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JP2020038896A - Junction structure and method for manufacturing the same - Google Patents

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JP2020038896A JP2018164992A JP2018164992A JP2020038896A JP 2020038896 A JP2020038896 A JP 2020038896A JP 2018164992 A JP2018164992 A JP 2018164992A JP 2018164992 A JP2018164992 A JP 2018164992A JP 2020038896 A JP2020038896 A JP 2020038896A
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佐藤 義浩
Yoshihiro Sato
義浩 佐藤
藤原 英道
Hidemichi Fujiwara
英道 藤原
智紘 石井
Tomohiro Ishii
智紘 石井
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Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

To provide a junction structure capable of preventing the characteristic change and breakage of a second adherend by preventing a portion of the second adherend facing a first adherend from forming uneven stress to provide excellent operation reliability to the second adherend, and a method for manufacturing the junction structure.SOLUTION: A junction structure 1 comprises a first adherend 11, a metal porous body 13 formed on the first adherend and a second adherend 12 arranged on the metal porous body. The coefficient of variation of stress in a portion of the second adherend facing the first adherend is within 10%.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、第1の被着体(例えば、半導体パッケージ、半導体チップ等の電子部品)と、該第1の被着体上に形成された金属多孔質体と、該金属多孔質体上に配置された第2の被着体(例えば、金属基板、電極等を有する他の電子部品)とを備える接合構造体、及び該接合構造体の製造方法に関する。   The present invention provides a first adherend (for example, an electronic component such as a semiconductor package or a semiconductor chip), a metal porous body formed on the first adherend, and a metal porous body formed on the first porous body. The present invention relates to a joint structure including a second adherend (for example, another electronic component having a metal substrate, an electrode, and the like) disposed therein, and a method for manufacturing the joint structure.

従来、電子部品接合用材料としては、ナノサイズの粒径範囲にある金属微粒子(例えば、銅微粒子)を有機溶媒に分散させた、金属微粒子の分散溶液(金属微粒子のペースト)が用いられている。電子部品を他の電子部品や金属基板に接合する方法としては、例えば、金属微粒子の分散溶液を、電子部品と他の電子部品や金属基板の接合面に、それぞれ塗布し、加熱処理により金属微粒子を焼結して、電子部品と他の電子部品や金属基板との間に接合部を形成させて接合する方法が挙げられる。   Conventionally, as a material for bonding electronic parts, a dispersion solution of metal fine particles (a paste of metal fine particles) obtained by dispersing metal fine particles (for example, copper fine particles) in a nano-size particle size range in an organic solvent has been used. . As a method of bonding an electronic component to another electronic component or a metal substrate, for example, a dispersion solution of metal fine particles is applied to the bonding surface between the electronic component and another electronic component or the metal substrate, and the metal fine particles are heated. Sintering to form a joint between the electronic component and another electronic component or a metal substrate to join the electronic component and the metal substrate.

前記接合部は金属微粒子の焼結体であることから、熱伝導率が高く、また高温時でも機械的強度が高く接合信頼性に優れるという利点がある。しかし、金属微粒子の焼結体は、はんだと比べて硬いことから、接合部と被着体である電子部品との熱膨張率の差により被着体である電子部品にかかる応力は大きくなる傾向にある。電子部品にかかる応力が大きくなると、電子部品の特性に変化が生じ、電子部品の動作の信頼性が低下してしまう場合があった。   Since the joining portion is a sintered body of metal fine particles, there is an advantage that the thermal conductivity is high, the mechanical strength is high even at a high temperature, and the joining reliability is excellent. However, since the sintered body of the metal fine particles is harder than the solder, the stress applied to the electronic component as the adherend tends to increase due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the joint and the electronic component as the adherend. It is in. When the stress applied to the electronic component increases, the characteristics of the electronic component change, and the reliability of the operation of the electronic component may decrease.

そこで、接合部を形成する多孔質焼結体と多数のデバイスが集積化されたシリコンウェハである基板との熱膨張係数が3倍を超えない接合方法により、シリコンウェハの内部応力を低減させて電子部品の破壊を防止することが提案されている(特許文献1)。   Therefore, the internal stress of the silicon wafer is reduced by a bonding method in which the thermal expansion coefficient of the porous sintered body forming the bonding portion and the substrate, which is a silicon wafer on which a large number of devices are integrated, does not exceed three times. It has been proposed to prevent destruction of electronic components (Patent Document 1).

しかし、特許文献1のように接合部と電子部品との熱膨張率を制御しても電子部品の特性、動作信頼性が十分に得られない場合があった。特に、パワーデバイスは、小さなデバイスが並列に接続されていると考えることができる。そのため、一部の小さなデバイスにかかる接合部からの応力が大きくなることでデバイスに特性差が生じる、例えば、閾値電圧が設定よりも低いデバイスが生じると、該デバイスが先にONとなる。すると、先にONとなるデバイスに集中的に電流が流れてしまうので、該デバイスの温度が上がって、結果、該デバイスの破壊に至ってしまう恐れがあった。そこで、従来、デバイスの破壊防止のために、ゲートランナーなどの構造を用いてゲート抵抗を均一化することが行われていた。半導体デバイスの特性は圧力に敏感であり、接合部からの応力の影響を受けて、半導体デバイスの特性が変化することがある。特に、接合部からデバイスへ及ぼされる応力が均一でない(デバイスの一部領域では応力が強く、他の一部領域では応力が弱い)と、デバイスの特性がその部位によって不均一化されてしまい、また、上記理由からデバイスが破壊されてしまうことがあった。   However, in some cases, even if the coefficient of thermal expansion between the joint and the electronic component is controlled as in Patent Literature 1, the characteristics and operation reliability of the electronic component cannot be sufficiently obtained. In particular, a power device can be considered as small devices connected in parallel. Therefore, when a stress from a joint applied to some small devices increases, a characteristic difference occurs between the devices. For example, when a device having a threshold voltage lower than a set value is generated, the device is turned on first. Then, a current flows intensively into the device which is turned on first, so that the temperature of the device rises, and as a result, the device may be destroyed. Therefore, in order to prevent destruction of the device, conventionally, the gate resistance has been made uniform by using a structure such as a gate runner. The characteristics of a semiconductor device are sensitive to pressure, and the characteristics of the semiconductor device may change under the influence of stress from a joint. In particular, if the stress exerted from the junction to the device is not uniform (the stress is strong in some regions of the device and the stress is weak in other regions), the characteristics of the device will be non-uniform depending on the site, In addition, the device may be destroyed for the above reasons.

特開2015−23186号公報JP 2015-23186 A

上記事情に鑑み、本発明は、第2の被着体の第1の被着体に対向した部位における応力の不均一化が防止されていることで、第2の被着体の特性変化と破壊が防止され、第2の被着体に優れた動作の信頼性を付与できる接合構造体、及び該接合構造体の製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, the present invention prevents the non-uniformity of the stress in the portion of the second adherend facing the first adherend, thereby preventing a change in the characteristics of the second adherend. It is an object of the present invention to provide a joint structure in which destruction is prevented and which can impart excellent operational reliability to the second adherend, and a method for manufacturing the joint structure.

本発明の要旨構成は、以下の通りである。
[1]第1の被着体と、該第1の被着体上に形成された金属多孔質体と、該金属多孔質体上に配置された第2の被着体とを備える接合構造体であって、
前記第2の被着体の前記第1の被着体に対向した部位における応力の変動係数が10%以内である接合構造体。
[2]前記第2の被着体が、電子部材である[1]に記載の接合構造体。
[3]前記電子部材が、シリコンチップである[2]に記載の接合構造体。
[4]前記第1の被着体が、金属基板または他の電子部材である[1]乃至[3]のいずれか1つに記載の接合構造体。
[5]前記金属多孔質体が、金属微粒子の焼結体であり、該金属微粒子の平均一次粒子径が2nm以上500nm以下である[1]乃至[4]のいずれか1つに記載の接合構造体。
[6]前記金属微粒子が、銅を含む[5]に記載の接合構造体。
[7]第1の被着体と、該第1の被着体上に形成された金属多孔質体と、該金属多孔質体上に配置された第2の被着体とを備える接合構造体の製造方法であって、
前記第1の被着体となる第1の部材と前記第2の被着体となる第2の部材との間に、金属微粒子を含むペーストを施与して複合体を形成する工程と、
前記複合体を昇温速度100℃/分以上5000℃/分未満で加熱して金属微粒子を含むペーストを焼結させて金属多孔質体とする工程と、
を含む接合構造体の製造方法。
[8]前記昇温速度が、4000℃/分以下である[7]に記載の接合構造体の製造方法。
[9]前記金属微粒子を含むペーストが、平均一次粒子径が2nm以上500nm以下である金属微粒子と、二価以上のアルコールを含む有機溶媒と、を含む[7]または[8]に記載の接合構造体の製造方法。
[10]前記金属微粒子が、銅を含む[7]乃至[9]のいずれか1つに記載の接合構造体の製造方法。
[11]前記二価以上のアルコールが、グリセリン、1,1,1−トリス(ヒドロキシメチル)エタン、1,2,4−ブタントリオール、1,2,3−ヘキサントリオール、1,2,6−ヘキサントリオール及び2−エチル−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオールからなる群から選択される三価のアルコールの少なくとも1種を含む[9]または[10]に記載の接合構造体の製造方法。
[12]前記二価以上のアルコールが、グリセリンを含む[9]または[10]に記載の接合構造体の製造方法。
The gist configuration of the present invention is as follows.
[1] A bonding structure including a first adherend, a metal porous body formed on the first adherend, and a second adherend arranged on the porous metal body Body
A joint structure in which a coefficient of variation of stress in a portion of the second adherend facing the first adherend is within 10%.
[2] The joined structure according to [1], wherein the second adherend is an electronic member.
[3] The bonding structure according to [2], wherein the electronic member is a silicon chip.
[4] The bonding structure according to any one of [1] to [3], wherein the first adherend is a metal substrate or another electronic member.
[5] The bonding according to any one of [1] to [4], wherein the metal porous body is a sintered body of metal fine particles, and the average primary particle diameter of the metal fine particles is 2 nm or more and 500 nm or less. Structure.
[6] The bonding structure according to [5], wherein the metal fine particles include copper.
[7] A bonding structure including a first adherend, a metal porous body formed on the first adherend, and a second adherend disposed on the metal porous body. A method of manufacturing a body,
A step of applying a paste containing metal fine particles between a first member to be the first adherend and a second member to be the second adherend, to form a composite;
Heating the composite at a heating rate of 100 ° C./min or more and less than 5000 ° C./min to sinter a paste containing metal fine particles to form a metal porous body;
A method for manufacturing a joined structure including:
[8] The method for manufacturing a joined structure according to [7], wherein the heating rate is 4000 ° C./min or less.
[9] The bonding according to [7] or [8], wherein the paste containing the metal fine particles includes metal fine particles having an average primary particle diameter of 2 nm or more and 500 nm or less, and an organic solvent containing a divalent or higher alcohol. The method of manufacturing the structure.
[10] The method for manufacturing a joint structure according to any one of [7] to [9], wherein the metal fine particles include copper.
[11] The dihydric or higher alcohol is glycerin, 1,1,1-tris (hydroxymethyl) ethane, 1,2,4-butanetriol, 1,2,3-hexanetriol, 1,2,6- Production of the joined structure according to [9] or [10], including at least one trihydric alcohol selected from the group consisting of hexanetriol and 2-ethyl-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol. Method.
[12] The method according to [9] or [10], wherein the dihydric or higher alcohol contains glycerin.

