CN113631301B - 接合材料及接合结构 - Google Patents

接合材料及接合结构 Download PDF

Info

Publication number
CN113631301B
CN113631301B CN202080023565.5A CN202080023565A CN113631301B CN 113631301 B CN113631301 B CN 113631301B CN 202080023565 A CN202080023565 A CN 202080023565A CN 113631301 B CN113631301 B CN 113631301B
Authority
CN
China
Prior art keywords
bonding
copper
film
joining
reducing agent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202080023565.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113631301A (zh
Inventor
穴井圭
赵亭来
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Original Assignee
Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsui Mining and Smelting Co Ltd filed Critical Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Publication of CN113631301A publication Critical patent/CN113631301A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113631301B publication Critical patent/CN113631301B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B22F7/08—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools with one or more parts not made from powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B22F1/052—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles characterised by a mixture of particles of different sizes or by the particle size distribution
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B22F1/054—Nanosized particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B22F1/054—Nanosized particles
    • B22F1/0551—Flake form nanoparticles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B22F1/054—Nanosized particles
    • B22F1/056—Submicron particles having a size above 100 nm up to 300 nm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/06—Metallic powder characterised by the shape of the particles
    • B22F1/068—Flake-like particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
    • B22F1/107—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material containing organic material comprising solvents, e.g. for slip casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/14—Treatment of metallic powder
    • B22F1/145—Chemical treatment, e.g. passivation or decarburisation
    • B22F1/147—Making a dispersion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/008—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression characterised by the composition
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B22F7/062—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools involving the connection or repairing of preformed parts
    • B22F7/064—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools involving the connection or repairing of preformed parts using an intermediate powder layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
    • B23K35/0233—Sheets, foils
    • B23K35/0238—Sheets, foils layered
