KR102142269B1 - Paste containing rice-ear-shaped Cu particles - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 구리 입자는 구리 전구체 용액에 아연 분말을 첨가하여 상온 합성되는 것으로서, 마이크로 스케일의 구리 로드(rod) 형태에 나노 스케일의 구리 입자들이 붙어 구현된 벼이삭형 형태로 페이스트의 필러(filler) 소재로 사용되며, 상기 벼이삭형 구리 입자는 내산화 유기물 표면처리된 것을 특징으로 하는 벼이삭형 구리 입자 함유 페이스트를 기술적 요지로 한다. 이에 의해 본 발명은 구리 입자에 적절한 표면처리를 하는 것과 저온에서 최대한 빠른 소결이 일어날 수 있도록 구리 입자의 형태를 나노입자 기반 벼이삭 형태로 적용하여, 저온 공정으로 고속 소결 접합 시에도 충분한 접합성을 확보할 수 있는 벼이삭형 구리 입자 함유 페이스트를 제공하는 이점이 있다.The copper particles according to the present invention are synthesized at room temperature by adding zinc powder to the copper precursor solution, and the filler of the paste in the form of a rice ear is formed by attaching nano-scale copper particles to a micro-scale copper rod form. ) Is used as a material, and the rice ear-type copper particles are made of a surface treated with an oxidation-resistant organic material, making the rice-containing copper particle-containing paste a technical point. Accordingly, the present invention applies a suitable surface treatment to the copper particles and applies the copper particle form in the form of a nanoparticle-based rice ear so that sintering can occur as quickly as possible at a low temperature. There is an advantage of providing a rice-containing copper particle-containing paste that can be used.

Description

벼이삭형 구리 입자 함유 페이스트{Paste containing rice-ear-shaped Cu particles}Paste containing rice-ear-shaped Cu particles}

본 발명은 접합 페이스트에 관한 것으로서, 대기 중 산화를 방지하기 위하여 구리 입자에 적절한 표면처리를 하는 것과 저온에서 최대한 빠른 소결이 일어날 수 있도록 구리 입자의 형태를 나노 스케일 구조 기반 벼이삭 형태로 적용하여 페이스트의 필러 소재로 사용한 벼이삭형 구리 입자 함유 페이스트에 관한 것이다.The present invention relates to a bonding paste, the surface of the copper particles in order to prevent oxidation in the air and to apply the surface of the copper particles in the form of nano-scale structure-based rice ear so that the sintering can occur as quickly as possible at a low temperature paste It relates to a paste containing rice ear-type copper particles used as a filler material.

최근 EV(electrical vehivle), HEV(hybrid electrical vehicle), aerospace, deep-well drilling 및 기타 에너지 산업 분야에는 파워모듈(power module)이 사용되고 있다.Recently, power modules have been used in electric vehivle (EV), hybrid electrical vehicle (HEV), aerospace, deep-well drilling and other energy industries.

파워모듈은 전력의 변환, 변압, 안정화, 분배 및 제어 등을 수행하는 장치로, 전력의 전달 및 제어 과정에서 에너지 효율을 향상시키고 전압 변화를 제어하여 시스템 안정성과 신뢰성을 제공하는 기능을 수행하는 핵심 부품이다.The power module is a device that converts, transforms, stabilizes, distributes, and controls power, and is the key to improving energy efficiency and controlling voltage changes during power delivery and control to provide system stability and reliability. Parts.

이러한 파워 모듈에 적용되는 파워소자를 DBC(direct bonded copper) 기판에 접합시키기 위해서는 낮은 온도에서 빠른 시간에 접합이 가능하여 제조 공정상 경쟁력을 가지는 소재 개발이 요구되고 있다.In order to bond a power device applied to such a power module to a direct bonded copper (DBC) substrate, it is possible to bond at a low temperature and at a fast time, and thus it is required to develop a material having a competitive edge in the manufacturing process.

필요로 하는 접합 소재의 특성은 최대 동작온도를 견딜 수 있는 내열 및 방열성, 20kHz 이상의 turn-on 및 turn-off 특성을 견딜 수 있는 열적 내피로 특성 및 자동차 전장품의 내구 수명(10)년을 만족할 수 있는 장기 내구성을 갖추어야 한다.The characteristics of the bonding material required can satisfy heat resistance and heat dissipation characteristics that can withstand the maximum operating temperature, thermal fatigue characteristics that can withstand turn-on and turn-off characteristics of 20 kHz or higher, and durability life (10) years of automotive electrical equipment. Long-term durability.

일반적으로 파워모듈 접합소재로는 현재 고Pb계 솔더(solder)를 주로 사용하고 있으나, 향후 무연 소재의 사용 규약이 확산될 예정이다. 아울러 Pb를 함유하지 않는 무연 솔더를 적용하는 경우에도 내열 및 방열 특성이 떨어지는 문제가 있다.In general, high power Pb solder is currently used as the power module bonding material, but the usage rules for lead-free materials will be spread in the future. In addition, when applying a Pb-free lead-free solder, there is a problem in that heat resistance and heat dissipation characteristics are poor.

또한, 파워소자가 기존 Si 기반 반도체에서 최근 넓은 밴드갭(band gap), 높은 파괴전압, 높은 열전도도 및 빠른 포화전자속도를 가지는 WBG(wide band gap) 화합물 반도체로 점차 대체되는 상황이어서 Ag 입자를 사용하는 소결 접합 페이스트가 개발, 보급되고 있다.In addition, Ag particles are being replaced because power devices are gradually being replaced by wide band gap (WBG) compound semiconductors that have a wide band gap, high breakdown voltage, high thermal conductivity, and fast saturation electron velocity in existing Si-based semiconductors. The sintered bonding paste used has been developed and spread.

WBG 화합물 반도체 파워소자는 그 동작온도가 궁극적으로 250~300℃에 이를 것으로 예상되는데, 이는 Sn-3.0Ag-0.5Cu와 같은 일반적인 무연 솔더의 융점(217℃)보다 높게 되므로 일반적인 솔더 접합 공정은 적용이 불가능해진다.The WBG compound semiconductor power device is expected to have an operating temperature of 250~300℃, which is higher than the melting point (217℃) of common lead-free solders such as Sn-3.0Ag-0.5Cu. It becomes impossible.

이에 솔더를 사용한 TLP(transient liquid phase) 접합이 연구되고 있으나, 이는 고온 및 긴 접합시간이 요구되는 바, 제조 공정상의 경쟁력이 매우 떨어진다. 또한 접합부를 구성하는 금속간 화합물(intermetallic compound, IMC)은 본질적으로 취성이 강해 자동차와 같이 진동이 심한 환경에 노출되는 전기전자부품의 접합소재로 적합치 않다.Therefore, TLP (transient liquid phase) bonding using solder is being studied, but this requires high temperature and long bonding time, so the manufacturing process is very competitive. In addition, the intermetallic compound (IMC) constituting the bonding portion is not suitable as a bonding material for electric and electronic parts exposed to severe vibration environments such as automobiles because it is inherently brittle.

