(57)【要約】      （修正有）【課題】焼結タイプの微細金属粒子を配合する接合材を用いて、高さの相違するチップ等の電子部品の基板等への接合に於いて、高い接合強度と均一な高さ及び高い接合信頼性を有するための接合用シート材並びにそれを用いた接合方法を提供する。【解決手段】焼結タイプの微細金属粒子を配合する接合材を用いて電子部品６ａ，６ｂを加圧焼成方法にて接合する際に、加圧による電子部品６ａ，６ｂ等の破損が生じないように、保護材として接合装置の押圧部と電子部品６ａ，６ｂの間にダイラタンシー特性を有し、且つ、高い熱伝導特性を有するシート材１を挿入する。これにより、電子部品６ａ，６ｂに加圧する際、加圧が開始されると瞬時にシート１が硬化し、電子部品６ａ，６ｂを保護すると共に、瞬時に熱が伝わり、高い接合強度と均一な接合状態を有した銀ペーストの焼結が可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結タイプの微細金属粒子を配合する接合材の接合に用いられる接合用シート材であって、当該シート材の特性が、ダイラタンシー特性を有すること及び熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする接合用シート材。
【請求項２】
シートの厚みが５〜５００μｍであることを特徴とする請求項１記載の接合用シート材。
【請求項３】
耐熱性が１５０℃以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項２記載の接合用シート材。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３記載のシート材を使用して接合することを特徴とする微細金属粒子配合接合材の接合方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３記載のシート材を使用して接合したことを特徴とする電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品等の接合材に用いるシート材並びにそれを用いた接合方法に関し、詳しくは、焼結タイプの微細金属粒子含有ペーストを接合する際に用いるダイラタンシー特性を有する接合用シート材及び当該シートを用いた接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パワーデバイスに搭載される電子部品、特にパワー半導体では、エネルギー効率を重視する傾向が強くなっており、それに伴い当該パワー半導体のチップ材質もＳｉから、ＳｉＣ等の低損失、高速動作が可能なものが検討されている。
そして、このパワーデバイスの組立接合では、接合部が従来のパワーデバイスに比べ高温に曝されるため、耐熱疲労に優れていることに加え、エネルギー損失の少ない接合材が求められ、熱硬化タイプの銀ペーストや焼結タイプの銀ペーストが提案されている。
【０００３】
そして、接合部の電気特性や熱伝導特性に優れた焼結タイプの銀ペーストが広く検討されている。
この焼結タイプの銀ペーストには、ナノサイズにまで粒径を細かくしたナノ銀粒子を主成分とする、所謂、ナノ銀ペーストが多く検討されている。
また、ナノ銀ペーストの主成分であるナノ銀粒子の多くはナノサイズの銀粒子の周囲を有機物や酸化物等で被覆したタイプが一般的に用いられており、接合の際には被覆物がナノ銀粒子より脱離することにより、接合が可能となる。
【０００４】
このような焼結タイプのナノ銀ペーストを用いてパワー半導体等の電子部品を接合する方法として、ナノ銀ペーストを基板に塗布した後にチップ等の電子部品を搭載し、２００〜３５０℃程度の高温に３０分以上放置する方法（無加圧焼成方法）と、基板及びチップ等の接合対象を加熱すると共に荷重を負荷し３〜５分程度の短時間で焼成する方法（加圧焼成方法）が提案されている。
そして、無加圧焼成方法では高い接合強度を確保することや接合後のチップの高さや位置制御が困難な場合があり、加圧焼成方法にて接合を検討される場合が多い。
【０００５】
ところで、パワーデバイスはチップ単数で接合されて部品化される場合の他、複数のチップを組合せて接合し、部品化されることも多く、その場合の接合方法に於いて問題点が指摘されているのも現状である。
具体的には、上述の加圧焼成方法では、接合装置の加熱した押圧部を接合対象のチップや基板に接触、加圧して接合工程をとるため、複数のチップを接合する際には、チップの厚みにバラツキがあるために、一定の荷重をチップに加圧することが困難となり、それが原因で、焼結時にナノ銀ペーストに十分な荷重が加圧できないために、目的の接合強度が担保出来ない場合も発生し、接合の不具合が生じことがある。
【０００６】
そこで、高さの違うチップや同チップでも高さの公差を考慮し、その影響を抑制する方法として、特許文献１ではチップ接合の際の保護材としてフッ素性樹脂テープを使用する技術が開示されている。
また、特許文献２では基板上にチップを接合する際にシート材を用い、接合時に発生する接合部の凹凸を吸収する方法として、ダイラタンシー性流体を活用した技術が開示されている。
そして、特許文献３では高さの相違する電子部品を基板に圧着実装として、ダイラタンシー流体を用いる技術が開示されている。
