JPWO2014038331A1 - 銀ペースト組成物及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents

Abstract

粒子径０．１μｍ〜２０μｍの銀粒子と、溶剤とを含む銀ペースト組成物であって、上記溶剤が３００℃以上の沸点を有する溶剤からなる銀ペースト組成物。

Description

本発明は、銀ペースト組成物及びそれを用いた半導体装置に関する。さらに詳しくはパワー半導体、ＬＳＩ、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体素子をリードフレーム、セラミック配線板、ガラスエポキシ配線板、ポリイミド配線板等の基板に接着するのに使用される銀ペースト組成物及びこれを用いた半導体装置に関する。

半導体装置を製造する際、半導体素子とリードフレームとを接着させる方法としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等のバインダ樹脂に銀粉等の充てん剤を分散させてペースト状として、これを接着剤として使用する方法がある。この方法では、ディスペンサー、印刷機、スタンピングマシン等を用いて、ペースト状接着剤をリードフレームのダイパッドに塗布した後、半導体素子をダイボンディングし、加熱硬化により接着させ半導体装置とする。

このような用途に用いられる接着剤としては、例えば、特許文献１〜３に開示されるようなバインダ樹脂に熱伝導率の高い銀粒子を高充填した組成物、特許文献４に開示されるようなはんだ粒子を用いた組成物、特許文献５に開示されるような焼結性に優れる金属ナノ粒子を用いる組成物、特許文献６に開示されるような特殊な表面処理を施したマイクロサイズの銀粒子を用いることで１００℃以上４００℃以下での加熱により銀粒子同士が焼結するような接着剤組成物が提案されている。

特開２００６−７３８１１号公報 特開２００６−３０２８３４号公報 特開平１１−６６９５３号公報 特開２００５−９３９９６号公報 特開２００６−８３３７７号公報 特許第４３５３３８０号公報

ところで、上述の用途に用いられる接着剤組成物に関しては、半導体装置の製造コスト削減のために接着に要する工程数を減らした場合、例えば余熱プロセスを省略した場合でも高い接着性が強く要求される。また、半導体装置の動作安定性確保のために、十分な熱伝導性及び電気伝導性も求められる。しかし、従来の接着剤組成物では、これらの必要特性をすべて満たすことができない。

かかる問題を鑑みて、本発明は、１段階の焼結工程のみで高接着性を示す銀ペースト組成物であって、かつ、接着後に銀ペースト組成物が硬化することで得られる銀硬化体が、十分な熱伝導性及び電気伝導性を有する、銀ペースト組成物及びそれを用いた半導体装置を提供することを目的とする。

発明者らは、粒子径０．１μｍ〜２０μｍの銀粒子と、溶剤とを含む銀ペースト組成物であって、上記溶剤が３００℃以上の沸点を有する溶剤からなる銀ペースト組成物が、１段階の硬化工程のみで高接着性を示し、かつ、接着後に銀ペースト組成物が硬化することで得られる銀硬化体が、十分な熱伝導性及び電気伝導性を有することを見出した。

上記銀粒子は、接着強度をより大きくする観点から、フレーク状銀粒子及び／又は球状銀粒子であることが好ましい。

また、上記溶剤は、銀ペースト組成物を焼結させて得られる銀焼結体の接着性、熱伝導性及び電気伝導性がより優れる点から、エーテル構造、エステル構造及びヒドロキシル構造のうち少なくとも一つを含むことが好ましい。

さらに、銀ペースト組成物が、３００℃未満の加熱により前記銀粒子どうしが焼結することで銀焼結体を形成し、その銀焼結体の体積抵抗率、熱伝導率及び接着強度が、それぞれ１×１０^−４Ω・ｃｍ以下、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上及び１０ＭＰａ以上であることが好ましい。なお、上記接着強度は、貴金属（Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ）を接着対象として、大気中、１８０〜３００℃で１０〜１２０分間焼結させた場合の接着強度を意味する。

また、本発明は、上記銀ペースト組成物を介して、半導体素子と半導体素子搭載用支持部材が接着された構造を有する半導体装置を提供する。

本発明によると、１段階の焼結工程のみで高接着性を示す銀ペースト組成物であって、かつ、接着後に銀ペースト組成物が硬化することで得られる銀硬化体が、十分な熱伝導性及び電気伝導性を有する、銀ペースト組成物及びそれを用いた半導体装置を提供することが可能となる。

実施例１で得られた銀焼結体のＸ線像である。 比較例１で得られた銀焼結体のＸ線像である。 本実施形態の接着剤組成物を用いて製造される半導体装置の一例を示す模式断面図である。 本実施形態の接着剤組成物を用いて製造される半導体装置の他の例を示す模式断面図である。