本発明の態様によれば、第2の被着体の第1の被着体に対向した部位における応力の変動係数が10%以内である接合構造体であることにより、第2の被着体の、第1の被着体に対向した部位における応力の不均一化が防止されるので、第2の被着体の特性変化と破壊が防止され、また、第2の被着体に優れた動作の信頼性を付与することができる。   According to the aspect of the present invention, the second adherend has a joint structure in which the variation coefficient of the stress in the portion of the second adherend facing the first adherend is within 10%. However, since the non-uniformity of the stress in the portion facing the first adherend is prevented, the characteristic change and breakage of the second adherend are prevented, and the second adherend is excellent. Operational reliability can be provided.

本発明の態様によれば、第1の被着体となる第1の部材と第2の被着体となる第2の部材との間に施与した金属微粒子を含むペーストを、昇温速度100℃/分以上5000℃/分未満で加熱して金属微粒子を含むペーストを焼結させて第1の被着体と第2の被着体との接合部に金属多孔質体を形成することにより、第2の被着体に対する応力の不均一化を防止した状態で接合できる。従って、第1の被着体に第2の被着体を接合するにあたり、第2の被着体の特性変化と破壊を防止でき、また、第2の被着体に優れた動作の信頼性を付与することができる。   According to the aspect of the present invention, the paste containing the metal fine particles applied between the first member to be the first adherend and the second member to be the second adherend is heated at a heating rate. Heating at a temperature of 100 ° C./min or more and less than 5000 ° C./min to sinter the paste containing the metal fine particles to form a porous metal body at a joint between the first adherend and the second adherend; Thereby, the bonding can be performed in a state in which the stress on the second adherend is not made nonuniform. Therefore, when joining the second adherend to the first adherend, it is possible to prevent the characteristic change and destruction of the second adherend, and to ensure excellent operation reliability of the second adherend. Can be provided.

本発明の実施形態に係る接合構造体の断面説明図である。FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view of the joint structure according to the embodiment of the present invention.

次に、本発明の接合構造体について、詳細に説明する。図1に示すように、本発明の接合構造体1は、第1の被着体11と、第1の被着体11上に形成された金属多孔質体13と、金属多孔質体13上に配置された第2の被着体12とを備え、第2の被着体12のうち、第1の被着体11に対向した表面(金属多孔質体13との接合部位22と対向する表面)における応力の変動係数が10%以内である。本発明の接合構造体1では、金属多孔質体13が、第1の被着体11と第2の被着体12との間に配置され、金属多孔質体13が、第1の被着体11と第2の被着体12の接合部を形成している。また、第2の被着体12は、第1の被着体11と対向した部位、すなわち、金属多孔質体13と接触した接合部位22と対向する表面において、金属多孔質体13からの応力(F)の変動係数は10%以内に低減されている。従って、第2の被着体12は、接合部位22における金属多孔質体13からの応力(F)の変動係数は、均一化されている。   Next, the joint structure of the present invention will be described in detail. As shown in FIG. 1, the joint structure 1 of the present invention includes a first adherend 11, a metal porous body 13 formed on the first adherend 11, And a second adherend 12 disposed on the surface of the second adherend 12 facing the first adherend 11 (facing the joint portion 22 with the porous metal body 13). The coefficient of variation of stress on the (surface) is within 10%. In the joint structure 1 of the present invention, the metal porous body 13 is disposed between the first adherend 11 and the second adherend 12, and the metal porous body 13 is The joint between the body 11 and the second adherend 12 is formed. Further, the second adherend 12 has a stress from the metal porous body 13 at a portion facing the first adherend 11, that is, at a surface facing the joining portion 22 in contact with the metal porous body 13. The coefficient of variation of (F) is reduced to within 10%. Therefore, in the second adherend 12, the coefficient of variation of the stress (F) from the metal porous body 13 at the joint portion 22 is made uniform.

金属多孔質体は、接合用材料である金属微粒子(P)を含むペースト(金属微粒子(P)の分散溶液)が加熱処理されて金属粉の焼結体となることで形成される。金属微粒子(P)を含むペーストは、金属微粒子(P1)と二価以上のアルコールを含む有機溶媒(S)とを含有する。金属微粒子(P)を含むペーストは、金属微粒子(P1)を分散媒である二価以上のアルコールを含む有機溶媒(S)に分散した分散体である。   The porous metal body is formed by heat-treating a paste (dispersion solution of the fine metal particles (P)) containing the fine metal particles (P), which is a joining material, to form a sintered body of the fine metal powder. The paste containing the metal fine particles (P) contains the metal fine particles (P1) and the organic solvent (S) containing a dihydric or higher alcohol. The paste containing the metal fine particles (P) is a dispersion in which the metal fine particles (P1) are dispersed in an organic solvent (S) containing a dihydric or higher alcohol as a dispersion medium.

金属微粒子(P1)
金属微粒子(P)を含むペーストの金属微粒子(P)中には、金属微粒子(P1)が含まれている。金属微粒子(P1)の金属種は、特に限定されず、例えば、銅(Cu)や、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)及びパラジウム(Pd)などの貴金属を挙げることができる。これらのうち、金属多孔質体13の導電性と金属多孔質体13の有する接合信頼性と生産コストとのバランスの点から、銅(Cu)が好ましい。これらの金属種は、単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
Metal fine particles (P1)
The metal fine particles (P) of the paste containing the metal fine particles (P) include the metal fine particles (P1). The metal species of the metal fine particles (P1) is not particularly limited, and examples thereof include noble metals such as copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), and palladium (Pd). . Among these, copper (Cu) is preferable from the viewpoint of the balance between the conductivity of the metal porous body 13 and the bonding reliability of the metal porous body 13 and the production cost. These metal species may be used alone or in combination of two or more.

金属微粒子(P1)の平均一次粒子径は、特に限定されないが、その下限値は、高度な粒径制御技術を伴うことによる、製造コストの上昇を防止し、金属微粒子(P1)が金属微粒子(P)を含むペースト中で凝集することによる分散状態の不均一化を防止し、また、保存安定性の低下を防止する点から、2nmが好ましく、10nmが特に好ましい。一方で、金属微粒子(P1)の平均一次粒子径の上限値は、金属微粒子(P1)の高い表面積を維持することで、有機溶媒(S)に含まれる二価以上のアルコールを分解するという金属微粒子(P1)の触媒効果をより確実に発揮させて、接合信頼性をより向上させる点から、500nmが好ましく、100nmが特に好ましい。   The average primary particle diameter of the metal fine particles (P1) is not particularly limited, but the lower limit thereof is to prevent an increase in manufacturing cost due to the use of advanced particle size control technology, and the metal fine particles (P1) are made of metal fine particles (P1). From the viewpoint of preventing the dispersion state from becoming non-uniform due to aggregation in the paste containing P) and preventing a decrease in storage stability, 2 nm is preferable, and 10 nm is particularly preferable. On the other hand, the upper limit of the average primary particle diameter of the metal fine particles (P1) is such that the metal surface (P1) maintains a high surface area and decomposes a dihydric or higher alcohol contained in the organic solvent (S). From the viewpoint that the catalytic effect of the fine particles (P1) is more reliably exhibited and the bonding reliability is further improved, 500 nm is preferable, and 100 nm is particularly preferable.

ここで、「一次粒子」とは、二次粒子を構成する個々の一次粒子を意味する。また、金属微粒子(P1)について、「平均一次粒子径」とは、測定対象に選定した複数個の金属微粒子(P1)の一次粒子に対して、それぞれ、最長となる直径を測定し、その測定値を個数で除して算出した平均値を意味する。具体的には、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)(日立ハイテクノロジー株式会社製、製品名:SU8020)を用いて、加速電圧3kV、倍率20万倍の条件下で観察し、測定対象となる金属微粒子(P1)のSEM画像を取得する。取得したSEM画像の中から、任意に20個の金属微粒子(P1)の一次粒子を選定する。選定した金属微粒子(P1)の一次粒子について、最長となる直径をそれぞれ測定し、各測定値の平均を算出して平均一次粒子径を求めることができる。   Here, the “primary particles” mean individual primary particles constituting the secondary particles. The “average primary particle diameter” of the metal fine particles (P1) refers to the longest diameter of each of the primary particles of a plurality of metal fine particles (P1) selected as a measurement target, and the measurement is performed. It means the average value calculated by dividing the value by the number. Specifically, for example, using a scanning electron microscope (SEM) (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, product name: SU8020), observation is performed under conditions of an acceleration voltage of 3 kV and a magnification of 200,000, and becomes a measurement target. An SEM image of the metal fine particles (P1) is obtained. From the acquired SEM images, arbitrarily select 20 primary particles of metal fine particles (P1). The longest diameter of the selected primary particles of the metal fine particles (P1) is measured, and the average of the measured values is calculated to determine the average primary particle diameter.

