JP2006073550A - 接合部材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 この接続材料は、金属箔の少なくとも一つの表面に、有機保護膜によって被覆された表面を有する粒子径1〜100nmの金属微粒子が付着していることを特徴とする。このような、複合シート材は、蒸着装置を用いて、金属材料を蒸発させ、有機保護膜材料蒸気中で冷却することにより、表面に有機保護膜が形成されている金属微粒子を形成し、これを金属箔の表面に付着させることによって形成することができる。または、有機保護膜が表面に形成されている金属微粒子を含有する分散液を、金属箔表面に塗布し乾燥することによっても得られる。この材料は、半導体装置のダイマウント材として適している。
【選択図】 図1
Description
本発明は、前記課題を解決する接続材料を提供することを目的とする。
前記表面が有機保護膜で被覆された金属微粒子を含有する微粒子組成物を、金属箔表面に析出させる工程からなることを特徴とする複合シート材の製造方法である。
前記形成された膜から有機溶媒を揮発させて、前記有機保護膜により被覆された金属微粒子で構成された厚さ0.1〜5μmの膜を形成する工程からなることを特徴とする複合シート材の製造方法である。
[複合シート材]
以下、本発明における実施の態様である複合シート材について詳細に説明する。なお、以下の記載において、複合シート材とは、金属箔と金属微粒子層を備えた本発明の接合部材をいう。
図1が本実施の形態の複合シート材の構造を説明する断面図である。図1において、10が、本実施の形態の複合シート材であり、この複合シート材10は、金属箔11と、その表面の少なくとも1面に、有機保護膜12bが被覆されている金属微粒子12aを含有する金属微粒子層12が形成されているものである。そして、前記有機保護膜で被覆された金属微粒子は、前記有機保護膜材料の表面張力などの分子間力によって相互に結合しており、安定して取り扱えることができる。
前記複合シート材の実施の形態においては、金属箔の両面に金属微粒子層を有する例を示したが、この金属微粒子層は必ずしも金属箔の両面に形成されている必要はなく、金属箔の一面にのみ金属微粒子層を形成したものであってもよい。金属微粒子層を形成していない面は、金属箔のまま用いてもよいし、絶縁材料層などの層を形成してもよい。さらに、他の部材が配設されていてもよい。また、特殊な形状が形成されていてもよい。
この複合シート材の使用方法については後述する。
以下、前記複合シート材を製造する第1の方法について説明する。
この方法は、蒸着装置を用いて、有機保護膜を表面に形成した金属微粒子を生成し、これを金属箔の表面に付着させるものである。
この方法において用いる複合シート材の製造装置の詳細を図2に示す。図2において、20がその内部を真空に維持できるようになっているチャンバーであり、その内部に、金属箔支持部材21が配置されている。そして、この金属箔支持部材21には、その表面に金属微粒子層を形成する金属箔22が支持されている。このチャンバー20には、蒸発室25および配管23がバルブ24を介して接続されており、配管23を介して、有機保護膜材料およびキャリアガスを、蒸発室25を経由してチャンバー20に導入できるようになっている。前記蒸発室25内には、ボート26が配置されており、その内部に金属27を配置することができるようになっている。このボート26は、図示しない加熱装置によって加熱され、ボート26内に配置されている金属微粒子の原料となる金属27を蒸発させることができるようになっている。また、チャンバー20は、排気バルブ28を介して図示しない真空装置によって真空に維持できるようになっている。
まず、排気装置を駆動し、バルブ24を開いてHeのような不活性ガス供給源から、配管23を経由してチャンバー20内に不活性ガスを供給する。これにより、チャンバー20内を不活性ガス雰囲気、圧力0.5Torr程度に維持する。
この有機保護膜材料は、前記バルブ24を通過する前に前記不活性ガスに混合して供給してもよいし、別な供給経路を設けて、蒸発室25内部で、不活性ガスと混合するとともに、金属蒸気と接触させて金属微粒子表面に膜形成してもよい。
前記複合シート材を製造する第2の方法は、有機化合物保護剤を表面に形成した金属微粒子を溶剤中に分散させて形成した金属微粒子分散液を用い、金属箔の表面にこの金属微粒子分散液を付与し乾燥させることによって製造する方法である。
以下に、その工程について詳述する。
本製造方法では、金属箔に金属微粒子層を形成するために金属微粒子分散液を用いる。この金属微粒子分散液中の金属微粒子は、1〜10nmの粒子径を有するものを用いる。金属微粒子は粒子径が10nm以下程度になると、常温で融着する性質を有するようになり好ましい。本実施の形態においては、常温での金属微粒子の融着を防ぐために、金属微粒子の表面にアミン化合物による有機保護膜が形成されている。金属微粒子の粒子径が10nm以上であり、常温で融着せず保護膜を必要としない場合であっても、後の加熱加圧工程で金属微粒子間、金属微粒子と被接合部との融着が起きる範囲で有れば良く、100nm以下であることが望ましい。さらに、粘度調整用の溶媒、もしくはチクソ性の調整用の有機溶媒(表面活性剤やシリカ粉末等の微粒子添加物)を混練することで、ペースト粘度とチクソトロピック性のレオロジーを調整し、スクリーン印刷、ディスペンス、もしくはインクジェット法により金属箔表面に付与することが可能となる。
その後、前記溶媒の揮発する温度以上、かつ金属微粒子を被覆する前記アミン化合物有機保護膜材料の沸点以下で加熱し、溶媒を揮発させ、シート表面を乾燥させる。
次いで、金属微粒子が付着した金属箔を乾燥後、成形することで金属微粒子付着複合シート材が完成する。
上記工程により作製された金属微粒子が付着した複合シート材を一例としてパワートランジスタのダイマウント材として適用した例を以下に詳細に示す。
図4において、半導体素子43は、前記金属微粒子が付着した複合シート材42を介して、リードフレーム41のダイパッド表面に接合されている。