以下、本発明の一実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

本実施形態の銀粒子には、粒子径０．１μｍ〜２０μｍのものを使用する。粒子径が０．１μｍ未満になると、銀粒子表面に吸着している溶剤等の有機物に対する銀粒子の体積の割合が相対的に小さくなる。このような銀粒子を焼結すると、体積収縮の程度が大きくなり、銀焼結体中に空隙を生じやすい。その結果、電気伝導性、熱伝導性及び接着強度が低下するため好ましくない。また、０．１μｍ未満の銀粒子の場合、粒子径が上記範囲内にある銀粒子と比較して製造コストが高くなる傾向がある。他方、粒子径が２０μｍを超えると、粒子を再密充填した場合の空隙も大きくなり、銀焼結体中の密度の低下を招く。その結果、電気伝導性、熱伝導性及び接着強度が低下するため好ましくない。なお、銀粒子の粒子径は、０．５μｍ〜１５μｍであると好ましく、１〜１０μｍであるとより好ましい。

本明細書における銀粒子の粒子径は、レーザー散乱法粒度分布測定により求められる一次粒子の体積平均の球相当径とする。すなわち、銀ペースト組成物中の粒子径は、レーザー散乱法粒度分布測定により求められる。

測定法の一例を以下に示す。銀ペースト組成物０．０１ｇ、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（和光純薬工業製）０．１ｇ、蒸留水（和光純薬工業製）９９．９ｇを混合し、超音波洗浄機で５分間処理して水分散液を得る。超音波分散ユニットを有するユニバーサルリキッドモジュールを装着したレーザー散乱法粒度分布測定装置ＬＳ１３ ３２０（ベックマンコールタ製）を用い、光源の安定のため本体電源を入れて３０分放置した後、リキッドモジュールに０．１ ｍａｓｓ％ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを加えた蒸留水を測定プログラムからＲｉｎｓｅコマンドにより導入し、測定プログラムからＤｅ−ｂｕｂｂｌｅ、Ｍｅａｓｕｒｅ Ｏｆｆｓｅｔ，Ａｌｉｇｎ、Ｍｅａｓｕｒｅ Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄを行う。続いて、測定プログラムのＭｅａｓｕｒｅ Ｌｏａｄｉｎｇを用い、この水分散液を振り混ぜて均一になったところでスポイトを用いてリキッドモジュールに測定プログラムがサンプル量ＬｏｗからＯＫになるまで添加する。続いて、超音波分散ユニットによりＰｏｗｅｒ ５で１分間分散処理を行い、その後脱泡を行う。その後、測定プログラムから測定を行い、粒度分布を取得する。レーザー散乱法粒度分布測定装置の設定として、Ｐｕｍｐ Ｓｐｅｅｄ：７０％、Ｉｎｃｌｕｄｅ ＰＩＤＳ ｄａｔａ： ＯＮ、Ｒｕｎ Ｌｅｎｇｔｈ：９０ ｓｅｃｏｎｄｓ、分散媒屈折率：１．３３２、分散質屈折率：０．２３を用いる。

この測定により、通常、一次粒子以外に凝集体のピークを含む複数のピークをもつ粒度分布が得られるが、最も低粒径のピーク一つを処理範囲として一次粒子の粒度分布を得る。

銀粒子の形状としては、特に限定されず、球状粒子、フレーク状粒子、板状粒子、柱状粒子等を適宜使用できる。特に、半導体素子又は支持部材に対する接着強度を高めるためには、半導体素子又は支持部材との接着面積が大きくなるような、フレーク状粒子又は板状粒子を使用することが好ましい。さらに粒子どうしの充填密度が高くなるよう、粒子径又は形状の異なる２種類以上の粒子を混合して使用することも可能である。

銀ペースト組成物中の銀粒子の量は、目的とする銀ペースト組成物の粘度及びチキソ性に合わせて、適宜決めることができる。銀焼結体の十分な熱伝導性が発現するには、銀ペースト組成物１００質量部中、銀粒子は８０質量部以上であることが好ましい。なお、銀ペースト組成物中の銀粒子の量の上限値は特に限定されないが、例えば銀ペースト組成物１００質量部中、９７質量部未満とすることができる。