他の金属微粒子(P2)
金属微粒子(P)を含むペーストは、金属微粒子(P1)に加えて、さらに、他の金属微粒子(P2)が配合されてもよい。他の金属微粒子(P2)は、金属微粒子(P1)よりも大きい平均一次粒子径を有している。他の金属微粒子(P2)が配合されることで、他の金属微粒子(P2)間に、ナノサイズの金属微粒子(P1)が容易に介在することができる。その結果、ナノサイズの金属微粒子(P1)の自由な流動を効果的に制限し、金属微粒子(P)のペースト中において、金属微粒子(P1)を適度な分散状態で安定して混合させることができる。
Other metal fine particles (P2)
The paste containing the metal fine particles (P) may further contain other metal fine particles (P2) in addition to the metal fine particles (P1). The other metal fine particles (P2) have a larger average primary particle diameter than the metal fine particles (P1). By blending the other metal fine particles (P2), the nano-sized metal fine particles (P1) can be easily interposed between the other metal fine particles (P2). As a result, the free flow of the nano-sized metal fine particles (P1) can be effectively restricted, and the metal fine particles (P1) can be stably mixed in a moderately dispersed state in the paste of the metal fine particles (P). it can.

他の金属微粒子(P2)の平均一次粒子径は、金属微粒子(P1)の平均一次粒子径よりも大きい平均一次粒子径であれば、特に限定されないが、金属微粒子(P1)の自由な流動をより効果的に制限する点から0.5μm超が好ましい。一方で、他の金属微粒子(P2)の平均一次粒子径の上限値は、金属微粒子(P)を含むペーストの印刷時に筋状の塗工不良が発生することで、接合信頼性が損われることを防止する点から50μmが好ましい。   The average primary particle diameter of the other metal fine particles (P2) is not particularly limited as long as the average primary particle diameter is larger than the average primary particle diameter of the metal fine particles (P1). More than 0.5 μm is preferable from the viewpoint of more effective restriction. On the other hand, the upper limit of the average primary particle diameter of the other metal fine particles (P2) is such that streak-like coating defects occur during printing of the paste containing the metal fine particles (P), thereby impairing bonding reliability. Is preferably 50 μm from the viewpoint of preventing

他の金属微粒子(P2)について、「平均一次粒子径」とは、レーザ回折・散乱法にて測定した累積体積百分率が50体積%の一次粒子径(D50)を意味する。   With respect to the other metal fine particles (P2), “average primary particle diameter” means a primary particle diameter (D50) having a cumulative volume percentage of 50% by volume as measured by a laser diffraction / scattering method.

他の金属微粒子(P2)の金属種は、特に限定されず、例えば、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、チタン(Ti)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)等を挙げることができる。これらのうち、銅(Cu)が好ましい。これらの金属種は、単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。   The metal species of the other metal fine particles (P2) is not particularly limited. For example, gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), palladium (Pd), titanium (Ti), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), tantalum (Ta), tungsten (W), aluminum (Al), zinc (Zn), indium (In), tin (Sn), lead (Pb), bismuth (Bi) and the like. Of these, copper (Cu) is preferred. These metal species may be used alone or in combination of two or more.

高分子分散剤(D)
金属微粒子(P1)(例えば、平均一次粒子径が2〜500nmの範囲)は、その表面が高分子分散剤(D)によって被覆されていてもよい。金属微粒子(P1)の表面が高分子分散剤(D)で被覆されることによって、金属微粒子(P)のペースト中において、金属微粒子(P1)同士の凝集を防止でき、金属微粒子(P1)の分散性を向上させることができる。金属微粒子(P1)は、表面全体が高分子分散剤(D)で被覆されていてもよく、表面の一部領域が高分子分散剤(D)で被覆されていてもよい。
Polymer dispersant (D)
The surface of the metal fine particles (P1) (for example, the average primary particle diameter is in the range of 2 to 500 nm) may be coated with the polymer dispersant (D). By coating the surface of the metal fine particles (P1) with the polymer dispersant (D), aggregation of the metal fine particles (P1) in the paste of the metal fine particles (P) can be prevented, and the metal fine particles (P1) Dispersibility can be improved. The entire surface of the metal fine particles (P1) may be coated with the polymer dispersant (D), or a partial region of the surface may be coated with the polymer dispersant (D).

高分子分散剤(D)は、金属微粒子(P1)の表面を被覆することで金属微粒子(P1)の分散性を向上させることができる化合物であれば、特に限定されず、例えば、アミド基(−CON=)を有する化合物が挙げられる。アミド基(−CON=)を有する化合物としては、例えば、N−メチルアセトアミド、N−メチルホルムアミド、N−メチルプロパンアミド、ホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N,N−ジメチルホルムアミド、1−メチル−2−ピロリドン、ヘキサメチルホスホリックトリアミド、2−ピロリドン、アルキル−2−ピロリドン、ε−カプロラクタム、アセトアミド、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、およびN−ビニル−2−ピロリドン等が挙げられる。これらのうち、ポリビニルピロリドンが好ましい。これらの化合物は、単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。   The polymer dispersant (D) is not particularly limited as long as it is a compound that can improve the dispersibility of the metal fine particles (P1) by coating the surface of the metal fine particles (P1). -CON =). Examples of the compound having an amide group (-CON =) include, for example, N-methylacetamide, N-methylformamide, N-methylpropanamide, formamide, N, N-dimethylacetamide, 1,3-dimethyl-2-imidazolide Non, N, N-dimethylformamide, 1-methyl-2-pyrrolidone, hexamethylphosphoric triamide, 2-pyrrolidone, alkyl-2-pyrrolidone, ε-caprolactam, acetamido, polyvinylpyrrolidone, polyacrylamide, and N-vinyl -2-pyrrolidone and the like. Of these, polyvinylpyrrolidone is preferred. These compounds may be used alone or in combination of two or more.

高分子分散剤(D)と、高分子分散剤(D)の被覆対象である金属微粒子(P1)との質量比(D/P1)(すなわち、金属微粒子(P1)の表面における高分子分散剤(D)の被覆量)は、特に限定されないが、例えば、その下限値は、金属微粒子(P1)の分散性を確実に向上させる点から0.1が好ましく、0.5が特に好ましい。一方で、上記質量比(D/P1)の上限値は、第1の被着体11及び/または第2の被着体22に金属微粒子(P)のペーストを施与して加熱処理する際に金属多孔質体13における高分子分散剤(D)の残留を防止することで金属多孔質体13の機械的強度の低下を確実に防止する点から5.0が好ましく、3.0が特に好ましい。   Mass ratio (D / P1) between the polymer dispersant (D) and the metal fine particles (P1) to be coated with the polymer dispersant (D) (that is, the polymer dispersant on the surface of the metal fine particles (P1)) The coating amount of (D) is not particularly limited, but, for example, the lower limit is preferably 0.1, and particularly preferably 0.5, from the viewpoint of reliably improving the dispersibility of the metal fine particles (P1). On the other hand, the upper limit of the mass ratio (D / P1) is set when the first adherend 11 and / or the second adherend 22 is subjected to the heat treatment by applying the paste of the metal fine particles (P) to the first adherend 11 and / or the second adherend 22. Is preferably 5.0 from the viewpoint of preventing the polymer dispersant (D) from remaining in the metal porous body 13, thereby reliably preventing a decrease in mechanical strength of the metal porous body 13, and particularly preferably 3.0. preferable.

金属微粒子(P1)の表面における高分子分散剤(D)の被覆量の測定方法は、特に限定されず、例えば、炭素・硫黄濃度分析装置を用いて測定することができる。具体的には、先ず、測定対象である高分子分散剤(D)の被覆された金属微粒子(P1)を、炭素・硫黄濃度分析装置の反応槽内に導入し、該反応槽内に酸素ガスを流し、高温状態とすることで、測定対象となる高分子分散剤(D)の被覆された金属微粒子(P1)に含まれる炭素成分を二酸化炭素の状態で取り出す。取り出された二酸化炭素は、二酸化炭素検出器によりその濃度を測定する。二酸化炭素の測定濃度から炭素量を算出し、さらに算出した炭素量から被覆された高分子分散剤(D)の質量を算出する。このようにして、金属微粒子(P1)の表面に実際に被覆された高分子分散剤(D)の被覆量を求めることができる。   The method of measuring the coating amount of the polymer dispersant (D) on the surface of the metal fine particles (P1) is not particularly limited, and can be measured using, for example, a carbon / sulfur concentration analyzer. Specifically, first, metal fine particles (P1) coated with a polymer dispersant (D) to be measured are introduced into a reaction vessel of a carbon / sulfur concentration analyzer, and oxygen gas is introduced into the reaction vessel. To bring the carbon component contained in the metal fine particles (P1) coated with the polymer dispersant (D) to be measured in a state of carbon dioxide. The concentration of the extracted carbon dioxide is measured by a carbon dioxide detector. The amount of carbon is calculated from the measured concentration of carbon dioxide, and the mass of the coated polymer dispersant (D) is calculated from the calculated amount of carbon. In this way, the coating amount of the polymer dispersant (D) actually coated on the surface of the metal fine particles (P1) can be determined.

有機溶媒(S)
有機溶媒(S)は、焼結時の雰囲気に、水素ガス等の還元ガスが含まれていない場合は、有機溶媒に還元能力を持たせる必要がある。そこで、焼結時の雰囲気に還元ガスが含まれていない場合には、有期溶媒(S)は二価以上のアルコール(S1〜S3)を含んでいる。二価以上のアルコール(S1〜S3)は金属微粒子(P)に対して還元性を有する。従って、有機溶媒(S)が二価以上のアルコール(S1〜S3)を含むことにより、金属微粒子(P)のペーストを、第1の被着体と第2の被着体のいずれか、またはそれぞれに塗布し、加熱処理による焼結を行う工程(焼結工程)において、金属微粒子(P)の焼結を促進させ、機械的特性と導電性に優れた金属多孔質体13を形成することができる。「二価以上のアルコール」とは、1分子内に2個以上のヒドロキシル基(−OH)を有するアルコールを意味する。
Organic solvent (S)
When the atmosphere during sintering does not contain a reducing gas such as hydrogen gas, the organic solvent (S) needs to have a reducing ability to the organic solvent. Therefore, when the reducing gas is not contained in the atmosphere during sintering, the term solvent (S) contains dihydric or higher alcohols (S1 to S3). The dihydric or higher alcohol (S1 to S3) has a reducing property for the metal fine particles (P). Therefore, when the organic solvent (S) contains a dihydric or higher alcohol (S1 to S3), the paste of the metal fine particles (P) can be applied to either the first adherend or the second adherend, or In the step of applying to each and sintering by heat treatment (sintering step), sintering of the metal fine particles (P) is promoted to form the metal porous body 13 having excellent mechanical properties and conductivity. Can be. “Dihydric or higher alcohol” means an alcohol having two or more hydroxyl groups (—OH) in one molecule.