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/302—Cu as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0425—Copper-based alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
    • H01L23/14—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates characterised by the material or its electrical properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L24/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L24/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/02—Soldered or welded connections
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/02—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
    • B22F7/04—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers with one or more layers not made from powder, e.g. made from solid metal
    • B22F2007/042—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers with one or more layers not made from powder, e.g. made from solid metal characterised by the layer forming method
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2301/00—Metallic composition of the powder or its coating
    • B22F2301/10—Copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/291—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
    • H01L2224/29117—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/29124—Aluminium [Al] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/291—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
    • H01L2224/29138—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
    • H01L2224/29139—Silver [Ag] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/291—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
    • H01L2224/29138—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
    • H01L2224/29144—Gold [Au] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/291—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
    • H01L2224/29138—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
    • H01L2224/29147—Copper [Cu] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/291—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
    • H01L2224/29138—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
    • H01L2224/29155—Nickel [Ni] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—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
    • H01L2224/45138—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
    • H01L2224/45147—Copper (Cu) as principal constituent

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明的接合材料具有铜箔和在其一个面形成的可烧结的接合膜。接合膜包含铜粉和固体还原剂。接合材料用于与接合对象物接合，所述接合对象物在表面具有金、银、铜、镍及铝中的至少一种金属。另外，本发明的接合材料也可以用作引线接合用的材料。另外，本发明还提供一种接合结构，其是接合对象物与铜箔借助接合层电连接而形成的，所述接合对象物在表面形成有包含金、银、铜、镍及铝中的至少一种金属的金属层；所述接合层是由铜粉的烧结结构形成的。

Description

接合材料及接合结构
技术领域
本发明涉及接合材料及接合结构。
背景技术
随着近年来全世界性的节能化的趋势，作为逆变器等电力转换·控制装置，正在盛行使用被称为功率器件的半导体器件。为了实现半导体元件的高效率化及节省空间化，使用在金属陶瓷基板上配置有多个半导体元件并在该半导体元件的上表面配置有金属层及金属线的被称为功率模块的电子部件。
近年来，为了功率模块的高功率化、提高可靠性，正在研究将功率模块中配置的通常作为金属线的铝线替换为铜线。但是，将铜线结合于半导体芯片正上方的情况下，进一步要求特殊的制造装置及制造条件，或导体芯片的接合时的热机械应力的负荷所引起的半导体芯片的破损风险增大，从而不容易替换为铜线。