銀粒子の表面状態としては、銀酸化物由来の酸素の状態比率が１５％未満であることが好ましい。溶剤との組合せにもよるが、表面に酸化銀が存在すると、焼結を阻害するおそれがある。表面の酸化銀を取り除くために、適宜、酸処理等を行い、銀粒子の表面を被覆する別の表面保護剤を吸着させてもよい。表面保護剤としては、３００℃以上の沸点を有するカルボン酸、アルコール等が好適である。

本実施形態における溶剤には、沸点３００℃以上のものを用いる。ここで言う沸点とは、大気圧（１０１３ｈＰａ）において、蒸留法もしくはＧＣ−ＭＳのいずれかの方法により測定した値である。また、本実施形態における溶剤は、常温で液体又は固体のいずれであってもよい。溶剤は、例えば、沸点３００℃以上のアルコール類、アルデヒド類、エーテル類、エステル類、アミン類、単糖類、多糖類、直鎖の炭化水素類、脂肪酸類及び芳香族類の群から選択することができる。これらの溶剤は、単独で又は複数を組み合わせて使用することが可能である。上記の群の中から、銀粒子の分散に適した溶剤を選択することが好ましい。具体的には、エーテル構造、エステル構造又はヒドロキシル構造を有する溶剤を用いると、焼結後の銀焼結体の熱伝導性、電気伝導性及び接着強度がより良好になり、特に好ましい。なお、溶剤の沸点は、３００℃より大きいことが好ましく、３０５℃以上であることがより好ましい。また、本実施形態における溶剤の沸点の上限は特に制限されないが、例えば４００℃以下とすることができる。