이에 Heraeus와 같은 소재 기업들은 소결 접합용 페이스트(상품명 mAgic)를 출시하고 있는데, 이러한 페이스트는 필러소재로 가격이 높은 Ag를 사용하고 있다. 아울러 보다 저온에서 빠른 시간에 접합을 완료하기 위해서는 소결성을 향상시켜야 하므로 나노~서브마이크론 크기의 작은 Ag 입자를 사용해야 하는데, 이 경우 Ag 입자의 가격은 더욱 고가가 된다.Accordingly, material companies such as Heraeus are releasing pastes for sintering bonding (trade name mAgic), which use high-priced Ag as a filler material. In addition, in order to complete the bonding at a lower temperature and at a faster time, the sintering property needs to be improved, so that small Ag particles of nano-submicron size should be used. In this case, the price of Ag particles becomes more expensive.

또한 Ag 입자를 이용한 페이스트의 경우 30~60분의 긴 소결시간은 공정의 신속성 및 가격 경쟁력을 크게 떨어뜨리므로 산업적 경쟁력이 매우 낮은 문제점이 있다. In addition, in the case of a paste using Ag particles, a long sintering time of 30 to 60 minutes greatly reduces the speed of process and price competitiveness, so there is a problem that industrial competitiveness is very low.

이러한 Ag 페이스트의 높은 가격으로 인해, 현재 궁극적인 미래형 소결 접합용 소재로는 구리 입자를 필러로 사용하는 페이스트를 고려하고 있다. 구리는 은에 비해 그 원가가 1/60~1/100 수준으로 매우 낮은 소재이지만 Ag와 유사한 열 및 전기전도도를 나타내며, 이미 기판 배선용 소재 등으로 오랫동안 사용되어 온 소재이다.Due to the high price of the Ag paste, a paste using copper particles as a filler is currently considered as the ultimate future sintering bonding material. Copper is a material that has a very low cost of 1/60 to 1/100 compared to silver, but it exhibits thermal and electrical conductivity similar to Ag, and has already been used for a long time as a substrate wiring material.

그러나 Ag에 비해 구리는 산화되려는 특성이 매우 높으므로 접합소재의 필러로써는 매우 부적절한 특성을 보유하고 있다. 즉, 산화가 심하게 진행될 경우 전기전도도뿐만 아니라 소결성이 급속히 떨어지는 단점이 있으므로 이를 적절히 제어해야 할 필요성이 있다.However, compared to Ag, copper has very high properties to be oxidized, so it has very inappropriate properties as a filler for bonding materials. That is, when the oxidation is severely performed, there is a disadvantage that the sintering property is rapidly deteriorated as well as the electrical conductivity, so there is a need to properly control it.

한편, 일반적으로 구형의 금속 입자보다 플레이크 형태에서, 플레이크 형태 보다는 가지가 많은 형태의 금속 입자 형태에서 동일 무게 대비 표면적이 증가하게 되므로 입자간의 접촉에 의해 진행되는 고상 소결이 보다 원활해지는 효과를 기대할 수 있다.On the other hand, in general, in the flake form than the spherical metal particles, the surface area increases in the same weight in the form of the metal particles in the branched form rather than in the flake form. have.

현재까지 가지가 많은 형태의 금속 입자에 대한 연구는 덴드리머(dendrimer) 형태를 중심으로 진행되어 왔는데, 이를 도전 페이스트의 필러 소재로 사용할 경우 표면적 증가 효과에 의한 전기적 접점수의 상대적 증가로 적은 량의 첨가량만으로도 기존과 유사한 전기 전도도 및 전자파 차폐 특성을 얻을 수 있는 장점 때문이었다. 일예로 덴드리머 형태의 도전성 필러는 종래의 플레이크(flake) 형태의 필러 대비 약 50%의 첨가량만으로도 유사한 전기 전도도를 얻을 수 있음이 보고된 바 있다(Nature Communication, 2015). 따라서 덴드리머 형태 도전성 필러의 제조 및 응용 연구가 현재에도 활발히 진행 중이다.Until now, research on metal particles in many branches has been focused on the form of dendrimers. When used as a filler material for a conductive paste, a small amount is added due to the relative increase in the number of electrical contacts due to the increase in surface area It was because of the merit that the electrical conductivity and electromagnetic wave shielding properties similar to the previous one could be obtained. For example, it has been reported that a dendrimer-type conductive filler can obtain similar electrical conductivity only with an addition amount of about 50% compared to a conventional flake-type filler (Nature Communication, 2015). Therefore, research on the manufacture and application of the dendrimer-type conductive filler is actively underway.

그러나 상기 예와 같은 결과는 페이스트 제조 과정에서 필러와 레진 포뮬레이션(resin formulation)간에 이상적인 혼합이 이루어질 때 구현되는 것으로 실제 상황의 일반적인 혼합 방법으로 덴드리머 형태의 도전성 필러와 레진 포뮬레이션과의 원활한 혼합은 매우 어려운 상황이다.However, the result as in the above example is realized when an ideal mixing is achieved between the filler and the resin formulation in the paste manufacturing process. As a general mixing method in the actual situation, the smooth mixing of the conductive filler in the form of a dendrimer and the resin formulation is possible. It is a very difficult situation.

특히 도전성 필러가 덴드리머 형태인 경우 가지가 많아지고 길어질수록, 그리고 더욱 미세한 크기로 제조될수록 표면적 비율이 크게 증가하여 레진 포뮬레이션이 빈틈없이 가지들 사이로 침투하면서 균일하게 혼합되는 것이 더욱 어려워지는 바 페이스트화를 위한 실제 혼합공정에서의 안정적인 혼합을 위해서는 덴드리머형 필러의 형태를 다소 일체화된 간단한 형태로 변화시킬 필요성이 있다. In particular, when the conductive filler is in the form of a dendrimer, the number of branches becomes longer and longer, and the more finely sized the surface area ratio is, the more the resin formulation penetrates between the branches without difficulty, making it more difficult to mix uniformly. For stable mixing in the actual mixing process for, it is necessary to change the form of the dendrimer-type filler to a rather integrated simple form.

지금까지의 덴드리머 형태의 도전성 필러 소재의 개발 연구는 은 위주로 진행되어 왔으나, 상기 가격적인 부분과 Ag와 유사한 구리의 전기적, 열적 특성을 고려할 때, 덴드리머 형태의 도전성 필러의 소재는 궁극적으로 구리 기반으로 완성될 것으로 예상된다.Development of conductive filler materials in the form of dendrimers so far has been conducted mainly on silver, but considering the electrical and thermal properties of copper similar to Ag and the above-mentioned price, the material of conductive fillers in the form of dendrimers is ultimately based on copper. It is expected to be completed.