半導体素子53の寸法は、例えば2mm平方、厚さ0.3mm程度のものであり、接続面である半導体回路形成面の裏面には、金や銀の蒸着膜もしくは金や銀等の金属メッキが施こされている。この半導体素子53の寸法は、金属微粒子が付着した複合シート材52を接合材として用いたとき、半導体素子53とリードフレーム51の熱膨張係数に起因する応力を緩和できる程度の小面積であることが望ましい。リードフレーム51としては、例えば5mm×50mm、厚さ0.1〜1mm程度の銅のコア材に、銀や金等の電気メッキ処理等により、3〜20μm程度のメッキが施されているものを用いることができる。このリードフレーム51の寸法は、半導体素子53と金属微粒子が付着した複合シート材52を付与できる面積があれば良い。金属微粒子が付着した複合シート材は、予め前記半導体素子と同じ程度の面積に切断したものを用いる。
リードフレーム表面のメッキは、以下の工程の熱処理温度で、銅が酸化されてしまうことを防止するためであるが、銅無垢で使用することも可能である。
以下、本実施の形態においては、前記金属箔の一面にのみ金属微粒子層を形成した複合シート材を使用する例を示す。図6が使用例を示す概略断面図である。
図6(a)は、金属箔61の一表面に金属微粒子層62を形成し、この金属微粒子層62に接して、電子部品等の部材63a,63bが接合されている。このような構造体は、近接させることのできない2つの部材を接続するのに有利である。
図6(b)は、金属箔61の所要部分のみに金属粒子層62a,62bを形成し、その金属微粒子層に、同じく電子部品63a,63b等を搭載するものである。
図6(c)は、金属箔61の表面に金属微粒子層62を形成し、その裏面には、電子部品などの他の部材64を接続しているものである。この構造体は、筐体等構造部材に接続部材を取り付けることができる点で、電子機器などの組み立ての柔軟性が改善される。
図6(d)は、表面に金属微粒子層62を形成した金属箔61の裏面に電気絶縁材料層65を形成したものであり、この構造体によれば、電気的ショートの危険性を回避することのできる接合部材を実現することができる。
図6(e)は、一表面に金属部粒子層62を形成した金属箔61を、金属微粒子層62が外側に位置するように屈曲させ、その表面の金属微粒子層62を電子部品などの部材63a,63bと接続するものである。この構造体によれば、接合面が相対しているが、接して配置することのできない部材間の接続に適している。
以上に、本発明の接合部材の応用について、種々説明したが、これらの構造体以外に本発明の趣旨を損なわない限り、他の構造体に適用することができることはもちろんである。
11…金属箔
12…金属微粒子層
12a…金属微粒子
12b…有機保護膜
20…チャンバー
21…金属箔支持部材
22…金属箔
23…配管
24…バルブ
25…蒸発室
26…ボート
27…金属
28…排気バルブ
29…隔壁
31…金属箔
32,33…リール
34…金属箔表面
41…リードフレーム
42…ダイマウント材(複合シート材)
43…半導体素子
51…リードフレーム
51a…ダイパッド
51b…端子部
52…ダイマウント材(複合シート材)
53…半導体素子
54…ヒーターツール
55…加熱ヒーター
56…ワイヤ
57…封止樹脂
61…金属箔
62…金属微粒子層
63…電子部品等
64…他の部材
65…絶縁材料層
Claims (9)
- 金属箔の少なくとも一つの表面に、有機保護膜によって被覆された表面を有する粒子径1〜100nmの金属微粒子が固定されている金属微粒子層を有することを特徴とする接合部材。
- 前記金属微粒子層が、前記金属箔の両面に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の接合部材。
- 前記金属微粒子層の厚さが、0.1〜5μmであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の接合部材。
- 前記金属微粒子および前記金属箔が、それぞれ同一のもしくは異なる金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト、錫、インジウムから選ばれた1種類の金属、もしくは2種類以上の金属の合金であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の接合部材。
- 前記金属箔を構成する金属元素の格子定数と前記金属微粒子を構成する金属元素の格子定数の差が、前記金属微粒子を構成する金属元素の格子定数の20%以内で、かつ前記金属箔を構成する金属元素のイオン化エネルギーが9eV以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の接合部材。
- 減圧した不活性ガス雰囲気下で、金属蒸気と有機保護膜材料の蒸気とを混合することにより、表面部分が前記有機保護膜で被覆された金属微粒子を含有する微粒子組成物を製造する工程と、
前記表面が有機保護膜で被覆された金属微粒子を含有する微粒子組成物を、金属箔表面に析出させる工程からなることを特徴とする接合部材の製造方法。 - 有機保護膜により被覆された金属微粒子と有機溶媒とを含む分散液を、金属箔の表面に付与し、前記金属微粒子を前記有機保護膜材料もしくは前記有機溶媒の表面張力により前記金属箔に付着させる工程と、
前記形成された膜から有機溶媒を揮発させて、前記有機保護膜により被覆された金属微粒子で構成された厚さ0.1〜5μmの膜を形成する工程からなることを特徴とする接合部材の製造方法。 - 前記金属微粒子、および前記金属箔が、それぞれ金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト、錫、インジウムから選ばれた1種類の金属、もしくは2種類以上の金属の合金であることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の接合部材の製造方法。
- 前記金属箔を構成する金属元素の格子定数と前記金属微粒子を構成する金属元素の格子定数の差が、前記金属微粒子を構成する金属元素の格子定数の20%以内で、かつ前記金属箔を構成する金属元素のイオン化エネルギーが9eV以下であることを特徴とする請求項6ないし請求項8のいずれかに記載の接合部材の製造方法。
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