沸点３００℃以上の溶剤の具体例としては、イソボルニルシクロヘキサノール、トリブチリン、ステアリン酸、ステアリン酸メチル、ステアリン酸エチル、ステアリン酸プロピル、ステアリン酸ブチル、ステアリン酸２−エチルヘキシル、ステアリン酸オクチル、ステアリン酸ステアリル、オクタン酸オクチル、ミリスチン酸エチル、ミリスチン酸メチル、リノール酸メチル、クエン酸トリブチル、アジピン酸ビスエチルヘキシル、アジピン酸ジブチルエステル、セバシン酸ジエチル、セバシン酸ジブチル、オレイルアルコール、セチルアルコール、メトキシフェネチルアルコール、ジグリセリン、テトラエチレングリコール、ペンタエチレングリコール、ヘキサエチレングリコール、安息香酸ベンジル、γ−フェニル−γ−ブチロラクトン、ジベンゾ（ａ，ｈ）アントラセン、ベンゾ（ａ）アントラセン、パルミチン酸、コレステロール、リノレン酸、アリザリン、トリフェニルメタノール、９，１０−フェナンスレンキノン、ｏ−ターフェニル、アントラキノン、フタル酸ジブチル、フェナントレン、フタル酸ブチルベンジル、１−ナフトエ酸（α−ナフトエ酸）、ピロガロール、Ｌ−酒石酸ジブチル、キサントン、クマリン、ｍ−テルフェニル、６−メチルクマリン、４−フェニルフェノール、キサンテン、４−アセチルビフェニル、１，４−ジフェニルベンゼン、２−アセチルナフタレン、２−ナフトエ酸（β−ナフトエ酸）、安息香酸無水物、安息香酸フェニル、カルコン、４−ベンジルフェノール、ジベンジルケトン、炭酸ジフェニル、ｔｒａｎｓ−スチルベン、ベンゼンアクリル酸ベンジル、ステアリン酸１１−ヒドロキシ−３，６，９−トリオキサウンデカン−１−イル、フマル酸、グルタル酸、スクアラン、ピメリン酸、オレイン酸、エイコサン、α−サンタロール、フタル酸ビス（２−エチルヘキシル）、フタル酸ビス（２−メトキシエチル）、サリチル酸ベンジル、ベンゾイン、ベンゾフェノン、アントラセン、ドデシルベンゼン、トリデシルベンゼン、４−ヒドロキシベンズアルデヒド、アジピン酸、ＭＧＫ Ｒｅｐｅｌｌｅｎｔ １１、アビエチン酸メチル、ピレン、フタル酸ジプロピル、フタル酸ジペンチル、２−メチルベンゾフェノン、ベンジル、４−ヘキシルレソルシノール、けい皮酸、エリスリトール、コロネン、ベンゾ［ｇｈｉ］ペリレン、インデノ［１，２，３−ｃｄ］ピレン、４Ｈ−シクロペンタ［ｄｅｆ］フェナントレン、フルオランテン、ベンゾ［ｋ］フルオランテン、ピセン、ジベンゾ［ａ，ｃ］アントラセン、トリフェニレン、クリセン、１１Ｈ−ベンゾ［ａ］フルオレン、デオキシベンゾイン、レテン、フルオレノン、２，４，５−トリメトキシ安息香酸、フラバン、ジプノン、ベンゾフラン−２−カルボン酸、ジフェニルアセチレン、スベリン酸、ヘプタデカン酸、アラキジン酸、トリフェニルメタン、ムスコン、ミリスチン酸、ドトリアコンタン、トリメリト酸無水物、トリパルミチン、トリミリスチン、ビフェニル−３−オール、スチルベン、オクタデカン、ヘプタコサン、９−フェニルアントラセン、１−フェニルナフタレン、フタル酸ビス（２−エトキシエチル）、２−ベンゾイル安息香酸メチル、２−ベンジルマロン酸ジエチル、１−ベンジルナフタレン、４−メトキシベンゾフェノン、４，４’−ジメチルベンゾフェノン、１，３，５−トリフェニルベンゼン、２，２’−ビナフチル、２−フェニルナフタレン、１，２，４−トリアセトキシベンゼン、９，１０−ジヒドロアントラセン、２−ベンジルナフタレン、安息香酸４−メチルフェニル、安息香酸２−メチルフェニル、トリイソバレリン、こはく酸ジフェニル、ベンゼンアクリル酸、ヘプタデカン、ノナデカン、ヘニコサン、１−イコサノール、ドコサン、ペンタコサン、ヘキサコサン、オクタコサン、ノナコサン、ヘントリアコンタン、ペンタトリアコンタン、テトラフェニルメタン、テトラフェニルエテン、テレフタル酸ジエチル、イソフタル酸ジエチル、トリデカン酸、トリコサン、トリアコンタン、ｏ−クアテルフェニル、３−メチルベンゾフェノン、ノナデカン酸、テトラコサン、１−フェニル−３−（２−フラニル）−２−プロペン−１−オン、１，１−ジフェニルアセトン、３−メチルフェナントレン、２，２’−ジヒドロキシベンゾフェノン、２’−メチル−４’−ヒドロキシアセトフェノン、１，４−ジフェニル−１，３−ブタジエン、ビフェニル−２−カルボン酸、２，５−ジフェニルフラン、ペンタデカン酸、１，３−ジフェニルプロパン、１，４−ジフェニルブタン、２，４−ジメチルベンゾフェノン、フタル酸１−（８−メチルノニル）２−オクチル、１−ヘプタデカノール、ヘキサデシルベンゼン、テトラデシルベンゼン、ブラシル酸ジメチル、２−メチルヘプタデカン、１−ドコセン、トリシクロヘキシルメタン、ドデシルシクロヘキサン、テトラデシルシクロヘキサン、２，２’−ビフェノール、ペルヒドロクリセン、ペンタデシルベンゼン、Ｌ−酒石酸ジプロピル、２−フェノキシ安息香酸、４−フェニル−３−ブテン酸、オクタン酸オクチル、イコシルベンゼン、３，４−ジメチルベンゾフェノン、２−ヘプタデカノン、２−ナフトエ酸エチル、１−ナフトエ酸エチル、１−（２，４−ジヒドロキシフェニル）−１−ヘキサノン、トリメリット酸トリス（２−エチルヘキシル）、１−イコセン、β−フェニルベンゼン−１−プロパノール、１，１，３−トリメチル−３−フェニルインダン、イコシルシクロヘキサン、オクタデシルシクロヘキサン、オクタデシルベンゼン、１−ナフタレンメタノール、トリデシルシクロヘキサン、ペンタデシルシクロヘキサン、２−ヒドロキシヘキサン酸、３，３’−ジメトキシビフェニル、１，４−ジシクロヘキシルブタン、１−（２−ナフチル）−１−プロパノン、テレフタル酸ビス（２−エチルヘキシル）、ヘニコシルシクロペンタン、ウンデシルベンゼン、１−ヘプタデセン、ヘキサデシルシクロヘキサン、テトラテトラコンタン、ヘプタトリアコンタン、オクタトリアコンタン、テトラトリアコンタン、ヘプタデシルベンゼン、２−ヘキサデカノール、１−ノナデセン、ヘプタデシルシクロヘキサン、ノナデシルシクロヘキサン、１−ノニルナフタレン、ドデシルフェノール、（Ｚ）−９−トリコセン、２−ベンジルフェノール、ノナデシルベンゼン、１−ヘキサデカノール、１，１’−（１，５−ペンタンジイル）ビスシクロヘキサン、１，１’−（２−エチル−１，３−プロパンジイル）ビスシクロヘキサン、２−ノニルナフタレン、シベトン、シンメチリン、ベンジルジグリコール、イソステアリン酸ポリオキシエチレングリセリル、が挙げられる。