일반적으로 알려진 덴드리머 형태의 구리의 제조방법은 아연 또는 알루미늄 호일(foil)을 사용하여 아연 또는 알루미늄과 구리 이온 간의 갈바닉 치환 반응(galvanic displacement reaction)에 의해 알루미늄 또는 아연 호일 표면에서 구리 덴드리머를 생성, 성장시키는 방법 또는 상기 호일들을 음극재로 사용한 전기분해 적용 공정법을 사용하고 있다.A generally known method for producing dendrimer-type copper is to produce and grow copper dendrimer on an aluminum or zinc foil surface by galvanic displacement reaction between zinc or aluminum and copper ions using zinc or aluminum foil. Or the electrolytic application process method using the foils as a negative electrode material.

그러나, 이와 같은 제조방법은 다소 복잡한 장비가 이용되거나, 입자 형성 과정에서 최대 120℃ 정도로 가열하면서 최대 18시간 동안 유지해야 하는 등 가열 공정과 오랜 합성 시간으로 생산성이 매우 낮으며, 따라서 고비용 공정으로 알려져 있다. 아울러 전기분해를 적용한 제조방법은 다소 복잡한 장비가 이용되거나, 대량 생산을 위해 수많은 호일을 침지시켜야 하는 등 방법적 제한성을 가지고 있다.However, such a manufacturing method has a very low productivity due to a heating process and a long synthesis time, such as using a somewhat complicated equipment, or maintaining it for up to 18 hours while heating up to about 120°C during the particle formation process, and thus is known as a high cost process. have. In addition, the manufacturing method using electrolysis has method limitations such as the use of somewhat complicated equipment or the need to immerse numerous foils for mass production.

본 발명자는 이러한 기존의 덴드리머 형태의 구리의 제조방법에 대한 문제점을 해결하기 위하여, 기존 덴드리머 형태와는 다른 "벼이삭형 구리 입자의 제조방법"에 대해서 출원(출원번호 10-2016-0183021)한 바 있다.In order to solve the problems with the conventional method for manufacturing dendrimer-type copper, the present inventor filed a "Method for Producing Rice Earning Type Copper Particles" different from the existing dendrimer-type (Application No. 10-2016-0183021) There is a bar.

상기 기술은 구리 전구체 용액에 아연 분말을 첨가하는 상온 합성 공정으로 빠른 시간 내에 벼이삭형 구리 입자를 대량으로 합성할 수 있는 것으로서, 상온에서 10분 이내로 반응이 종결되는 초고속 제조 공정으로 생산성을 극도로 향상시킬 수 있어 저가의 벼이삭형 구리 입자를 제공할 수 있는 장점이 있다.The above technology is a room temperature synthesis process in which zinc powder is added to a copper precursor solution, and is capable of synthesizing large amounts of rice- ear-shaped copper particles in a short period of time.It is an extremely high-speed manufacturing process in which the reaction is terminated within 10 minutes at room temperature. It has the advantage of being able to provide low-cost rice ear-type copper particles.

이러한 초고속 공정에 의해 제공되는 벼이삭형 구리 입자의 경우 입도의 크기가 작으며, 종래의 덴드리머 형태에 비해 중심가지에 대해 파생가지의 길이가 상대적으로 짧게 형성된 특이한 형태로 그 연구분야가 다양할 것으로 기대되고 있다. 이에 본 특허에서는 당 벼이삭형 구리 입자를 반도체 칩의 소결 접합을 위한 페이스트용 필러 소재로 사용하고자 한다. In the case of the rice ear-type copper particles provided by such an ultra-high-speed process, the size of the particle size is small, and the research field will be varied in a unique form in which the length of the derived branch is relatively short relative to the central branch compared to the conventional dendrimer shape. Is expected. Accordingly, this patent intends to use sugar-earned copper particles as a filler material for pastes for sintering and bonding of semiconductor chips.

본 발명은 내산화 처리된 벼이삭형 구리 입자를 필러로 이용한 접합 페이스트의 제공을 그 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a bonding paste using rice-resistant copper particles subjected to oxidation treatment as a filler.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 구리 전구체 용액에 아연 분말을 첨가하여 상온 합성되는 것으로서, 마이크로 스케일의 구리 로드(rod) 형태에 나노 스케일의 구리 입자들이 붙어 구현된 벼이삭형 구리 입자가 필러(filler)로 사용되며, 상기 벼이삭형 구리 입자는 내산화 유기물 표면처리된 것을 특징으로 하는 벼이삭형 구리 입자 함유 페이스트를 기술적 요지로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is synthesized at room temperature by adding zinc powder to a copper precursor solution, and the rice-sized copper particles implemented by attaching nano-scale copper particles to a micro-scaled copper rod form ( As a filler, the rice ear-type copper particles are made of a surface-treated oxide-resistant organic material, making the rice-containing copper particle-containing paste a technical point.

또한, 상기 벼이삭형 구리 입자는, 구리 나노입자들이 붙어 형성된 파생가지의 길이에 대해 중심가지인 구리 로드의 길이의 비가 1:3~20인 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the ratio of the length of the copper rod as the central branch to the length of the derived branch formed by attaching the copper nanoparticles is 1:3 to 20.

또한, 상기 벼이삭형 구리 입자는, 상기 구리 로드의 길이는 1~10㎛이며, 상기 구리 나노입자의 직경은 5~50nm인 것이 바람직하다.In addition, the rice ear-type copper particles, the length of the copper rod is 1 ~ 10㎛, it is preferable that the diameter of the copper nanoparticles is 5 ~ 50nm.

또한, 상기 내산화 유기물 표면 처리는, 상기 벼이삭형 구리 입자를 합성한 직후 유기물 처리에 의해 상기 벼이삭형 구리 입자 표면에서 complex를 만들어 코팅되며, 상기 유기물은, benzotriazole을 사용하는 것이 바람직하다.In addition, the surface treatment of the oxidation-resistant organic substance is coated by forming a complex on the surface of the rice-earned copper particle by organic substance treatment immediately after synthesizing the rice-earned copper particle, and it is preferable that the organic substance uses benzotriazole.

한편, 상기 벼이삭형 구리 입자 함유 페이스트는, 상기 벼이삭형 구리 입자에 대해 용제의 무게비가 10 : 5~6으로 형성되며, 180~320℃에서 피접합체 간 가압 소결되어 die attach 공정에 적용될 수 있다.On the other hand, the paddy-containing copper particle-containing paste, the weight ratio of the solvent to the paddy-type copper particle is 10: 5 ~ 6, and pressure-sintered between the objects to be joined at 180 ~ 320 ℃ can be applied to the die attach process have.

