體積平均粒徑0.72 μm、粒徑為0.12 μm以上且0.8 μm以下的銅粒子的含量80質量% 所述次微米銅粒子中，最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比為4以上的片狀微米銅粒子的含量，以及最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比小於2的微米銅粒子的含量均為0質量%。 （片狀微米銅粒子） MA-C025：平均最大直徑4.1 μm、縱橫比7.9、最大直徑為1 μm以上且20 μm以下的銅粒子的含量為100質量% 3L3：平均最大直徑7.3 μm、縱橫比26、最大直徑為1 μm以上且20 μm以下的銅粒子的含量為100質量% 1110F：平均最大直徑5.8 μm、縱橫比20、最大直徑為1 μm以上且20 μm以下的銅粒子的含量為100質量% 所述片狀微米銅粒子中，最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比為4以上的片狀微米銅粒子的含量為100質量%，最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比小於2的微米銅粒子的含量為0質量%。 （微米銅粒子） 1300Y：平均最大直徑3.3 μm、縱橫比1

再者，所述體積平均粒徑藉由下述方法求出。 （50%體積平均粒徑） 使用島津奈米粒子徑分佈測定裝置（SALD-7500奈米（nano），島津製作所股份有限公司製造）與附屬的軟體（WingSALDII-7500-for Japanese V3.，島津製作所股份有限公司製造），依據以下的（1）～（5）來測定50%體積平均粒徑。 （1）軟體的設定 利用測定裝置附屬的個人電腦啟動WingSALDII-7500-for Japanese V3.1，按下指南（manual）而進行裝置的初始化。於初始化結束後，指定保存檔案名並點擊「下一步」，如下般設定測定條件及粒子徑分佈計算條件，點擊「下一步」。 （測定條件） ·繞射/散射光的檢測 平均次數（測定次數：1）：128、測定次數：1、測定間隔（秒）：2 ·測定吸光範圍 最大值：0.2、最小值：0 ·空白（blank） 區域/測定區域 空白測定容許變動最大值：150、測定最佳範圍（MAX）：45000、測定最佳範圍（MIN）：15000 （粒子徑分佈計算條件） 折射率的選擇：參照試樣/順金屬/半導體等（固體值） 樣品的物質：4 Copper（銅） 折射率的選擇：1.18-2.21、選中「評價側方/後方感測器」 （2）空白測定（blank determination） 將島津奈米粒子徑分佈測定裝置SALD-7500奈米（nano）用分批槽（SALD-BC75，島津製作所股份有限公司製造）安裝於SALD-7500奈米（nano）上而進行測定。利用吸管在附屬於SALD-BC75的裝有漏斗的分批槽（零件編號S347-61030-41，島津製作所股份有限公司製造，以下稱為「分批槽」）內以收斂於分批槽的兩個標線之間的方式滴加α-萜品醇（和光純藥工業股份有限公司製造）。自WingSALDII-7500-for Japanese V3.的畫面上選擇「診斷」、「調整」，確認位置感測器輸出為裝置容許範圍內。點擊「取消」而返回最初的畫面，選擇空白測定而進行測定。 （3）測定溶液的製備 在附屬於SALD-BC75的分批槽固定器（零件編號S347-62301，島津製作所股份有限公司製造）的攪拌桿上放置2 mg的接合用銅糊，並安裝於裝有漏斗的分批槽上。接著，自WingSALDII-7500-for Japanese V3.的畫面上選擇「攪拌器（stirrer）」而進行15分鐘攪拌。 （4）測定 攪拌後，自WingSALDII-7500-for Japanese V3.的畫面上選擇「測定」而進行測定。反復進行四次（1）～（4）的操作，從而進行四次測定。 （5）統計 啟動WingSALDII-7500-for Japanese V3.，點擊「打開」並選擇所測定的檔案，將測定資料顯示於WingSALDII-7500-for Japanese V3.的畫面上。點擊「重複描繪」，於畫面下段顯示出50.000%直徑，將四次的平均值設為50%體積平均粒徑。

[表1]

[表2]

[表3]

根據表1～表3可知，如「（5）晶片剪切強度的測定」中所記載般，使用實施例的接合用銅糊的接合體於接合體的製造時，不進行特別的加壓而僅藉由晶片的自身的重量所帶來的壓力便具有良好的晶片剪切強度、導熱係數及連接可靠性。另一方面，使用不含片狀微米銅粒子的比較例的接合用銅糊的接合體於在接合體的製造時不進行加壓的情況下，未能將晶片及基板充分接合。