銀ペースト組成物中に含まれる溶剤の沸点は、蒸留法もしくはＧＣ−ＭＳの方法で測定できる。

実施例２の銀ペースト組成物を一例として、蒸留法による沸点測定法を説明する。銀ペースト組成物１０５０ｇに対して、アセトンを４４０ｇ加え、攪拌を行う。この溶液を、細孔径約１μｍのろ紙（アドバンテック製 定量分析用Ｎｏ．４Ａ）を用いて吸引ろ過することで、固形成分と溶剤成分とに分離する。固形成分量は約９３０ｇ、溶剤成分量は約５６０ｇ得られる。固形成分の組成は、Ａｇ粒子が約９２０ｇ、アセトンへの溶解性が低いステアリン酸が約１０ｇである。溶剤成分の組成は、アセトンが約４４０ｇ、トリブチリンが約１２０ｇである。回収した溶剤成分５６０ｇを攪拌しながら５０℃で３時間加熱し、アセトンを蒸発させる。加熱後に溶剤量約１２０ｇが残存する。この溶剤を、冷却器を接続した蒸留フラスコ（日本理化学器械株式会社製 容積：５００ｍＬ）に入れる。また、蒸留フラスコの蒸留ヘッドの位置にデジタル温度計（安立計器株式会社 ＨＦＴ−５０）のプローブをセットする。冷却器に水を流しながら、蒸留フラスコをサンドバス上にて少しずつ加熱して、３０３℃〜３０５℃において溶剤が沸騰することを確認する。以上より、溶剤トリブチリンの沸点は、大気圧下において３０３℃〜３０５℃と決定できる。

２種類以上の溶剤が含まれる場合も、溶剤の沸点差が十分にあれば、蒸留法によりそれぞれの溶剤の沸点測定が可能である。沸点が近い場合は、分別蒸留により溶剤を分けてから沸点を測定する方法、あるいは、後に記載するＧＣ−ＭＳの方法を適宜使用して、それぞれの溶剤の沸点を求めることができる。

ＧＣ−ＭＳによる沸点測定法を説明する。導入装置にキュリーポイントパイロライザＪＨＰ−３型（日本分析工業製）を有するＧＣ／ＭＳ ＱＰ−５０５０Ａ（島津製作所製）を用いて、パイロライザに０．１ｍＬの銀ペースト組成物を導入し、３１５℃/１０秒の条件でガス化してＧＣ／ＭＳに導入する。ＧＣ／ＭＳに、径０．２５ｍｍ長さ３０ｍのキャピラリーカラムＵＡ−５（フロンティアラボ製）を装着し、キャリヤーガスとしてヘリウムを５０ｍＬ／分で使用する。パイロライザで発生したガスをキャピラリーカラムに導入して、ガス成分を吸着させた後、カラムを５０℃から３００℃まで１０℃／分で昇温し、脱離してきたガスをマススペクトルで分析する。マススペクトルのデータとデータベースとを照合することで溶剤を同定できる。溶剤が特定されれば、その沸点は物質固有の値としてデータベースから得ることができる。

銀ペースト組成物中の溶剤の量は、銀ペースト組成物１００質量部中、２０質量部未満であることが好ましい。溶剤が２０質量部以上となると、銀ペースト組成物を焼結した際の溶剤の揮発に伴う体積収縮の程度が大きくなり、形成される銀焼結体の緻密性を低下させるおそれがある。なお、銀ペースト組成物中の溶剤の量の下限値は特に限定されないが、例えば銀ペースト組成物１００質量部中、３質量部以上とすることができる。

本実施形態の銀ペースト組成物を製造するには、銀粒子及び３００℃以上の沸点を有する溶剤を、必要に応じて添加される各種添加剤とともに、一括で又は分割して攪拌器、らいかい器、３本ロール、プラネタリーミキサー等の分散・溶解装置を適宜組み合わせ、必要に応じて加熱して混合、溶解、解粒混練又は分散して均一なペースト状とすればよい。