为了解决这样的不良情况，使银、铜等金属烧结而成的烧结材料受到关注。专利文献1中公开了功率半导体芯片与粗径线的连接形成方法。该文献中还记载了，利用通过低温烧结技术形成的Ag层将经图案化的金属成形体安装于半导体上后，将粗径线接合于成形体的上部侧。
另外，非专利文献1中公开了一种用于与半导体元件接合的、在铜箔的一个面涂布有包含银的接合用糊剂的接合材料。另外，该文献中还公开了，通过使包含银的前述接合材料烧结从而半导体元件与铜箔通过包含银的接合部位电连接的功率模块。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：US2014/225247A1
非专利文献
非专利文献1:Heraeus Electronics“Die Top System”、[online][2019年3月29日检索]、网址〈https://www.heraeus.com/en/het/products_and_solutions_het/material_systems/die_top_system/dts_page.aspx〉
发明内容
但是，专利文献1中记载的连接形成方法中，需要对在运输箔上夹设有结合层的成形体预先实施光刻、蚀刻等来形成电路，因此制造工艺变得烦杂，其结果，制造成本变高。
另外，非专利文献1中记载的接合材料使用了银等昂贵的金属原料，因此制造成本变高。另外，将该文献中记载的接合材料用于功率模块的情况下，为了提高接合强度，必需另外进行在铜箔的与半导体元件相对的面形成包含银、金的金属层的工序，在该方面，制造成本也变高。
因此，本发明的课题在于，提供兼顾高接合强度的表现和制造成本的降低的接合材料及接合结构。
本发明为一种接合材料，其具有：铜箔、和在其一个面形成的可烧结的接合膜，
前述接合膜包含铜粉和固体还原剂，
所述接合材料用于与接合对象物接合，所述接合对象物的表面具有金、银、铜、镍及铝中的至少一种金属。
另外，本发明还提供一种接合材料，其具有：铜箔、和在其一个面形成的可烧结的接合膜，
前述接合膜包含铜粉和固体还原剂，
所述接合材料用于形成引线接合结构体。
本发明还提供一种接合结构，其是接合对象物与铜箔借助接合层电连接而形成的，所述接合对象物的表面具有金、银、铜、镍及铝中的至少一种金属；所述接合层是由铜粉的烧结结构形成的，
在前述接合层中形成有以下的结构(3)。
(式(3)中，R3～R5各自独立地表示氢原子、羟基、碳原子数1以上且10以下的烃基、或具有羟基的碳原子数1以上且10以下的烃基，*表示与铜的键合部位。)
附图说明
图1的(a)为示出接合材料的一实施方式的侧面示意图，图1的(b)为示出接合结构的一实施方式的侧面示意图。
图2的(a)为实施例1的接合结构的厚度方向截面中的铜箔及接合层的电子显微镜图像，图2的(b)为实施例1的接合结构的厚度方向截面中的接合层、金属层及接合对象物的电子显微镜图像。
具体实施方式
以下，基于优选的实施方式对本发明的接合材料及接合结构进行说明。如图1的(a)所示，接合材料1具有铜箔2和在其一个面形成的接合膜3。接合膜3包含铜粉和固体还原剂。
从接合于表面具有金、银、铜、镍及铝中的至少一种金属的接合对象物时低成本且表现高接合强度的观点出发，接合材料1是适合使用的。作为存在于接合对象物的表面的金属的形态，可列举出在接合对象物的表面形成的层状的金属层。
另外，接合材料1适合用作用于形成引线接合结构体的接合基材。作为接合对象物，例如可列举出铜、银等金属、半导体元件、陶瓷等。
详细而言，接合膜3呈可烧结的结构。可以通过将接合材料1中的接合膜3与接合对象物优选在加压下焙烧，从而使接合材料1中的铜箔2和接合对象物5接合。如图1的(b)所示，焙烧后的接合膜3呈由铜粉的烧结结构形成的导电性的接合层30。该接合层30使铜箔2与在表面形成有金属层5A的接合对象物5接合并导通。接合材料1例如可以通过后述的制造方法来得到。需要说明的是，“可烧结”是指，构成铜粉的金属颗粒彼此之间以不熔接的状态存在于接合膜中，通过使该接合膜中的金属颗粒烧结，能够形成金属颗粒彼此之间熔接而成的由金属颗粒的烧结结构形成的烧结体。
构成接合材料1的铜箔2适合用作例如功率模块中的接合引线的连接部位。从兼顾铜箔自身的强度和接合结构的导电性的观点出发，铜箔优选包含铜97质量％以上、更优选包含99质量％以上、进一步优选由铜及剩余部分的不可避免的杂质形成。另外，在不损害本发明效果的范围内，出于防腐蚀等目的，可以利用苯并***等有机化合物对铜箔的至少一面进行表面处理。
另外，从同样的观点出发，铜箔的厚度优选为0.5μm以上且1000μm以下、进一步优选为1μm以上且500μm以下。对于铜箔的厚度，例如可以通过使用扫描型电子显微镜观察接合材料的厚度方向的截面来进行测定。
如图1的(a)所示，接合材料1中的接合膜3优选仅在铜箔2的一个面形成。另外，接合膜3可以在铜箔2的整个一个面形成，或者也可以在铜箔2的一个面不连续地形成。接合膜3在铜箔2的一个面不连续地形成的情况下，未形成接合膜3的部位为铜箔2露出的部位。优选在铜箔2与接合膜3之间均不夹设任何层。接合膜3的适当的厚度在后述的制造方法中详细叙述。
另外，如图1的(a)所示，接合材料1中，优选在未形成接合膜3的一侧的表面1A不存在以追加的铜箔、追加的接合膜为代表的其他固体层。同样地，接合材料1中，还优选在接合膜3的表面1B不存在以追加的铜箔、追加的接合膜为代表的其他固体层。但是，只要可发挥本发明的效果，可以在接合材料1的表面的至少一侧存在其他固体层。
接合膜3中包含的铜粉由包含铜的金属颗粒的集合体形成。对于铜粉，作为金属颗粒的含有形态，可以采用例如(i)仅由铜及剩余部分的不可避免的杂质形成的铜颗粒的集合体、(ii)前述铜颗粒与其他金属颗粒的集合体、(iii)包含铜50质量％以上并且包含其他金属的铜合金颗粒的集合体、(iv)前述铜颗粒与前述铜合金颗粒的集合体、或(v)前述铜颗粒、前述铜合金颗粒及其他金属颗粒的集合体。以下的说明中，将这些形态总称并简称为“铜粉”，另外，根据上下文，“铜粉”是指构成铜粉的金属颗粒、或者是指作为包含铜的金属颗粒的集合体的铜粉。
从兼顾制造成本的降低和导电性的提高的观点出发，铜粉优选由铜颗粒形成，所述铜颗粒是由铜及剩余部分的不可避免的杂质形成的，并且该铜颗粒包含50质量％以上、更优选包含70质量％以上、进一步优选包含90质量％以上的铜。另外，从同样的观点出发，铜粉以颗粒的含有形态优选为下述中的任意者：(i)仅由铜及剩余部分的不可避免的杂质形成的铜颗粒的集合体、(iii)包含铜50质量％以上并且包含其他金属的铜合金颗粒的集合体、或(iv)前述铜颗粒与前述铜合金颗粒的集合体，进一步优选为(i)仅由铜及剩余部分的不可避免的杂质形成的铜颗粒的集合体。铜粉中包含多种金属颗粒的情况下，铜粉中的铜的含量是以构成铜粉的全部金属颗粒为基准而算出的。