（剖面形態觀察） 圖11～圖13是將實施例1、實施例4及實施例6的接合用銅糊夾持於晶片12與基板之間，並進行100℃、30分鐘的熱處理而製備的接合用銅糊的乾燥膜的SEM圖像。接合用銅糊中，採用使非片狀銅粒子11（次微米銅粒子）填埋片狀微米銅粒子10的間隙的結構。該些接合用銅糊藉由具有特定的平均最大直徑及縱橫比，容易因印刷塗佈於基板上時的剪切力或裝配晶片12時的微小的壓力而使片狀微米銅粒子10以相對於與晶片12或基板的界面而成為大致平行的方式配向。

圖15～圖18是將實施例1、實施例2、實施例4及實施例6的接合用銅糊夾持於晶片12與基板15之間，並進行350℃、25分鐘的燒結處理而製備的接合體的SEM圖像。根據該些圖可知，即便於燒結後亦反映出燒結前的接合用銅糊的狀態。即，採用使源自非片狀銅粒子的形狀14填埋源自片狀微米銅粒子的形狀13的間隙的結構，源自片狀微米銅粒子的形狀13相對於晶片12或基板15的接合面而大致平行地配向。使用本發明的接合用銅糊所製備的接合體藉由如上所述的配向結構緊密地填滿的增強效果，可具有較由僅含有非片狀的銅粒子（例如球狀的銅粒子）的接合銅糊所形成的燒結體而言連接可靠性高的銅燒結體。

圖14是將比較例4的接合用銅糊夾持於晶片與基板之間，並進行100℃、30分鐘的熱處理而製備的接合用銅糊的乾燥膜的SEM圖像。比較例4的接合用銅糊是僅含有非片狀銅粒子11的接合用銅糊。圖19及圖20是將比較例3及比較例4的接合用銅糊夾持於晶片12與基板15之間，並進行350℃、25分鐘的燒結處理而製備的接合體的SEM圖像。僅使用非片狀銅粒子所製備的接合用銅糊由於非片狀銅粒子彼此以近似於點接觸的形式燒結、無法充分確保對被接著面的接著面積等，因此無法確保充分的接合，而且接合後的連接可靠性試驗的結果亦欠佳。

根據以上結果，認為具有由本發明的接合用銅糊所形成的燒結體作為接合層的電子器件中，即便於因所接合的構件間的熱膨脹係數差而產生的熱應力作用於接合層的情況下，亦可維持高的連接可靠性。認為該情況是由於源自片狀微米銅粒子的配向結構阻礙了因熱應力而於接合用銅糊的燒結體中產生的龜裂的傳播，因此連接可靠性提高。另外，該燒結體包含藉由金屬結合而相連的金屬銅，因此表現出100 W/（m·K）以上的高的導熱係數，從而能夠在安裝發熱大的電子器件時迅速地放熱。另外，根據本發明的接合用銅糊，即便不加壓亦可藉由金屬結合而牢固地接合，因此對於被接著面的材質為銅、鎳、銀、金而言，可將表示接合強度的晶片剪切強度設為20 MPa以上。如此，本發明的接合用銅糊具有對於功率器件、邏輯、增幅器等發熱大的電子器件的接合而言非常有效的性質。因此，於應用本發明的接合用銅糊的情況下，可容許更高的輸入功率，能夠以高的動作溫度進行動作。

1‧‧‧接合用銅糊的燒結體 2‧‧‧第一構件 3‧‧‧第二構件 4a、4b‧‧‧面 5a、5b‧‧‧引線框架 6‧‧‧線 7‧‧‧模壓樹脂 8‧‧‧半導體元件 9‧‧‧片狀微米銅粒子 10‧‧‧片狀微米銅粒子（未燒結） 11‧‧‧非片狀微米銅粒子（未燒結） 12‧‧‧晶片（材質：Si、銅） 13‧‧‧源自片狀微米銅粒子的形狀（燒結後） 14‧‧‧源自非片狀微米銅粒子的形狀（燒結後） 15‧‧‧基板（銅） 21‧‧‧絕緣基板 22‧‧‧第一電極 23‧‧‧半導體元件 24‧‧‧第二電極 25‧‧‧金屬配線 26‧‧‧第三電極 27、35‧‧‧線 28‧‧‧銅板 29‧‧‧絕緣體 30‧‧‧塊體 31‧‧‧密封材 32‧‧‧第一導熱構件 33‧‧‧第二導熱構件 34‧‧‧電極 100‧‧‧接合體 110、200、210、220、300、310、320、400‧‧‧半導體裝置