본 발명은 대기 중 산화를 방지하기 위하여 구리 입자에 적절한 표면처리를 하는 것과 저온에서 최대한 빠른 소결이 일어날 수 있도록 구리 나노입자들이 결합하여 중심가지와 파생가지를 이룬 벼이삭 형태를 필러 입자로 적용하여, 칩의 가압 소결 접합 중 빠른 시간 내에 구리 입자간의 소결 및 이에 따른 접합부 내 공극 최소화룰 유도함으로써 단시간에 충분한 소결 접합성을 확보할 수 있는 벼이삭형 구리 입자를 이용한 페이스트를 제공하는 효과가 있다.In order to prevent oxidation in the air, the present invention is to apply a suitable surface treatment to copper particles and to combine the copper nanoparticles to form a central branch and a derived branch as filler particles so that sintering occurs as quickly as possible at low temperatures. , By inducing sintering between copper particles within a short period of time during pressurized sintering of the chip and thus minimizing voids in the joint, there is an effect of providing a paste using rice ear-type copper particles capable of securing sufficient sintering bonding property in a short time.

보다 구체적으로, 본 발명은 벼이삭형 구리 입자를 페이스트의 필러로 사용함으로써, 10분 이내로 소결 접합 반응이 종결되어 생산성을 극도로 향상시킬 수 있으며, 고속 소결에 기인한 공정 가격의 경쟁력 확보를 추구하고자 한다.More specifically, according to the present invention, by using rice ear-type copper particles as a filler for the paste, the sintering bonding reaction is terminated within 10 minutes, and thus the productivity can be extremely improved, and the competitiveness of the process price due to high-speed sintering is sought. I want to.

또한, 접합부에 전기전도도 및 열전도도 특성이 나쁜 이종 소재가 잔존하지 않고 접합부가 전기전도도 및 열전도도 특성이 우수한 구리로만 이루어져 기본적으로 접합부의 전기적, 열적 특성이 매우 우수하며, 소자 동작 동안의 고온 발열 시에도 발생된 열을 접합부를 통해 주변으로 잘 배출시키므로 소자 및 모듈에 열-기계적 손상이 가해지는 것을 최소화시켜 소자 및 모듈의 신뢰성을 향상시키므로, 고발열 소자 및 이와 연결된 접합부의 신뢰성 및 안정성을 크게 향상시키는 효과가 있다.In addition, the heterogeneous material having poor electrical conductivity and thermal conductivity does not remain in the junction, and the junction is made of copper having excellent electrical conductivity and thermal conductivity, so the electrical and thermal characteristics of the junction are very excellent, and high-temperature heat generation during device operation Since heat generated at the time is well discharged to the surroundings through the junction, the reliability of the element and the module is improved by minimizing the thermal and mechanical damage to the element and the module. It is effective.

이와 같이, 본 발명에 따른 벼이삭형 구리 입자를 이용한 페이스트와 이를 사용하여 칩을 저온 및 고속 접합하는 기술은 기존에 소개된 적이 전혀 없으며, 벼이삭형 구리 입자는 마이크로 크기의 입자에 그 표면이 나노입자들로 형성된 구조이므로 마이크로 입자의 쉬운 핸들링 및 혼합 특성과 나노입자의 저온 및 고속 소결 특성을 동시에 구현할 수 있는 독창적인 기술인 것이다.As described above, the technology for bonding a paste and a chip using a rice ear-type copper particle according to the present invention and a chip at a low temperature and a high speed using the same has never been introduced before, and the rice ear-type copper particle has a surface of micro-sized particles. Since it is a structure formed of nanoparticles, it is a unique technology that can simultaneously realize easy handling and mixing properties of microparticles and low-temperature and high-speed sintering properties of nanoparticles.

또한, 기존 Ag에 비해 매우 저가격인 구리를 사용하여 상기 저온 및 고속 소결 특성의 구현이 가능하므로 향후 크게 확대될 전기 자동차 시장을 중심으로 한 각종 파워 모듈의 제조 시 파워 소자들의 접합 소재로서, 소재 및 공정적 가격 경쟁력이 매우 우수하므로 산업적 적용이 매우 용이한 소재 및 공정이 될 것으로 기대된다.In addition, since it is possible to implement the low-temperature and high-speed sintering characteristics by using copper, which is very low-cost compared to the existing Ag, as a bonding material for power elements when manufacturing various power modules mainly in the electric vehicle market, which will be greatly expanded in the future, the material and It is expected that it will be a material and process that is very easy to apply industrially because it has a very fair price competitiveness.

도 1 - 본 발명에 따른 벼이삭형 구리 입자에 대한 모식도.
도 2 - 본 발명에 따른 벼이삭형 구리 입자에 대한 SEM 이미지를 나타낸 도.
도 3 - 본 발명에 따른 유기물 표면처리에 따른 벼이삭형 구리 입자의 산화 억제 모식도.
도 4 - 본 발명에 따른 유기물 표면처리에 따른 벼이삭형 구리 입자의 XRD 패턴을 나타낸 도.
도 5 - 본 발명에 따른 벼이삭형 구리 입자들을 가압 소결할 경우 소결시간에 따른 접합부의 단면 미세조직 변화를 나타낸 도.
도 6 - 본 발명에 따른 die attach 공정 모식도.
도 7 - 본 발명에 따른 벼이삭형 구리 입자를 함유한 페이스트를 사용한 die attach 후 접합부 접합 강도 평가 모식도.
도 8 - 본 발명의 일실시예에 따른 벼이삭형 구리 입자를 함유한 페이스트 적용 시 180~250℃의 온도에서 접합 시간에 따른 접합 강도 변화 그래프를 나타낸 도.
도 9 - 본 발명의 일실시예에 따른 벼이삭형 구리 입자를 함유한 페이스트 적용 시 250℃ 이상의 온도에서 접합 시간에 따른 접합 강도 변화 그래프를 나타낸 도.Figure 1-Schematic diagram for the rice ear-type copper particles according to the present invention.
Figure 2-a SEM image of rice ear type copper particles according to the present invention.
3-Schematic diagram of oxidation inhibition of rice ear-type copper particles according to the surface treatment of organic matter according to the present invention.
4-a diagram showing an XRD pattern of rice ear-type copper particles according to the surface treatment of an organic material according to the present invention.
Figure 5-a diagram showing the cross-sectional microstructure change of the joint according to the sintering time when sintering the ear-sized copper particles according to the present invention.
Figure 6-schematic diagram of a die attach process according to the present invention.
Figure 7-A schematic view of bonding strength evaluation of the joint after die attach using a paste containing rice ear-type copper particles according to the present invention.
8-a graph showing a change in bonding strength according to bonding time at a temperature of 180 to 250°C when applying a paste containing rice ear-type copper particles according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9-a graph showing a change in bonding strength according to bonding time at a temperature of 250° C. or higher when a paste containing rice ear-type copper particles according to an embodiment of the present invention is applied.