构成铜粉的金属颗粒的形状例如为球状、扁平状(片状)、枝晶状(树枝状)、棒状等，这些可以单独使用或多个组合使用。金属颗粒的形状依赖于其制造方法。例如，作为金属颗粒的制造方法，使用湿式还原法、雾化法的情况下，容易得到球状的颗粒。使用电解还原法的情况下，容易得到枝晶状、棒状的颗粒。扁平状的颗粒例如可以通过对球状的颗粒施加机械外力使其塑性变形来得到。
铜粉优选包含含有铜的球状的金属颗粒。该情况下，球状的金属颗粒的粒径可以通过扫描型电子显微镜图像的图像解析进行测定。具体而言，使用Mountech Co.,Ltd.制Mac-View，读入金属颗粒的图像数据后，随机选择50个以上数据上的金属颗粒，分别测定该颗粒的粒径(Heywood径)、该颗粒的二维投影像的面积S、及该颗粒的二维投影像的周长L。接着，由得到的Heywood径算出假定颗粒为正球时的体积，将该体积的累积体积50容量％的体积累积粒径设为DSEM50。
另外，对于金属颗粒是否为球形，根据通过上述的方法随机选择的各颗粒的面积S和周长L算出圆形度系数4πS/L2，进而算出其算术平均值。圆形度系数的算术平均值为0.85以上、优选为0.90以上的情况下，定义为金属颗粒为球状。
球状的金属颗粒的粒径用上述的累积体积50容量％的体积累积粒径DSEM50表示，优选为30nm以上且200nm以下、进一步优选为40nm以上且180nm以下。通过成为这样的构成，能够在铜箔与接合对象物的接合时形成致密的烧结结构，其结果，能够使使用了接合材料的接合结构兼顾地表现耐热性和高的接合强度。此外，即使为比较低温的烧结条件，也能够形成致密的烧结结构，因此抑制对制造时的接合对象物的过度的热负荷从而能够得到可以表现期望的性能的接合结构。
对于DSEM50，从扫描型电子显微镜图像中随机选择50个以上测定对象的金属颗粒并分别测定粒径(Heywood径)，接着，根据得到的粒径，算出并得到假定颗粒为正球时的体积。
铜粉还优选包含含有铜的扁平状的金属颗粒。此时，扁平状的金属颗粒的基于激光衍射散散射粒度分布测定法的累积体积50容量％的体积累积粒径D50优选为0.3μm以上、更优选为0.5μm以上、进一步优选为0.7μm以上。另外，D50优选为100μm以下、更优选为70μm以下、进一步优选为50μm以下。通过包含这种粒径的颗粒，能够使使用了接合材料的接合结构兼顾表现耐热性和高的接合强度。此外，即使为比较低温的烧结条件，也能够形成致密的烧结结构。扁平状是指，具有形成了颗粒的主面的一对板面和与所述板面交叉的侧面的形状，板面及侧面可以各自独立地为平面、曲面或凹凸面。
金属粉包含扁平状的金属颗粒的情况下，扁平状金属颗粒其板面的长轴的长度相对于短轴的长度比(以下，也将其称为长径比。)优选为2以上、优选为5以上。另外，长径比优选为80以下、更优选为40以下。通过还包含这样的形状的颗粒，能够致密地形成烧结的涂膜，能够实现导电体彼此之间的高的接合强度和导电可靠性的提高。
扁平状金属颗粒的长轴及短轴的长度如下地来求出。即，使测定对象的颗粒在与板面水平的方向旋转360度，并假设各二维投影图像的假想的外接长方形时，对其中外接长方形的一边最大者将其长边设为长轴。另一方面，使测定对象的颗粒在与板面垂直的方向旋转360度，并假设各二维投影图像的假想的外接长方形时，将其中外接长方形的一边最大者设为长边时的其短边设为短轴。同样地操作，随机选择50个以上该颗粒，分别测定长轴及短轴，由它们的算术平均值求出。
对于D50的测定，例如将0.1g的测定试样和分散剂水溶液50mL混合，用超声波均化器(日本精机制作所制、US-300T)进行1分钟分散。其后，例如使用MicrotracBEL Corp.制MT3300 EXII作为激光衍射散射式粒度分布测定装置，测定粒度分布。
接合膜3中包含的固体还原剂在室温(25℃)下为固体，用于促进基于接合膜的焙烧的铜粉的烧结。出于该目的，固体还原剂为具有至少1个氨基及多个羟基的化学结构是有利的。通过使用具有这种结构的还原剂，与具有多个羟基并且不含氨基的还原剂相比，能够控制烧结时的铜粉的氧化，因此能够因促进铜粉的烧结而得到致密的烧结结构。因此，即使还原剂为少量，也能够得到包含具有高接合强度的接合层的接合结构。“在室温(25℃)下为固体”是指固体还原剂的熔点超过25℃。
固体还原剂的熔点优选为铜粉的烧结温度以下。另外，固体还原剂的沸点还优选高于后述的液体介质的沸点。通过使用具有这样的物性的固体还原剂，该固体还原剂在接合膜中以固体形式残留，因此能够提高该接合膜的形状保持性。其结果，即使在接合膜的焙烧时该接合膜被加压，该接合膜也不易从接合对象物与铜箔之间溢出，厚度的控制变得更容易，因此能够得到接合强度高的接合结构。另外，对接合膜进行焙烧时，还原剂熔融并在接合膜中均匀地扩展，由此均匀地促进铜粉的烧结，能够得到具有更致密的烧结结构的耐热性高的接合结构。
利用这样的接合材料，通过使接合膜中包含固体还原剂，在与接合对象物的烧结时中，构成铜粉的金属颗粒彼此之间充分烧结从而形成致密的烧结结构。其结果，可得到接合材料中的铜箔与接合对象物的高的接合强度。另外，由于接合膜及铜箔均包含铜，因此在功率模块的制造过程中，可以在不另行进行用于提高接合强度的金属化等表面处理工序的状态下进行接合，其结果，能够表现高的接合强度并且削减制造成本。另外，由于构成接合膜的原料比较廉价，因此还有使得制造成本进一步削减的优点。
从兼顾接合时的高接合强度和高导电可靠性的观点出发，作为固体还原剂，优选使用以下的化学式(1)或(2)所示的氨基醇化合物。“氨基醇化合物”是指在一个化学结构中具有伯胺～叔胺中的至少一种胺且具有伯醇～叔醇中的至少一种醇的有机化合物。
化学式(1)或(2)中，R1～R6各自独立地表示氢原子、羟基、碳原子数1以上且10以下的烃基、或具有羟基的碳原子数1以上且10以下的烃基。作为烃基，可列举出饱和或不饱和的脂肪族基团。该脂肪族基团可以为直链状、或者也可以为支链状。作为R1～R6中的烃基的例子，可列举出甲基、乙基、丙基等。
式(2)中，R7表示碳原子数1以上且10以下的烃基、或具有羟基的碳原子数1以上且10以下的烃基。作为烃基，可列举出饱和或不饱和的脂肪族基团。该脂肪族基团可以为直链状、或者也可以为支链状。作为R7中的烃基的例子，可列举出亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基等。
化学式(1)中，R1～R5中的至少2者包含羟基。即，R1～R5中的至少2者为羟基、或为具有羟基的碳原子数1以上且10以下的烃基。另外，式(2)中，R1～R6中的至少2者包含羟基。即，R1～R6中的至少2者为羟基、或为具有羟基的碳原子数1以上且10以下的烃基。特别优选化学式(1)中R1～R5中的至少2者为具有羟基的碳数1以上且4以下的烃基。另外，化学式(2)中，优选R1～R6中的至少2者为具有羟基的碳数1以上且4以下的烃基。该情况下，羟基烷基中的羟基优选与烷基的末端键合。