圖1是表示片狀微米銅粒子MA-C025的掃描式電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope，SEM）圖像。 圖2是表示使用本實施形態的接合用銅糊所製造的接合體的一例的示意剖面圖。 圖3是表示使用本實施形態的接合用銅糊所製造的半導體裝置的一例的示意剖面圖。 圖4是表示使用本實施形態的接合用銅糊所製造的半導體裝置的一例的示意剖面圖。 圖5是表示使用本實施形態的接合用銅糊所製造的半導體裝置的一例的示意剖面圖。 圖6是表示使用本實施形態的接合用銅糊所製造的半導體裝置的一例的示意剖面圖。 圖7是表示使用本實施形態的接合用銅糊所製造的半導體裝置的一例的示意剖面圖。 圖8是表示使用本實施形態的接合用銅糊所製造的半導體裝置的一例的示意剖面圖。 圖9是表示使用本實施形態的接合用銅糊所製造的半導體裝置的一例的示意剖面圖。 圖10是表示使用本實施形態的接合用銅糊所製造的半導體裝置的一例的示意剖面圖。 圖11是表示實施例1的接合用銅糊的剖面形態（morphology）的SEM圖像。 圖12是表示實施例4的接合用銅糊的剖面形態的SEM圖像。 圖13是表示實施例6的接合用銅糊的剖面形態的SEM圖像。 圖14是表示比較例4的接合用銅糊的剖面形態的SEM圖像。 圖15是表示使用實施例1的接合用銅糊的接合體的燒結體的剖面的SEM圖像。 圖16是表示使用實施例2的接合用銅糊的接合體的燒結體的剖面的SEM圖像。 圖17是表示使用實施例4的接合用銅糊的接合體的燒結體的剖面的SEM圖像。 圖18是表示使用實施例6的接合用銅糊的接合體的燒結體的剖面的SEM圖像。 圖19是表示使用比較例3的接合用銅糊的接合體的燒結體的剖面的SEM圖像。 圖20是表示使用比較例4的接合用銅糊的接合體的燒結體的剖面的SEM圖像。

1‧‧‧接合用銅糊的燒結體

5a、5b‧‧‧引線框架

6‧‧‧線

7‧‧‧模壓樹脂

8‧‧‧半導體元件

110‧‧‧半導體裝置

Claims (9)

1. 一種接合用銅糊，包括金屬粒子及分散媒， 所述金属粒子含有： 體積平均粒徑為0.12 μm以上且0.8 μm以下的次微米銅粒子；以及 最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比為4以上的片狀微米銅粒子， 並且，以所述片狀微米銅粒子總量為基準，所述金屬粒子中所含的最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比小於2的微米銅粒子的含量為50質量%以下。
2. 如申請專利範圍第1項所述的接合用銅糊，其用於不加壓接合。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的接合用銅糊，其中以所述次微米銅粒子的質量及所述片狀微米銅粒子的質量的合計為基準，所述次微米銅粒子的含量為20質量%以上且90質量%以下，以所述金屬粒子的總質量為基準，所述片狀微米銅粒子的含量為1質量%以上且90質量%以下。
4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的接合用銅糊，其中所述金屬粒子含有選自由鎳、銀、金、鈀、鉑所組成的群組中的至少一種金屬粒子。
5. 一種接合體的製造方法，包括： 準備依次積層有第一構件、並於所述第一構件的自身的重量的作用方向側積層有如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的接合用銅糊及第二構件的積層體， 在承受所述第一構件的自身的重量、或者所述第一構件的自身的重量及0.01 MPa以下的壓力的狀態下，對所述接合用銅糊進行燒結。
6. 一種半導體裝置的製造方法，包括： 準備依次積層有第一構件、並於所述第一構件的自身的重量的作用方向側積層有如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的接合用銅糊及第二構件的積層體， 在承受所述第一構件的自身的重量、或者所述第一構件的自身的重量及0.01 MPa以下的壓力的狀態下，對所述接合用銅糊進行燒結， 所述第一構件及所述第二構件的至少一者為半導體元件。
7. 一種接合體，其具備：第一構件、第二構件以及將所述第一構件與所述第二構件接合的如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的接合用銅糊的燒結體。
8. 如申請專利範圍第7項所述的接合體，其中所述第一構件及第二構件的至少一者在與所述燒結體相接的面中含有選自由銅、鎳、銀、金及鈀所組成的群組中的至少一種金屬。
9. 一種半導體裝置，其具備：第一構件、第二構件以及將所述第一構件與所述第二構件接合的如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的接合用銅糊的燒結體， 所述第一構件及所述第二構件的至少一者為半導體元件。