본 발명은 저온에서의 고속 소결을 통해 충분한 칩의 접합 강도 특성을 확보하기 위해 구현된 것으로서, 구리 입자 표면의 산화를 억제하기 위한 적절한 표면처리를 하는 것과 저온에서 최대한 빠른 소결이 일어날 수 있도록 구리 입자의 형태를 나노입자 기반 마이크로급 벼이삭 형태로 적용하여, 이를 페이스트의 필러 소재로 사용하고자 하는 것이다.The present invention has been implemented to secure sufficient chip bonding strength properties through high-speed sintering at low temperatures, so that copper particles can be subjected to appropriate surface treatment to suppress oxidation of copper particle surfaces and sintering as quickly as possible at low temperatures. It is intended to be used as a filler material for pastes by applying the form of nanoparticles in the form of nano-particle-based rice ears.

즉, 본 발명자에 의해 출원된 "벼이삭형 구리 입자의 제조방법"(출원번호 10-2016-0183021) 기술에 의해 확보된 벼이삭형 구리 입자의 대량 합성 기술을 통해 소결에 매우 적합한 형태의 구리 입자를 제공하고, 그 표면을 유기물로 내산화 처리한 후, 용제와 혼합하여 페이스트를 제공하는 것이다.That is, the copper in a form suitable for sintering through the mass synthesis technology of the rice-earned copper particles secured by the technique of "the manufacturing method of the ear-earned copper particles" (Application No. 10-2016-0183021) filed by the present inventor The particles are provided, the surface thereof is subjected to oxidation resistance with an organic material, and then mixed with a solvent to provide a paste.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 벼이삭형 구리 입자에 대한 모식도이고, 도 2는 본 발명에 따른 벼이삭형 구리 입자에 대한 SEM 이미지를 나타낸 도이고, 도 3은 본 발명에 따른 유기물 표면처리에 따른 벼이삭형 구리 입자의 산화 억제 모식도이고, 도 4는 본 발명에 따른 유기물 표면처리에 따른 벼이삭형 구리 입자의 XRD 패턴을 나타낸 도이고, 도 5는 본 발명에 따른 벼이삭형 구리 입자들을 가압 소결할 경우 소결시간에 따른 접합부의 단면 미세조직 변화를 나타낸 도이고, 도 6은 본 발명에 따른 die attach 공정 모식도이고, 도 7은 본 발명에 따른 벼이삭형 구리 입자를 함유한 페이스트를 사용한 die attach 후 접합부 접합 강도 평가 모식도이며, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 벼이삭형 구리 입자를 함유한 페이스트 적용 시 180~250℃의 온도에서 접합 시간에 따른 접합 강도 변화 그래프를 나타낸 도이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 벼이삭형 구리 입자를 함유한 페이스트 적용 시 250℃ 이상의 온도에서 접합 시간에 따른 접합 강도 변화 그래프를 나타낸 도이다.1 is a schematic diagram of rice ear-type copper particles according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing SEM images of rice ear-type copper particles according to the present invention, and FIG. 3 is according to an organic material surface treatment according to the present invention. FIG. 4 is a schematic diagram showing the oxidation inhibition of rice ear-type copper particles, and FIG. 4 is a diagram showing an XRD pattern of the rice ear-type copper particles according to the surface treatment of the organic material according to the present invention, and FIG. 5 presses the rice ear-type copper particles according to the present invention. In the case of sintering, it is a diagram showing a change in the microstructure of the cross section of a joint according to the sintering time, FIG. 6 is a schematic diagram of a die attach process according to the present invention, and FIG. 7 is a die using a paste containing rice ear-shaped copper particles according to the present invention It is a schematic diagram for evaluation of the bonding strength of the joint after attaching, and FIG. 8 is a graph showing a change in bonding strength according to the bonding time at a temperature of 180 to 250°C when applying paste containing rice ear-shaped copper particles according to an embodiment of the present invention. , FIG. 9 is a graph showing a change in bonding strength according to bonding time at a temperature of 250° C. or higher when a paste containing rice ear-type copper particles according to an embodiment of the present invention is applied.

본 발명에 사용되는 구리 입자는 구리 전구체 용액에 아연 분말을 첨가하여 상온 합성되는 것으로서, 마이크로 스케일의 구리 로드(rod) 형태에 나노 스케일의 구리 입자들이 붙어 구현된 벼이삭형 구리 입자가 페이스트의 필러(filler) 소재로 사용되며, 상기 벼이삭형 구리 입자는 내산화 유기물 표면처리된 것을 특징으로 한다.The copper particles used in the present invention are synthesized at room temperature by adding zinc powder to a copper precursor solution, and rice-sized copper particles implemented by attaching nano-scale copper particles to a micro-scale copper rod form are fillers of a paste. It is used as a (filler) material, and the rice ear-type copper particles are characterized by surface treatment with an oxidation-resistant organic material.

본 발명에 사용되는 벼이삭형 구리 입자는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 마이크로 스케일의 구리 로드 형태에 나노 스케일의 구리 입자들이 붙어 구현된 것이다.The rice ear-type copper particles used in the present invention are implemented by attaching nano-scale copper particles to a micro-scale copper rod form, as shown in FIGS. 1 and 2.

이러한 벼이삭형 구리 입자는 구리 나노입자들이 붙어 있는 파생가지의 길이에 대해 중심가지인 구리 로드의 길이의 비가 1:3~20이며, 상기 구리 로드의 길이는 1~10㎛이며, 상기 구리 나노입자의 직경은 5~50nm인 것을 그 특징으로 하고 있다.The rice ear-type copper particles have a ratio of the length of the copper rod as the central branch to the length of the derived branch to which the copper nanoparticles are attached, a ratio of 1:3 to 20, the length of the copper rod is 1 to 10㎛, and the copper nano The particle diameter is characterized by being 5 to 50 nm.

즉, 도 1의 모식도에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 벼이삭형 구리 입자 자체는 수 마이크로미터의 길이이나, 이를 구성하는 파생가지는 나노 스케일의 구리 입자들의 aggregation 구조임을 알 수 있다.That is, as shown in the schematic diagram of FIG. 1, it can be seen that the rice ear-type copper particles themselves according to the present invention are several micrometers long, but the derivatives constituting them are aggregation structures of nano-scale copper particles.

