JP5375343B2 - 接合材料及びその製造方法、並びにそれを用いた実装方法 - Google Patents
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Description
2)ペースト状態で板材に塗布してこれを挿入する手法。
3)室温で液体状態にならない還元剤を選定し、該固体粉末に圧力を付与しシート状で挿入する手法。
上述したように、酸化銀を粒状で供給すると粒子間に空隙ができる。例えば、大きさ1〜3μmの酸化銀粒子に対し、100MPaの圧力を付与してもその見掛け密度は5.235g/cm3であり、酸化銀の密度7.220g/cm3と比較すれば、粒子状では供給する塗布層の中に空隙が存在することがわかる。詳細は実施例2で述べる。
酸化銀層の下地をAgとすることによって、下地との間に5MPa以上の密着力を発揮する(実施例4参照)。また、加熱することにより無加圧の状態でも下地のAgと一体化(金属接合)するため、Agのバルク状態の強度となる。これにより、粒子状酸化銀を用いた際に課題となる無加圧部分の接合領域の除去が不要となる。また、接合面積よりも材料の供給面積を広くとれるため、安定した接続が可能となる。
接合する電子部品の電極表面は、曲率が小さい(曲率半径が大きい)酸化銀から還元した銀粒子との焼結は、銀粒子同士と比較して困難になる。上述したように、酸化銀から還元し生成する銀粒子は、還元する前の酸化銀の外形を反映するため、還元する前の酸化銀の曲率半径が小さい(曲率が大きい)方が有利である。酸化銀の曲率は、酸化処理条件により制御可能である(実施例1の説明及び図2参照)。また、生成する銀粒子の曲率はナノメートルサイズの粒子となるように、酸化銀層の表面ではその曲率半径が1μm以下になるように制御することが好ましい。
酸化銀層に対して例えばカルボン酸銀塩は還元剤として機能する。これにより、酸化銀を還元させる接合が可能である。また、その還元温度は200℃以下となるため、融点が200℃以上の有機金属を用いれば接合時に液層ができず、大きなボイドができない接合が可能である。
酸化銀に酸化する前の金属銀を加工や鋳造することによって、酸化銀層を様々な形状にすることが可能である。また、接合後に加圧して接合することを考慮して、加工後に焼きなましをし、硬度を下げ接合時の加圧時に塑性変形しやすくすることで、接合面の密着度がとれやすくなり接合強度の上昇が可能となる。
酸化銀層を供給する材質(芯材)をAg、Au、Cu、Pt、Ni、Co、Si、Fe、Mn、Ti、Mo、Alの単体、合金あるいは混合物とすることによって、芯材の有する機械的特性や化学的特性などを接合体に付与することが可能である。Agの特徴として、マイグレーションの課題が挙げられるため、Au、Cu、Pt、Alなどを芯材とすれば、放熱性の低下を抑えつつ耐マイグレーション性を向上することが可能である。また、Ni、Co、Si、Fe、Mnの合金であるコバールを芯材とすれば、熱膨張率を下げることが可能であり、ガラスなどを含む接合体とした時の熱膨張を緩和することが可能となる。
銀層を酸化銀層にする手法として陽極酸化法を用いることができる。陽極酸化法を用いれば、酸化銀層の表面の曲率や層厚を高精度に制御することが可能である。無電解の場合は、作製する溶液、温度を変化させることにより目的の酸化銀層の作製が可能である。電解の場合は、作製する溶液、電流密度、電位、温度を変化させることにより目的の酸化銀層の作製が可能である。溶液としては、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどアルカリ性水溶液で作製すればよい。
続いて、本発明に係る接合材料を用いて電子部品を接合する方法について説明する。接合可能な電極として、電子部品の最表面のメタライズ層がAu、Ag、Pt、Pd、Cu、Niの単体および合金が挙げられ、上述の還元剤の中から適切なものを選定することによって金属接合が可能となる。また、Alなどをはじめとした酸化皮膜が安定な金属に対してもその酸化皮膜を介して接合することが可能である。
本実施形態によれば、酸化銀を用いた接合材料の高密度、高精度、安定な供給が可能である。高密度な層となることにより、酸化銀層に一定の強度が発現し、保管が可能なシート材が提供できる。金属銀の供給ができれば、酸化銀の供給も可能となる特徴を有するため、ペースト材では不可能な様々な形状なものに供給ができる。さらに、蒸着やめっき技術と併用することで、様々な材質に対して接続信頼性の高い接合層が形成でき、多機能化が可能となる。また、高精度に接合層を供給できる。還元剤の最適化が可能であるとともに、還元剤のみを接合前に付与することが可能となる。これにより、大量生産時の歩留まりが向上できる。また、接合に必要な酸化銀の量を精度よく制御して供給することができるため、粒子状態で供給するよりも少ない酸化銀供給量で接合することが可能となる。これにより、酸化銀が還元する時間が短縮でき接合時間の短縮化が可能である。さらに、接合時発生するガス量も減少することから、周囲部品の汚染が少ない接合が可能になる。