二価以上のアルコール(S1〜S3)としては、1分子内に2個のヒドロキシル基(−OH)を有する二価アルコール(S1)、1分子内に3個のヒドロキシル基(−OH)を有する三価アルコール(S2)、1分子内に4個以上のヒドロキシル基(−OH)を有する多価アルコール(S3)が挙げられる。   As the dihydric or higher alcohol (S1 to S3), dihydric alcohol (S1) having two hydroxyl groups (-OH) in one molecule, and three hydroxyl groups (-OH) in one molecule Trihydric alcohols (S2) include polyhydric alcohols (S3) having four or more hydroxyl groups (-OH) in one molecule.

二価アルコール(S1)
二価アルコール(S1)としては、特に限定されないが、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、2−ブテン−1,4−ジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、3-メチル-1,5−ペンタンジオール、オクタンジオール、グリセリンアルデヒド、ジヒドロキシアセトン等が挙げられる。これらのうち、エチレングリコール、ジエチレングリコールが好ましい。これらは、単独で使用してもよく2種以上を併用してもよい。
Dihydric alcohol (S1)
Although it does not specifically limit as a dihydric alcohol (S1), For example, ethylene glycol, diethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, , 4-butanediol, 2,3-butanediol, 2-butene-1,4-diol, pentanediol, hexanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, octanediol, glyceraldehyde, dihydroxyacetone, etc. No. Of these, ethylene glycol and diethylene glycol are preferred. These may be used alone or in combination of two or more.

三価アルコール(S2)
三価アルコール(S2)としては、特に限定されないが、例えば、グリセリン(グリセロール)、1,1,1−トリス(ヒドロキシメチル)エタン、1,2,4−ブタントリオール、1,2,3−ヘキサントリオール、1,2,6−ヘキサントリオール、2−エチル−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオール、トレオース、エリトルロース、エリトロース等が挙げられる。これらのうち、金属微粒子(P1)の焼結をより促進させつつ、焼結工程における分解に優れる点からグリセリン(グリセロール)が好ましい。これらは、単独で使用してもよく2種以上を併用してもよい。
Trihydric alcohol (S2)
Although it does not specifically limit as a trihydric alcohol (S2), For example, glycerin (glycerol), 1,1,1- tris (hydroxymethyl) ethane, 1,2,4-butanetriol, 1,2,3-hexane Triol, 1,2,6-hexanetriol, 2-ethyl-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol, threose, erythrulose, erythrose and the like. Of these, glycerin (glycerol) is preferable because it promotes sintering of the metal fine particles (P1) and is excellent in decomposition in the sintering step. These may be used alone or in combination of two or more.

多価アルコール(S3)
多価アルコールとしては、特に限定されないが、例えば、ポリグリセリン、トレイトール、エリトリト−ル、ペンタエリスリト−ル、ヘキサエリスリトール、キシリトール、リビトール、アラビトール、ヘキシト−ル、マンニトール、ソルビトール、ズルシトール、アラビノース、リボース、リブロース、キシロース、キシルロース、リキソース、グルコース、フルクトース、マンノース、イドース、ソルボース、グロース、タロース、タガトース、ガラクトース、アロース、アルトロース、ラクトース、イソマルトース、グルコヘプトース、ヘプトース、マルトトリオース、ラクツロース、トレハロース等が挙げられる。これらのうち、ポリグリセリンが好ましい。これらは、単独で使用してもよく2種以上を併用してもよい。
Polyhydric alcohol (S3)
Examples of the polyhydric alcohol include, but are not particularly limited to, for example, polyglycerin, threitol, erythritol, pentaerythritol, hexaerythritol, xylitol, ribitol, arabitol, hexitol, mannitol, sorbitol, dulcitol, arabinose, Ribose, ribulose, xylose, xylulose, lyxose, glucose, fructose, mannose, idose, sorbose, growth, talose, tagatose, galactose, allose, altrose, lactose, isomaltose, glucoheptose, heptose, maltotriose, lactulose, trehalose, etc. Is mentioned. Of these, polyglycerin is preferred. These may be used alone or in combination of two or more.

また、二価アルコール(S1)、三価アルコール(S2)、多価アルコール(S3)は、いずれかを単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。一方で、焼結時の雰囲気に還元ガスが含まれている場合には、有機溶媒に還元能力を持たせる必要はないので、使用する有機溶媒は、特に限定されない。   Further, any one of the dihydric alcohol (S1), the trihydric alcohol (S2), and the polyhydric alcohol (S3) may be used alone, or two or more kinds may be used in combination. On the other hand, when the atmosphere at the time of sintering contains a reducing gas, it is not necessary to give the organic solvent a reducing ability, so that the organic solvent used is not particularly limited.

第1の被着体11としては、例えば、銅、銅合金等の金属製の基板、アルミナ、窒化ケイ素及びセラミック等の基板に銅箔を被覆した被覆基板、銅、銅合金等の金属製のリードフレーム、半導体パッケージ、半導体チップ等の電子部材などを挙げることができる。また、上記電子部材としては、シリコンチップ等を挙げることができる。   As the first adherend 11, for example, a substrate made of a metal such as copper or a copper alloy, a coated substrate obtained by coating a substrate made of a material such as alumina, silicon nitride or ceramic with a copper foil, or a metal made of a metal such as copper or a copper alloy is used. Electronic members such as a lead frame, a semiconductor package, and a semiconductor chip can be used. In addition, as the electronic member, a silicon chip or the like can be given.

第2の被着体12としては、例えば、半導体パッケージ、シリコンチップ、SiCチップ、GaNチップ、ダイヤモンドチップなどの半導体チップ等の電子部材を挙げることができる。   Examples of the second adherend 12 include an electronic member such as a semiconductor package, a semiconductor chip such as a silicon chip, a SiC chip, a GaN chip, and a diamond chip.

第1の被着体11との接合部である金属多孔質体13と接触した、第2の被着体12の接合部位22において、金属多孔質体13から負荷される応力(F)は、接合部位22面内で相違している。接合構造体1では、金属多孔質体13と接触した、第2の被着体12の接合部位22と対向する表面において、金属多孔質体13からの応力(F)の変動係数は10%以内である。すなわち、第2の被着体12では、接合部位22面内における金属多孔質体13からの応力(F)が均一化されている。従って、接合構造体1では、第2の被着体12の特性変化のばらつきや破壊が防止されるとともに、第2の被着体12に優れた動作の信頼性が付与されている。   The stress (F) applied from the metal porous body 13 at the joint portion 22 of the second adherend 12 that is in contact with the metal porous body 13 that is the joint with the first adherend 11 is: It is different in the surface of the joint portion 22. In the joint structure 1, the coefficient of variation of the stress (F) from the metal porous body 13 on the surface in contact with the metal porous body 13 and facing the joint portion 22 of the second adherend 12 is within 10%. It is. That is, in the second adherend 12, the stress (F) from the porous metal body 13 in the surface of the joint portion 22 is uniform. Therefore, in the joint structure 1, variation and destruction of the characteristic change of the second adherend 12 are prevented, and excellent operational reliability is imparted to the second adherend 12.

上記応力(F)の変動係数は10%以内であれば、特に限定されないが、低いほど、すなわち、0%に近いほど好ましく、例えば、9%以内がより好ましく、8%以内が特に好ましい。   The coefficient of variation of the stress (F) is not particularly limited as long as it is within 10%, but is preferably as low as possible, that is, as close to 0%, for example, more preferably within 9%, particularly preferably within 8%.

本明細書中、「応力(F)の変動係数」とは、下記式(1)にて算出される値を意味する。
応力(F)の変動係数(%)=10点以上の測定点における応力(F)の標準偏差÷前記10点以上の測定点における応力(F)の平均値×100 (1)
上記式(1)の応力(F)は、第2の被着体12の接合部位22と対向する表面にて測定した値である。また、第2の被着体12の接合部位22と対向する表面に対し金属多孔質体13から負荷される応力(F)は、室温(20±5℃、以下においても同じ。)において、所定の測定波長を用いたラマン分光法により測定する。
In this specification, the “coefficient of variation of stress (F)” means a value calculated by the following equation (1).
Coefficient of variation (%) of stress (F) = standard deviation of stress (F) at 10 or more measurement points ÷ average value of stress (F) at 10 or more measurement points × 100 (1)
The stress (F) in the above equation (1) is a value measured on the surface of the second adherend 12 facing the joint portion 22. The stress (F) applied from the porous metal body 13 to the surface of the second adherend 12 facing the bonding portion 22 is predetermined at room temperature (20 ± 5 ° C., the same applies hereinafter). Is measured by Raman spectroscopy using the measurement wavelength of

次に、本発明の実施形態の接合構造体1の製造方法について、詳細に説明する。接合構造体1は、第1の被着体11と第2の被着体12との間に、接合用材料である金属微粒子(P)のペーストを配置させ、この金属微粒子(P)のペーストを加熱処理することで製造できる。より具体的には、例えば、(1)金属微粒子(P)のペーストの塗布工程と、必要に応じて(2)塗布した金属微粒子(P)のペーストを乾燥させる乾燥工程と、(3)金属微粒子(P)のペーストの焼結工程と、を経て、接合構造体1を製造することができる。   Next, a method for manufacturing the joint structure 1 according to the embodiment of the present invention will be described in detail. The bonding structure 1 has a paste of metal fine particles (P) as a bonding material disposed between the first adherend 11 and the second adherend 12, and a paste of the metal fine particles (P). Can be produced by heat treatment. More specifically, for example, (1) a step of applying a paste of metal fine particles (P), if necessary, (2) a drying step of drying the applied paste of metal fine particles (P), and (3) a metal step Through the step of sintering the paste of the fine particles (P), the joint structure 1 can be manufactured.

(1)塗布工程
塗布工程は、接合用材料である金属微粒子(P)のペーストを、第1の被着体11となる第1の部材と第2の被着体12となる第2の部材のいずれか、または、それぞれに所定の塗工方法で塗布する等により、第1の被着体11となる第1の部材と第2の被着体12となる第2の部材との間に接合用材料を施与して、第1の部材と第2の部材との複合体を形成する工程である。
(1) Coating Step In the coating step, a paste of metal fine particles (P), which is a bonding material, is applied to a first member to be the first adherend 11 and a second member to be the second adherend 12. Or between the first member to be the first adherend 11 and the second member to be the second adherend 12 by applying a predetermined method to each of them. This is a step of applying a bonding material to form a composite of the first member and the second member.