对于化学式(1)所示的还原剂，从提高铜粉的烧结性的观点出发，优选R1～R5中的3者以上包含羟基、更优选4者以上包含羟基、进一步优选R1～R5全部包含羟基。从同样的观点出发，化学式(2)所示的还原剂优选R1～R6中的3者以上包含羟基、更优选4者以上包含羟基。
作为化学式(1)或(2)所示的氨基醇化合物的具体例，可列举出双(2-羟基乙基)亚氨基三(羟基甲基)甲烷(BIS-TRIS、熔点：104℃、沸点：超过300℃、相当于化学式(1))、2-氨基-2-(羟基甲基)-1,3-丙烷二醇(TRIS、熔点：169～173℃、沸点：超过300℃、相当于化学式(1))、1,3-双(三(羟基甲基)甲基氨基)丙烷(BIS-TRISpropane、熔点：164～165℃、沸点：超过300℃、相当于化学式(2))等。这些之中，从提高铜粉的烧结性、并且得到表现导电体彼此之间的高接合强度的接合结构的观点出发，作为固体还原剂，优选使用双(2-羟基乙基)亚氨基三(羟基甲基)甲烷(BIS-TRIS)。
上述的固体还原剂可以单独使用一种，或者可以组合使用两种以上。任意情况下，从提高铜粉的烧结性的观点出发，相对于100质量份的铜粉，接合膜中的固体还原剂的比例均优选为0.1质量份以上、进一步优选为1质量份以上。另外，从维持铜粉在接合层用组合物中占据的比例、并且发挥向铜箔的适宜的涂布性能的观点出发，设为10质量份以下是现实的，优选设为8质量份以下、进一步优选设为5质量份以下。
接合膜可以还包含沸点低于300℃的液体介质。液体介质用于在形成接合膜时使接合膜的成形性良好。从这样的观点出发，上述的液体介质优选在室温(25℃)下为液体。
使接合膜含有液体介质的情况下，另外从抑制构成铜粉的金属颗粒的氧化的观点出发，液体介质还优选为非水介质。
从兼具接合膜的成形性、液体介质的适度的挥发性的观点出发，液体介质优选为一元醇或多元醇、进一步优选为多元醇。作为多元醇，例如可列举出丙二醇(沸点：188℃)、乙二醇(沸点：197℃)、己二醇(沸点：197℃)、二乙二醇(沸点：245℃)、1,3-丁二醇(沸点：207℃)、1,4-丁二醇(沸点：228℃)、二丙二醇(沸点：231℃)、三丙二醇(沸点：273℃)、甘油(沸点：290℃)、聚乙二醇200(沸点：250℃)、聚乙二醇300(沸点：250℃)等。液体介质可以单独使用一种或组合使用两种以上。这些中，从提高接合膜的形状保持性、接合膜中的成分的分散性从而制成均匀并且致密的烧结结构的观点出发，液体介质优选包含己二醇、以及聚乙二醇200及聚乙二醇300等聚乙二醇中的一种以上。
接合膜包含液体介质的情况下，从提高接合膜的形状保持性的观点出发，相对于100质量份的铜粉，接合膜中的液体介质的含量优选为9质量份以下、进一步优选为7质量份以下。对于接合膜中的液体介质的含有比例，例如按照后述的制造方法制造的情况下，涂膜与作为使该涂膜干燥而成的干燥涂膜的接合膜的除液体介质以外的各构成材料的含量实质上相同，因此例如可以测定并算出干燥前后的涂膜的质量变化。
接着，对上述的接合材料的制造方法、及使用该接合材料的接合结构的制造方法进行说明。接合材料1的制造方法依次具备：例如在铜箔2的至少一个面涂布接合层用组合物而形成涂膜的涂布工序、及使该涂膜干燥而形成作为干燥涂膜的接合膜3的干燥涂膜形成工序。
首先，将包含铜粉和固体还原剂的接合层用组合物涂布于铜箔的至少一个面，形成涂膜。接合层用组合物的涂布的方法没有特别限制，可以使用公知的涂布方法。例如可以使用丝网印刷、分配器印刷、凹版印刷、胶版印刷等。从效率良好地进行接合层用组合物的涂布工序的观点出发，接合层用组合物优选为包含液体介质的糊剂状或墨状。接合层用组合物可以通过将上述的铜粉及固体还原剂、以及根据需要的上述的液体介质混合来得到。
从得到具有高形状保持性的接合膜的观点、及形成稳定地具有高接合强度的接合结构的观点出发，形成的涂膜的厚度优选设定为在刚刚涂布后为1μm以上、进一步优选设定为5μm以上。另外，形成是涂膜的厚度优选设为1000μm以下、进一步优选设为700μm以下。
接合层用组合物中包含液体介质的情况下，从对接合层用组合物赋予适度的粘性、提高将该接合层用组合物涂布于铜箔上时的涂膜的形状保持性的观点出发，相对于100质量份的铜粉，接合层用组合物中的液体介质的含量优选为40质量份以下、进一步优选为35质量份以下。
对于接合层用组合物，从提高涂膜向铜箔的涂布性及形状保持性的观点出发，未加热时，在剪切速度10s-1及25℃下的粘度优选为20Pa·s以上且200Pa·s以下、进一步优选为25Pa·s以上且180Pa·s以下。对于接合层用组合物的粘度，可以使传感器为平行板型，用流变仪(粘弹性测定装置)进行测定。
接合层用组合物只要发挥本发明的效果，也可以包含其他成分。作为其他成分，例如可列举出粘结剂成分、表面张力调节剂、消泡剂、粘度调节剂等。相对于100质量份的铜粉，其他成分的比例以其总量计优选为0.1质量份以上且10质量份以下。
接着，使在铜箔表面形成的涂膜干燥，得到具有接合膜3和铜箔2的接合材料1。本工序中，通过进行涂膜的干燥，从而从该涂膜中将液体介质的至少一部分去除，在铜箔的一个面形成涂膜中的液体介质的量降低了的接合膜3。通过从涂膜中去除液体介质，能够进一步提高接合膜的形状保持性。进而，使具有铜箔及接合膜的接合材料与接合对象物接合时，能够提高接合层的密合性，使接合强度高。接合膜如上所述，相对于100质量份的铜粉，液体介质的比例为9质量％以下。本工序中，涂膜与作为使该涂膜干燥而成的干燥涂膜的接合膜的除液体介质以外的各构成材料的含量实质上相同。另外，本工序中形成的接合膜中，接合膜中的构成铜粉的金属颗粒是互相不熔接而可烧结的。
为了将液体介质干燥去除，可以使用利用了该液体介质的挥发性的自然干燥、热风干燥、红外线的照射、热板干燥等干燥方法使液体介质挥发。本工序可以根据使用的接合层用组合物的组成来适宜变更，优选在低于构成铜粉的金属颗粒的熔点下进行，例如可以在大气气氛下、于60℃以上且150℃以下、大气压下进行1分钟以上且30分钟以下。
从得到充分的接合强度的观点出发，接合膜3的厚度优选为0.5μm以上、进一步优选为3μm以上。另外，从实现电子部件的节省空间化的观点出发，接合膜3的厚度优选为980μm以下、进一步优选为600μm以下。接合膜3的厚度例如可以通过在上述的工序中适宜调整形成的涂膜的厚度来调整。接合膜3的厚度例如可以通过使用扫描型电子显微镜观察接合材料的厚度方向截面来测定。
对经过以上的工序得到的接合材料1，将其与接合对象物5一起接合，从而可以得到具有图1的(b)所示结构的接合结构10。该接合结构10优选的是接合对象物5与铜箔2借助接合层30电接合而成的，所述接合对象物5在表面形成有包含金、银、铜、镍及铝中的至少一种金属的金属层5A，所述接合层30是由铜粉的烧结结构形成的。