本実施形態の銀ペースト組成物を加熱する方法としては、公知の方法に従えばよい。ヒーターによる外部加熱以外にも、紫外線ランプ、レーザー、マイクロ波等を好適に用いることができる。加熱の温度は３００℃未満とすることが好ましい。３００℃以上の加熱では溶剤が突沸し、銀焼結体中に空孔ができる。その結果、銀焼結体の密度は低下し、熱伝導性、電気伝導性、接着強度等の特性も低くなる。より好ましい範囲は１５０℃以上２８０℃以下である。１５０℃未満の温度とすると、溶剤の揮発がほとんど起こらず、銀ペースト組成物を焼結することが難しくなる。１５０℃以上２８０℃以下の範囲では、溶剤の揮発が緩やかに起こり、それと同時に銀粒子の焼結も良好に進行する。

また、銀ペースト組成物を加熱する際の予熱工程の有無は適宜決めることができる。通常、銀ペースト組成物の焼結の際には、溶剤の突沸を防ぐために予熱を行い、溶剤を予め揮発させる。しかし、本実施形態における銀ペースト組成物では高沸点の溶剤を用いており、半導体装置を接続する通常の温度である３００℃未満では、溶剤の突沸が起こらないために予熱工程が不要となる。その為、半導体装置の製造プロセスを簡略化でき、製造コストを低減することができる。

銀ペースト組成物を加熱する際の昇温速度は、到達する温度が３００℃未満であれば、特に制限されない。３００℃以上で焼結する場合には、溶剤の突沸を抑制するために、１℃／秒以下とするか、予熱工程を行うことが好ましい。

本実施形態の銀ペースト組成物の焼結は次のように説明される。銀ペースト組成物を１５０℃以上３００℃未満で加熱した場合、その温度で沸点３００℃以上の溶剤は少しずつ揮発していく。溶剤の揮発途中で銀粒子どうしは焼結を開始する。つまり、溶剤（液相）の存在下での焼結反応が進むことになる。このことは、銀粒子に流動性があるために、より緻密な状態をとり易い状態で焼結が進むことを意味する。その結果、従来の銀ペースト組成物よりも緻密な銀焼結体を形成することができ、接着強度に優れ、十分な熱伝導性及び電気伝導性を有するものが得られる。

硬化した接着剤組成物（銀焼結体）の体積抵抗率は１×１０^−４Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、熱伝導率は３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。なお、銀焼結体の体積抵抗率の下限値は特に限定されないが、例えば１．６×１０^−６Ω・ｃｍである。また、熱伝導率の上限値は特に限定されないが、例えば３００Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。

本実施形態の半導体装置は、上記の銀ペースト組成物を用いて半導体素子を支持部材に接着することにより得られる。半導体素子を支持部材に接着した後、必要に応じ、ワイヤボンド工程、封止工程を行う。支持部材としては、例えば、４２アロイリードフレーム、銅リードフレーム、パラジウムＰＰＦリードフレーム等のリードフレーム；ガラスエポキシ基板（ガラス繊維強化エポキシ樹脂からなる基板）、ＢＴ基板（シアネートモノマー及びそのオリゴマーとビスマレイミドからなるＢＴレジン使用基板）等の有機基板が挙げられる。

本実施形態の銀ペースト組成物を用いて半導体素子をリードフレーム等の支持部材に接着させるには、まず支持部材上に接着剤組成物をディスペンス法、スクリーン印刷法、スタンピング法等により塗布した後、半導体素子を搭載し、加熱装置を用いて焼結を行う。焼結後、ワイヤボンド工程を行い、封止することにより半導体装置が完成する。

＜半導体装置＞
半導体装置は、ダイオード、整流器、サイリスタ、ＭＯＳゲートドライバ、パワースイッチ、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ショットキーダイオード、ファーストリカバリダイオード等からなるパワーモジュール、発信機、増幅器、ＬＥＤモジュール等に用いることができる。得られるパワーモジュール、発信機、増幅器、ＬＥＤモジュールは、半導体素子と半導体素子搭載用支持部材の間に高接着性、高熱伝導性、高導電性かつ高耐熱性を有する。

図３は、本実施形態の接着剤組成物を用いて製造される半導体装置の一例を示す模式断面図である。図３に示す半導体装置は、３つのリードフレーム（放熱体）１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、リードフレーム１２ａ上に、本実施形態の接着剤組成物１３を介して接続されたチップ（発熱体）１１と、これらをモールドするモールドレジン１５とからなる。チップ１１は、２本のワイヤ１４を介してリードフレーム１２ｂ、１２ｃにそれぞれ接続されている。

図４は、本実施形態の接着剤組成物を用いて製造される半導体装置の他の例を示す模式断面図である。図４に示す半導体装置は、基板１６と、基板１６を囲むように形成された２つのリードフレーム１７と、リードフレーム１７上に、本実施形態の接着剤組成物１３を介して接続されたＬＥＤチップ１８と、これらを封止する透光性樹脂１９とからなる。ＬＥＤチップ１８は、ワイヤ１４を介してリードフレーム１７に接続されている。