接合用材料である金属微粒子(P)のペーストは、特定の平均一次粒子径(例えば、2nm以上500nm以下である平均一次粒子径)を有する金属微粒子(P1)を含む金属微粒子(P)を、二価以上のアルコールを含む有機溶媒(S)に分散させて調製できる。金属微粒子(P)を有機溶媒(S)に分散させる方法は、特に限定されないが、例えば、室温にて、公知の混合機、混練機、捏和機などを用いて、混合、混練または捏和する方法が挙げられる。   The paste of the metal fine particles (P), which is a bonding material, includes metal fine particles (P) including metal fine particles (P1) having a specific average primary particle diameter (for example, an average primary particle diameter of 2 nm or more and 500 nm or less), It can be prepared by dispersing in an organic solvent (S) containing a dihydric or higher alcohol. The method for dispersing the metal fine particles (P) in the organic solvent (S) is not particularly limited. For example, mixing, kneading, or kneading is performed at room temperature using a known mixer, kneader, kneader, or the like. Method.

金属微粒子(P)のペーストに含まれる金属微粒子(P)と有機溶媒(S)との質量比(P/S)は、特に限定されないが、その下限値は、金属微粒子(P)のペーストの粘度が低下することを防止することで、金属微粒子(P)のペーストを塗布する際における形状安定性を維持(例えば、ダレの発生等を防止)し、またパターン形成などの複雑な形状の塗布にも対応できる点から、10/90が好ましく、20/80が特に好ましい。一方で、上記質量比(P/S)の上限値は、金属微粒子(P)のペーストに優れた塗工性を付与する点から、85/25が好ましく、75/35が特に好ましい。従って、上記質量比(P/S)が10/90〜85/25の範囲にあることで、第1の被着体11となる第1の部材と第2の被着体12となる第2の部材との間に、好適に接合用材料を配置させることができる。なお、上記質量比(P/S)の範囲は、後述する金属微粒子(P)のペーストの塗布方法に応じて、適宜設定可能である。   The mass ratio (P / S) between the metal fine particles (P) and the organic solvent (S) contained in the paste of the metal fine particles (P) is not particularly limited. By preventing the viscosity from decreasing, shape stability when applying the paste of the metal fine particles (P) is maintained (for example, generation of sagging is prevented), and application of a complicated shape such as pattern formation is performed. 10/90 is preferable, and 20/80 is particularly preferable because it can cope with the above. On the other hand, the upper limit of the mass ratio (P / S) is preferably 85/25, particularly preferably 75/35 from the viewpoint of imparting excellent coatability to the paste of the metal fine particles (P). Therefore, when the mass ratio (P / S) is in the range of 10/90 to 85/25, the first member to be the first adherend 11 and the second member to be the second adherend 12 The joining material can be suitably arranged between the members. The range of the mass ratio (P / S) can be appropriately set according to a method of applying a paste of metal fine particles (P) described later.

金属微粒子(P)のペーストの塗布方法は、特に限定されず、公知の塗布方法をいずれも用いることができる。塗布方法としては、例えば、スキージ法、スクリーン印刷、マスク印刷、インクジェット印刷、ディスペンサ印刷、スプレーコート、バーコート、ナイフコート、スピンコート、アプリケータ、ブレードコート、ロールコート等の各種方法が挙げられる。   The method of applying the paste of the metal fine particles (P) is not particularly limited, and any known application method can be used. Examples of the application method include various methods such as a squeegee method, screen printing, mask printing, inkjet printing, dispenser printing, spray coating, bar coating, knife coating, spin coating, applicator, blade coating, and roll coating.

(2)乾燥工程
上記塗布工程にて得られた、第1の部材と第2の部材との複合体に対して、必要に応じて、乾燥工程を行ってもよい。乾燥工程は、上記(1)塗布工程にて第1の被着体11となる第1の部材と第2の被着体12となる第2の部材との間に施与した金属微粒子(P)のペーストを、所定の温度、所定の加熱時間等、所定の加熱条件で予備乾燥などを行う工程である。すなわち、焼結工程前に、予め、乾燥工程にて、金属微粒子(P)のペーストに含まれる有機溶媒(S)の含有量を低減させておく。
(2) Drying Step If necessary, a drying step may be performed on the composite of the first member and the second member obtained in the coating step. In the drying step, the fine metal particles (P) applied between the first member to be the first adherend 11 and the second member to be the second adherend 12 in the above (1) coating step This is a step of pre-drying the paste under a predetermined heating condition such as a predetermined temperature and a predetermined heating time. That is, before the sintering step, the content of the organic solvent (S) contained in the paste of the metal fine particles (P) is reduced in advance in a drying step.

乾燥工程で行われる予備乾燥などの乾燥条件は、例えば、不活性ガス(例えば、窒素ガス、アルゴンガス等)または大気ガスの雰囲気下、金属微粒子(P)のペースト中における金属微粒子(P)の含有量が接合用材料の全量100質量%中に87〜93質量%の範囲となるように乾燥させる。具体的には、例えば、100℃〜120℃程度の乾燥温度で、30〜60分間程度保持することが挙げられる。   Drying conditions such as preliminary drying performed in the drying step include, for example, a method of depositing the metal fine particles (P) in the paste of the metal fine particles (P) under an atmosphere of an inert gas (for example, nitrogen gas, argon gas, or the like) or an atmospheric gas. Drying is performed so that the content is in the range of 87 to 93% by mass in the total amount of 100% by mass of the joining material. Specifically, for example, holding at a drying temperature of about 100 ° C. to 120 ° C. for about 30 to 60 minutes may be mentioned.

(3)焼結工程
焼結工程は、第1の被着体11となる第1の部材と第2の被着体12となる第2の部材との間に施与された金属微粒子(P)のペーストを、加熱処理により焼結する工程である。金属微粒子(P)のペーストを焼結することにより、金属微粒子(P)のペーストから金属多孔質体13が形成される。形成された金属多孔質体13が、第1の被着体11と第2の被着体12とを接合する接合部となる。
(3) Sintering Step In the sintering step, the metal fine particles (P) applied between the first member to be the first adherend 11 and the second member to be the second adherend 12 This is a step of sintering the paste of (1) by heat treatment. By sintering the paste of the metal fine particles (P), the metal porous body 13 is formed from the paste of the metal fine particles (P). The formed metal porous body 13 serves as a joining portion for joining the first adherend 11 and the second adherend 12.

焼結工程の昇温速度は100℃/分以上5000℃/分未満である。昇温速度が100℃/分以上であることにより、第2の被着体12に対する応力の不均一化を防止した状態で、第1の被着体11に第2の被着体12を接合できる。具体的には、金属多孔質体13と接触した、第2の被着体12の接合部位22と対向する表面内において、金属多孔質体13からの応力(F)の変動係数が10%以内の状態で、第1の被着体11に第2の被着体12を接合できる。従って、第1の被着体11に第2の被着体12を接合するにあたり、第2の被着体12の特性変化のばらつきや破壊を防止でき、第2の被着体12に優れた動作の信頼性を付与することができる。   The temperature rising rate in the sintering step is 100 ° C./min or more and less than 5000 ° C./min. When the temperature rise rate is 100 ° C./min or more, the second adherend 12 is joined to the first adherend 11 in a state where unevenness of stress on the second adherend 12 is prevented. it can. Specifically, the coefficient of variation of the stress (F) from the porous metal body 13 is within 10% in the surface of the second adherend 12 that is in contact with the porous metal body 13 and faces the joint portion 22. In this state, the second adherend 12 can be joined to the first adherend 11. Therefore, when joining the second adherend 12 to the first adherend 11, it is possible to prevent variation and destruction of the characteristic change of the second adherend 12, and the second adherend 12 is excellent. Operational reliability can be provided.

焼結工程の昇温速度の下限値は100℃/分であれば、特に限定されず、金属多孔質体13からの応力(F)をより均一化する点から、第2の被着体12の熱損傷を防止できる範囲で、昇温速度は速いほど好ましい。具体的には、例えば、昇温速度の下限値は500℃/分が好ましく、2000℃/分がより好ましく、3000℃/分が特に好ましい。一方で、昇温速度は、第2の被着体12の熱損傷を防止する点から5000℃/分未満であり、例えば、昇温速度の上限値は、第2の被着体12の熱損傷を確実に防止する点から4000℃/分が好ましく、3800℃/分が特に好ましい。   The lower limit of the heating rate in the sintering step is not particularly limited as long as it is 100 ° C./min. From the viewpoint of making the stress (F) from the metal porous body 13 more uniform, the second adherend 12 It is preferable that the temperature increase rate is higher as long as the heat damage can be prevented. Specifically, for example, the lower limit of the heating rate is preferably 500 ° C / min, more preferably 2000 ° C / min, and particularly preferably 3000 ° C / min. On the other hand, the heating rate is less than 5000 ° C./min from the viewpoint of preventing thermal damage to the second adherend 12. For example, the upper limit of the heating rate is the heat of the second adherend 12. 4000 ° C./min is preferable, and 3800 ° C./min is particularly preferable from the viewpoint of reliably preventing damage.

焼結工程で行われる加熱処理による焼結は、無加圧又は所定圧力での加圧下で加熱することにより焼結する方法が挙げられる。焼結条件として、例えば、加圧下で加熱する場合、ヒーターを内蔵した熱プレス機などを用いて、第1の被着体となる第1の部材と第2の被着体となる第2の部材の全体を均一な圧力バランスで挟持してから、脱気(減圧)処理し、190〜400℃の加熱温度(焼結温度)で1〜120分間程度保持することが挙げられる。また、焼結工程における焼成雰囲気は、特に限定されず、例えば大気雰囲気、還元性ガス雰囲気、不活性ガス雰囲気、及びこれらの混合雰囲気とすることができる。還元性ガスとしては、例えば水素ガスが挙げられ、また不活性ガスとしては、例えば窒素ガスが挙げられる。各雰囲気ガスは、一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。   The sintering by the heat treatment performed in the sintering step includes a method of sintering by heating under no pressure or under a predetermined pressure. As a sintering condition, for example, when heating under pressure, a first member to be a first adherend and a second member to be a second adherend are used by using a heat press machine having a built-in heater. After holding the entire member with a uniform pressure balance, degassing (reducing the pressure) and holding the member at a heating temperature (sintering temperature) of 190 to 400 ° C. for about 1 to 120 minutes. The firing atmosphere in the sintering step is not particularly limited, and may be, for example, an air atmosphere, a reducing gas atmosphere, an inert gas atmosphere, or a mixed atmosphere thereof. The reducing gas includes, for example, hydrogen gas, and the inert gas includes, for example, nitrogen gas. Each atmosphere gas may be used alone or in combination of two or more.