首先，经过上述的工序得到接合材料1后，如图1的(b)所示，使接合材料1中的接合膜3与接合对象物5相对，得到在接合对象物5与该接合材料1的铜箔2之间配置有接合膜3的层叠体10A。详细而言，使接合材料1中的接合膜3的表面1B与在接合对象物5的表面形成的金属层5A的表面彼此进行面接触，得到层叠体10A。在形成有层叠体10A的状态下，接合膜3未烧结。
接着，对该层叠体10A进行加热，使接合膜3中所包含的铜粉烧结，由此形成将接合对象物5和铜箔2接合的接合层30。烧结时的气氛优选为氮气等非活性气体气氛。烧结温度优选低于300℃、更优选为150℃以上且低于300℃、进一步优选为200℃以上且低于300℃、进一步优选为230℃以上且低于300℃。将烧结温度为前述范围作为条件，烧结时间优选为30分钟以下，更优选为0.5分钟以上且25分钟以下，进一步优选为1分钟以上且20分钟以下。
烧结优选在加压下进行，此时施加于接合膜的压力优选为0.001MPa以上、更优选为0.001MPa以上且20MPa以下，进一步优选为0.01MPa以上且15MPa以下。
经过以上的工序形成的接合层30为接合膜3中所包含的铜粉的烧结结构。即，接合层30由接合膜3中所包含的金属颗粒的烧结体形成，是通过接合膜3被烧结而形成的。接合膜3中包含上述的化学式(1)或(2)所示的固体还原剂的情况下，源自铜粉中的铜和固体还原剂的以下的结构(3)形成于接合层30。
式(3)中，R3～R5各自独立地表示氢原子、羟基、碳原子数1以上且10以下的烃基、或具有羟基的碳原子数1以上且10以下的烃基。R3～R5的详细情况适宜应用上述的化学式(1)及(2)的说明。另外，*表示与铜的键合部位。
对于是否在接合层30形成前述结构(3)，可以通过将接合层的截面作为对象、进行基于TOF-SIMS的质谱分析等来确认。例如使用BIS-TRIS作为固体还原剂的情况下，观察TOF-SIMS中的正极侧的质谱中来源于C-N(Cu)2的分子量152的碎片。
对于接合层30，其厚度优选进行调整以使将铜箔和接合对象物可靠地结合、并且成为足够高的导电性及导热性。具体而言，优选将接合层30的厚度设为0.1μm以上、进一步优选设为1μm以上。另外，接合层30的厚度优选设为950μm以下、进一步优选设为500μm以下。需要说明的是，接合层30在其制造过程中呈接合膜3中不存在液体介质的状态，因此接合层30的厚度与接合膜3的厚度相同、或比接合膜3的厚度薄。
接合层30的厚度例如可以通过调整使用上述的接合层用组合物形成的膜的厚度、或接合膜3的厚度来适宜控制。另外，接合层30的厚度通过对该接合层进行树脂包埋后进行研磨并利用电子显微镜观察其研磨面来测定。
上述的接合材料1及具有上述的接合层30的接合结构10利用其高的接合强度的表现、导电性、及导热性的特性，适合用于暴露于高温的环境、例如车载用电子电路、安装有功率器件的电子电路。特别是接合材料1适合用作用于形成功率器件中的引线接合结构体的接合基材。另外，作为适合使用本发明的接合结构的引线接合结构体，例如，可列举出多个接合结构10与引线框等电极分别借助由金、铜、铝等金属形成的金属线电连接的方案。对于金属线，可以在接合结构10中的铜箔2上单独配置或配置多个，其将接合结构10及电极分别电连接。
实施例
以下，通过实施例更详细地对本发明进行说明。但是，本发明的范围不限制为所述实施例。
〔实施例1〕
(1)接合层用组合物的制备
作为铜粉，使用DSEM50为140nm的球状铜颗粒(三井金属矿业株式会社制)70质量份与D50为4.9μm且长径比为13.3的扁平状铜颗粒(三井金属矿业株式会社制)30质量份的混合物。作为固体还原剂，使用BIS-TRIS(同仁化学株式会社制)。作为液体介质，使用己二醇(HG)(三井化学株式会社制)与聚乙二醇300(PEG300)(日油株式会社制)的混合物。将这些材料混合，得到糊剂状的接合层用组合物。相对于100质量份的铜粉，固体还原剂的含量设为2.5质量份。对于液体介质的含量，相对于100质量份的铜粉，将HG设为28质量份、将PEG300设为1质量份。另外，剪切速度10s-1及25℃下的接合层用组合物的粘度为70Pa·s。
(2)接合材料的制造
在用苯并***进行了表面处理的20mm四方的正方形的压延铜箔(厚度0.2mm)的中央，通过丝网印刷涂布接合层用组合物而形成涂膜。涂膜形成为5.5mm四方的正方形。此时的涂膜的厚度为100μm。使该涂膜在热风干燥机、在大气压、110℃进行20分钟干燥而将液体介质一部分去除，其后，放置在室温下，得到在铜箔的一个面形成有由干燥涂膜形成的接合膜的接合材料。确认接合膜中的液体介质的含量，结果为1.1质量％。接合膜的厚度为70μm。
(3)接合结构的制造
使用通过银金属化在表面形成有由银形成的金属层5A的氧化铝芯片作为接合对象物5，以该氧化铝芯片(接合对象物5)的金属层5A与接合材料1的接合膜3相对的方式配置接合材料1而制成层叠体10A。接着，一边沿该层叠体10A的厚度方向施加9MPa的压力，一边在氮气气氛下于280℃进行5分钟焙烧，得到接合对象物5与铜箔2借助接合层30接合而成的接合结构10。接合层30由铜粉的烧结结构形成，通过基于TOF-SIMS的质谱分析确认在该接合层30形成有前述结构(3)所示的源自铜及固体还原剂的结构。形成的接合层30的厚度为43μm。
接着，使用扫描型电子显微镜对实施例1中制造的接合结构10的厚度方向截面进行观察。将铜箔2及接合层30的放大图像示于图2的(a)，将利用银进行了金属化的氧化铝芯片(金属层5A及接合对象物5)以及接合层30的放大图像示于图2的(b)。
如图2的(a)所示的接合层30与铜箔2的界面的接合程度、以及图2的(b)所示的接合层30与金属层5A的界面的接合程度的各观察结果所支持那样，明确了，实施例的接合材料及使用其的接合结构能够表现铜箔2与接合对象物5的高的接合强度。
产业上的可利用性
根据本发明，可提高兼顾表现高接合强度和降低制造成本的接合材料及接合结构。

Claims (10)

1.一种接合材料，其具有：铜箔、和在其一个面形成的可烧结的接合膜，
所述接合膜包含铜粉和固体还原剂，
所述固体还原剂具有至少1个氨基及多个羟基，
所述固体还原剂如以下的式(1)或(2)所示，
相对于100质量份的所述铜粉，所述接合膜包含0.1质量份以上且10质量份以下的所述固体还原剂，
所述接合材料用于与接合对象物接合，
所述接合对象物在表面具有金、银、铜、镍及铝中的至少一种金属，
式(1)和(2)中，R1～R6各自独立地表示氢原子、羟基、碳原子数1以上且10以下的烃基、或具有羟基的碳原子数1以上且10以下的烃基，R7表示碳原子数1以上且10以下的烃基、或具有羟基的碳原子数1以上且10以下的烃基；式(1)中，R1～R5中的4个以上包含羟基，式(2)中，R1～R6中的4个以上包含羟基。
2.一种接合材料，其具有：铜箔、和在其一个面形成的可烧结的接合膜，
所述接合膜包含铜粉和固体还原剂，
所述固体还原剂具有至少1个氨基及多个羟基，