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。ただし、本発明はここで取り上げた実施例に限定されることはなく、適宜組み合わせてもよい。
Claims (21)
- 電子部品や半導体を電気的に接合するための接合材料であって、
芯材と、
当該芯材の上に形成された銀層と、
当該銀層の上に形成された酸化銀層と、を有し、
前記酸化銀層の表面の曲率半径が1μmより小さいことを特徴とする接合材料。 - 前記酸化銀層の厚さが400nm〜5μmであることを特徴とする請求項1に記載の接合材料。
- 前記酸化銀層の下地が金属銀(Ag)であることを特徴とする請求項1に記載の接合材料。
- 前記酸化銀層の表面に融点が200℃以上である有機金属塩を含む層が形成されていることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の接合材料。
- 前記酸化銀層の表面に室温で固体であるアルコール類、カルボン酸類、アミン類を含む層が形成されていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の接合材料。
- 前記酸化銀層の下地が加工あるいは鋳造された金属銀(Ag)であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の接合材料。
- 前記酸化銀層の下地が蒸着あるいはめっきされた金属銀(Ag)層であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の接合材料。
- 芯材がAg、Au、Cu、Pt、Ni、Co、Si、Fe、Mn、Ti、Mo、Al、Inの何れかの単体、合金、或いは混合物であることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の接合材料。
- 芯材がSn単体、或いはSnを主体とする合金であることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の接合材料。
- 芯材が無機物、有機物の単体、或いは混合物であることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の接合材料。
- 形状がシート状、ボール状、又はピン状であることを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載の接合材料。
- 最表面の一部に前記酸化銀層が形成されていることを特徴とする請求項1乃至11の何れか1項に記載の接合材料。
- 電子部品や半導体を電気的に接合するための接合材料の製造方法であって、接合材料の最表面が、Agである金属、無機物、有機物の単体あるいは複合体で構成される下地層に対して、表面の曲率半径が1μmより小さい酸化銀層を陽極酸化により形成することを特徴とする製造方法。
- 電子部品や半導体を電気的に接合するための接合材料の製造方法であって、接合材料の最表面が、Agである金属、無機物、有機物の単体あるいは複合体で構成される下地層に対して、表面の曲率半径が1μmより小さい酸化銀層をオゾン酸化により形成することを特徴とする製造方法。
- 前記酸化銀層を形成する処理を実行する場合、前記下地層に金属銀(Ag)を一部残した状態にすることを特徴とする請求項13又は14に記載の製造方法。
- 接合材料を用いて、電子部品或いは半導体を電極に接合する実装方法であって、
請求項1乃至12の何れか1項に記載の接合材料の前記酸化銀層に還元剤を供給する工程と、
前記電子部品或いは半導体の接合面に100℃〜400℃の加熱を付与する工程と、
前記接合面に0.1〜20MPaの加圧を付与する工程と、
を備えることを特徴とする実装方法。 - 前記還元剤がアルコール類、カルボン酸類、アミン類、又はカルボン酸金属であることを特徴とする請求項16に記載の実装方法。
- 前記還元剤を前記接合面にのみ供給することで、接合面以外を酸化銀層のまま残存させることを特徴とする請求項16又は17に記載の実装方法。
- 前記還元剤を酸化銀層全面に供給することを特徴とする請求項16又は17に記載の実装方法。
- 接合材料を用いて、電子部品或いは半導体を電極に接合する実装方法であって、
請求項1乃至12の何れか1項に記載の接合材料を用いて、還元ガス雰囲気内で、前記電子部品或いは半導体接合面に100℃〜400℃の加熱を付与する工程と、
前記接合材料の酸化銀が金属銀に還元する際に前記接合面に0.1〜20MPaの加圧を付与する工程と、
を備えることを特徴とする実装方法。 - 電子部品や半導体を電気的に接合するための接合材料であって、その最表面に酸化銀層が形成されており、芯材がSn単体、或いはSnを主体とする合金であることを特徴とする接合材料。
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