次に、本発明の実施例を説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り、これらの例に限定されるものではない。   Next, examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited to these examples unless it exceeds the gist.

(1)金属微粒子(P1)の平均一次粒径
走査型電子顕微鏡(SEM)(日立ハイテクノロジー株式会社製、製品名:SU8020)を用いて、加速電圧3kV、倍率20万倍の条件下で観察し、測定対象となる金属微粒子(P1)のSEM画像を取得した。取得したSEM画像の中から、任意に20個の金属微粒子(P1)を選定し、選定した金属微粒子(P1)の一次粒子の最長となる直径をそれぞれ測定し、各測定値の平均を算出して平均一次粒子径を求めた。
(1) Average primary particle size of metal fine particles (P1) Observed using a scanning electron microscope (SEM) (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, product name: SU8020) under conditions of an acceleration voltage of 3 kV and a magnification of 200,000. Then, an SEM image of the metal fine particles (P1) to be measured was obtained. From the acquired SEM images, arbitrarily select 20 metal fine particles (P1), measure the longest diameter of the primary particles of the selected metal fine particles (P1), and calculate the average of the measured values. To determine the average primary particle size.

(2)第2の被着体への応力評価
第2の被着体として、シリコンチップとSiCチップを使用した。各チップへの応力は、各チップ表面(接合部位と対向する面)内をラマン分光法により測定することで求めた。ラマン分光法の測定波長は、シリコンチップでは633nm、SiCチップでは532nmとした。測定温度は室温(23℃)とした。また、応力の測定部位は、各チップの端部1mmの部分を除き、各チップ表面内の11点以上とし、その標準偏差と平均値を算出した。応力の変動係数(標準偏差÷平均値×100)が10%以内であるものは、チップ面内において応力の均一性が高く、デバイス特性に影響がないとし、合格と評価した。
(2) Evaluation of stress on second adherend A silicon chip and a SiC chip were used as the second adherend. The stress on each chip was determined by measuring the inside of each chip surface (the surface facing the bonding site) by Raman spectroscopy. The measurement wavelength of the Raman spectroscopy was 633 nm for the silicon chip and 532 nm for the SiC chip. The measurement temperature was room temperature (23 ° C.). The stress measurement sites were 11 or more points on the surface of each chip except for the 1 mm end of each chip, and the standard deviation and average value were calculated. Those with a coefficient of variation of stress (standard deviation ÷ average value × 100) of 10% or less were evaluated as acceptable because the uniformity of stress was high in the chip surface and did not affect the device characteristics.

(3)トランジスタ特性の評価
第2の被着体として、チップであるトランジスタについて、特性評価を行った。トランジスタ特性の評価のために、横型のMOSトランジスタを作製した。トランジスタは、1〜10Ω/cmの(001)面p型シリコン基板上に作製した。ゲート膜厚は50nm、ゲート長4μm、ゲート幅500μmとした。ソース、ドレイン領域はPをイオンインプラ(イオン注入)してn+領域を作成した。また、ソース、ドレインと導通を確保するために、イオンインプラ領域とゲート酸化膜及びゲート電極とをオーバーラップさせた。また、ゲート電極はn+のポリシリコンとした。SiCのトランジスタについては4Hタイプ(0001)面の半絶縁性タイプの基板上を用意した。その基板上のSi面に1×1017cm−3のp型を厚さ10μmでエピタキシャル成長させた。ドーパントはAlを用いた。その後、ソース、ドレイン領域はPをドープ量5×1019cm−3イオンインプラし、1700℃で熱処理した。イオンインプラの際、Pの濃度が表面で最大になるように、表面にSiOを適宜成膜した。トランジスタのゲート膜厚は20nm、ゲート長1μm、ゲート幅1000μmとした。なお、ゲート酸化膜は1300℃ウェット熱酸化により行った。Si、SiC基板とも裏面(トランジスタを形成していない面)には、基板厚さを230μmまで薄くし、フッ酸処理後にTi/Ni/Au=100/450/200nmを真空蒸着した。測定条件は、ソース-ドレイン間電圧0.1V、ゲート電圧10Vとした。トランジスタ特性の評価として、ソース-ドレイン電流を測定した。ソース-ドレイン電流の測定部位は、トランジスタの端部1mmの部分を除き、面内11点以上とし、その標準偏差と平均値を算出した。ソース-ドレイン電流の変動率(標準偏差÷平均値×100)が15%以内であるものは、トランジスタ面内においてソース-ドレイン電流の均一性が高く、トランジスタ特性に影響がないとし、合格と評価した。
(3) Evaluation of Transistor Characteristics The characteristics of a transistor as a chip as a second adherend were evaluated. For evaluation of transistor characteristics, a lateral MOS transistor was manufactured. The transistor was formed on a (001) plane p-type silicon substrate of 1 to 10 Ω / cm. The gate film thickness was 50 nm, the gate length was 4 μm, and the gate width was 500 μm. In the source and drain regions, P was ion-implanted to form n + regions. Further, in order to secure conduction with the source and the drain, the ion implantation region, the gate oxide film and the gate electrode were overlapped. The gate electrode was made of n + polysilicon. For the SiC transistor, a 4H type (0001) surface semi-insulating type substrate was prepared. A p-type of 1 × 10 17 cm −3 was epitaxially grown on the Si surface on the substrate at a thickness of 10 μm. Al was used as a dopant. Thereafter, the source and drain regions were ion-implanted with P at a dose of 5 × 10 19 cm −3 and heat-treated at 1700 ° C. At the time of ion implantation, SiO 2 was appropriately formed on the surface so that the concentration of P became maximum on the surface. The gate thickness of the transistor was 20 nm, the gate length was 1 μm, and the gate width was 1000 μm. The gate oxide film was formed by wet thermal oxidation at 1300 ° C. On both the Si and SiC substrates, the substrate thickness was reduced to 230 μm on the back surface (the surface on which no transistor was formed), and after hydrofluoric acid treatment, Ti / Ni / Au = 100/450/200 nm was vacuum deposited. The measurement conditions were a source-drain voltage of 0.1 V and a gate voltage of 10 V. As an evaluation of transistor characteristics, a source-drain current was measured. The measurement site of the source-drain current was 11 points or more in the plane except for the 1 mm end portion of the transistor, and its standard deviation and average value were calculated. If the variation rate of the source-drain current (standard deviation ÷ average value × 100) is within 15%, the uniformity of the source-drain current in the transistor surface is high and the transistor characteristics are not affected, and the result is evaluated as pass. did.

(金属微粒子(P)の分離・回収工程)
高分子分散剤(D)としてポリビニルピロリドン(ハイケム株式会社製、PVP、数平均分子量;約3,500)10gを、蒸留水1979.3mlに添加して溶解させた水溶液に、金属微粒子(P1)の原料として水酸化第二銅(関東化学株式会社製、Cu(OH)、粒度範囲:0.1〜100μm)29.268gを添加して撹拌し、水酸化第二銅水溶液を調製した。上記のようにして得られた水酸化第二銅水溶液の液温を20℃に調整し、窒素ガス雰囲気中で攪拌しながら、水素化ホウ素ナトリウム(関東化学株式会社製、NaBH)150mmolと水酸化ナトリウム(関東化学株式会社製、NaOH)480mmolとを含む水溶液20.73mlを滴下し、45分間攪拌しながら還元反応を行って、混合溶液中に高分子分散剤(D)で被覆された金属微粒子(P1)を生成させた。なお、還元反応の終了は、反応系からの水素ガスの発生が終了した時点とした。
(Separation / recovery process of metal fine particles (P))
Metal fine particles (P1) were added to an aqueous solution in which 10 g of polyvinylpyrrolidone (PVP, number average molecular weight: about 3,500) as a polymer dispersant (D) was added to 1979.3 ml of distilled water and dissolved. 29.268 g of cupric hydroxide (Cu (OH) 2 , particle size range: 0.1 to 100 μm, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was added and stirred to prepare an aqueous cupric hydroxide solution. The liquid temperature of the cupric hydroxide aqueous solution obtained as described above was adjusted to 20 ° C., and 150 mmol of sodium borohydride (NaBH 4 manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) and water were stirred while being stirred in a nitrogen gas atmosphere. 20.73 ml of an aqueous solution containing 480 mmol of sodium oxide (manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd., NaOH) was added dropwise, and a reduction reaction was carried out with stirring for 45 minutes to obtain a metal coated with the polymer dispersant (D) in the mixed solution. Fine particles (P1) were generated. Note that the reduction reaction was terminated when the generation of hydrogen gas from the reaction system was completed.

上記のようにして生成した、高分子分散剤(D)で被覆された金属微粒子(P1)を含む混合溶液に、凝集促進剤としてクロロホルム(関東化学株式会社製、CHCl)66mlを添加して数分間攪拌し、数分間静置して高分子分散剤(D)で被覆された金属微粒子(P1)を沈殿させた。上記のようにして沈殿させた、高分子分散剤(D)で被覆された金属微粒子(P1)の固形分を含む混合溶液を遠心分離機に供給し、固液分離を行い、高分子分散剤(D)で被覆された金属微粒子(P1)を含む固形分を回収した。 To the mixed solution containing the metal fine particles (P1) coated with the polymer dispersant (D) formed as described above, 66 ml of chloroform (CHCl 3 manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) is added as an aggregation promoter. The mixture was stirred for several minutes and allowed to stand for several minutes to precipitate the metal fine particles (P1) coated with the polymer dispersant (D). The mixed solution containing the solid content of the metal fine particles (P1) coated with the polymer dispersant (D) precipitated as described above is supplied to a centrifugal separator, and solid-liquid separation is performed. The solid content containing the metal fine particles (P1) coated with (D) was recovered.