이는 기존의 페이스트의 필러로 나노입자를 직접 첨가할 경우 페이스트 제조 등을 위한 균일 혼합 및 핸들링 과정에서 공정이 매우 어려워지고 고가의 공정을 동반시켜야 하나, 본 발명에 따른 벼이삭형 구리 입자의 경우 일반적인 마이크로 입자에 적용되는 공정을 사용하는 것이 가능하다.This is a very difficult process in the process of uniform mixing and handling for paste production, etc., when nanoparticles are directly added as a filler of an existing paste, and must be accompanied by an expensive process. It is possible to use processes applied to microparticles.

특히 전형적인 덴드리머 형태의 구리 입자의 경우 가지가 매우 얇고 길어 미세한 크기로 제조될수록 표면적 비율이 크게 증가하여 레진 포뮬레이션 또는 용제가 빈틈없이 가지들 사이로 침투하면서 균일하게 혼합되는 것이 더욱 어려워지는 바 페이스트화가 매우 어렵거나 고가의 공정을 동반시켜야 한다.Particularly in the case of typical dendrimer-type copper particles, as the branches are very thin and long, the surface area ratio is greatly increased as they are manufactured to a fine size, and resin formulation or solvent penetrates between the branches without difficulty, making it more difficult to mix uniformly. It must be accompanied by difficult or expensive processes.

그러나 본 발명에 따른 벼이삭형 구리 입자는 그 자체로서 마이크로 스케일을 가지므로 마이크로 입자에 적용되는 동일한 공정에 적용할 수 있어 안정적인 페이스트 혼합이 이루어질 수 있을 뿐만 아니라, 이러한 벼이삭형 구리 입자의 첨단부는 나노 스케일을 나타내는 바, 입자들 간의 접촉 시 입자 간 소결이 급속도록 진행되게 된다.However, since the rice ear-type copper particles according to the present invention have a micro-scale by themselves, they can be applied to the same process applied to the micro-particles, so that not only stable paste mixing can be achieved, but also the tip of these ear-shaped copper particles As it shows the nanoscale, the sintering between particles proceeds rapidly when the particles are in contact.

도 3은 본 발명에 따른 유기물 표면 처리에 따른 벼이삭형 구리 입자의 산화 억제 모식도를 나타낸 것이다.Figure 3 shows a schematic diagram of the oxidation inhibition of rice ear-type copper particles according to the surface treatment of the organic material according to the present invention.

구리 소재는 산화에 매우 민감한 소재이며, 특히 본 발명에 따른 벼이삭형 구리 입자의 경우 마이크로 크기의 로드 형태에 나노스케일의 구리 입자들이 붙어 있어 그 표면적이 매우 발달된 상태여서 상온의 대기 중에서도 그 표면이 쉽게 산화되어 소결 특성이 크게 감소할 수 있는 바, 원활한 소결 특성을 부여하기 위해서는 내산화 특성을 가지는 유기물 표면처리를 수행하여 그 표면 산화를 최대한 억제시켜야 한다.The copper material is a material that is very sensitive to oxidation, and in particular, in the case of the rice-sized copper particles according to the present invention, the nano-scale copper particles are attached to the rod shape of a micro size, so that the surface area is very developed, so that the surface is in the air at room temperature. Since it can be easily oxidized and the sintering properties can be greatly reduced, in order to provide smooth sintering properties, it is necessary to perform surface treatment of an organic material having oxidation resistance to suppress the surface oxidation as much as possible.

구리 입자의 산화를 방지하기 위해 구리 전구체 용액에 아연 분말을 첨가하여 상온에서 벼이삭형 구리 입자의 합성 직후 잔존 용매를 버리고 약간의 세척을 실시한 다음, 세척액에 benzotriazole을 세척된 벼이삭형 구리 입자에 투입하여 벼이삭형 구리 입자의 표면처리를 실시한 후 건조하게 된다.To prevent oxidation of the copper particles, zinc powder is added to the copper precursor solution, and the residual solvent is discarded immediately after synthesis of the rice-earned copper particles at room temperature, and a little washing is performed. Then, benzotriazole is added to the washed rice-earned copper particles. After input, the surface treatment of the rice-eared copper particles is performed, followed by drying.

이러한 유기물은 상기 벼이삭형 구리 입자 표면에서 complex를 만들어 코팅되며, 이후 구리 입자의 산화를 방지하게 된다. 이러한 유기물 표면처리는 벼이삭형 구리 입자를 사용한 페이스트 제조 시 용제 내에서의 분산성도 개선시키게 된다.The organic material is coated by forming a complex on the surface of the rice ear-type copper particle, and then prevents oxidation of the copper particle. The surface treatment of the organic material also improves the dispersibility in the solvent when preparing paste using rice ear-type copper particles.

도 4는 발명에 따른 유기물 표면처리에 따른 벼이삭형 구리 입자의 XRD 패턴을 나타낸 것으로서, 유기물 표면 처리를 하지 않은 벼이삭형 구리 입자에 비해 Cu2O peak가 현저히 줄어드는 것으로 보아 유기물 표면처리 후의 구리 입자의 산화는 크게 억제되는 것을 확인할 수 있었다.Figure 4 shows the XRD pattern of the rice-earned copper particles according to the surface treatment of the organic matter according to the invention, as compared to the rice-earned copper particles without organic surface treatment, Cu 2 O peak is significantly reduced, the copper after the organic material surface treatment It was confirmed that the oxidation of the particles was greatly suppressed.

본 발명에 사용되는 용제는 소결 공정을 위한 가열 과정에서 제거되는 것으로서, ethylene grycol, diethylene grycol, triethylene glycol, tetraethylene grycol, polyethylene grycol, propylene grycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, polypropylene grycol, grycerol, 1,4 butane diol, 1,5-pentanediol, α-terpineol, diethyl toluene diamine, diethanol amine, triethanol amine 중 어느 하나 또는 혼용되어, 상기 벼이삭형 구리 입자와 무게비로 10(구리 입자) : 5~6(용제), 바람직하게는 10 : 5.5~5.7로 사용되어, 본 발명에 따른 벼이삭형 구리 입자를 이용한 페이스트를 제공하게 된다.The solvent used in the present invention is removed during the heating process for the sintering process, ethylene grycol, diethylene grycol, triethylene glycol, tetraethylene grycol, polyethylene grycol, propylene grycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, polypropylene grycol, grycerol, 1,4 Butane diol, 1,5-pentanediol, α-terpineol, diethyl toluene diamine, diethanol amine, triethanol amine, or a mixture of 10 or 5 (copper particles): 5 to 6 (solvent) in weight ratio with the rice ear copper particles , It is preferably used at 10: 5.5 to 5.7 to provide a paste using rice ear-type copper particles according to the present invention.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 벼이삭형 구리 입자는 그 자체로서 마이크로 스케일을 가지므로 마이크로 입자에 적용되는 페이스트 제조 공정을 적용할 수 있어 안정적인 페이스트 제조 공정을 제공하게 된다. 그럼에도 본 발명에 따른 벼이삭형 구리 입자의 표면은 나노입자의 특성을 가지게 되므로 극도로 발달한 표면적에 의해 급속한 소결이 이루어지게 된다.As described above, the rice ear-type copper particles according to the present invention have a micro-scale by themselves, so that a paste manufacturing process applied to the microparticles can be applied, thereby providing a stable paste manufacturing process. Nevertheless, since the surface of the rice ear-type copper particles according to the present invention has the characteristics of nanoparticles, rapid sintering is achieved by an extremely developed surface area.