以下に実施例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。

各実施例における各特性の測定は、次のようにして実施した。

（１）銀焼結体のボイド有無
ＰＰＦ−Ｃｕリードフレーム（ランド部：１０×５ｍｍ）上に銀ペースト組成物０．１ｍｇを塗布し、この上に１ｍｍ×１ｍｍのＡｕめっきＳｉチップ（Ａｕめっき厚：０．１μｍ、チップ厚：４００μｍ）を接着した。これをホットプレート（井内盛栄堂 ＳＨＡＭＡＬ ＨＯＴＰＬＡＴＥ ＨＨＰ−４０１）上で、２００℃、６０分間加熱することで、銀焼結体を作製した。なお、室温（２５℃）から２００℃に到達するまでの昇温速度は約２７℃／秒だった。ここで、上記ＰＰＦとは、Ｐａｌｌａｄｉｕｍ Ｐｒｅ Ｐｌａｔｅｄの略であり、また、上記ＰＰＦ−Ｃｕリードフレームとは、Ｃｕリードフレーム上にＮｉめっきを施し、その上にパラジウムめっきを行い、さらにその上にＡｕめっきを行ったものである。

上記の銀焼結体を、そのままマイクロフォーカスＸ線装置（日立建機ファインテック株式会社 ＭＦ１６０）で観察することで、ボイドの有無を評価した。図１は、実施例１で得られた銀焼結体のＸ線像であり、図２は比較例１で得られた銀焼結体のＸ線像である。実施例１で得られた銀焼結体についてはボイドが確認されない。一方、比較例１で得られた銀焼結体については、まだら状の模様が確認された。これは、銀焼結体中に粗な部分（ボイド）が存在することを示している。なお、図１及び２において、白い円状のものがみられるが、これらは、銀ペースト組成物とリードフレームとの接着性を高めるために設けられている凹みであって、特に位置合わせを必要とするものではない。

（２）ダイシェア強度
ＰＰＦ−Ｃｕリードフレーム（ランド部：１０×５ｍｍ）上に銀ペースト組成物０．１ｍｇを塗布し、この上に１ｍｍ×１ｍｍのＡｕめっきＳｉチップ（Ａｕめっき厚：０．１μｍ、チップ厚：４００μｍ）を接着した。これをホットプレート（井内盛栄堂 ＳＨＡＭＡＬ ＨＯＴＰＬＡＴＥ ＨＨＰ−４０１）上で、２２０℃、６０分間加熱することで、銀焼結体を作製した。なお、室温（２５℃）から２００℃に到達するまでの昇温速度は約２７℃／秒だった。

上記の銀焼結体の接着強度を、ダイシェア強度により評価した。万能型ボンドテスタ（デイジ社製 ４０００シリーズ）を用い、測定スピード５００μｍ／秒、測定高さ１００μｍで、ＡｕめっきＳｉチップを水平方向に押し、銀焼結体のダイシェア強度（ＭＰａ）を測定した。

（３）熱伝導率
銀ペースト組成物を、クリーンオーブン（ＴＡＢＡＩＥＳＰＥＣ ＣＯＲＰ．製 ＰＶＨＣ−２１０）で２００℃、１時間加熱処理し、１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍの銀焼結体を得た。この銀焼結体の熱拡散率を、レーザーフラッシュ法（ネッチ社製 ＬＦＡ ４４７、２５℃）で測定した。さらに、この熱拡散率、示差走査熱量測定装置（パーキンエルマー社製 Ｐｙｒｉｓ１）によって測定された比熱容量及びアルキメデス法で測定された比重の積を求めて、２５℃における銀焼結体の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）を算出した。

（４）体積抵抗率
銀ペースト組成物をガラス板上に塗布して、クリーンオーブン（ＴＡＢＡＩＥＳＰＥＣ ＣＯＲＰ．製 ＰＶＨＣ−２１０）で２００℃、１時間加熱処理し、１ｍｍ×５０ｍｍ×０．０３ｍｍの銀焼結体を得た。この銀焼結体の体積抵抗率を、４端子法（アドバンテスト（株）製 Ｒ６８７Ｅ ＤＩＧＴＡＬ ＭＵＬＴＩＭＥＴＥＲ）で測定した。