次に、回収された高分子分散剤(D)で被覆された金属微粒子(P1)を含む固形分に、メタノールを添加して撹拌し、遠心分離機に供給し、固液分離を行い、高分子分散剤(D)で被覆された金属微粒子(P1)のメタノール洗浄を行った。前記メタノール洗浄を、数回繰り返し行い、高分子分散剤(D)で被覆された金属微粒子(P1)を分離、回収した。次に、真空乾燥を7時間行い、乾燥状態の金属微粒子(P1)を得た。なお、真空乾燥時の真空度は大気圧を0kPaとして、−80kPa以下で行った。   Next, methanol is added to the collected solid content including the fine metal particles (P1) coated with the polymer dispersant (D), and the mixture is stirred and supplied to a centrifuge to perform solid-liquid separation. The metal fine particles (P1) coated with the molecular dispersant (D) were washed with methanol. The methanol washing was repeated several times to separate and collect the fine metal particles (P1) coated with the polymer dispersant (D). Next, vacuum drying was performed for 7 hours to obtain dried metal fine particles (P1). The degree of vacuum during vacuum drying was -80 kPa or less, with the atmospheric pressure being 0 kPa.

上記分離・回収工程を経て得られた、高分子分散剤(D)で被覆された乾燥状態の金属微粒子(P1)の一部を採取し、高分子分散剤(D)で被覆された金属微粒子(P1)の一次粒子径を上記(1)の方法にて測定し、平均一次粒子径を算出したところ、50nmであった。   A part of the dried metal fine particles (P1) coated with the polymer dispersant (D) obtained through the above separation / recovery step is collected, and the metal fine particles coated with the polymer dispersant (D) are collected. The primary particle diameter of (P1) was measured by the method of (1) above, and the average primary particle diameter was calculated to be 50 nm.

(金属微粒子(P)のペーストを得る工程)
ペースト1:窒素ガス雰囲気加圧焼結用
上記のようにして得られた、高分子分散剤(D)で被覆された金属微粒子(P1)60gと、二価以上のアルコールを含む有機溶媒(S)として三価アルコールであるグリセリン(関東化学株式会社製)(グリセロール)(C(OH)、沸点;290℃)40gとを、容器に入れ、遠心混錬機(株式会社シンキー製、製品名:ARE−250)に投入して、2000rpm×3分間の条件にて、混錬を4回繰り返し行い、ペースト状の金属微粒子(P)の分散溶液(ペースト1)を得た。
ペースト2:水素ガス雰囲気加圧または無加圧焼結用
上記のようにして得られた、高分子分散剤(D)で被覆された金属微粒子(P1)60gと、α―テルピネオール(関東化学株式会社製)40gとを、容器に入れ、遠心混錬機(株式会社シンキー製、製品名:ARE−250)に投入して、2000rpm×3分間の条件にて、混錬を4回繰り返し行い、ペースト状の金属微粒子(P)の分散溶液(ペースト2)を得た。
(Step of obtaining paste of metal fine particles (P))
Paste 1: for sintering under pressure in a nitrogen gas atmosphere 60 g of metal fine particles (P1) coated with the polymer dispersant (D) obtained as described above, and an organic solvent (S ) As a trihydric alcohol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) (glycerol) (C 3 H 5 (OH) 3 , boiling point: 290 ° C.) (40 g) is placed in a container, and a centrifugal kneader (manufactured by Shinky Corporation) ARE-250), and kneading was repeated four times under the condition of 2000 rpm × 3 minutes to obtain a paste-like dispersion solution of metal fine particles (P) (paste 1).
Paste 2: for pressurized or non-pressurized sintering in hydrogen gas atmosphere 60 g of metal fine particles (P1) coated with polymer dispersant (D) obtained as described above and α-terpineol (Kanto Chemical Co., Ltd.) 40 g), put in a container, put into a centrifugal kneader (product name: ARE-250, manufactured by Sinky Co., Ltd.), and kneaded four times under the condition of 2000 rpm × 3 minutes. A dispersion solution (paste 2) of the paste-like metal fine particles (P) was obtained.

(第2の被着体であるチップの準備)
シリコンチップとして、厚さ230μm、直径15cmの(001)方位のシリコン基板を用意した。シリコン基板の一方の面は研磨仕上げ、他方の面はエッチング仕上げとした。SiCチップとして、4H−SiCの(0001)方位のSi面の基板(厚さ230μm)を用意した。SiC基板の一方の面を鏡面仕上げ、他方の面をエッチング仕上げとした。なお、SiCチップの鏡面仕上げした面側をSi面とした。
(Preparation of chip as second adherend)
As a silicon chip, a (001) oriented silicon substrate having a thickness of 230 μm and a diameter of 15 cm was prepared. One surface of the silicon substrate was polished and the other surface was etched. As a SiC chip, a 4H—SiC (0001) oriented Si surface substrate (230 μm thick) was prepared. One surface of the SiC substrate was mirror-finished, and the other surface was etched. The mirror-finished surface of the SiC chip was defined as the Si surface.

希フッ酸処理により基板表面の酸化膜を取り除いた後、直ちに、基板を真空蒸着装置に収容した。該装置にて、シリコン基板の研磨仕上げ面、SiC基板の鏡面仕上げ面に、それぞれ、Ti/Ni/Auを蒸着して成膜した。その後、蒸着面にダイシングテープを貼り、10mm角にダイシングしてチップ化した。次に、窒素雰囲気下で、ダイシングテープにUV光を照射した。UV光の照射により、ダイシングテープの接着力が無くなり、チップをピックアップできるようにして、チップを得た。   Immediately after removing the oxide film on the substrate surface by dilute hydrofluoric acid treatment, the substrate was housed in a vacuum evaporation apparatus. With this apparatus, Ti / Ni / Au was deposited on the polished surface of the silicon substrate and the mirror-finished surface of the SiC substrate, respectively, to form films. Thereafter, a dicing tape was attached to the deposition surface, and diced into 10 mm squares to form chips. Next, the dicing tape was irradiated with UV light under a nitrogen atmosphere. By the irradiation of the UV light, the adhesive force of the dicing tape was lost, and the chip was picked up to obtain the chip.

(金属微粒子(P)のペーストの塗布工程)
第1の被着体として銅基板(13mm角、1mm厚のCl020材、調質1/2H材)を用意した。上記銅基板の一面に、ステンレス製のメタルマスク(8mm角の角開口部を有する200mm角のメタルマスク、100μm厚)を載せ、上記金属微粒子(P)のペーストを得る工程で得られた、ペースト状の金属微粒子(P)の分散溶液を、スキージ法にて塗布を行った。
(Step of applying paste of metal fine particles (P))
A copper substrate (13 mm square, 1 mm thick Cl020 material, tempered 1 / 2H material) was prepared as a first adherend. A stainless steel metal mask (200 mm square metal mask having a square opening of 8 mm square, 100 μm thickness) is placed on one surface of the copper substrate, and the paste obtained in the step of obtaining a paste of the metal fine particles (P) is obtained. The dispersion solution of the metal fine particles (P) was applied by a squeegee method.

(乾燥工程)
・加圧焼結の場合
金属微粒子(P)のペーストを塗布した銅基板の塗布面を上に向けてホットプレートに載置し、大気雰囲気下、110℃の乾燥温度で30〜60分間程度保持し、上記金属微粒子(P)のペースト中の金属微粒子(P)の含有量が、上記金属微粒子(P)のペーストの全量100質量%に対して90質量%程度となるまで有機溶媒(S)を揮発させる予備乾燥を行った。
・無加圧焼結の場合
乾燥工程は行わなかった。
(Drying process)
-In the case of pressure sintering, place on a hot plate with the coated surface of the copper substrate coated with the metal fine particle (P) paste facing upward, and hold at a drying temperature of 110 ° C for 30 to 60 minutes in an air atmosphere. The organic solvent (S) until the content of the fine metal particles (P) in the paste of the fine metal particles (P) becomes about 90% by mass based on 100% by mass of the total amount of the paste of the fine metal particles (P). Was preliminarily dried to evaporate.
-In the case of pressureless sintering No drying process was performed.

(焼結工程)
窒素ガス雰囲気にて加圧焼結する場合(実施例1〜3、10〜12、比較例1、2、7、8)
予備乾燥後の銅基板のペースト1の塗布面上に、上記した第2の被着体であるチップの準備にて得られたチップ(10mm角、230μm厚、裏面電極の構造はTi/Ni/Au=100nm/450nm/200nm)を配置した。次いで、プレス装置に、チップを配置した銅基板をセットし、チップを配置した銅基板全体に対し均一な圧力バランスにて10MPaの圧力をかけた。その後、プレス装置内に窒素ガスを流して酸素濃度を500ppm以下にした。その後、下記表1、2に示す昇温速度にて加熱していき、金属微粒子(P)のペーストを焼結させて、金属多孔質体を介して銅基板にチップが接合された接合構造体を得た。なお、昇温は300℃まで行い、該温度(300℃)で5分間保持した。その後、プレス装置のヒーターを切って、自然放冷にて冷却した。
(Sintering process)
Pressure sintering in nitrogen gas atmosphere (Examples 1-3, 10-12, Comparative Examples 1, 2, 7, 8)
The chip (10 mm square, 230 μm thick, structure of the back electrode of Ti / Ni / Au = 100 nm / 450 nm / 200 nm). Next, the copper substrate on which the chips were arranged was set in a press device, and a pressure of 10 MPa was applied to the entire copper substrate on which the chips were arranged with a uniform pressure balance. Thereafter, nitrogen gas was flowed into the press device to reduce the oxygen concentration to 500 ppm or less. Thereafter, heating was performed at a heating rate shown in Tables 1 and 2 below to sinter the paste of the metal fine particles (P) and bond the chip to the copper substrate via the metal porous body. I got The temperature was raised to 300 ° C., and the temperature was kept at that temperature (300 ° C.) for 5 minutes. Then, the heater of the press device was turned off, and it cooled by natural cooling.

水素ガス雰囲気にて加圧焼結する場合(実施例4〜6、13〜15、比較例3、4、9、10)
予備乾燥後の銅基板のペースト2の塗布面上に、上記した第2の被着体であるチップの準備にて得られたチップ(10mm角、230μm厚、裏面電極の構造はTi/Ni/Au=100nm/450nm/200nm)を配置した。次いで、プレス装置に、チップを配置した銅基板をセットし、チップを配置した銅基板全体に対し均一な圧力バランスにて10MPaの圧力をかけた。その後、プレス装置内を真空引きし、水素ガスで置換した。その後、下記表1、2に示す昇温速度にて加熱していき、金属微粒子(P)のペーストを焼結させて、金属多孔質体を介して銅基板にチップが接合された接合構造体を得た。なお、昇温は300℃まで行い、該温度(300℃)で5分間保持した。その後、プレス装置のヒーターを切って、自然放冷にて冷却した。
Pressure sintering in a hydrogen gas atmosphere (Examples 4 to 6, 13 to 15, Comparative Examples 3, 4, 9, and 10)
The chip (10 mm square, 230 μm thick, the structure of the back electrode is Ti / Ni / Au = 100 nm / 450 nm / 200 nm). Next, the copper substrate on which the chips were arranged was set in a press device, and a pressure of 10 MPa was applied to the entire copper substrate on which the chips were arranged with a uniform pressure balance. Then, the inside of the press was evacuated and replaced with hydrogen gas. Thereafter, heating was performed at a heating rate shown in Tables 1 and 2 below to sinter the paste of the metal fine particles (P) and bond the chip to the copper substrate via the metal porous body. I got The temperature was raised to 300 ° C., and the temperature was kept at that temperature (300 ° C.) for 5 minutes. Then, the heater of the press device was turned off, and it cooled by natural cooling.

水素ガス雰囲気にて無加圧焼結する場合(実施例7〜9、16〜18、比較例5、6、11、12)
銅基板のペースト2の塗布面上に、上記した第2の被着体であるチップの準備にて得られたチップ(10mm角、230μm厚、裏面電極の構造はTi/Ni/Au=100nm/450nm/200nm)を配置した。次いで、プレス装置に、チップを配置した銅基板をセットした。無加圧であるので、圧力は印加しなかった。その後、プレス装置内を真空引きし、水素ガスで置換した。その後、下記表1、2に示す昇温速度にて加熱していき、金属微粒子(P)のペーストを焼結させて、金属多孔質体を介して銅基板にチップが接合された接合構造体を得た。なお、昇温は300℃まで行い、該温度(300℃)で120分間保持した。その後、プレス装置のヒーターを切って、自然放冷にて冷却した。
When pressureless sintering is performed in a hydrogen gas atmosphere (Examples 7 to 9, 16 to 18, Comparative Examples 5, 6, 11, and 12)
A chip (10 mm square, 230 μm thick, back electrode structure: Ti / Ni / Au = 100 nm / 450 nm / 200 nm). Next, the copper substrate on which the chips were arranged was set in a press device. No pressure was applied because no pressure was applied. Then, the inside of the press was evacuated and replaced with hydrogen gas. Thereafter, heating was performed at a heating rate shown in Tables 1 and 2 below to sinter the paste of the metal fine particles (P) and bond the chip to the copper substrate via the metal porous body. I got The temperature was raised to 300 ° C., and the temperature was maintained at that temperature (300 ° C.) for 120 minutes. Then, the heater of the press device was turned off, and it cooled by natural cooling.

第2の被着体であるチップへの応力評価の結果及びトランジスタ特性の評価の結果を下記表1、2に示す。   Tables 1 and 2 show the results of the stress evaluation on the chip as the second adherend and the results of the transistor characteristic evaluation.

Figure 2020038896
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Figure 2020038896
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上記表1、2に示すように、シリコンチップ、SiCチップとも、昇温速度100℃/分〜3600℃/分にて、応力の変動率が10%以内に抑制されるとともに、トランジスタのソース-ドレイン電流の変動率が14%以下に低減された。従って、焼結工程の昇温速度を100℃/分以上とすることで、チップに対する応力の不均一化を防止した状態で接合でき、銅基板にチップを接合するにあたり、チップの特性変化と破壊を防止できることが判明した。また、焼結工程の昇温速度を100℃/分以上とすることで、チップに優れた動作の信頼性を付与することができることが判明した。   As shown in Tables 1 and 2 above, in both the silicon chip and the SiC chip, at a heating rate of 100 ° C./min to 3600 ° C./min, the fluctuation rate of the stress is suppressed within 10% and the source of the transistor is reduced. The fluctuation rate of the drain current was reduced to 14% or less. Therefore, by setting the temperature rising rate in the sintering step to 100 ° C./min or more, the bonding can be performed in a state where the stress applied to the chip is not made uniform. It has been found that can be prevented. Further, it has been found that by setting the temperature rising rate in the sintering step to 100 ° C./min or more, excellent operational reliability can be imparted to the chip.

一方で、昇温速度10℃/分では、シリコンチップでは応力の変動率が15〜20%、SiCチップでは応力の変動率が17〜20%に上昇してしまい、トランジスタのソース-ドレイン電流の変動率が、それぞれ、20〜26%、35〜42%と上昇してしまった。従って、焼結工程の昇温速度が10℃/分では、チップに対する応力の不均一化を防止できず、チップの特性変化を防止できないことが判明した。なお、昇温速度5000℃/分では、加圧焼結においては急激な温度上昇によりシリコンチップではクラックが発生してしまい、また、SiCチップではクラックが発生して接合ができなかった。また、昇温速度5000℃/分の無加圧焼結では、有機溶媒の蒸発によりチップが接合できなかった。   On the other hand, at a rate of temperature rise of 10 ° C./min, the variation rate of the stress increases to 15 to 20% for the silicon chip and 17 to 20% for the SiC chip, and the source-drain current of the transistor increases. The fluctuation rates have increased to 20 to 26% and 35 to 42%, respectively. Therefore, it has been found that when the heating rate in the sintering step is 10 ° C./min, uneven stress on the chip cannot be prevented, and a change in the characteristics of the chip cannot be prevented. At a temperature rise rate of 5000 ° C./minute, cracks occurred in the silicon chip due to a rapid temperature rise in pressure sintering, and cracks occurred in the SiC chip, and bonding was not possible. Further, in pressureless sintering at a temperature rising rate of 5000 ° C./min, chips could not be joined due to evaporation of the organic solvent.

1 接合構造体
11 第1の被着体
12 第2の被着体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Joining structure 11 1st adherend 12 2nd adherend

Claims (12)

第1の被着体と、該第1の被着体上に形成された金属多孔質体と、該金属多孔質体上に配置された第2の被着体とを備える接合構造体であって、
前記第2の被着体の前記第1の被着体に対向した部位における応力の変動係数が10%以内である接合構造体。
A joint structure comprising a first adherend, a porous metal body formed on the first adherend, and a second adherend disposed on the porous metal body. hand,
A joint structure in which a coefficient of variation of stress in a portion of the second adherend facing the first adherend is within 10%.
前記第2の被着体が、電子部材である請求項1に記載の接合構造体。   The joined structure according to claim 1, wherein the second adherend is an electronic member. 前記電子部材が、シリコンチップである請求項2に記載の接合構造体。   The joint structure according to claim 2, wherein the electronic member is a silicon chip. 前記第1の被着体が、金属基板または他の電子部材である請求項1乃至3のいずれか1項に記載の接合構造体。   4. The joint structure according to claim 1, wherein the first adherend is a metal substrate or another electronic member. 5. 前記金属多孔質体が、金属微粒子の焼結体であり、該金属微粒子の平均一次粒子径が2nm以上500nm以下である請求項1乃至4のいずれか1項に記載の接合構造体。   The joint structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the metal porous body is a sintered body of metal fine particles, and the metal particles have an average primary particle diameter of 2 nm or more and 500 nm or less. 前記金属微粒子が、銅を含む請求項5に記載の接合構造体。   The joint structure according to claim 5, wherein the metal fine particles include copper. 第1の被着体と、該第1の被着体上に形成された金属多孔質体と、該金属多孔質体上に配置された第2の被着体とを備える接合構造体の製造方法であって、
前記第1の被着体となる第1の部材と前記第2の被着体となる第2の部材との間に、金属微粒子を含むペーストを施与して複合体を形成する工程と、
前記複合体を昇温速度100℃/分以上5000℃/分未満で加熱して金属微粒子を含むペーストを焼結させて金属多孔質体とする工程と、
を含む接合構造体の製造方法。
Manufacturing of a bonded structure including a first adherend, a porous metal body formed on the first adherend, and a second adherend disposed on the porous metal body The method
Applying a paste containing metal fine particles between a first member to be the first adherend and a second member to be the second adherend, to form a composite;
Heating the composite at a heating rate of 100 ° C./min or more and less than 5000 ° C./min to sinter a paste containing metal fine particles to form a metal porous body;
A method for manufacturing a joined structure including:
前記昇温速度が、4000℃/分以下である請求項7に記載の接合構造体の製造方法。   The method for manufacturing a bonded structure according to claim 7, wherein the heating rate is 4000 ° C / minute or less. 前記金属微粒子を含むペーストが、平均一次粒子径が2nm以上500nm以下である金属微粒子と、二価以上のアルコールを含む有機溶媒と、を含む請求項7または8に記載の接合構造体の製造方法。   9. The method for manufacturing a joined structure according to claim 7, wherein the paste containing the metal fine particles includes metal fine particles having an average primary particle diameter of 2 nm or more and 500 nm or less, and an organic solvent containing a divalent or higher alcohol. 10. . 前記金属微粒子が、銅を含む請求項7乃至9のいずれか1項に記載の接合構造体の製造方法。   The method for manufacturing a bonded structure according to claim 7, wherein the metal fine particles include copper. 前記二価以上のアルコールが、グリセリン、1,1,1−トリス(ヒドロキシメチル)エタン、1,2,4−ブタントリオール、1,2,3−ヘキサントリオール、1,2,6−ヘキサントリオール及び2−エチル−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオールからなる群から選択される三価のアルコールの少なくとも1種を含む請求項9または10に記載の接合構造体の製造方法。   The dihydric or higher alcohol is glycerin, 1,1,1-tris (hydroxymethyl) ethane, 1,2,4-butanetriol, 1,2,3-hexanetriol, 1,2,6-hexanetriol and The method for producing a joined structure according to claim 9 or 10, wherein the method comprises at least one trihydric alcohol selected from the group consisting of 2-ethyl-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol. 前記二価以上のアルコールが、グリセリンを含む請求項9または10に記載の接合構造体の製造方法。   The method for producing a bonded structure according to claim 9 or 10, wherein the dihydric or higher alcohol includes glycerin.
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