도 5는 본 발명에 따른 벼이삭형 구리 입자들을 가압 소결할 경우 소결시간에 따른 접합부의 단면 미세조직 변화를 나타낸 것으로, 예비 실험을 통해 유기물 표면처리한 벼이삭형 구리 입자들을 225℃에서 가압 소결할 경우 소결 시간에 따른 접합부 단면 미세 구조의 극적인 변화를 관찰한 것이다.Figure 5 shows the change in the microstructure of the cross-section of the joint according to the sintering time when the sintering of the ear-sized copper particles according to the present invention, the sintering of the ear-sized copper particles surface-treated with organic matter through preliminary experiment at 225 ℃ In this case, a dramatic change in the microstructure of the cross-section of the joint with sintering time was observed.

도시된 바와 같이, 작은 이삭부(파생가지부)들의 첨단부가 나노스케일을 나타내는 바, 입자들 간 접촉 시 입자 간 소결이 급속도록 진행됨을 세계 최초로 관찰하였다.As shown in the figure, since the tip of small ear parts (derived branch parts) represents nanoscale, it has been observed for the first time in the world that the sintering between particles proceeds rapidly upon contact between particles.

즉, 기존의 최소 20~30분 이상이 걸리는 일반 구리 입자들간의 소결 공정에 비해 본 발명에 따른 벼이삭형 구리 입자를 이용한 페이스트의 경우 10분 이내에(250℃에서는 3분, 275℃ 이상에서는 1분만에) 충분한 소결이 이루어짐을 확인할 수 있었다.That is, in the case of the paste using the rice ear-type copper particles according to the present invention, compared to the conventional sintering process between ordinary copper particles that takes at least 20 to 30 minutes, within 10 minutes (3 minutes at 250°C, 1 at 275°C or more) It was confirmed that sufficient sintering was achieved).

이러한 고속 소결 특성은 공정 온도의 증가 시 더욱 향상되었는데, 마이크론급 구리 입자 함유 페이스트에서 이러한 고속 소결 특성은 보고된 바가 없다.This high-speed sintering property was further improved when the process temperature was increased, but this high-speed sintering property has not been reported in micron-class copper particle-containing pastes.

소결은 대기 중에서도 실시할 수 있지만, 접합부의 산화를 최소화시키기 위해서는 질소 및 아르곤과 같은 불활성 분위기에서 실시하는 것이 바람직하며, 수소가 함유된 forming gas나 formic acid와 같은 고가의 환원 분위기 적용은 불필요하다.Sintering can be performed even in the atmosphere, but in order to minimize oxidation of the junction, it is preferable to perform in an inert atmosphere such as nitrogen and argon, and it is unnecessary to apply an expensive reducing atmosphere such as forming gas containing hydrogen or formic acid.

도 6은 본 발명에 따라 벼이삭형 구리 입자를 함유한 페이스트를 die attach 공정에 적용하는 공정 모식도를 나타낸 것으로서, 제1피접합체(기판)의 상부면과 제2피접합체(실장하고자 하는 칩)의 하부면은 금속층으로 코팅되어 있다. 이에 제2피접합체의 하부 접합 면적에 대응되게끔 스텐실 프린팅(stencil printing) 공정을 사용하여 벼이삭형 구리 입자 페이스트를 제1피접합체 상부에 인쇄(예: 3x3mm)한다. 인쇄 패턴의 두께는 스텐실 마스크의 두께와 같은데, 100㎛ 정도로 형성한다.6 is a schematic view showing a process of applying a paste containing rice ear-type copper particles to a die attach process according to the present invention, the upper surface of the first object (substrate) and the second object (chip to be mounted) The lower surface of is coated with a metal layer. Accordingly, a rice stalk-type copper particle paste is printed on the top of the first to-be-contact (eg, 3x3mm) by using a stencil printing process to correspond to the bottom bonding area of the second to-be-joined body. The thickness of the print pattern is the same as that of the stencil mask, and is formed to about 100 μm.

인쇄된 페이스트 패턴 위에 제2피접합체를 올려 놓고, 상하부를 특정 온도(180~320℃)로 가열하는 동시에 제2피접합체를 통해 접합부를 가압하면서 가압 소결 접합을 실시하게 된다. 상기 공정을 통해 페이스트 내 벼이삭형 구리 입자들은 서로 접촉하여 수분 내에 고속 소결되면서 고밀도의 접합부를 형성하게 된다. 그 뒤에 가압을 제거한 뒤 공냉시킴으로써 접합 공정이 완료되게 된다.A second to-be-joined object is placed on the printed paste pattern, and the upper and lower parts are heated to a specific temperature (180 to 320° C.), and pressure sintering is performed while pressing the joint through the second to-be-joined object. Through the above process, the rice ear-type copper particles in the paste are in contact with each other to form a high-density junction while being sintered at high speed in a few minutes. After that, the bonding process is completed by removing the pressure and then air cooling.

도 7은 본 발명에 따른 벼이삭형 구리 입자를 함유한 페이스트를 사용한 die attach 후 접합부 접합 강도 평가 모식도이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 벼이삭형 구리 입자를 함유한 페이스트 적용 시 180~250℃의 온도에서 접합 시간에 따른 접합 강도 변화 그래프를 나타낸 도이며, 도 9는 일실시예에 따른 벼이삭형 구리 입자를 함유한 페이스트 적용 시 250℃ 이상의 온도에서 접합 시간에 따른 접합 강도 변화 그래프를 나타낸 도로, 10Mpa의 가압 소결 공정으로 더미 칩(dummy chip) 접합 시 온도 및 시간에 따른 접합 강도값 측정 결과를 나타낸 것이다.7 is a schematic view of bonding strength evaluation of joints after die attach using a paste containing rice ear-type copper particles according to the present invention, and FIG. 8 is when applying paste containing rice ear-type copper particles according to an embodiment of the present invention. It is a diagram showing a graph of a change in the bonding strength according to the bonding time at a temperature of 180 to 250°C, and FIG. 9 is a bonding strength according to the bonding time at a temperature of 250°C or higher when a paste containing rice ear type copper particles according to an embodiment is applied This is a road showing a graph of change, and shows the result of measuring the bonding strength according to the temperature and time when a dummy chip is joined by a pressure sintering process of 10 Mpa.