所述固体还原剂如以下的式(1)或(2)所示，
相对于100质量份的所述铜粉，所述接合膜包含0.1质量份以上且10质量份以下的所述固体还原剂，
所述接合材料用于形成引线接合结构体，
式(1)和(2)中，R1～R6各自独立地表示氢原子、羟基、碳原子数1以上且10以下的烃基、或具有羟基的碳原子数1以上且10以下的烃基，R7表示碳原子数1以上且10以下的烃基、或具有羟基的碳原子数1以上且10以下的烃基；式(1)中，R1～R5中的4个以上包含羟基，式(2)中，R1～R6中的4个以上包含羟基。
3.根据权利要求1或2所述的接合材料，其中，所述铜粉包含含有铜的球状的金属颗粒，
所述金属颗粒的通过扫描型电子显微镜测定的累积体积50容量％的体积累积粒径DSEM50为30nm以上且200nm以下。
4.根据权利要求1或2所述的接合材料，其中，所述铜箔的厚度为0.5μm以上且200μm以下。
5.根据权利要求1或2所述的接合材料，其中，所述接合膜还包含液体介质，相对于铜粉100质量份，所述接合膜中的所述液体介质的含量为9质量份以下。
6.根据权利要求1或2所述的接合材料，其中，所述接合膜还包含液体介质，所述固体还原剂的沸点高于所述液体介质的沸点。
7.根据权利要求1或2所述的接合材料，其中，所述固体还原剂为选自由双(2-羟基乙基)亚氨基三(羟基甲基)甲烷和1,3-双(三(羟基甲基)甲基氨基)丙烷组成的组中的一种以上。
8.一种接合结构，其包含：
接合层，其由铜粉的烧结体形成，所述铜粉是权利要求1或2所述的接合材料中的所述接合膜中所包含的铜粉；
所述接合材料中的所述铜箔；以及
接合对象物，其在表面具有金、银、铜、镍及铝中的至少一种金属。
9.根据权利要求8所述的接合结构，其是所述接合对象物与所述铜箔借助所述接合层电连接而形成的，
在所述接合层中形成有以下的结构(3)，
式(3)中，R3～R5各自独立地表示氢原子、羟基、碳原子数1以上且10以下的烃基、或具有羟基的碳原子数1以上且10以下的烃基，*表示与铜的键合部位。
10.根据权利要求8所述的接合结构，其中，所述接合层的厚度为0.1μm以上且950μm以下。
CN202080023565.5A 2019-03-29 2020-03-02 接合材料及接合结构 Active CN113631301B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019068289 2019-03-29
JP2019-068289 2019-03-29
PCT/JP2020/008654 WO2020202971A1 (ja) 2019-03-29 2020-03-02 接合材料及び接合構造

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113631301A CN113631301A (zh) 2021-11-09
CN113631301B true CN113631301B (zh) 2024-04-30

Family

ID=72668768

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080023565.5A Active CN113631301B (zh) 2019-03-29 2020-03-02 接合材料及接合结构

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20220157765A1 (zh)
EP (1) EP3950175A4 (zh)
JP (1) JP7455114B2 (zh)
KR (1) KR20210144677A (zh)
CN (1) CN113631301B (zh)
SG (1) SG11202109544SA (zh)
TW (1) TW202104481A (zh)
WO (1) WO2020202971A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7391678B2 (ja) * 2020-01-24 2023-12-05 大陽日酸株式会社 接合材
JPWO2021187362A1 (zh) * 2020-03-19 2021-09-23
WO2023074580A1 (ja) * 2021-10-25 2023-05-04 トッパン・フォームズ株式会社 焼結材、金属焼結体、焼結材の製造方法、接合体の製造方法、及び接合体
JP7498378B1 (ja) 2022-09-29 2024-06-11 三井金属鉱業株式会社 銅粉及びこれを含む銅ペースト並びに導電膜の製造方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010131669A (ja) * 2008-10-29 2010-06-17 Nippon Handa Kk 金属製部材用接合剤、金属製部材接合体の製造方法、金属製部材接合体および電気回路接続用バンプの製造方法
JP2015090900A (ja) * 2013-11-05 2015-05-11 古河電気工業株式会社 加熱接合材料を用いた電子部品の接合方法および接続構造体
CN106170851A (zh) * 2014-02-04 2016-11-30 株式会社村田制作所 电子元器件模块、以及电子元器件模块的制造方法
CN107921541A (zh) * 2015-09-07 2018-04-17 日立化成株式会社 接合体及半导体装置
CN108028206A (zh) * 2015-10-02 2018-05-11 三井金属矿业株式会社 粘结接合结构
CN108136504A (zh) * 2016-01-27 2018-06-08 三菱综合材料株式会社 铜部件接合体的制造方法
JP2018138687A (ja) * 2017-02-24 2018-09-06 日立化成株式会社 接続構造、接続構造の製造方法、接続構造体及び半導体装置
CN108788164A (zh) * 2017-04-28 2018-11-13 日亚化学工业株式会社 金属粉烧结浆料及其制造方法、以及导电性材料的制造方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2876606B1 (fr) * 2004-10-19 2009-11-06 Corus Aluminium Walzprod Gmbh Procede de production d'une feuille de brasage en alliage d'aluminium et d'ensembles legers et brases pour echangeur de chaleur.