（実施例１）
銀粒子としてＡｇＣ２３９（粒径５．４２μｍ、フレーク状、福田金属箔株式会社）及びＫ−００８２Ｐ（粒径１．６４μｍ、球状、ＭＥＴＡＬＯＲ社）を使用した。溶剤としてイソボルニルシクロヘキサノール（沸点３０８℃、以下、ＭＴＰＨと略すこともある）、トリブチリン（沸点３０５℃、和光純薬株式会社）及びステアリン酸（沸点３７６℃、和光純薬株式会社）を使用した。表１に示す配合割合にて、銀粒子及び溶剤をらいかい機にて１５分間混練し、銀ペースト組成物を作製した。この銀ペースト組成物の特性を測定したところ、表１の結果になった。

（実施例２）
銀粒子としてＡｇＣ２３９（福田金属箔株式会社）及びＫ−００８２Ｐ（ＭＥＴＡＬＯＲ社）を使用した。溶剤としてトリブチリン（沸点３０５℃、和光純薬株式会社）及びステアリン酸（沸点３７６℃、和光純薬株式会社）を使用した。表１に示す配合割合にて、銀粒子及び溶剤をらいかい機にて１５分間混練し、銀ペースト組成物を作製した。この銀ペースト組成物の特性を測定したところ、表１の結果になった。

（実施例３）
銀粒子としてＡｇＣ２３９（福田金属箔株式会社）及びＫ−００８２Ｐ（ＭＥＴＡＬＯＲ社）を使用した。溶剤としてトリブチリン（沸点３０５℃、和光純薬株式会社）、ステアリン酸ブチル（沸点３４３℃、和光純薬株式会社）及びステアリン酸（沸点３７６℃、和光純薬株式会社）を使用した。表１に示す配合割合にて、銀粒子及び溶剤をらいかい機にて１５分間混練し、銀ペースト組成物を作製した。この銀ペースト組成物の特性を測定したところ、表１の結果になった。

（実施例４）
銀粒子としてＡｇＣ２３９（福田金属箔株式会社）を使用した。溶剤としてトリブチリン（沸点３０５℃、和光純薬株式会社）、ステアリン酸ブチル（沸点３４３℃、和光純薬株式会社）及びステアリン酸（沸点３７６℃、和光純薬株式会社）を使用した。表１に示す配合割合にて、銀粒子及び溶剤をらいかい機にて１５分間混練し、銀ペースト組成物を作製した。この銀ペースト組成物の特性を測定したところ、表１の結果になった。

（実施例５）
銀粒子としてＫ−００８２Ｐ（ＭＥＴＡＬＯＲ社）を使用した。溶剤としてトリブチリン（沸点３０５℃、和光純薬株式会社）、ステアリン酸ブチル（沸点３４３℃、和光純薬株式会社）及びステアリン酸（沸点３７６℃、和光純薬株式会社）を使用した。表１に示す配合割合にて、銀粒子及び溶剤をらいかい機にて１５分間混練し、銀ペースト組成物を作製した。この銀ペースト組成物の特性を測定したところ、表１の結果になった。

（比較例１）
銀粒子としてＡｇＣ２３９（福田金属箔株式会社）及びＫ−００８２Ｐ（ＭＥＴＡＬＯＲ社）を使用した。溶剤としてイソボルニルシクロヘキサノール（沸点３０８℃）及びジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート（沸点２０９℃、ダイセル化学株式会社、以下ＤＰＭＡと略す）及びステアリン酸（沸点３７６℃、和光純薬株式会社）を使用した。表１に示す配合割合にて、銀粒子及び溶剤をらいかい機にて１５分間混練し、銀ペースト組成物を作製した。この銀ペースト組成物の特性を測定したところ、表１の結果になった。

Claims (5)

1. 粒子径０．１μｍ〜２０μｍの銀粒子と、溶剤とを含む銀ペースト組成物であって、
   前記溶剤が３００℃以上の沸点を有する溶剤からなる、銀ペースト組成物。
2. 前記銀粒子が、フレーク状銀粒子及び／又は球状銀粒子である、請求項１に記載の銀ペースト組成物。
3. 前記溶剤が、エーテル構造、エステル構造及びヒドロキシル構造のうち少なくとも一つを含む、請求項１又は２に記載の銀ペースト組成物。
4. ３００℃未満の加熱により前記銀粒子どうしが焼結することで銀焼結体を形成し、前記銀焼結体の体積抵抗率、熱伝導率及び接着強度が、それぞれ１×１０^−４Ω・ｃｍ以下、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上及び１０ＭＰａ以上である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の銀ペースト組成物。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の銀ペースト組成物を介して、半導体素子と半導体素子搭載用支持部材が接着された構造を有する半導体装置。