매우 낮은 접합 온도(예컨대 180℃, 200℃)에서도 7분 후에 우수한 강도값이 측정되었으며, 250℃의 접합 온도에서는 3분의 매우 짧은 접합 시간에도 25Mpa의 충분한 강도값을 확보함을 확인할 수 있었다. 아울러 275℃와 300℃의 접합 온도에서는 1분의 극도로 짧은 접합 시간에도 각각 21Mpa과 31Mpa을 상회하는 강도값이 얻어짐을 확인할 수 있었다.Excellent strength values were measured after 7 minutes even at very low bonding temperatures (eg, 180° C., 200° C.), and it was confirmed that at 250° C., a sufficient strength value of 25 Mpa was secured even at a very short bonding time of 3 minutes. In addition, it was confirmed that at a bonding temperature of 275°C and 300°C, strength values exceeding 21 Mpa and 31 Mpa were obtained even at an extremely short bonding time of 1 minute, respectively.

앞서 도 5에 도시한 바와 같이, 접합부의 밀도가 극적으로 높아지면서 그에 상응하는 접합 강도값이 측정됨을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 5, it was confirmed that the bonding strength value corresponding to the density of the bonding portion was dramatically increased.

이와 같이, 본 발명은 저온에서의 고속 소결을 통해 충분한 칩의 접합 특성을 확보하기 위해 구현된 것으로서, 구리 입자 표면의 산화를 억제하기 위한 적절한 표면처리를 하는 것과 저온에서 최대한 빠른 소결이 일어날 수 있도록 구리 입자의 형태를 나노입자 기반 마이크로급 벼이삭 형태로 적용한 것이다.As described above, the present invention is implemented to secure sufficient chip bonding properties through high-speed sintering at low temperatures, so that proper surface treatment to suppress oxidation of copper particle surfaces and sintering as quickly as possible at low temperatures can occur. The shape of copper particles is applied in the form of nano-based micro-grade rice ear.

이러한 벼이삭형 구리 입자를 이용한 페이스트와 이를 사용한 칩의 저온 및 고속 접합 기술은 기존에 소개된 적이 전혀 없으며, 벼이삭형 구리 입자는 마이크로 크기의 입자에 그 표면이 나노입자들로 형성되어 있는 구조이므로 마이크로 입자의 핸들링 및 혼합 특성과 나노입자의 저온 및 고속 소결 특성을 동시에 구현할 수 있는 독창적인 기술이 포함되어 있다.Low-temperature and high-speed bonding technology of the paste using the rice-earned copper particles and the chip using the same has never been introduced before, and the rice-eared copper particles have a structure in which their surfaces are formed of nanoparticles on micro-sized particles. Therefore, it includes a unique technology that can simultaneously realize the handling and mixing properties of microparticles and the low-temperature and high-speed sintering properties of nanoparticles.

또한, 기존 Ag에 비해 매우 저가격인 구리를 사용하여 상기 저온 및 고속 소결 특성 구현이 가능하므로 향후 크게 확대될 전기 자동차 시장을 중심으로 각종 파워 모듈의 제조 시 파워 소자들의 접합 소재로서, 소재 및 공정의 가격 경쟁력이 매우 우수하므로 산업적 적용이 매우 용이한 소재 및 공정이 될 것으로 기대된다.In addition, it is possible to implement the low-temperature and high-speed sintering characteristics using copper, which is very low-priced compared to the existing Ag, so as a bonding material of power elements when manufacturing various power modules mainly in the electric vehicle market, which will be greatly expanded in the future, the material and process It is expected that it will be a material and process that is very easy to be applied in industry because of its excellent price competitiveness.

Claims (5)

구리 전구체 용액에 아연 분말을 첨가하여 상온 합성되는 것으로서, 마이크로 스케일의 구리 로드(rod) 형태에 나노 스케일의 구리 입자들이 붙어 구현된 벼이삭형 구리 입자가 필러(filler)로 사용되며,
상기 벼이삭형 구리 입자는 내산화 유기물 표면처리되는 것으로,
상기 내산화 유기물 표면 처리는,
상기 벼이삭형 구리 입자를 합성한 직후 유기물 처리에 의해 상기 벼이삭형 구리 입자에 complex를 만들어 코팅되며,
상기 유기물은,
benzotriazole을 사용하는 것을 특징으로 하는 벼이삭형 구리 입자 함유 페이스트.It is synthesized at room temperature by adding zinc powder to the copper precursor solution, and rice-sized copper particles implemented by attaching nano-scale copper particles to a micro-scale copper rod form are used as a filler,
The rice ear-type copper particles are surface-treated with oxidation-resistant organic materials,
Surface treatment of the oxidation-resistant organic material,
Immediately after synthesizing the rice-earned copper particles, a complex is formed and coated on the rice-earned copper particles by organic matter treatment.
The organic material,
A rice-containing copper particle-containing paste characterized by using benzotriazole. 제 1항에 있어서, 상기 벼이삭형 구리 입자는,
구리 입자들이 붙어 있는 파생가지의 길이에 대해 중심가지인 구리 로드의 길이의 비가 1:3~9인 것을 특징으로 하는 벼이삭형 구리 입자 함유 페이스트.According to claim 1, wherein the ear-shaped copper particles,
A paste containing rice ear-type copper particles, characterized in that the ratio of the length of the copper rod as the central branch to the length of the derived branch to which the copper particles are attached is 1:3-9. 제 1항에 있어서, 상기 벼이삭형 구리 입자는,
상기 구리 로드의 길이는 1~10㎛이며, 상기 구리 입자의 직경은 5~50nm인 것을 특징으로 하는 벼이삭형 구리 입자 함유 페이스트.According to claim 1, wherein the ear-shaped copper particles,
The length of the copper rod is 1 ~ 10㎛, the diameter of the copper particles is 5 ~ 50nm, rice ear type copper particle-containing paste, characterized in that. 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 벼이삭형 구리 입자 함유 페이스트는,
상기 벼이삭형 구리 입자에 대해 용제의 무게비가 10 : 5~6으로 형성되며,
180~320℃에서 피접합체 간 가압 소결되어 die attach 공정에 적용되는 것을 특징으로 하는 벼이삭형 구리 입자 함유 페이스트.According to claim 1, wherein the rice-containing copper particle-containing paste,
The weight ratio of the solvent to the rice ear-type copper particles is formed in 10: 5-6,
A paste containing rice ear-type copper particles, characterized in that it is subjected to pressure sintering between the objects to be joined at 180 to 320°C and applied to a die attach process.
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