JP5520861B2 (ja) 2010-03-26 2014-06-11 古河電気工業株式会社 銅合金微粒子分散液、焼結導電体の製造方法、及び焼結導電体、並びに導電接続部材
DE102011115887A1 (de) 2011-10-15 2013-04-18 Danfoss Silicon Power Gmbh Leistungshalbleiterchip mit oberseitigen Potentialflächen
JP5606421B2 (ja) * 2011-10-27 2014-10-15 株式会社日立製作所 銅ナノ粒子を用いた焼結性接合材料及びその製造方法及び電子部材の接合方法
JP2013196936A (ja) * 2012-03-21 2013-09-30 Asahi Glass Co Ltd 導電ペースト、導電体、導電膜付き基材およびその製造方法
JP2013209720A (ja) * 2012-03-30 2013-10-10 Furukawa Electric Co Ltd:The 金属体の接合方法
JP6232904B2 (ja) * 2013-10-08 2017-11-22 東洋紡株式会社 導電性ペースト、導電性薄膜及び電気回路
TWI624356B (zh) * 2013-11-11 2018-05-21 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp Metal joint structure using metal nanoparticle, metal joint method, and metal joint material
JP5926322B2 (ja) * 2014-05-30 2016-05-25 協立化学産業株式会社 被覆銅粒子及びその製造方法
JP6324237B2 (ja) 2014-06-30 2018-05-16 古河電気工業株式会社 微粒子、微粒子の製造方法、及び微粒子分散溶液
WO2016103527A1 (en) * 2014-12-26 2016-06-30 Henkel Ag & Co. Kgaa Sinterable bonding material and semiconductor device using the same
JP6284510B2 (ja) 2015-08-21 2018-02-28 古河電気工業株式会社 金属粒子の分散溶液および接合構造体の製造方法
WO2017221613A1 (ja) * 2016-06-24 2017-12-28 日東電工株式会社 加熱接合用シート及びダイシングテープ付き加熱接合用シート
JP6399152B2 (ja) 2017-05-31 2018-10-03 日立化成株式会社 液状感光性接着剤、接着剤層付き半導体ウェハの製造方法、半導体装置の製造方法及び半導体素子付き半導体ウェハの製造方法
JP6884285B2 (ja) * 2018-08-08 2021-06-09 三井金属鉱業株式会社 接合用組成物、並びに導電体の接合構造及びその製造方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010131669A (ja) * 2008-10-29 2010-06-17 Nippon Handa Kk 金属製部材用接合剤、金属製部材接合体の製造方法、金属製部材接合体および電気回路接続用バンプの製造方法
JP2015090900A (ja) * 2013-11-05 2015-05-11 古河電気工業株式会社 加熱接合材料を用いた電子部品の接合方法および接続構造体
CN106170851A (zh) * 2014-02-04 2016-11-30 株式会社村田制作所 电子元器件模块、以及电子元器件模块的制造方法
CN107921541A (zh) * 2015-09-07 2018-04-17 日立化成株式会社 接合体及半导体装置
CN108028206A (zh) * 2015-10-02 2018-05-11 三井金属矿业株式会社 粘结接合结构
CN108136504A (zh) * 2016-01-27 2018-06-08 三菱综合材料株式会社 铜部件接合体的制造方法
JP2018138687A (ja) * 2017-02-24 2018-09-06 日立化成株式会社 接続構造、接続構造の製造方法、接続構造体及び半導体装置
CN108788164A (zh) * 2017-04-28 2018-11-13 日亚化学工业株式会社 金属粉烧结浆料及其制造方法、以及导电性材料的制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3950175A1 (en) 2022-02-09
CN113631301A (zh) 2021-11-09
JP7455114B2 (ja) 2024-03-25
US20220157765A1 (en) 2022-05-19
EP3950175A4 (en) 2022-02-09
SG11202109544SA (en) 2021-10-28
JPWO2020202971A1 (zh) 2020-10-08
KR20210144677A (ko) 2021-11-30
WO2020202971A1 (ja) 2020-10-08
TW202104481A (zh) 2021-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113631301B (zh) 接合材料及接合结构
CN112437706B (zh) 接合用组合物以及导电体的接合结构及其制造方法
CN113412171B (zh) 加压接合用组合物、以及导电体的接合结构及其制造方法
KR20130061671A (ko) 도전성 페이스트, 및 이 페이스트로부터 얻어지는 도전접속부재
TW200822990A (en) Sintering metal particle composition with plasticity, method for the preparation thereof, jointing agent, and jointing method
EP2990142A1 (en) Metal nanoparticle dispersion, process for producing metal nanoparticle dispersion, and bonding method
KR20130053400A (ko) 도전 접속부재, 및 도전 접속부재의 제작방법
CN114521271B (zh) 氧化铜糊剂及电子部件的制造方法
WO2022210477A1 (ja) 接合構造体
WO2018101471A1 (ja) 導電性接合材料及び半導体装置の製造方法
EP4122624A1 (en) Bonding sheet and bonded structure
US12046572B2 (en) Bonding sheet and bonded structure
TW202231398A (zh) 氧化銅糊料及電子零件之製造方法
CN113614894A (zh) 接合体及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant