(57)【要約】  本発明の接合用銅ペーストは、金属粒子と、分散媒と、を含み、金属粒子が、体積平均粒径が０．１２μｍ以上０．８μｍ以下であるサブマイクロ銅粒子と、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が４以上のフレーク状マイクロ銅粒子とを含み、且つ、金属粒子に含まれる、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が２未満のマイクロ銅粒子の含有量が、フレーク状マイクロ銅粒子全量を基準として、５０質量％以下である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粒子と、分散媒と、を含む接合用銅ペーストであって、
前記金属粒子が、体積平均粒径が０．１２μｍ以上０．８μｍ以下であるサブマイクロ銅粒子と、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が４以上のフレーク状マイクロ銅粒子とを含み、且つ、前記金属粒子に含まれる、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が２未満のマイクロ銅粒子の含有量が、前記フレーク状マイクロ銅粒子全量を基準として、５０質量％以下である、接合用銅ペースト。
【請求項２】
無加圧接合用である、請求項１に記載の接合用銅ペースト。
【請求項３】
前記サブマイクロ銅粒子の含有量が、前記サブマイクロ銅粒子の質量及び前記フレーク状マイクロ銅粒子の質量の合計を基準として、２０質量％以上９０質量％以下であり、前記フレーク状マイクロ銅粒子の含有量が、前記金属粒子の全質量を基準として、１質量％以上９０質量％以下である、請求項１又は２に記載の接合用銅ペースト。
【請求項４】
前記金属粒子が、ニッケル、銀、金、パラジウム、白金からなる群から選択される少なくとも１種の金属粒子を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の接合用銅ペースト。
【請求項５】
第一の部材、該第一の部材の自重が働く方向側に、請求項１〜４のいずれか一項に記載の接合用銅ペースト、及び第二の部材がこの順に積層されている積層体を用意し、前記接合用銅ペーストを、前記第一の部材の自重、又は前記第一の部材の自重及び０．０１ＭＰａ以下の圧力を受けた状態で焼結する工程を備える、接合体の製造方法。
【請求項６】
第一の部材、該第一の部材の自重が働く方向側に、請求項１〜４のいずれか一項に記載の接合用銅ペースト、及び第二の部材がこの順に積層されている積層体を用意し、前記接合用銅ペーストを、前記第一の部材の自重、又は前記第一の部材の自重及び０．０１ＭＰａ以下の圧力を受けた状態で焼結する工程を備え、
前記第一の部材及び前記第二の部材の少なくとも一方が半導体素子である、半導体装置の製造方法。
【請求項７】
第一の部材と、第二の部材と、前記第一の部材と前記第二の部材とを接合する請求項１〜４のいずれか一項に記載の接合用銅ペーストの焼結体と、を備える、接合体。
【請求項８】
前記第一の部材及び第二の部材の少なくとも一方が、前記焼結体と接する面に、銅、ニッケル、銀、金及びパラジウムからなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む、請求項７に記載の接合体。
【請求項９】
第一の部材と、第二の部材と、前記第一の部材と前記第二の部材とを接合する請求項１〜４のいずれか一項に記載の接合用銅ペーストの焼結体と、を備え、
前記第一の部材及び前記第二の部材の少なくとも一方が半導体素子である、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合用銅ペースト、それを用いた接合体の製造方法及び半導体装置の製造方法、並びに接合体及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造する際、半導体素子とリードフレーム等（支持部材）とを接合させるため、さまざまな接合材が用いられている。半導体装置の中でも、１５０℃以上の高温で動作させるパワー半導体、ＬＳＩ等の接合には、接合材として高融点鉛はんだが用いられてきた。近年、半導体素子の高容量化及び省スペース化により動作温度が高融点鉛はんだの融点近くまで上昇しており、接続信頼性を確保することが難しくなってきている。一方で、ＲｏＨＳ規制強化に伴い、鉛を含有しない接合材が求められている。【０００３】
これまでにも、鉛はんだ以外の材料を用いた半導体素子の接合が検討されている。例えば、下記特許文献１には、銀ナノ粒子を低温焼結させ、焼結銀層を形成する技術が提案されている。このような焼結銀はパワーサイクルに対する接続信頼性が高いことが知られている（非特許文献１）。【０００４】
更に別の材料として、銅粒子を焼結させ、焼結銅層を形成する技術も提案されている。例えば、下記特許文献２には、半導体素子と電極とを接合するための接合材として、酸化第２銅粒子及び還元剤を含む接合用ペーストが開示されている。また、下記特許文献３には、銅ナノ粒子と、銅マイクロ粒子もしくは銅サブマイクロ粒子、あるいはそれら両方とを含む接合材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４９２８６３９号
【特許文献２】特許第５００６０８１号
【特許文献３】特開２０１４−１６７１４５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｒ．  Ｋｈａｚａｋａ，  Ｌ．  Ｍｅｎｄｉｚａｂａｌ，  Ｄ．  Ｈｅｎｒｙ：  Ｊ．  ＥｌｅｃＴｒｏｎ．  Ｍａｔｅｒ，  ４３（７），  ２０１４，    ２４５９−２４６６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に記載の方法は、高い接続信頼性を得るには焼結銀層の緻密化が必須であるため、加圧を伴う熱圧着プロセスが必要となる。加圧を伴う熱圧着プロセスを行う場合、生産効率の低下、歩留まりの低下等の課題がある。更に、銀ナノ粒子を用いる場合、銀による材料コストの著しい増加等が問題となる。【０００８】
上記特許文献２に記載の方法は、酸化銅から銅に還元する際の体積収縮を熱圧着プロセスにより回避している。しかし、熱圧着プロセスには、上述した課題がある。【０００９】
上記特許文献３に記載の方法は、無加圧で焼結を行っているが、以下の点で実用に供するには未だ充分ではない。すなわち、銅ナノ粒子は酸化抑制及び分散性の向上のために保護剤で表面を修飾する必要があるが、銅ナノ粒子は比表面積が大きいため、銅ナノ粒子を主成分とする接合材においては表面保護剤の配合量が増える傾向にある。また、分散性を確保するために分散媒の配合量が増える傾向にある。そのため、上記特許文献３に記載の接合材は、保管、塗工等の供給安定性のため、表面保護剤又は分散媒の割合を多くしており、焼結時の体積収縮が大きくなりやすく、また焼結後の緻密度が低下しやすい傾向にあり焼結体強度の確保が難しい。【００１０】
本発明は、無加圧での接合を行う場合であっても充分な接合強度を得ることができる接合用銅ペーストを提供することを目的とする。本発明は更に、接合用銅ペーストを用いる接合体の製造方法及び半導体装置の製造方法、並びに接合体及び半導体装置を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、金属粒子と、分散媒と、を含む接合用銅ペーストであって、金属粒子が、体積平均粒径が０．１２μｍ以上０．８μｍ以下であるサブマイクロ銅粒子と、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が４以上のフレーク状マイクロ銅粒子とを含み、且つ、金属粒子に含まれる、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が２未満のマイクロ銅粒子の含有量が、フレーク状マイクロ銅粒子全量を基準として、５０質量％以下である、接合用銅ペーストを提供する。【００１２】
本発明の接合用銅ペーストによれば、無加圧での接合を行う場合であっても充分な接合強度を得ることができる。このような効果が得られる理由について、上記特定のサブマイクロ銅粒子と、上記特定のフレーク状マイクロ銅粒子とを含有させ、なおかつアスペクト比が２以下のマイクロ銅粒子の含有量を制限することで、接合用銅ペースト内のフレーク状マイクロ銅粒子が接合面に対して略平行に配向しやすくなり、充分な焼結性が得られるとともに焼結時の体積収縮を充分抑制することが可能となり、焼結体強度の確保及び被着面との接合力向上が達成されることが考えられる。また、本発明の接合用銅ペーストは、サブマイクロ銅粒子及びマイクロ銅粒子によって上述した効果を得ることができることから、高価な銅ナノ粒子を主成分とする接合材に比べて、より安価で且つ安定的に供給できるという利点を有する。これにより、例えば、半導体装置等の接合体を製造する場合に生産安定性を一層高めることが可能となる。【００１３】
本明細書において、「フレーク状」とは、板状、鱗片状等の平板状の形状を包含する。本明細書において、「アスペクト比」とは、粒子の長辺／厚みを意味する。【００１４】
本発明の接合用銅ペーストは無加圧接合用であってもよい。本明細書において、「無加圧」とは、接合する部材の自重、又はその自重に加え、０．０１ＭＰａ以下の圧力を受けている状態を意味する。【００１５】
本発明の接合用銅ペーストは、サブマイクロ銅粒子の含有量が、サブマイクロ銅粒子の質量及びフレーク状マイクロ銅粒子の質量の合計を基準として、２０質量％以上９０質量％以下であり、フレーク状マイクロ銅粒子の含有量が、金属粒子の全質量を基準として、１質量％以上９０質量％以下であってもよい。サブマイクロ銅粒子及びフレーク状マイクロ銅粒子が上記範囲内であれば、接合用銅ペーストを焼結させて製造される接合体の接合強度を確保することが容易となり、接合用銅ペーストを半導体素子の接合に用いる場合は半導体装置が良好なダイシェア強度及び接続信頼性を示す傾向にある。【００１６】
本発明の接合用銅ペーストは、金属粒子が、ニッケル、銀、金、パラジウム、白金からなる群から選択される少なくとも１種の金属粒子を含んでいてもよい。接合用銅ペーストが上記金属粒子を更に含む場合、複数種の金属が固溶又は分散した焼結体を得ることができるため、焼結体の降伏応力、疲労強度等の機械的な特性が改善され、接続信頼性が向上しやすい。【００１７】
本発明はまた、第一の部材、該第一の部材の自重が働く方向側に、上記接合用銅ペースト、及び第二の部材がこの順に積層された積層体を用意し、接合用銅ペーストを、第一の部材の自重、又は第一の部材の自重及び０．０１ＭＰａ以下の圧力を受けた状態で焼結する工程を備える、接合体の製造方法を提供する。【００１８】
本発明の接合体の製造方法によれば、上記接合用銅ペーストを用いることにより、無加圧接合によって部材同士が充分な接合力で接合された接合体を製造することができる。【００１９】
本発明はまた、第一の部材、該第一の部材の自重が働く方向側に、上記接合用銅ペースト、及び第二の部材がこの順に積層された積層体を用意し、接合用銅ペーストを、第一の部材の自重、又は第一の部材の自重及び０．０１ＭＰａ以下の圧力を受けた状態で焼結する工程を備え、第一の部材及び第二の部材の少なくとも一方が半導体素子である、半導体装置の製造方法を提供する。【００２０】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、上記接合用銅ペーストを用いることにより、無加圧接合によってダイシェア強度に優れた半導体装置を製造することができる。また、本発明の半導体装置の製造方法によって製造される半導体装置は接続信頼性に優れたものになり得る。【００２１】
本発明はまた、第一の部材と、第二の部材と、第一の部材と第二の部材とを接合する上記接合用銅ペーストの焼結体と、を備える、接合体を提供する。本発明の接合体は、第一の部材及び第二の部材が充分な接合力を有する銅の焼結体を介して接合されている。また本発明の接合体は、熱伝導率に優れた銅の焼結体を備えることにより、部材の放熱性に優れたものになり得る。【００２２】
上記接合体において、第一の部材及び第二の部材の少なくとも一方が、焼結体と接する面に、銅、ニッケル、銀、金及びパラジウムからなる群から選択される少なくとも１種の金属を含んでいてもよい。この場合、第一の部材及び第二の部材の少なくとも一方と、焼結体との接着性を更に高めることができる。【００２３】
本発明はまた、第一の部材と、第二の部材と、第一の部材と第二の部材とを接合する上記接合用銅ペーストの焼結体と、を備え、第一の部材及び第二の部材の少なくとも一方が半導体素子である、半導体装置を提供する。本発明の半導体装置は、充分な接合力を有し、熱伝導率及び融点が高い銅の焼結体を備えることにより、充分なダイシェア強度を有し、接続信頼性に優れるとともに、パワーサイクル耐性にも優れたものになり得る。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、無加圧での接合を行う場合であっても充分な接合強度を得ることができる接合用銅ペーストを提供することができる。本発明は更に、接合用銅ペーストを用いる接合体の製造方法及び半導体装置の製造方法、並びに接合体及び半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】フレーク状マイクロ銅粒子ＭＡ−Ｃ０２５を示すＳＥＭ像である。
【図２】本実施形態の接合用銅ペーストを用いて製造される接合体の一例を示す模式断面図である。
【図３】本実施形態の接合用銅ペーストを用いて製造される半導体装置の一例を示す模式断面図である。
【図４】本実施形態の接合用銅ペーストを用いて製造される半導体装置の一例を示す模式断面図である。
【図５】本実施形態の接合用銅ペーストを用いて製造される半導体装置の一例を示す模式断面図である。
【図６】本実施形態の接合用銅ペーストを用いて製造される半導体装置の一例を示す模式断面図である。
【図７】本実施形態の接合用銅ペーストを用いて製造される半導体装置の一例を示す模式断面図である。
【図８】本実施形態の接合用銅ペーストを用いて製造される半導体装置の一例を示す模式断面図である。
【図９】本実施形態の接合用銅ペーストを用いて製造される半導体装置の一例を示す模式断面図である。
【図１０】本実施形態の接合用銅ペーストを用いて製造される半導体装置の一例を示す模式断面図である。
【図１１】実施例１の接合用銅ペーストの断面モルフォロジーを示すＳＥＭ像である。
【図１２】実施例４の接合用銅ペーストの断面モルフォロジーを示すＳＥＭ像である。
【図１３】実施例６の接合用銅ペーストの断面モルフォロジーを示すＳＥＭ像である。
【図１４】比較例４の接合用銅ペーストの断面モルフォロジーを示すＳＥＭ像である。
【図１５】実施例１の接合用銅ペーストを用いた接合体における焼結体の断面を示すＳＥＭ像である。
【図１６】実施例２の接合用銅ペーストを用いた接合体における焼結体の断面を示すＳＥＭ像である。
【図１７】実施例４の接合用銅ペーストを用いた接合体における焼結体の断面を示すＳＥＭ像である。
【図１８】実施例６の接合用銅ペーストを用いた接合体における焼結体の断面を示すＳＥＭ像である。
【図１９】比較例３の接合用銅ペーストを用いた接合体における焼結体の断面を示すＳＥＭ像である。
【図２０】比較例４の接合用銅ペーストを用いた接合体における焼結体の断面を示すＳＥＭ像である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための形態（以下、「本実施形態」という。）について詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２７】
＜接合用銅ペースト＞
本実施形態の接合用銅ペーストは、金属粒子と、分散媒と、を含む接合用銅ペーストであって、金属粒子がサブマイクロ銅粒子及びフレーク状マイクロ銅粒子を含む。
【００２８】
（金属粒子）
本実施形態に係る金属粒子としては、サブマイクロ銅粒子、フレーク状マイクロ銅粒子、これら以外の銅粒子、その他の金属粒子等が挙げられる。
【００２９】
（サブマイクロ銅粒子）
サブマイクロ銅粒子としては、粒径が０．１２μｍ以上０．８μｍ以下の銅粒子を含むものが挙げられ、例えば、体積平均粒径が０．１２μｍ以上０．８μｍ以下の銅粒子を用いることができる。サブマイクロ銅粒子の体積平均粒径が０．１２μｍ以上であれば、サブマイクロ銅粒子の合成コストの抑制、良好な分散性、表面処理剤の使用量の抑制といった効果が得られやすくなる。サブマイクロ銅粒子の体積平均粒径が０．８μｍ以下であれば、サブマイクロ銅粒子の焼結性が優れるという効果が得られやすくなる。より一層上記効果を奏するという観点から、サブマイクロ銅粒子の体積平均粒径は、０．１５μｍ以上０．８μｍ以下であってもよく、０．１５μｍ以上０．６μｍ以下であってもよく、０．２μｍ以上０．５μｍ以下であってもよく、０．３μｍ以上０．４５μｍ以下であってもよい。
【００３０】
なお、本願明細書において体積平均粒径とは、５０％体積平均粒径を意味する。銅粒子の体積平均粒径を求める場合、原料となる銅粒子、又は接合用銅ペーストから揮発成分を除去した乾燥銅粒子を、分散剤を用いて分散媒に分散させたものを光散乱法粒度分布測定装置（例えば、島津ナノ粒子径分布測定装置（ＳＡＬＤ−７５００ｎａｎｏ，株式会社島津製作所製））で測定する方法等により求めることができる。光散乱法粒度分布測定装置を用いる場合、分散媒としては、ヘキサン、トルエン、α−テルピネオール等を用いることができる。
【００３１】
サブマイクロ銅粒子は、粒径が０．１２μｍ以上０．８μｍ以下の銅粒子を１０質量％以上含むことができる。接合用銅ペーストの焼結性の観点から、サブマイクロ銅粒子は、粒径が０．１２μｍ以上０．８μｍ以下の銅粒子を２０質量％以上含むことができ、３０質量％以上含むことができ、１００質量％含むことができる。サブマイクロ銅粒子における粒径が０．１２μｍ以上０．８μｍ以下の銅粒子の含有割合が２０質量％以上であると、銅粒子の分散性がより向上し、粘度の上昇、ペースト濃度の低下をより抑制することができる。
【００３２】
銅粒子の粒径は、下記方法により求めることができる。銅粒子の粒径は、例えば、ＳＥＭ像から算出することができる。銅粒子の粉末を、ＳＥＭ用のカーボンテープ上にスパチュラで載せ、ＳＥＭ用サンプルとする。このＳＥＭ用サンプルをＳＥＭ装置により５０００倍で観察する。このＳＥＭ像の銅粒子に外接する四角形を画像処理ソフトにより作図し、その一辺をその粒子の粒径とする。
【００３３】
サブマイクロ銅粒子の含有量は、金属粒子の全質量を基準として、２０質量％以上９０質量％以下であってもよく、３０質量％以上８５質量％以下であってもよく、３５質量％以上８５質量％以下であってもよく、４０質量％以上８０質量％以下であってもよい。サブマイクロ銅粒子の含有量が上記範囲内であれば、接合用銅ペーストを焼結させて製造される接合体の接合強度を確保することが容易となり、接合用銅ペーストを半導体素子の接合に用いる場合は半導体装置が良好なダイシェア強度及び接続信頼性を示す傾向にある。
【００３４】
サブマイクロ銅粒子の含有量は、サブマイクロ銅粒子の質量及びフレーク状マイクロ銅粒子の質量の合計を基準として、２０質量％以上９０質量％以下であってもよい。サブマイクロ銅粒子の上記含有量が２０質量％以上であれば、フレーク状マイクロ銅粒子の間を充分に充填することができ、接合用銅ペーストを焼結させて製造される接合体の接合強度を確保することが容易となり、接合用銅ペーストを半導体素子の接合に用いる場合は半導体装置が良好なダイシェア強度及び接続信頼性を示す傾向にある。サブマイクロ銅粒子の上記含有量が９０質量％以下であれば、接合用銅ペーストを焼結した時の体積収縮を充分に抑制できるため、接合用銅ペーストを焼結させて製造される接合体の接合強度を確保することが容易となり、接合用銅ペーストを半導体素子の接合に用いる場合は半導体装置が良好なダイシェア強度及び接続信頼性を示す傾向にある。より一層上記効果を奏するという観点から、サブマイクロ銅粒子の含有量は、サブマイクロ銅粒子の質量及びフレーク状マイクロ銅粒子の質量の合計を基準として、３０質量％以上８５質量％以下であってもよく、３５質量％以上８５質量％以下であってもよく、４０質量％以上８０質量％以下であってもよい。
【００３５】
サブマイクロ銅粒子の形状は、特に限定されるものではない。サブマイクロ銅粒子の形状としては、例えば、球状、塊状、針状、フレーク状、略球状及びこれらの凝集体が挙げられる。分散性及び充填性の観点から、サブマイクロ銅粒子の形状は、球状、略球状、フレーク状であってもよく、燃焼性、分散性、フレーク状マイクロ粒子との混合性等の観点から、球状又は略球状であってもよい。本明細書において、「フレーク状」とは、板状、鱗片状等の平板状の形状を包含する。
【００３６】
サブマイクロ銅粒子は、分散性、充填性、及びフレーク状マイクロ粒子との混合性の観点から、アスペクト比が５以下であってもよく、３以下であってもよい。本明細書において、「アスペクト比」とは、粒子の長辺／厚みを示す。粒子の長辺及び厚みの測定は、例えば、粒子のＳＥＭ像から求めることができる。
【００３７】
サブマイクロ銅粒子は、特定の表面処理剤で処理されていてもよい。特定の表面処理剤としては、例えば、炭素数８〜１６の有機酸が挙げられる。炭素数８〜１６の有機酸としては、例えば、カプリル酸、メチルヘプタン酸、エチルヘキサン酸、プロピルペンタン酸、ペラルゴン酸、メチルオクタン酸、エチルヘプタン酸、プロピルヘキサン酸、カプリン酸、メチルノナン酸、エチルオクタン酸、プロピルヘプタン酸、ブチルヘキサン酸、ウンデカン酸、メチルデカン酸、エチルノナン酸、プロピルオクタン酸、ブチルヘプタン酸、ラウリン酸、メチルウンデカン酸、エチルデカン酸、プロピルノナン酸、ブチルオクタン酸、ペンチルヘプタン酸、トリデカン酸、メチルドデカン酸、エチルウンデカン酸、プロピルデカン酸、ブチルノナン酸、ペンチルオクタン酸、ミリスチン酸、メチルトリデカン酸、エチルドデカン酸、プロピルウンデカン酸、ブチルデカン酸、ペンチルノナン酸、ヘキシルオクタン酸、ペンタデカン酸、メチルテトラデカン酸、エチルトリデカン酸、プロピルドデカン酸、ブチルウンデカン酸、ペンチルデカン酸、ヘキシルノナン酸、パルミチン酸、メチルペンタデカン酸、エチルテトラデカン酸、プロピルトリデカン酸、ブチルドデカン酸、ペンチルウンデカン酸、ヘキシルデカン酸、ヘプチルノナン酸、メチルシクロヘキサンカルボン酸、エチルシクロヘキサンカルボン酸、プロピルシクロヘキサンカルボン酸、ブチルシクロヘキサンカルボン酸、ペンチルシクロヘキサンカルボン酸、ヘキシルシクロヘキサンカルボン酸、ヘプチルシクロヘキサンカルボン酸、オクチルシクロヘキサンカルボン酸、ノニルシクロヘキサンカルボン酸等の飽和脂肪酸；オクテン酸、ノネン酸、メチルノネン酸、デセン酸、ウンデセン酸、ドデセン酸、トリデセン酸、テトラデセン酸、ミリストレイン酸、ペンタデセン酸、ヘキサデセン酸、パルミトレイン酸、サビエン酸等の不飽和脂肪酸；テレフタル酸、ピロメリット酸、ｏ−フェノキシ安息香酸、メチル安息香酸、エチル安息香酸、プロピル安息香酸、ブチル安息香酸、ペンチル安息香酸、ヘキシル安息香酸、ヘプチル安息香酸、オクチル安息香酸、ノニル安息香酸等の芳香族カルボン酸が挙げられる。有機酸は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。このような有機酸と上記サブマイクロ銅粒子とを組み合わせることで、サブマイクロ銅粒子の分散性と焼結時における有機酸の脱離性とを両立できる傾向にある。
【００３８】
表面処理剤の処理量は、サブマイクロ銅粒子の表面に一分子層〜三分子層付着する量であってもよい。この量は、サブマイクロ銅粒子の表面に付着した分子層数（ｎ）、サブマイクロ銅粒子の比表面積（Ａｐ）(単位ｍ２／ｇ）と、表面処理剤の分子量（Ｍｓ）（単位ｇ／ｍｏｌ）と、表面処理剤の最小被覆面積（ＳＳ）（単位ｍ２／個）と、アボガドロ数（ＮＡ）（６．０２×１０２３個）から算出できる。具体的には、表面処理剤の処理量は、表面処理剤の処理量（質量％）＝｛（ｎ・Ａｐ・Ｍｓ）／（ＳＳ・ＮＡ＋ｎ・Ａｐ・Ｍｓ）｝×１００％の式に従って算出される。
【００３９】
サブマイクロ銅粒子の比表面積は、乾燥させたサブマイクロ銅粒子をＢＥＴ比表面積測定法で測定することで算出できる。表面処理剤の最小被覆面積は、表面処理剤が直鎖飽和脂肪酸の場合、２．０５×１０−１９ｍ２／１分子である。それ以外の表面処理剤の場合には、例えば、分子モデルからの計算、又は「化学と教育」（上江田捷博、稲福純夫、森巌、４０（２），１９９２，ｐ１１４−１１７）に記載の方法で測定できる。表面処理剤の定量方法の一例を示す。表面処理剤は、接合用銅ペーストから分散媒を除去した乾燥粉の熱脱離ガス・ガスクロマトグラフ質量分析計により同定でき、これにより表面処理剤の炭素数及び分子量を決定できる。表面処理剤の炭素分割合は、炭素分分析により分析できる。炭素分分析法としては、例えば、高周波誘導加熱炉燃焼／赤外線吸収法が挙げられる。同定された表面処理剤の炭素数、分子量及び炭素分割合から上記式により表面処理剤量を算出できる。
【００４０】
表面処理剤の上記処理量は、０．０７質量％以上２．１質量％以下であってもよく、０．１０質量％以上１．６質量％以下であってもよく、０．２質量％以上１．１質量％以下であってもよい。
【００４１】
上記サブマイクロ銅粒子は良好な焼結性を有するため、銅ナノ粒子を主に用いた接合材にみられる高価な合成コスト、良好でない分散性、焼結後の体積収縮の低下等の課題を低減することができる。
【００４２】
本実施形態に係るサブマイクロ銅粒子としては、市販されているものを用いることができる。市販されているサブマイクロ銅粒子としては、例えば、ＣＨ−０２００（三井金属鉱業株式会社製、体積平均粒径０．３６μｍ）、ＨＴ−１４（三井金属鉱業株式会社製、体積平均粒径０．４１μｍ）、ＣＴ−５００（三井金属鉱業株式会社製、体積平均粒径０．７２μｍ）、Ｔｎ−Ｃｕ１００（太陽日酸株式会社製、体積平均粒径０．１２μｍ）が挙げられる。
【００４３】
（フレーク状マイクロ銅粒子）
フレーク状マイクロ銅粒子としては、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が４以上の銅粒子を含むものが挙げられ、例えば、平均最大径が１μ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が４以上の銅粒子を用いることができる。フレーク状マイクロ銅粒子の平均最大径及びアスペクト比が上記範囲内であれば、接合用銅ペーストを焼結した際の体積収縮を充分に低減でき、接合用銅ペーストを焼結させて製造される接合体の接合強度を確保することが容易となる。接合用銅ペーストを半導体素子の接合に用いる場合は半導体装置が良好なダイシェア強度及び接続信頼性を示す傾向にある。より一層上記効果を奏するという観点から、フレーク状マイクロ銅粒子の平均最大径は、１μｍ以上１０μｍ以下であってもよく、３μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。フレーク状マイクロ銅粒子の最大径及び平均最大径の測定は、例えば、粒子のＳＥＭ像から求めることができ、後述するフレーク状マイクロ銅粒子の長径Ｘ及び長径の平均値Ｘａｖとして求められる。
【００４４】
フレーク状マイクロ銅粒子は、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下の銅粒子を５０質量％以上含むことができる。接合体内での配向、補強効果、接合ペーストの充填性の観点から、フレーク状マイクロ銅粒子は、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下の銅粒子を７０質量％以上含むことができ、８０質量％以上含むことができ、１００質量％含むことができる。接合不良を抑制する観点から、フレーク状マイクロ銅粒子は、例えば、最大径が２０μｍを超える粒子等の接合厚みを超えるサイズの粒子を含まないことが好ましい。
【００４５】
フレーク状マイクロ銅粒子は、アスペクト比が４以上であってもよく、６以上であってもよい。アスペクト比が上記範囲内であれば、接合用銅ペースト内のフレーク状マイクロ銅粒子が、接合面に対して略平行に配向することにより、接合用銅ペーストを焼結させたときの体積収縮を抑制でき、接合用銅ペーストを焼結させて製造される接合体の接合強度を確保することが容易となる。接合用銅ペーストを半導体素子の接合に用いる場合は半導体装置が良好なダイシェア強度及び接続信頼性を示す傾向にある。
【００４６】
フレーク状マイクロ銅粒子の含有量は、金属粒子の全質量を基準として、１質量％以上９０質量％以下であってもよく、１０質量％以上７０質量％以下であってもよく、２０質量％以上５０質量％以下であってもよい。フレーク状マイクロ銅粒子の含有量が、上記範囲内であれば、接合用銅ペーストを焼結させて製造される接合体の接合強度を確保することが容易となる。接合用銅ペーストを半導体素子の接合に用いる場合は半導体装置が良好なダイシェア強度及び接続信頼性を示す傾向にある。
【００４７】
サブマイクロ銅粒子の含有量及びフレーク状マイクロ銅粒子の含有量の合計は、金属粒子の全質量を基準として、８０質量％以上であってもよい。サブマイクロ銅粒子の含有量及びマイクロ銅粒子の含有量の合計が上記範囲内であれば、接合用銅ペーストを焼結した際の体積収縮を充分に低減でき、接合用銅ペーストを焼結させて製造される接合体の接合強度を確保することが容易となる。接合用銅ペーストを半導体素子の接合に用いる場合は半導体装置が良好なダイシェア強度及び接続信頼性を示す傾向にある。より一層上記効果を奏するという観点から、サブマイクロ銅粒子の含有量及びフレーク状マイクロ銅粒子の含有量の合計は、金属粒子の全質量を基準として、９０質量％以上であってもよく、９５質量％以上であってもよく、１００質量％であってもよい。
【００４８】
本実施形態に係るフレーク状マイクロ銅粒子の形状は、長径（最大径）Ｘ、中径Ｙ（幅）、短径（厚さ）Ｔというパラメータで規定することもできる。長径Ｘは、フレーク状マイクロ銅粒子の三次元形状において、フレーク状マイクロ銅粒子に外接する平行二平面のうち、この平行二平面間の距離が最大となるように選ばれる平行二平面の距離である。中径Ｙは、長径Ｘを与える平行二平面に直行し、且つ、フレーク状マイクロ銅粒子に外接する平行二平面のうち、この平行二平面間の距離が最大となるように選ばれる平行二平面の距離である。短径Ｔは、長径Ｘを与える平行二平面及び中径Ｙを与える平行二平面に直行し、且つ、フレーク状マイクロ銅粒子に外接する平行二平面のうち、平行二平面間の距離が最大となるように選ばれる平行二平面の距離である。
【００４９】
長径の平均値Ｘａｖは、１μｍ以上２０．０μｍ以下であってもよく、１μｍ以上１０μｍ以下であってもよく、３μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。Ｘａｖが上記範囲内であれば、接合用銅ペーストを焼結させて製造される接合体において、接合用銅ペーストの焼結体は適切な厚みで形成しやすい。
【００５０】
短径の平均値Ｔａｖに対する長径の平均値Ｘａｖの比（アスペクト比）であるＸａｖ／Ｔａｖは、４．０以上であってもよく、６．０以上であってもよく、１０．０以上であってもよい。Ｘａｖ／Ｔａｖが上記範囲内であれば、接合用銅ペースト内のフレーク状マイクロ銅粒子が、接合面に対して略平行に配向しやすくなり、接合用銅ペーストを焼結させたときの体積収縮を抑制でき、接合用銅ペーストを焼結させて製造される接合体の接合強度を確保することが容易となる。接合用銅ペーストを半導体素子の接合に用いる場合は半導体装置のダイシェア強度及び接続信頼性を向上させやすくなる。
【００５１】
中径の平均値Ｙａｖに対する長径の平均値Ｘａｖの比であるＸａｖ／Ｙａｖは、２．０以下であってもよく、１．７以下であってもよく、１・５以下であってもよい。Ｘａｖ／Ｙａｖが上記範囲内であれば、フレーク状マイクロ銅粒子の形状がある程度の面積を有するフレーク状の粒子となり、接合用銅ペースト内のフレーク状マイクロ銅粒子が接合面に対して略平行に配向しやすくなり、接合用銅ペーストを焼結させたときの体積収縮を抑制でき、接合用銅ペーストを焼結させて製造される接合体の接合強度を確保することが容易となる。接合用銅ペーストを半導体素子の接合に用いる場合は半導体装置のダイシェア強度及び接続信頼性を向上させやすくなる。Ｘａｖ／Ｙａｖが２．０を超える場合、フレーク状マイクロ銅粒子の形状が細長い線状に近づくことを意味する。
【００５２】
短径の平均値Ｔａｖに対する中径の平均値Ｙａｖの比であるＹａｖ／Ｔａｖは、２．５以上であってもよく、４．０以上であってもよく、８．０以上であってもよい。Ｙａｖ／Ｔａｖが上記範囲内であれば、接合用銅ペースト内のフレーク状マイクロ銅粒子が、接合面に対して略平行に配向しやすくなり、接合用銅ペーストを焼結させたときの体積収縮を抑制でき、接合用銅ペーストを焼結させて製造される接合体の接合強度を確保することが容易となる。接合用銅ペーストを半導体素子の接合に用いる場合は半導体装置のダイシェア強度及び接続信頼性を向上させやすくなる。
【００５３】
フレーク状マイクロ銅粒子の長径Ｘ及び中径ＹをＳＥＭ像から算出する方法を例示する。フレーク状マイクロ銅粒子の粉末を、ＳＥＭ用のカーボンテープ上にスパチュラで載せ、ＳＥＭ用サンプルとする。このＳＥＭ用サンプルをＳＥＭ装置により５０００倍で観察する。図１は、フレーク状マイクロ銅粒子の一例であるＭＡ−Ｃ０２５（三井金属鉱業株式会社製）を示すＳＥＭ像である。このＳＥＭ像のフレーク状マイクロ銅粒子９に外接する長方形を画像処理ソフトにより作図し、長方形の長辺をその粒子の長径Ｘ、長方形の短辺をその粒子の中径Ｙとする。複数のＳＥＭ像を用いて、この測定を５０個以上のフレーク状マイクロ銅粒子に対して行い、長径の平均値Ｘａｖ及び中径の平均値Ｙａｖを算出する。
【００５４】
フレーク状マイクロ銅粒子の短径ＴをＳＥＭ像から算出する方法を例示する。フレーク状マイクロ銅粒子を含む銅ペーストを銅基板上に印刷し、シリコンチップをマウントする。これをホットプレート等により、空気中、１００℃、３０分の条件で乾燥処理することで、銅板及びシリコンチップが乾燥した接合用銅ペーストによって弱く接着した接合物を調製する。接合物をエポキシ注形樹脂により硬化し、硬化サンプルを研磨紙により削り、接合物の中央付近の断面を出す。この断面をアルゴンイオンによりクロスセクションポリッシャ（ＣＰ）加工を行い、ＳＥＭ用サンプルとする。ＳＥＭ用サンプルをＳＥＭ装置により５０００倍で観察する。図６は、後述する実施例６の接合用銅ペーストをチップと基板の間に挟み、１００℃、３０分の乾燥処理を行った際の接合用銅ペーストの乾燥膜のＳＥＭ像である。ＳＥＭ像のフレーク状マイクロ銅粒子に由来する形状に対し、外接する長方形を画像処理ソフトにより作図し、長方形の短辺をその粒子の短径Ｔとする。複数のＳＥＭ像を用いて、この測定を５０個以上のフレーク状マイクロ銅粒子に対して行い、短径の平均値Ｔａｖを算出する。
【００５５】
画像処理ソフトとしては、特に限定されるものではなく、例えば、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  ＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔ（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ社製）、ＩｍａｇｅＪ（アメリカ国立衛生研究所製）を用いることができる。
【００５６】
フレーク状マイクロ銅粒子において、表面処理剤の処理の有無は特に限定されるものではない。分散安定性及び耐酸化性の観点から、フレーク状マイクロ銅粒子は表面処理剤で処理されていてもよい。表面処理剤は、接合時に除去されるものであってもよい。このような表面処理剤としては、例えば、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、オレイン酸等の脂肪族カルボン酸；テレフタル酸、ピロメリット酸、ｏ−フェノキシ安息香酸等の芳香族カルボン酸；セチルアルコール、ステアリルアルコール、イソボルニルシクロヘキサノール、テトラエチレングリコール等の脂肪族アルコール；ｐ−フェニルフェノール等の芳香族アルコール；オクチルアミン、ドデシルアミン、ステアリルアミン等のアルキルアミン；ステアロニトリル、デカニトリル等の脂肪族ニトリル；アルキルアルコキシシラン等のシランカップリング剤；ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、シリコーンオリゴマー等の高分子処理剤などが挙げられる。表面処理剤は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
【００５７】
表面処理剤の処理量は、粒子表面に一分子層以上の量であってもよい。このような表面処理剤の処理量は、フレーク状マイクロ銅粒子の比表面積、表面処理剤の分子量、及び表面処理剤の最小被覆面積により変化する。表面処理剤の処理量は、通常０．００１質量％以上である。フレーク状マイクロ銅粒子の比表面積、表面処理剤の分子量、及び表面処理剤の最小被覆面積については、上述した方法により算出することができる。
【００５８】
上記サブマイクロ銅粒子のみから接合用銅ペーストを調製する場合、分散媒の乾燥に伴う体積収縮及び焼結収縮が大きいため、接合用銅ペーストの焼結時に被着面より剥離しやすくなり、半導体素子等の接合においては充分なダイシェア強度及び接続信頼性が得られにくい。サブマイクロ銅粒子とフレーク状マイクロ銅粒子とを併用することで、接合用銅ペーストを焼結させたときの体積収縮が抑制され、接合体は充分な接合強度を有することができる。接合用銅ペーストを半導体素子の接合に用いる場合は半導体装置が良好なダイシェア強度及び接続信頼性を示すという効果が得られる。
【００５９】
本実施形態の接合用銅ペーストにおいて、金属粒子に含まれる、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が２未満のマイクロ銅粒子の含有量は、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が４以上のフレーク状マイクロ銅粒子全量を基準として、５０質量％以下が好ましく、３０質量％以下とすることがより好ましい。最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が２未満のマイクロ銅粒子の含有量を制限することにより、接合用銅ペースト内のフレーク状マイクロ銅粒子が、接合面に対して略平行に配向しやすくなり、接合用銅ペーストを焼結させたときの体積収縮をより有効に抑制することができる。これにより、接合用銅ペーストを焼結させて製造される接合体の接合強度を確保することが容易となり、接合用銅ペーストを半導体素子の接合に用いる場合は半導体装置のダイシェア強度及び接続信頼性を向上させやすくなる。このような効果が更に得られやすくなる点で、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が２未満のマイクロ銅粒子の含有量は、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が４以上のフレーク状マイクロ銅粒子全量を基準として、２０質量％以下であってもよく、１０質量％以下であってもよい。
【００６０】
本実施形態に係るフレーク状マイクロ銅粒子としては、市販されているものを用いることができる。市販されているフレーク状マイクロ銅粒子としては、例えば、ＭＡ−Ｃ０２５（三井金属鉱業株式会社製、平均最大径４．１μｍ）、３Ｌ３（福田金属箔粉工業株式会社製、体積最大径７．３μｍ）、１１１０Ｆ（三井金属鉱業株式会社製、平均最大径５．８μｍ）、２Ｌ３（福田金属箔粉工業株式会社製、平均最大径９μｍ）が挙げられる。
【００６１】
本実施形態の接合用銅ペーストにおいては、配合するマイクロ銅粒子として、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が４以上のフレーク状マイクロ銅粒子を含み、且つ、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が２未満のマイクロ銅粒子の含有量が、上記フレーク状マイクロ銅粒子全量を基準として、５０質量％以下、好ましくは３０質量％以下であるマイクロ銅粒子を用いることができる。市販されているフレーク状マイクロ銅粒子を用いる場合、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が４以上のフレーク状マイクロ銅粒子を含み、且つ、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が２未満のマイクロ銅粒子の含有量が、上記フレーク状マイクロ銅粒子全量を基準として、５０質量％以下、好ましくは３０質量％以下であるものを選定してもよい。
【００６２】
（銅粒子以外のその他の金属粒子）
金属粒子としては、サブマイクロ銅粒子及びマイクロ銅粒子以外のその他の金属粒子を含んでいてもよく、例えば、ニッケル、銀、金、パラジウム、白金等の粒子を含んでいてもよい。その他の金属粒子は、体積平均粒径が０．０１μｍ以上１０μｍ以下であってもよく、０．０１μｍ以上５μｍ以下であってもよく、０．０５μｍ以上３μｍ以下であってもよい。その他の金属粒子を含んでいる場合、その含有量は、充分な接合性を得るという観点から、金属粒子の全質量を基準として、２０質量％未満であってもよく、１０質量％以下であってもよい。その他の金属粒子は、含まれなくてもよい。その他の金属粒子の形状は、特に限定されるものではない。
【００６３】
銅粒子以外の金属粒子を含むことで、複数種の金属が固溶又は分散した焼結体を得ることができるため、焼結体の降伏応力、疲労強度等の機械的な特性が改善され、接続信頼性が向上しやすい。また、複数種の金属粒子を添加することで、接合用銅ペーストの焼結体は、特定の被着体に対して充分な接合強度を有することができる。接合用銅ペーストを半導体素子の接合に用いる場合は半導体装置のダイシェア強度及び接続信頼性が向上しやすい。
【００６４】
（分散媒）
分散媒は特に限定されるものではなく、揮発性のものであってもよい。揮発性の分散媒としては、例えば、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、デカノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、α−テルピネオール、イソボルニルシクロヘキサノール（ＭＴＰＨ）等の一価及び多価アルコール類；エチレングリコールブチルエーテル、エチレングリコールフェニルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルエーテル、ジエチレングリコールブチルエーテル、ジエチレングリコールイソブチルエーテル、ジエチレングリコールヘキシルエーテル、トリエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、ジエチレングリコールイソプロピルメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールエチルエーテル、ジプロピレングリコールプロピルエーテル、ジプロピレングリコールブチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類；エチレングリコールエチルエーテルアセテート、エチレングリコールブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＤＰＭＡ）、乳酸エチル、乳酸ブチル、γ−ブチロラクトン、炭酸プロピレン等のエステル類；Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等の酸アミド；シクロヘキサノン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン等の脂肪族炭化水素；ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素；炭素数１〜１８のアルキル基を有するメルカプタン類；炭素数５〜７のシクロアルキル基を有するメルカプタン類が挙げられる。炭素数１〜１８のアルキル基を有するメルカプタン類としては、例えば、エチルメルカプタン、ｎ−プロピルメルカプタン、ｉ−プロピルメルカプタン、ｎ−ブチルメルカプタン、ｉ−ブチルメルカプタン、ｔ−ブチルメルカプタン、ペンチルメルカプタン、ヘキシルメルカプタン及びドデシルメルカプタンが挙げられる。炭素数５〜７のシクロアルキル基を有するメルカプタン類としては、例えば、シクロペンチルメルカプタン、シクロヘキシルメルカプタン及びシクロヘプチルメルカプタンが挙げられる。
【００６５】
分散媒の含有量は、金属粒子の全質量を１００質量部として、５〜５０質量部であってもよい。分散媒の含有量が上記範囲内であれば、接合用銅ペーストをより適切な粘度に調整でき、また、銅粒子の焼結を阻害しにくい。
【００６６】
（添加剤）
接合用銅ペーストには、必要に応じて、ノニオン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤等の濡れ向上剤；シリコーン油等の消泡剤；無機イオン交換体等のイオントラップ剤などを適宜添加してもよい。
【００６７】
本実施形態の接合用銅ペーストの一態様としては、上記金属粒子が、体積平均粒径が０．１２μｍ以上０．８μｍ以下、好ましくは０．１５μｍ以上０．８μｍ以下であるサブマイクロ銅粒子と、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が４以上のフレーク状マイクロ銅粒子とを含み、且つ、金属粒子に含まれる、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が２未満のマイクロ銅粒子の含有量が、上記フレーク状マイクロ銅粒子全量を基準として、５０質量％以下、好ましくは３０質量％以下である接合用銅ペーストが挙げられる。
【００６８】
上記接合用銅ペーストとしては、
（１）体積平均粒径が０．１２μｍ以上０．８μｍ以下、好ましくは０．１５μｍ以上０．８μｍ以下であるサブマイクロ銅粒子と、
（２）平均最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が４以上のフレーク状マイクロ銅粒子を含み、且つ、平均最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が２未満のマイクロ銅粒子の含有量が、フレーク状マイクロ銅粒子全量を基準として、５０質量％以下、好ましくは３０質量％以下であるマイクロ銅粒子と、
を配合してなるものが挙げられる。
【００６９】
また、本実施形態の接合用銅ペーストの別の態様としては、金属粒子と、分散媒と、を含み、金属粒子が、最大径が０．１２μｍ以上０．８μｍ以下、好ましくは０．１５μｍ以上０．８μｍ以下であるサブマイクロ銅粒子と、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が４以上のフレーク状マイクロ銅粒子とを含み、且つ、金属粒子に含まれる、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が２未満のマイクロ銅粒子の含有量が、フレーク状マイクロ銅粒子全量を基準として、５０質量％以下、好ましくは３０質量％以下である接合用銅ペーストが挙げられる。粒子の最大径は、原料となる銅粒子、又は接合用銅ペーストから揮発成分を除去した乾燥銅粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察する方法により求められる。本実施形態におけるサブマイクロ銅粒子及びフレーク状マイクロ銅粒子の含有量は、上述した範囲と同様とすることができる。
【００７０】
（接合用銅ペーストの調製）
接合用銅ペーストは、上述のサブマイクロ銅粒子、フレーク状マイクロ銅粒子、その他の金属粒子及び任意の添加剤を分散媒に混合して調製することができる。各成分の混合後に、撹拌処理を行ってもよい。接合用銅ペーストは、分級操作により分散液の最大粒径を調整してもよい。このとき、分散液の最大粒径は２０μｍ以下とすることができ、１０μｍ以下とすることもできる。
【００７１】
接合用銅ペーストは、サブマイクロ銅粒子、表面処理剤、分散媒をあらかじめ混合して、分散処理を行ってサブマイクロ銅粒子の分散液を調製し、更にフレーク状マイクロ銅粒子、その他の金属粒子及び任意の添加剤を混合して調製してもよい。このような手順とすることで、サブマイクロ銅粒子の分散性が向上してフレーク状マイクロ銅粒子との混合性が良くなり、接合用銅ペーストの性能がより向上する。サブマイクロ銅粒子の分散液を分級操作によって凝集物を除去してもよい。
【００７２】
撹拌処理は、撹拌機を用いて行うことができる。撹拌機としては、例えば、自転公転型攪拌装置、ライカイ機、二軸混練機、三本ロールミル、プラネタリーミキサー、薄層せん断分散機が挙げられる。
【００７３】
分級操作は、例えば、ろ過、自然沈降、遠心分離を用いて行うことができる。ろ過用のフィルタとしては、例えば、金属メッシュ、メタルフィルター、ナイロンメッシュが挙げられる。
【００７４】
分散処理としては、例えば、薄層せん断分散機、ビーズミル、超音波ホモジナイザー、ハイシアミキサー、狭ギャップ三本ロールミル、湿式超微粒化装置、超音速式ジェットミル、超高圧ホモジナイザーが挙げられる。
【００７５】
接合用銅ペーストは、成型する場合には各々の印刷・塗布手法に適した粘度に調整してもよい。接合用銅ペーストの粘度としては、例えば、２５℃におけるＣａｓｓｏｎ粘度が０．０５Ｐａ・ｓ以上２．０Ｐａ・ｓ以下であってもよく、０．０６Ｐａ・ｓ以上１．０Ｐａ・ｓ以下であってもよい。
【００７６】
本実施形態の接合用銅ペーストは、部材上に又は部材間に、塗布等の方法により設けたときに、フレーク状マイクロ銅粒子が部材との界面（ペースト層と部材との界面）に対し、略平行に配向しやすい。このとき、フレーク状マイクロ銅粒子が界面に対してどれほど水平であるかを、配向秩序度Ｓによって表すことができる。配向秩序度Ｓは式（１）により算出することができる。
Ｓ＝１／２×（３＜ｃｏｓ２θ＞−１）・・・（１）
式中、θは界面とフレーク状マイクロ銅粒子との成す角度を示し、＜ｃｏｓ２θ＞は複数のｃｏｓ２θの値の平均値を示す。
配向秩序度Ｓは、０．８８以上１．００以下であることができる。配向秩序度Ｓがこのような範囲内であれば、接合用銅ペースト内のフレーク状マイクロ銅粒子が、接合面に対して略平行に配向する。そのため、接合用銅ペーストを焼結させたときの体積収縮を抑制でき、接合用銅ペーストを焼結させて製造される接合体の接合強度を確保することが容易となり、接合用銅ペーストを半導体素子の接合に用いる場合は半導体装置のダイシェア強度及び接続信頼性を向上させやすくなる。
【００７７】
配向秩序度Ｓは、例えば、接合用銅ペーストの乾燥体のＳＥＭ像から求めることができる。以下に、配向秩序度ＳをＳＥＭ像から算出する方法を例示する。接合用銅ペーストを銅基板上に印刷し、シリコンチップをマウントする。これをホットプレート等により、空気中、１００℃、３０分の条件で焼結処理することで、銅板及びシリコンチップが乾燥した接合用銅ペーストによって弱く接着した接着物を調製する。この接着物をエポキシ注形樹脂で接着物全体が埋まるように注ぎ、硬化する。注形した接着物の観察したい断面付近で切断し、研磨で断面を削り、ＣＰ加工を行い、サンプルとする。サンプルの断面をＳＥＭ装置により５０００倍で観察する。得られた断面画像に対し、角度測定機能を有する画像処理ソフトを用いてフレーク状マイクロ銅粒子に由来する形状の長径が界面と成す角度を測定する。無作為に選んだ５０個以上のフレーク状マイクロ銅粒子に由来する形状でθを測定し、式（１）に代入することで配向秩序度Ｓを算出することができる。画像処理ソフトとしては、特に限定されるものではなく、例えば、ＩｍａｇｅＪ（アメリカ国立衛生研究所製）を用いることができる。配向秩序度Ｓは０から１の値をとり、完全配向状態で１、完全ランダム状態で０である。
【００７８】
本実施形態の接合用銅ペーストによれば、上述のサブマイクロ銅粒子と、上述のフレーク状マイクロ銅粒子とを併用し、特定のマイクロ銅粒子の含有量を制限することで、良好な焼結性を得ることができ、更に、焼結時の体積収縮を抑制することができる。そのため、本実施形態の接合用銅ペーストは、過度の加圧をすることなく、部材との接合力を確保することができ、接合用銅ペーストを焼結させて製造される接合体は充分な接合強度を有することができる。接合用銅ペーストを半導体素子の接合に用いる場合は半導体装置が良好なダイシェア強度及び接続信頼性を示す。すなわち、本実施形態の接合用銅ペーストは、無加圧接合用の接合材として用いてもよい。また、本実施形態の接合用銅ペーストによれば、比較的安価な銅粒子を用いることで、製造コストを抑えることができ、大量生産をすることができる。特に、本実施形態の接合用銅ペーストは、サブマイクロ銅粒子及びマイクロ銅粒子によって上述した効果を得ることができることから、高価な銅ナノ粒子を主成分とする接合材に比べて、より安価で且つ安定的に供給できるという利点を有する。これにより、例えば、半導体装置等の接合体を製造する場合に生産安定性を一層高めることが可能となる。
【００７９】
＜接合体及び半導体装置＞
以下、図面を参照しながら好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限られるものではない。
【００８０】
図２は、本実施形態の接合用銅ペーストを用いて製造される接合体の一例を示す模式断面図である。本実施形態の接合体１００は、第一の部材２と、第二の部材３と、第一の部材と第二の部材とを接合する上記接合用銅ペーストの焼結体１と、を備える。
【００８１】
第一の部材２及び第二の部材３としては、例えば、ＩＧＢＴ、ダイオード、ショットキーバリヤダイオード、ＭＯＳ−ＦＥＴ、サイリスタ、ロジック、センサー、アナログ集積回路、ＬＥＤ、半導体レーザー、発信器等の半導体素子、リードフレーム、金属板貼付セラミックス基板（例えばＤＢＣ）、ＬＥＤパッケージ等の半導体素子搭載用基材、銅リボン及び金属フレーム等の金属配線、金属ブロック等のブロック体、端子等の給電用部材、放熱板、水冷板などが挙げられる。
【００８２】
第一の部材２及び第二の部材３は、接合用銅ペーストの焼結体と接する面４ａ及び４ｂに金属を含んでいてもよい。金属としては、例えば、銅、ニッケル、銀、金、パラジウム、白金、鉛、錫、コバルト等が挙げられる。金属は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。また、焼結体と接する面は、上記金属を含む合金であってもよい。合金に用いられる金属としては、上記金属の他に、亜鉛、マンガン、アルミニウム、ベリリウム、チタン、クロム、鉄、モリブデン等が挙げられる。焼結体と接する面に金属を含む部材としては、例えば、各種金属メッキを有する部材、ワイヤ、金属メッキを有するチップ、ヒートスプレッダ、金属板が貼り付けられたセラミックス基板、各種金属メッキを有するリードフレーム又は各種金属からなるリードフレーム、銅板、銅箔が挙げられる。また、第二の部材３が半導体素子である場合、第一の部材２は、金属フレーム等の金属配線、金属ブロック等の熱伝導性及び導電性を有するブロック体などであってもよい。
【００８３】
接合体のダイシェア強度は、第一の部材及び第二の部材を充分に接合するという観点から、１０ＭＰａ以上であってもよく、１５ＭＰａ以上であってもよく、２０ＭＰａ以上であってもよく、３０ＭＰａ以上であってもよい。ダイシェア強度は、万能型ボンドテスタ（４０００シリーズ、ＤＡＧＥ社製）等を用いて測定することができる。
【００８４】
接合用銅ペーストの焼結体の熱伝導率は、放熱性及び高温化での接続信頼性という観点から、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であってもよく、１２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であってもよく、１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であってもよい。熱伝導率は、接合用銅ペーストの焼結体の熱拡散率、比熱容量、及び密度から、算出することができる。
【００８５】
接合体における、フレーク状マイクロ銅粒子の配向秩序度Ｓは、０．８８以上１．００以下とすることができる。接合体における配向秩序度Ｓは、乾燥した接合用銅ペーストによって弱く接着した接着物に代えて、接合体を分析対象とし、上述した方法で算出することができる。
【００８６】
以下、本実施形態の接合用銅ペーストを用いた接合体の製造方法について説明する。
【００８７】
本実施形態の接合用銅ペーストを用いた接合体の製造方法は、第一の部材、該第一の部材の自重が働く方向側に、上記接合用銅ペースト、及び第二の部材がこの順に積層された積層体を用意し、接合用銅ペーストを、第一の部材の自重、又は第一の部材の自重及び０．０１ＭＰａ以下の圧力を受けた状態で焼結する工程を備える。
【００８８】
上記積層体は、例えば、第二の部材の必要な部分に本実施形態の接合用銅ペーストを設け、次いで接合用銅ペースト上に第一の部材を配置することにより用意することができる。
【００８９】
本実施形態の接合用銅ペーストを、第二の部材の必要な部分に設ける方法としては、接合用銅ペーストを堆積させられる方法であればよい。このような方法としては、例えば、スクリーン印刷、転写印刷、オフセット印刷、ジェットプリンティング法、ディスペンサー、ジェットディスペンサ、ニードルディスペンサ、カンマコータ、スリットコータ、ダイコータ、グラビアコータ、スリットコート、凸版印刷、凹版印刷、グラビア印刷、ステンシル印刷、ソフトリソグラフ、バーコート、アプリケータ、粒子堆積法、スプレーコータ、スピンコータ、ディップコータ、電着塗装等を用いることができる。接合用銅ペーストの厚みは、１μｍ以上１０００μｍ以下であってもよく、１０μｍ以上５００μｍ以下であってもよく、５０μｍ以上２００μｍ以下であってもよく、１０μｍ以上３０００μｍ以下であってもよく、１５μｍ以上５００μｍ以下であってもよく、２０μｍ以上３００μｍ以下であってもよく、５μｍ以上５００μｍ以下であってもよく、１０μｍ以上２５０μｍ以下であってもよく、１５μｍ以上１５０μｍ以下であってもよい。
【００９０】
第二の部材上に設けられた接合用銅ペーストは、焼結時の流動及びボイドの発生を抑制する観点から、適宜乾燥させてもよい。乾燥時のガス雰囲気は大気中であってもよく、窒素、希ガス等の無酸素雰囲気中であってもよく、水素、ギ酸等の還元雰囲気中であってもよい。乾燥方法は、常温放置による乾燥であってもよく、加熱乾燥であってもよく、減圧乾燥であってもよい。加熱乾燥又は減圧乾燥には、例えば、ホットプレート、温風乾燥機、温風加熱炉、窒素乾燥機、赤外線乾燥機、赤外線加熱炉、遠赤外線加熱炉、マイクロ波加熱装置、レーザー加熱装置、電磁加熱装置、ヒーター加熱装置、蒸気加熱炉、熱板プレス装置等を用いることができる。乾燥の温度及び時間は、使用した分散媒の種類及び量に合わせて適宜調整してもよい。乾燥の温度及び時間としては、例えば、５０℃以上１８０℃以下で１分以上１２０分間以下乾燥させてもよい。
【００９１】
接合用銅ペースト上に第一の部材を配置する方法としては、例えば、チップマウンター、フリップチップボンダー、カーボン製又はセラミックス製の位置決め冶具が挙げられる。
【００９２】
積層体を加熱処理することで、接合用銅ペーストの焼結を行うことができる。加熱処理には、例えば、ホットプレート、温風乾燥機、温風加熱炉、窒素乾燥機、赤外線乾燥機、赤外線加熱炉、遠赤外線加熱炉、マイクロ波加熱装置、レーザー加熱装置、電磁加熱装置、ヒーター加熱装置、蒸気加熱炉等を用いることができる。
【００９３】
焼結時のガス雰囲気は、焼結体、第一の部材及び第二の部材の酸化抑制の観点から、無酸素雰囲気であってもよい。焼結時のガス雰囲気は、接合用銅ペーストの銅粒子の表面酸化物を除去するという観点から、還元雰囲気であってもよい。無酸素雰囲気としては、例えば、窒素、希ガス等の無酸素ガスの導入、又は真空下が挙げられる。還元雰囲気としては、例えば、純水素ガス中、フォーミングガスに代表される水素及び窒素の混合ガス中、ギ酸ガスを含む窒素中、水素及び希ガスの混合ガス中、ギ酸ガスを含む希ガス中等が挙げられる。
【００９４】
加熱処理時の到達最高温度は、第一の部材及び第二の部材への熱ダメージの低減及び歩留まりを向上させるという観点から、２５０℃以上４５０℃以下であってもよく、２５０℃以上４００℃以下であってもよく、２５０℃以上３５０℃以下であってもよい。到達最高温度が、２００℃以上であれば、到達最高温度保持時間が６０分以下において焼結が充分に進行する傾向にある。
【００９５】
到達最高温度保持時間は、分散媒を全て揮発させ、また、歩留まりを向上させるという観点から、１分以上６０分以下であってもよく、１分以上４０分未満であってもよく、１分以上３０分未満であってもよい。
【００９６】
本実施形態の接合用銅ペーストを用いることにより、積層体を焼結する際、無加圧での接合を行う場合であっても、接合体は充分な接合強度を有することができる。すなわち、接合用銅ペーストに積層した第一の部材による自重のみ、又は第一の部材の自重に加え、０．０１ＭＰａ以下、好ましくは０．００５ＭＰａ以下の圧力を受けた状態で、充分な接合強度を得ることができる。焼結時に受ける圧力が上記範囲内であれば、特別な加圧装置が不要なため歩留まりを損なうこと無く、ボイドの低減、ダイシェア強度及び接続信頼性をより一層向上させることができる。接合用銅ペーストが０．０１ＭＰａ以下の圧力を受ける方法としては、例えば、第一の部材上に重りを載せる方法等が挙げられる。
【００９７】
上記接合体において、第一の部材及び第二の部材の少なくとも一方は、半導体素子であってもよい。半導体素子としては、例えば、ダイオード、整流器、サイリスタ、ＭＯＳゲートドライバ、パワースイッチ、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ショットキーダイオード、ファーストリカバリダイオード等からなるパワーモジュール、発信機、増幅器、ＬＥＤモジュール等が挙げられる。このような場合、上記接合体は半導体装置となる。得られる半導体装置は充分なダイシェア強度及び接続信頼性を有することができる。
【００９８】
図３は、本実施形態の接合用銅ペーストを用いて製造される半導体装置の一例を示す模式断面図である。図３に示す半導体装置１１０は、リードフレーム５ａ上に、本実施形態に係る接合用銅ペーストの焼結体１を介して接続された半導体素子８と、これらをモールドするモールドレジン７とからなる。半導体素子８は、ワイヤ６を介してリードフレーム５ｂに接続されている。
【００９９】
本実施形態の接合用銅ペーストを用いて製造される半導体装置としては、例えば、ダイオード、整流器、サイリスタ、ＭＯＳゲートドライバ、パワースイッチ、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ショットキーダイオード、ファーストリカバリダイオード等からなるパワーモジュール、発信機、増幅器、高輝度ＬＥＤモジュール、センサー等が挙げられる。
【０１００】
上記半導体装置は、上述した接合体の製造方法と同様にして製造することができる。すなわち、半導体装置の製造方法は、第一の部材及び第二の部材の少なくとも一方に半導体素子を用い、第一の部材、該第一の部材の自重が働く方向側に、上記接合用銅ペースト、及び第二の部材がこの順に積層された積層体を用意し、接合用銅ペーストを、第一の部材の自重、又は第一の部材の自重及び０．０１ＭＰａ以下の圧力を受けた状態で焼結する工程を備える。例えば、リードフレーム５ａ上に接合用銅ペーストを設け、半導体素子８を配置して加熱する工程が挙げられる。得られる半導体装置は、無加圧での接合を行った場合であっても、充分なダイシェア強度及び接続信頼性を有することができる。本実施形態の半導体装置は、充分な接合力を有し、熱伝導率及び融点が高い銅の焼結体を備えることにより、充分なダイシェア強度を有し、接続信頼性に優れるとともに、パワーサイクル耐性にも優れたものになり得る。
【０１０１】
上記の方法は、第二の部材が半導体素子である場合、第一の部材として金属配線又はブロック体等を半導体素子に接合するときの半導体素子へのダメージを低減することができる。半導体素子上に金属配線又はブロック体等の部材を接合した半導体装置について、以下に説明する。
【０１０２】
係る半導体装置の一実施形態としては、第一の電極と、第一の電極と電気的に接続されている半導体素子と、金属配線を介して半導体素子と電気的に接続されている第二の電極と、を備え、半導体素子と金属配線との間、及び、金属配線と第二の電極との間に、上記接合用銅ペーストの焼結体を有するものが挙げられる。
【０１０３】
図４は、上記の半導体装置の一例を示す模式断面図である。図４に示される半導体装置２００は、第一の電極２２及び第二の電極２４を有する絶縁基板２１と、第一の電極２２上に上記接合用銅ペーストの焼結体１によって接合された半導体素子２３と、半導体素子２３と第二の電極２４とを電気的に接続する金属配線２５とを備える。金属配線２５と半導体素子２３、及び金属配線２５と第二の電極２４はそれぞれ接合用銅ペーストの焼結体１によって接合されている。また、半導体素子２３は、ワイヤ２７を介して第三の電極２６に接続されている。半導体装置２００は、絶縁基板２１の上記電極等が搭載されている面とは反対側に、銅板２８を備えている。半導体装置２００は、上記構造体が絶縁体２９で封止されている。半導体装置２００は、第一の電極２２上に半導体素子２３を１個有しているが、２個以上有していてもよい。この場合、複数ある半導体素子２３はそれぞれ接合用銅ペーストの焼結体１によって金属配線２５と接合することができる。
【０１０４】
図５は、半導体装置の別の例を示す模式断面図である。図５に示される半導体装置２１０は、半導体素子２３と金属配線２５との間にブロック体３０が設けられており、半導体素子２３とブロック体３０、及びブロック体３０と金属配線２５がそれぞれ接合用銅ペーストの焼結体１によって接合されていること以外は、図４に示される半導体装置２００と同様の構成を有する。なお、ブロック体３０の位置は適宜変更でき、例えば、第一の電極２２と半導体素子２３との間に設けられていてもよい。
【０１０５】
図６は、半導体装置の別の例を示す模式断面図である。図６に示される半導体装置２２０は、第一の電極２２上に、半導体素子２３及びブロック体３０並びにこれらを接合する接合用銅ペーストの焼結体１が更に設けられていること以外は、図５に示される半導体装置２１０と同様の構成を有する。半導体装置２２０は、第一の電極２２上に半導体素子を２個有しているが、３個以上有していてもよい。この場合も、３個以上ある半導体素子２３はそれぞれブロック体３０を介して接合用銅ペーストの焼結体１によって金属配線２５と接合することができる。なお、ブロック体３０の位置は適宜変更でき、例えば、第一の電極２２と半導体素子２３との間に設けられていてもよい。
【０１０６】
絶縁基板２１としては、例えば、アルミナ、窒化アルミ、窒化珪素等のセラミックス、高熱伝導粒子／樹脂コンポジット、ポリイミド樹脂、ポリマレイミド樹脂などが挙げられる。
【０１０７】
第一の電極２２、第二の電極２４及び第三の電極２６を構成する金属としては、例えば、銅、ニッケル、銀、金、パラジウム、白金、鉛、錫、コバルト等が挙げられる。これらの金属は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。また、電極は、接合用銅ペーストの焼結体１と接する面に上記金属を含む合金を有していてもよい。合金に用いられる金属としては、上記金属の他に、亜鉛、マンガン、アルミニウム、ベリリウム、チタン、クロム、鉄、モリブデン等が挙げられる。
【０１０８】
金属配線としては、帯状、板状、立方体状、円筒状、Ｌ字状、コ字状、へ字状等の形状を有する金属フレームなどが挙げられる。金属配線の材質としては、例えば、銀、銅、鉄、アルミニウム、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、或いはこれらの合金が挙げられる。これら、金属配線表面には、耐酸化及び接着性のために、めっき、スパッタ等でニッケル、銅、金、銀などがコーティングされていてもよい。また、金属配線は、幅が１μｍ〜３０μｍであってもよく、厚みが２０μｍ〜５ｍｍであってもよい。
【０１０９】
ブロック体としては、熱伝導性及び導電性に優れるものが好ましく、例えば、銀、銅、鉄、アルミニウム、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、或いはこれらの合金を用いることができる。ブロック体表面には、耐酸化及び接着性のために、めっき、スパッタ等でニッケル、銅、金、銀などがコーティングされていてもよい。半導体素子上にブロック体を設けることで、放熱性が更に向上する。ブロック体の数は適宜変更することができる。
【０１１０】
絶縁体２９としては、例えば、シリコーンゲル、ポリマレイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等が挙げられる。
【０１１１】
図４〜６に示される半導体装置は、大容量で高信頼性を要求されるパワーモジュールに用いることができる。
【０１１２】
図４〜６に示される半導体装置は、例えば、第一の電極及び第二の電極を備える絶縁基板を用意し、第一の電極上に接合用銅ペースト、半導体素子、必要に応じて更に接合用銅ペースト、ブロック体、接合用銅ペーストを、第一の電極側からこの順に設け、第二の電極上に接合用銅ペーストを設け、半導体素子又はブロック体上の接合用銅ペースト及び第二の電極上の接合用銅ペースト上に、これらの接合用銅ペーストを架橋するように金属配線を配置する工程と、接合用銅ペーストを、各部材の自重又は各部材の自重及び０．０１ＭＰａ以下の圧力を受けた状態で焼結する工程とを備える方法により製造することができる。
【０１１３】
このような製造方法によれば、無加圧で半導体装置を製造することができるため、ブリッジ部を有する金属配線を変形することなく接合できることに加え、半導体素子上に半導体素子よりも面積の小さい部材を接合する場合であっても半導体素子に対するダメージをより軽減することができる。
【０１１４】
図７は、半導体装置の更に別の例を示す模式断面図である。図７に示される半導体装置３００は、第一の電極２２と、第一の電極２２上に接合用銅ペーストの焼結体１によって接合された半導体素子２３と、半導体素子２３と第二の電極２４とを電気的に接続する金属配線２５とを備える。金属配線２５と半導体素子２３、及び金属配線２５と第二の電極２４はそれぞれ接合用銅ペーストの焼結体１によって接合されている。また、半導体素子２３は、ワイヤ２７を介して第三の電極２６に接続されている。半導体装置３００は、上記構造体が封止材３１で封止されている。半導体装置３００は、第一の電極２２上に半導体素子２３を１個有しているが、２個以上有していてもよい。この場合、複数ある半導体素子２３はそれぞれ接合用銅ペーストの焼結体１によって金属配線２５と接合することができる。
【０１１５】
図８は、半導体装置の別の例を示す模式断面図である。図８に示す半導体装置３１０は、半導体素子２３と金属配線２５との間にブロック体３０が設けられており、半導体素子２３とブロック体３０、及びブロック体３０と金属配線２５がそれぞれ接合用銅ペーストの焼結体１によって接合されていること以外は、図７に示される半導体装置３００と同様の構成を有する。なお、ブロック体３０の位置は適宜変更でき、例えば、第一の電極２２と半導体素子２３との間に設けられていてもよい。
【０１１６】
図９は、半導体装置の別の例を示す模式断面図である。図９に示される半導体装置３２０は、第一の電極２２上に、半導体素子２３及びブロック体３０並びにこれらを接合する接合用銅ペーストの焼結体１が更に設けられていること以外は、図８に示される半導体装置３１０と同様の構成を有する。半導体装置３２０は、第一の電極２２上に半導体素子を２個有しているが、３個以上有していてもよい。この場合も、３個以上ある半導体素子２３はそれぞれブロック体３０を介して接合用銅ペーストの焼結体１によって金属配線２５と接合することができる。なお、ブロック体３０の位置は適宜変更でき、例えば、第一の電極２２と半導体素子２３との間に設けられていてもよい。
【０１１７】
図７〜９に示される第一の電極２２及び第二の電極２４は、リードフレーム、銅板、銅・モリブデン焼結体等であってもよい。
【０１１８】
封止材３１としては、例えば、耐熱性固形封止材、高熱伝導コンポジット等が挙げられる。
【０１１９】
接合用銅ペーストの焼結体１は、半導体装置２００〜２２０で説明したものと同様にすることができる。
【０１２０】
図７〜９に示す実施形態の半導体装置は、第一の電極及び第二の電極としてリードフレーム等を採用することで、小型化したパワーモジュールに用いることができる。このような半導体装置は、上述した半導体装置の製造方法と同様にして製造することができる。
【０１２１】
更に、半導体素子上にブロック体を接合した構造を有する半導体装置の別の実施形態について説明する。
【０１２２】
上記の半導体装置としては、第一の熱伝導部材と、第二の熱伝導部材と、第一の熱伝導部材及び第二の熱伝導部材の間に配置される半導体素子と、を備え、第一の熱伝導部材と半導体素子との間、及び、半導体素子と第二の熱伝導部材との間のうちの少なくとも一方の間に上記接合用銅ペーストの焼結体を有するものが挙げられる。
【０１２３】
図１０は、本実施形態の一例を示す模式断面図である。図１０に示す半導体装置４００は、第一の熱伝導部材３２と、第一の熱伝導部材３２上に接合用銅ペーストの焼結体１を介して接合された半導体素子２３と、半導体素子２３上に接合用銅ペーストの焼結体１を介して接合されたブロック体３０と、ブロック体３０上に接合用銅ペーストの焼結体１を介して接合された第二の熱伝導部材３３と、を備える。半導体素子２３は、ワイヤ３５を介して電極３４に接続されている。半導体装置４００は、第一の熱伝導部材３２と第二の熱伝導部材の間が封止材３１で封止されている。半導体装置４００は、半導体素子を２個有しているが、１個又は３個以上有していてもよく、ブロック体の数も適宜変更することができる。なお、ブロック体３０の位置は適宜変更でき、例えば、第一の電極２２と半導体素子２３との間に設けられていてもよい。
【０１２４】
熱伝導部材は、半導体素子２３から発生した熱を外部へ放出する機能、及び半導体素子を外部と電気的に接続するための電極としての機能を併せ持つものである。このような熱伝導部材には、例えば、銅、アルミニウム、又はこれらの合金が用いられる。
【０１２５】
図１０に示す半導体装置は、半導体素子の両面側に熱伝導部材を備えることで、放熱性に優れる両面冷却構造を有することができる。このような半導体装置は、第一の熱伝導部材上に接合用銅ペースト、半導体素子、接合用銅ペースト、ブロック体、接合用銅ペースト、第二の熱伝導部材を、第一の熱伝導部材側からこの順に積層した積層体を用意し、接合用銅ペーストを、各部材の自重又は各部材の自重及び０．０１ＭＰａ以下の圧力を受けた状態で焼結する工程を備える方法により、製造することができる。なお、上記積層体は、上記とは逆の順に積層されたものであってもよい。
【実施例】
【０１２６】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。【０１２７】
＜測定条件＞
各実施例及び比較例における各特性の測定は、以下の方法により行った。
（１）フレーク状マイクロ銅粒子の長径（最大径）及び中径の算出、並びに長径の平均値及び中径の平均値の算出
フレーク状マイクロ銅粒子を、ＳＥＭ用のカーボンテープ上にスパチュラで載せ、ＳＥＭ用サンプルとした。このＳＥＭ用サンプルをＳＥＭ装置（Ｐｈｉｌｉｐｓ社製  ＥＳＥＭ  ＸＬ３０、又は、日本電子株式会社製  ＮｅｏＳｃｏｐｅ  ＪＣＭ−５０００）により、印加電圧１０ｋＶで観察した。得られた２０００倍のＳＥＭ像をＭｉｃｒｏｓｏｆｔ  ＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔ（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ社製）で読み込んだ（読み込み時、画像サイズは高さ１７．０７ｃｍ×幅２２．７５ｃｍであった）。画像下部のスケールバー（本例では１０μｍを示すスケール）の端から端に対し、直線を引き、その直線の長さを記録した（本例では３．７ｃｍ）。続いて、フレーク状マイクロ銅粒子に由来する形状に外接するように長方形を描画した。あるフレーク状マイクロ銅粒子に由来する形状に対して、１．８１ｃｍ×１．３７ｃｍの長方形を描画した。ここで、長方形の長辺（この例では１．８１ｃｍ）をフレーク状マイクロ銅粒子の長径Ｘ、長方形の短辺（この例では１．３７ｃｍ）をフレーク状マイクロ銅粒子の中径Ｙとした。１０μｍのスケールバーが３．７ｃｍの直線という比率から、次のように長径Ｘと中径Ｙを算出した。
長径Ｘ＝１．８１ｃｍ×１０μｍ／３．７ｃｍ＝４．８９μｍ
中径Ｙ＝１．３７ｃｍ×１０μｍ／３．７ｃｍ＝３．７０μｍ
この操作を画面上のフレーク状マイクロ銅粒子に由来する形状に対し、重複無く繰り返した。ただし、画面端からはみ出て像が切断されているフレーク状マイクロ銅粒子に由来する形状は選択しなかった。５０個以上のフレーク状マイクロ銅粒子に由来する形状を測定し、測長結果の平均を計算した。この結果、フレーク状マイクロ銅粒子の長径の平均値Ｘａｖ及び中径の平均値Ｙａｖを得た。【０１２８】
（２）接合用銅ペーストの断面モルフォロジー観察
銅板（１９×２５×３ｍｍ３）上に厚さ７０μｍのステンレス板に３×３ｍｍ正方形の開口を３行３列有するメタルマスクを載せ、メタルスキージを用いてステンシル印刷により接合用銅ペーストを塗布した。塗布した接合用銅ペースト上に、チタン、ニッケルがこの順で形成され、３×３ｍｍ２の被着面がニッケルであるシリコンチップ（チップ厚：６００μｍ）を載せ、ピンセットで軽く押さえた。これをホットプレート（アズワン株式会社製、ＥＣ  ＨＯＴＰＬＡＴＥ  ＥＣ−１２００Ｎ）にセットし、空気中、１００℃、３０分の条件で乾燥処理した。これにより、銅板及びシリコンチップが乾燥した接合用銅ペーストによって弱く接着した接着物を得た。この接着物をカップ内にサンプルクリップ（Ｓａｍｐｌｋｌｉｐ  Ｉ、Ｂｕｅｈｌｅｒ社製）で固定し、周囲にエポキシ注形樹脂（エポマウント、リファインテック株式会社製）を接着物全体が埋まるまで流し込み、真空デシケータ内に静置して１分間減圧して脱泡した。その後、脱泡した接着物を室温で１０時間静置し、エポキシ注形樹脂を硬化し、サンプルを調製した。リファインソーエクセル（リファインテック株式会社製）を用いて、サンプルをシリコンチップ近傍で切断した。耐水研磨紙（カーボマックペーパー、リファインテック株式会社製）をつけた研磨装置（Ｒｅｆｉｎｅ  Ｐｏｌｉｓｈｅｒ  ＨＶ、リファインテック株式会社製）で、サンプルを接着物の中央付近まで削り断面を出した。研磨したサンプルは、余分なエポキシ注形樹脂を削り落とし、イオンミリング装置で加工できるサイズにした。イオンミリング装置（ＩＭ４０００、株式会社日立ハイテクノロジーズ製）をＣＰ加工モードで用い、アルゴンガス流量０．０７〜０．１ｃｍ３／ｍｉｎ、処理時間１２０分の条件で、サイズ加工したサンプルを断面加工してＳＥＭ用サンプルとした。このＳＥＭ用サンプルをＳＥＭ装置（日本電子株式会社製、ＮｅｏＳｃｏｐｅ  ＪＣＭ−５０００）により、印加電圧１０ｋＶで観察した。【０１２９】
（３）フレーク状マイクロ銅粒子の短径の算出
「（２）接合用銅ペーストの断面モルフォロジー観察」で得られた５０００倍のＳＥＭ像をＭｉｃｒｏｓｏｆｔ  ＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔ（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ社製）で読み込んだ（読み込み時、画像サイズは高さ９．９ｃｍ×幅１１．７４ｃｍであった）。画像下部のスケールバー（本例では５μｍを示すスケール）の端から端に対し、直線を引き、その直線の長さを記録した（本例では２．５ｃｍ）。続いて、フレーク状マイクロ銅粒子に由来する形状に外接するように長方形を描画した。あるフレーク状マイクロ銅粒子に由来する形状に対して、１．７９ｃｍ×０．３６ｃｍの長方形を描画した。ここで、長方形の長辺（この例では１．７９ｃｍ）はフレーク状マイクロ銅粒子の長径Ｘ又は中径Ｙに相当する。長方形の短辺（この例では０．３６ｃｍ）をフレーク状マイクロ銅粒子の短径Ｔとした。５μｍのスケールバーが２．５ｃｍの直線という比率から、次のように短径Ｔを算出した。
短径Ｔ＝０．３６ｃｍ×５μｍ／２．５ｃｍ＝０．７２μｍ
この操作を画面上のフレーク状マイクロ銅粒子に由来する形状に対し、重複無く繰り返した。ただし、画面端からはみ出て像が切断されているフレーク状マイクロ銅粒子は選択しなかった。５０個以上のフレーク状マイクロ銅粒子に由来する形状を測定し、測長結果の平均を計算した。この結果、フレーク状マイクロ銅粒子の短径の平均値Ｔａｖを得た。この短径の平均値Ｔａｖと、「（１）フレーク状マイクロ銅粒子の長径及び中径の算出」より得られた長径の平均値Ｘａｖと、中径の平均値Ｙａｖとを用いて、フレーク状マイクロ銅粒子における長径／中径（Ｘａｖ／Ｙａｖ）、長径／短径（Ｘａｖ／Ｔａｖ）、中径／短径（Ｙａｖ／Ｔａｖ）の比をそれぞれ算出した。【０１３０】
（４）接合用銅ペーストの配向秩序度の算出
「（２）接合用銅ペーストの断面モルフォロジー観察」で得られた５０００倍のＳＥＭ像をＩｍａｇｅＪ（アメリカ国立衛生研究所製）で読み込んだ。ＳＥＭ像としては、基板又はシリコンチップと接合用銅ペーストとの界面が写っているものを用いた。［Ｔ］キーを押してＲＯＩ  Ｍａｎａｇｅｒウインドウを表示し、Ｓｈｏｗ  Ａｌｌのチェックボックスにチェックを入れた。メインウインドウからＳｔｒａｉｇｈｔ  Ｌｉｎｅを選択した。画像上のフレーク状マイクロ銅粒子の断面の端から端までをクリック→ドラッグでラインを引き、［Ｔ］キーを押してＲＯＩ  Ｍａｎａｇｅｒウインドウに登録した。この操作を画面上のフレーク状マイクロ銅粒に由来する形状に対し、重複無く繰り返した。ただし、画面端からはみ出て像が切断されているフレーク状マイクロ銅粒に由来する形状は選択しなかった。次に、ＲＯＩ  Ｍａｎａｇｅｒウインドウ内のＭｅａｓｕｒｅボタンを押した。計測された角度がＲｅｓｕｌｔｓウインドウに表示されるので、［Ｆｉｌｅ］→［Ｓａｖｅ  Ａｓ］でファイルにセーブした。基板又はシリコンチップと接合用銅ペーストとの界面が画像に対し水平からずれている場合には、同様にしてその角度を計測した。セーブされた結果のファイルをＭｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｅｘｃｅｌで読み込んだ。基板又はシリコンチップと接合用銅ペーストとの界面が画像に対し水平からずれている場合には、測定された各角度データから接合界面の角度を減算した。各角度データθに対しｃｏｓ２θを求め、その平均値＜ｃｏｓ２θ＞を算出し、Ｓ＝１／２×（３＜ｃｏｓ２θ＞−１）に代入して配向秩序度Ｓを算出した。【０１３１】
（５）ダイシェア強度の測定
銅板（１９×２５×３ｍｍ３）上に厚さ７０μｍのステンレス板に３×３ｍｍ正方形の開口を３行３列有するメタルマスクを載せ、メタルスキージを用いてステンシル印刷により接合用銅ペーストを塗布した。塗布した接合用銅ペースト上に、チタン、ニッケルがこの順で形成され、３×３ｍｍ２の被着面がニッケルであるシリコンチップ（チップ厚：６００μｍ）を載せ、ピンセットで軽く押さえた。これをチューブ炉（株式会社エイブイシー製）にセットし、アルゴンガスを１Ｌ／ｍｉｎで流して空気をアルゴンガスに置換した。その後、水素ガスを３００ｍＬ／ｍｉｎで流しながら昇温１０分、３５０℃、１０分の条件で焼結処理して銅板とシリコンチップを銅焼結体で接合した接合体を得た。その後、アルゴンガスを０．３Ｌ／ｍｉｎに換えて冷却し、５０℃以下で接合体を空気中に取り出した。
接合体の接着強度は、ダイシェア強度により評価した。１ｋＮのロードセルを装着した万能型ボンドテスタ（４０００シリーズ、ＤＡＧＥ社製）を用い、測定スピード５００μｍ／ｓ、測定高さ１００μｍでシリコンチップを水平方向に押し、接合体のダイシェア強度を測定した。８個の接合体の測定した値の平均値をダイシェア強度とした。【０１３２】
（６）焼結体の密度
厚さ１ｍｍのテフロン（登録商標）板に１５×１５ｍｍ２の開口を設けた。ガラス板上にこのテフロン（登録商標）板を置き、開口部に接合用銅ペーストを充填し、メタルスキージで開口から溢れた銅ペーストを除去した。テフロン（登録商標）板をはずし、チューブ炉にセットし、アルゴンガスを０．３Ｌ／ｍｉｎで流しながら、１５０℃に加熱して１時間保持して分散媒を除去した。そのまま、ガスを水素ガス３００ｍＬ／ｍｉｎに換え、３５０℃に昇温して６０分焼結処理して、焼結体を得た。その後、アルゴンガスを０．３Ｌ／ｍｉｎに換えて冷却し、５０℃以下で焼結体を空気中に取り出した。板状の焼結体をガラス板から剥離し、紙やすり（８００番）で研磨して１０×１０ｍｍ２のサイズで表面が平坦な板状サンプルを得た。板状サンプルの縦、横、厚みの寸法を測定し、板状サンプルの重量を測定した。これらの値から板状サンプルの密度を算出した。【０１３３】
（７）接合体の断面モルフォロジー観察
「（５）ダイシェア強度の測定」に記載の方法で接合体を製造した。製造した接合体をカップ内にサンプルクリップ（Ｓａｍｐｌｋｌｉｐ  Ｉ、Ｂｕｅｈｌｅｒ社製）で固定し、周囲にエポキシ注形樹脂（エポマウント、リファインテック株式会社製）を接合体全体が埋まるまで流し込み、真空デシケータ内に静置して１分間減圧して脱泡した。その後、室温で１０時間静置し、エポキシ注形樹脂を硬化し、サンプルを調製した。リファインソーエクセル（リファインテック株式会社製）を用いて、サンプルをシリコンチップ近傍で切断した。耐水研磨紙（カーボマックペーパー、リファインテック株式会社製）をつけた研磨装置（Ｒｅｆｉｎｅ  Ｐｏｌｉｓｈｅｒ  ＨＶ、リファインテック株式会社製）で接合体の中央付近まで削り断面を出した。研磨したサンプルは、余分なエポキシ注形樹脂を削り落とし、イオンミリング装置で加工できるサイズにした。イオンミリング装置（ＩＭ４０００、株式会社日立ハイテクノロジーズ製）をＣＰ加工モードで用い、アルゴンガス流量０．０７〜０．１ｃｍ３／ｍｉｎ、処理時間１２０分の条件で、サイズ加工したサンプルを断面加工してＳＥＭ用サンプルとした。このＳＥＭ用サンプルをＳＥＭ装置（日本電子株式会社製、ＮｅｏＳｃｏｐｅ  ＪＣＭ−５０００）により、銅焼結体断面を印加電圧１０ｋＶで観察した。【０１３４】
（８）焼結体の配向秩序度の算出
「（７）接合体の断面モルフォロジー観察」で得られた５０００倍のＳＥＭ像をＩｍａｇｅＪ（アメリカ国立衛生研究所製）で読み込んだ。ＳＥＭ像としては、基板又はシリコンチップと接合用銅ペーストの界面が写っているものを用いた。「（４）接合用銅ペーストの配向秩序度の算出」と同様の手順で、接合体の配向秩序度Ｓを算出した。【０１３５】
（９）熱伝導率
「（６）焼結体の密度」で作製した板状サンプルを用い、熱拡散率をレーザーフラッシュ法（ＬＦＡ４６７、ネッチ社製）で測定した。この熱拡散率と、示差走査熱量測定装置（ＤＳＣ８５００、パーキンエルマー社製）で得られた比熱容量と、「（６）焼結体の密度」で求めた密度との積により、２５℃における焼結体の熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］を算出した。【０１３６】
（１０）温度サイクル接続信頼性試験
「（５）ダイシェア強度の測定」と同様にして、銅板（１９×２５×３ｍｍ３）と３×３ｍｍ２の被着面がニッケルであるシリコンチップ（チップ厚：６００μｍ）とを銅焼結体で接合した接合体を得た。接合体上にシリコーン樹脂（ＳＥ１８８０、東レ・ダウコーニング株式会社製）をシリコンチップが覆われるようにスポイトでコートし、減圧デシケータ内で３分脱泡した。脱泡後、７０℃にした温風循環オーブン内に３０分、１５０℃にした温風循環オーブン内に６０分保持することで硬化し、温度サイクル用試験片を得た。この温度サイクル用試験片を温度サイクル試験機（ＴＳＡ−７２ＳＥ−Ｗ、エスペック株式会社製）にセットし、低温側：−４０℃、高温側：２００℃、各ステップ：１５分、除霜サイクル：自動、サイクル数：３００サイクルの条件で温度サイクル接続信頼性試験を実施した。超音波探傷装置（インサイト  Ｉｎｓｉｇｈｔ−３００）を用い、温度サイクル接続信頼性試験前後の銅焼結体及び被着体界面の接合状態のＳＡＴ像を得て、剥離の有無を調べた。接合部の２０面積％以上が剥離した場合を不良（×）とした。【０１３７】
（実施例１）
分散媒としてα−テルピネオール（和光純薬工業株式会社製）０．５ｇ及びイソボルニルシクロヘキサノール（ＭＴＰＨ、日本テルペン化学株式会社製）０．５ｇと、サブマイクロ銅粒子としてＨＴ−１４（三井金属鉱業株式会社製）７ｇとをポリ瓶に混合し、超音波ホモジナイザー（ＵＳ−６００、日本精機株式会社製）により１９．６ｋＨｚ、６００Ｗ、１分処理し分散液を得た。この分散液に、フレーク状マイクロ銅粒子としてＭＡ−Ｃ０２５（三井金属鉱業株式会社製）３ｇを添加し、スパチュラで乾燥粉がなくなるまでかき混ぜた。ポリ瓶を密栓し、自転公転型攪拌装置（Ｐｌａｎｅｔｒｙ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｍｉｘｅｒ  ＡＲＶ−３１０、株式会社シンキー製）を用いて、２０００ｒｐｍで２分間撹拌し、減圧下、２０００ｒｐｍで２分間撹拌して接合用銅ペースト１を得た。この接合用銅ペースト１を用いて、各種の測定及び分析を行った。【０１３８】
なお、上記で用いたサブマイクロ銅粒子及びフレーク状マイクロ銅粒子における、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が４以上のフレーク状マイクロ銅粒子の含有量、及び最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が２未満のマイクロ銅粒子の含有量は、５０個以上の粒子について、測定して得られた粒子径分布から換算した。この換算値に基づき、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が４以上のフレーク状マイクロ銅粒子全量を基準とした、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が２未満のマイクロ銅粒子の含有割合を算出した。【０１３９】
（実施例２）
フレーク状マイクロ銅粒子として３Ｌ３（福田金属箔粉工業株式会社製）を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法により、接合用銅ペースト２を得た。接合用銅ペースト２を用いて、各種の測定及び分析を行った。【０１４０】
（実施例３）
フレーク状マイクロ銅粒子として１１１０Ｆ（三井金属鉱業株式会社製）を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法により、接合用銅ペースト３を得た。接合用銅ペースト３を用いて、各種の測定及び分析を行った。【０１４１】
（実施例４）
サブマイクロ銅粒子としてＴＮ−Ｃｕ１００（太陽日酸株式会社製）を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法により、接合用銅ペースト４を得た。接合用銅ペースト４を用いて、各種の測定及び分析を行った。【０１４２】
（実施例５）
サブマイクロ銅粒子としてＣＨ−０２００（三井金属鉱業株式会社製）を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法により、接合用銅ペースト５を得た。接合用銅ペースト５を用いて、各種の測定及び分析を行った。【０１４３】
（実施例６）
銅粒子としてＣＴ−５００（三井金属鉱業株式会社製）を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法により、接合用銅ペースト６を得た。接合用銅ペースト６を用いて、各種の測定及び分析を行った。【０１４４】
（実施例７）
添加剤として銀粒子ＬＭ１（トクセン工業株式会製）を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法により、接合用銅ペースト７を得た。接合用銅ペースト７を用いて、各種の測定及び分析を行った。【０１４５】
（実施例８）
添加剤としてニッケル粒子Ｎｉ−ＨＷＱ（福田金属箔粉工業株式会社製）を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法により、接合用銅ペースト８を得た。接合用銅ペースト８を用いて、各種の測定及び分析を行った。【０１４６】
（実施例９）
最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が２未満のマイクロ銅粒子として、球状銅粒子１３００Ｙ（三井金属鉱業株式会社製）を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法により、接合用銅ペースト９を得た。接合用銅ペースト９を用いて、各種の測定及び分析を行った。【０１４７】
（比較例１）
フレーク状マイクロ銅粒子を添加しなかったこと以外は、実施例１と同様の方法により、接合用銅ペースト１０を得た。接合用銅ペースト１０を用いて、各種の測定及び分析を行った。【０１４８】
（比較例２）
フレーク状マイクロ銅粒子の代わりに球状銅粒子１３００Ｙ（三井金属鉱業株式会社製）を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法により、接合用銅ペースト１１を得た。接合用銅ペースト１１を用いて、各種の測定及び分析を行った。【０１４９】
（比較例３）
フレーク状マイクロ銅粒子の代わりに球状銅粒子１１００Ｙ（三井金属鉱業株式会社製）を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法により、接合用銅ペースト１２を得た。接合用銅ペースト１２を用いて、各種の測定及び分析を行った。【０１５０】
（比較例４）
フレーク状マイクロ銅粒子の代わりに球状銅粒子１０５０Ｙ（三井金属鉱業株式会社製）を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法により、接合用銅ペースト１３を得た。接合用銅ペースト１３を用いて、各種の測定及び分析を行った。【０１５１】
（比較例５）
フレーク状マイクロ銅粒子の代わりに球状銅粒子１０２０Ｙ（三井金属鉱業株式会社製）を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法により、接合用銅ペースト１４を得た。接合用銅ペースト１４を用いて、各種の測定及び分析を行った。【０１５２】
実施例及び比較例の組成及び試験結果を表１〜３に示す。【０１５３】
実施例及び比較例で用いた銅粒子の形状は以下の通りである。
（サブマイクロ銅粒子）
ＨＴ−１４：５０％体積平均粒径０．３６μｍ、粒径が０．１２μｍ以上０．８μｍ以下の銅粒子の含有量１００質量％
ＴＮ−Ｃｕ１００：５０％体積平均粒径０．１２μｍ、粒径が０．１２μｍ以上０．８μｍ以下の銅粒子の含有量９０質量％
ＣＨ−０２００：５０％体積平均粒径０．３６μｍ、粒径が０．１２μｍ以上０．８μｍ以下の銅粒子の含有量１００質量％
ＣＴ−５００：５０％体積平均粒径０．７２μｍ、粒径が０．１２μｍ以上０．８μｍ以下の銅粒子の含有量８０質量％
上記サブマイクロ銅粒子において、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が４以上のフレーク状マイクロ銅粒子の含有量、及び最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が２未満のマイクロ銅粒子の含有量は、いずれも０質量％であった。
（フレーク状マイクロ銅粒子）
ＭＡ−Ｃ０２５：平均最大径４．１μｍ、アスペクト比７．９、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下の銅粒子の含有量１００質量％
３Ｌ３：平均最大径７．３μｍ、アスペクト比２６、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下の銅粒子の含有量１００質量％
１１１０Ｆ：平均最大径５．８μｍ、アスペクト比２０、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下の銅粒子の含有量１００質量％
上記フレーク状マイクロ銅粒子において、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が４以上のフレーク状マイクロ銅粒子の含有量は１００質量％であり、最大径が１μｍ以上２０μｍ以下であり、アスペクト比が２未満のマイクロ銅粒子の含有量は０質量％であった。
（マイクロ銅粒子）
１３００Ｙ：平均最大径３．３μｍ、アスペクト比１【０１５４】
なお、上記の体積平均粒径は下記の方法で求めた。
（５０％体積平均粒径）
島津ナノ粒子径分布測定装置（ＳＡＬＤ−７５００ｎａｎｏ、株式会社島津製作所製）と付属のソフトウェア（ＷｉｎｇＳＡＬＤＩＩ−７５００−  ｆｏｒ  Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｖ３．、株式会社島津製作所製）を用いて、以下の（１）〜（５）に従って５０％体積平均粒径を測定した。
（１）ソフトウェアの設定
測定装置付属のパソコンでＷｉｎｇＳＡＬＤＩＩ−７５００−  ｆｏｒ  Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｖ３．１を起動し，マニュアルを押し装置の初期化を行った。初期化が終わった後に、保存ファイル名を指定し「次へ」をクリックし、測定条件及び粒子径分布計算条件を以下のように設定し、「次へ」をクリックした。
（測定条件）
・回折／散乱光の検出
平均回数（測定回数：１）：１２８、測定回数：１、測定間隔（秒）：２
・測定吸光範囲
最大値：０．２、最小値：０
・ブランク領域／測定領域
ブランク測定許容変動最大値：１５０、測定最適範囲（ＭＡＸ）：４５０００、測定最適範囲（ＭＩＮ）：１５０００
（粒子径分布計算条件）
屈折率の選択：参照試料／順金属／半導体等（固体値）
サンプルの物質：４  Ｃｏｐｐｅｒ（銅）
屈折率の選択：１．１８−２．２１、「側方／後方センサを評価する」にチェックを入れた
（２）ブランク測定
島津ナノ粒子径分布測定装置ＳＡＬＤ−７５００ｎａｎｏ用回分セル（ＳＡＬＤ−ＢＣ７５、株式会社島津製作所製）をＳＡＬＤ−７５００ｎａｎｏに取り付けて測定を行った。ＳＡＬＤ−ＢＣ７５に付属のロート付き回分セル（部品番号Ｓ３４７−６１０３０−４１、株式会社島津製作所製、以下「回分セル」という。）内にα−テルピネオール（和光純薬工業株式会社製）を回分セルの２つの標線の間に収まるようにスポイトで滴下した。ＷｉｎｇＳＡＬＤＩＩ−７５００−  ｆｏｒ  Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｖ３．の画面上から「診断」、「調整」を選択し、位置センサー出力が装置許容範囲内であることを確認した。「キャンセル」をクリックし元の画面に戻り、ブランク測定を選択し測定を行った。
（３）測定溶液の調製
ＳＡＬＤ−ＢＣ７５に付属の回分セルホルダ（部品番号Ｓ３４７−６２３０１、株式会社島津製作所製）のかくはんレバー上に測定したい接合用銅ペーストを２ｍｇ載せ、ロート付き回分セルにセットした。次に、ＷｉｎｇＳＡＬＤＩＩ−７５００−  ｆｏｒ  Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｖ３．の画面上から「スターラ」を選択し、１５分間撹拌を行った。
（４）測定
撹拌後、ＷｉｎｇＳＡＬＤＩＩ−７５００−  ｆｏｒ  Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｖ３．の画面上から「測定」を選択し測定を行った。（１）〜（４）の操作を４回繰り返し、４回測定した。
（５）統計
ＷｉｎｇＳＡＬＤＩＩ−７５００−  ｆｏｒ  Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｖ３．を起動し、「開く」をクリックし、測定したファイルを選択し、ＷｉｎｇＳＡＬＤＩＩ−７５００−  ｆｏｒ  Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｖ３．の画面上に測定データを表示した。「重ね描き」をクリックし、画面下段に５０．０００％径を表示し、４回の平均値を５０％体積平均粒径とした。【０１５５】
【表１】
2017043541.tif 000002
【０１５６】
【表２】
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【０１５７】
【表３】
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【０１５８】
表１〜３から、「（５）ダイシェア強度の測定」に記載されているとおり、実施例の接合用銅ペーストを用いた接合体は、接合体の製造時に、特別な加圧をすることなくチップの自重による圧力のみで、良好なダイシェア強度、熱伝導率及び接続信頼性を有することが分かる。一方、フレーク状マイクロ銅粒子を含まない比較例の接合用銅ペーストを用いた接合体は、接合体の製造時に加圧をしない場合、チップ及び基板を充分に接合できなかった。【０１５９】
（断面モルフォロジー観察）
図１１〜１３は、実施例１、４及び６の接合用銅ペーストをチップ１２と基板との間に挟み、１００℃、３０分の熱処理を行い調製した接合用銅ペーストの乾燥膜のＳＥＭ像である。接合用銅ペースト中で、フレーク状マイクロ銅粒子１０の隙間を非フレーク状銅粒子１１（サブマイクロ銅粒子）が埋める構造をとっている。これらの接合用銅ペーストは、特定の平均最大径及びアスペクト比を有することで、基板上に印刷塗布する際のせん断力、又は、チップ１２をマウントした際の微小な圧力によって、フレーク状マイクロ銅粒子１０がチップ１２又は基板との界面に対して略平行となるように配向しやすい。【０１６０】
図１５〜１８は、実施例１、２、４及び６の接合用銅ペーストをチップ１２と基板１５の間に挟み、３５０℃、２５分の焼結処理を行い調製した接合体のＳＥＭ像である。これらの図から、焼結後においても、焼結前の接合用銅ペーストの状態を反映していることが分かる。すなわち、フレーク状マイクロ銅粒子に由来する形状１３の隙間を非フレーク状銅粒子に由来する形状１４が埋める構造をとっており、フレーク状マイクロ銅粒子に由来する形状１３は、チップ１２又は基板１５の接合面に対して、略平行に配向している。本発明の接合用銅ペーストを用いて調製された接合体は、上記のような配向構造が密に詰った補強効果により、非フレーク状の銅粒子（例えば球状の銅粒子）のみを含む接合銅ペーストから形成した焼結体よりも、接続信頼性の高い銅焼結体を有することができる。【０１６１】
図１４は、比較例４の接合用銅ペーストをチップと基板の間に挟み、１００℃、３０分の熱処理を行い調製した接合用銅ペーストの乾燥膜のＳＥＭ像である。比較例４の接合用銅ペーストは非フレーク状銅粒子１１のみを含む接合用銅ペーストである。図１９及び２０は、比較例３及び４の接合用銅ペーストをチップ１２と基板１５の間に挟み、３５０℃、２５分の焼結処理を行い調製した接合体のＳＥＭ像である。非フレーク状銅粒子のみを用いて調製した接合用銅ペーストは、非フレーク状銅粒子同士が点接触に近い形で焼結すること、被着面に対して接着面積を充分に確保できないこと等のため、充分な接合が確保できず、また接合後の接続信頼性試験の結果にも優れない。【０１６２】
以上の結果から、本発明に係る接合用銅ペーストによって形成された焼結体を接合層として有する電子デバイスでは、接合された部材間の熱膨張率差で生じた熱応力が接合層にかかった場合でも、高い接続信頼性を維持できると考えられる。これは、熱応力で接合用銅ペーストの焼結体に生じる亀裂の伝播をフレーク状マイクロ銅粒子に由来する配向構造が阻害するため接続信頼性が高まったと考えられる。また、この焼結体は金属結合で繋がった金属銅で構成されていることから、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の高い熱伝導率が発現し、発熱の大きな電子デバイスの実装において速やかな放熱が可能である。また、本発明に係る接合用銅ペーストによれば、無加圧であっても金属結合で強固に接合されるため、被着面の材質が銅、ニッケル、銀、金に対し、接合強度を表すダイシェア強度を２０ＭＰａ以上とすることができる。このように、本発明に係る接合用銅ペーストは、パワーデバイス、ロジック、アンプ等の発熱の大きな電子デバイスの接合に非常に有効な性質を有している。そのため、本発明に係る接合用銅ペーストを適用した場合には、より高い投入電力が許容でき、高い動作温度で動作させることが可能となる。
【符号の説明】
【０１６３】
１…接合用銅ペーストの焼結体、２…第一の部材、３…第二の部材、５ａ、５ｂ…リードフレーム、６…ワイヤ、７…モールドレジン、８…半導体素子、９…フレーク状マイクロ銅粒子、１０…フレーク状マイクロ銅粒子（未焼結）、１１…非フレーク状マイクロ銅粒子（未焼結）、１２…チップ（材質：Ｓｉ、銅）、１３…フレーク状マイクロ銅粒子に由来する形状（焼結後）、１４…非フレーク状マイクロ銅粒子に由来する形状（焼結後）、１５…基板（銅）、１００…接合体、１１０…半導体装置、２１…絶縁基板、２２…第一の電極、２３…半導体素子、２４…第二の電極、２５…金属配線、２６…第三の電極、２７…ワイヤ、２８…銅板、２９…絶縁体、３０…ブロック体、３１…封止材、３２…第一の熱伝導部材、３３…第二の熱伝導部材、３４…電極、３５…ワイヤ、２００…半導体装置、２１０…半導体装置、２２０…半導体装置、３００…半導体装置、３１０…半導体装置、３２０…半導体装置、４００…半導体装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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