しかし、特許文献１〜特許文献３で開示されている技術は、特許文献１が超音波接合方法、特許文献２及び特許文献３は接着シートを用いた方法であり、焼結タイプの銀ペーストを対象とはしていないため、焼結タイプの銀ペースト接合で重要な接合時の均一な加熱と昇温スピードに関しての示唆が無く、チップの高さの相違を解消し、且つ均一な焼結が可能な接合方法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２３４８４４号公報
【特許文献２】特開２００４−３２２４９０号公報
【特許文献３】特開２０１０−６２５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、ナノ銀ペースト等の焼結タイプの微細金属粒子を配合する接合材を用いて、高さの相違するチップ等の電子部品の基板等への接合に於いて、高い接合強度と均一な高さ、並びに高い接合信頼性を確保するための接合用シート材並びにそれを用いた接合方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、焼結タイプの微細金属粒子を配合する接合材を用いた接合方法について鋭意検討を重ねた結果、高さの相違するチップを接合する際に、接合装置の押圧部とチップの間にダイラタンシー特性を有するシートを挿入することにより、加圧時の荷重からチップの破損を防ぎ、且つ、高い接合強度と均一な接合状態が得られること見出し、本発明の完成に至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、ナノ銀ペースト等の焼結タイプの微細金属粒子を配合する接合材を用いて電子部品を加圧焼成方法にて接合する際に、本発明のシート材がダイラタンシー特性を有することで加圧と加熱のタイミングを最適のコンディションとなるよう設定ができ、加圧によるチップ等の破損が生じないように保護材として機能を有することにより、高さの相違するチップに加圧する際、加圧が開始されると瞬時に当該シート材が硬化し、チップを保護すると共に、瞬時に熱が伝わり、高い接合強度と均一な接合状態を有する焼結金属層を有した接合が可能となる。
なお、本発明の接合用シート材の特性であるダイラタンシー特性とは、ある種の混合物が示す、遅いせん断刺激には液体のように振る舞い、より速いせん断力刺激に対してはあたかも固体のような抵抗力を発揮する性質、ダイラタント流体或いはダイラタンシー流体が有する性質、及びそれに類似する性質のことをいう。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、ナノ銀ペーストのような焼結タイプの微細金属粒子を配合した接合材を用いた接合に於いて、高さや材質の異なる電子部品を接合する際、接合する電子部品の破損を防ぐばかりでなく、均一の接合状態の提供が可能となるため、パワーデバイス等の接合に広く応用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の接合用シート材の概略図。
【図２】本発明の接合用シート材を用いて電子部品を接合するイメージ図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明について詳細に説明する。
先ず、焼結タイプの微細金属粒子を配合した接合材に関して説明する。
焼結タイプの微細金属粒子を配合した接合材は、金属粒子をナノサイズレベルに微細化することによって融解温度が降下する特性を応用した接合材である。
一般に金属粒子は高い融点である特性を有し、例えば、金の融点は１０００℃を超えている。
ところが、金の粒子を数ナノメートルのサイズまで微細化すると、３００℃以下で全融解することが知られており、銀や銅、ニッケルといった他の金属粒子も同様に融解温度が低下する。
そして、焼結タイプの微細金属粒子を配合した接合材は上記の特性を応用し、１００ナノメートル以下に微細化した粒子を主な構成成分とする接合材である。
しかし、金属粒子をナノサイズに微細化することによって融解温度は接合材としての温度域に低下するが、個々の金属粒子は微細化されることによって表面活性が上昇して、接合材に加工する際や接合に使用する前に隣接する粒子同士が合一や凝集する現象が見られ、一度、合一したり、凝集現象が生じた接合材中の金属粒子は、融解温度が上昇して接合温度域で融解しなくなり、接合材としての効果を失ってしまう。
【００１４】
上記の現象を防止するため、焼結タイプの微細金属粒子を配合した接合材に使用する微細金属粒子は、表面を有機物等で被覆して、接合時までは微細い金属粒子同士の合一や凝集が起こらず目的の温度域で金属粒子が融解するように表面加工した金属粒子が一般的に用いられている。
ナノサイズに微細化した金属粒子の加工方法や加工物に関しては、種々特許にてその技術が開示されている。
一方、焼結タイプの微細金属粒子を配合した接合材は、有機物等の被覆で表面加工した微細金属粒子を主成分とし、その他、バインダーや溶剤、分散剤、チクソ剤等を任意に配合して構成されている場合が多い。
【００１５】
次に、焼結タイプの微細金属粒子を配合した接合材の接合方法について説明する。
焼結タイプの微細金属粒子を配合した接合材を用いて電子部品を接合する場合は、接合対象の基板又電子部品に当該接合材を塗布する。
その塗布方法としては、印刷やディスペンス方法が例示でき、基板に一定の膜厚や重量になるように調整し、行われている。
その後、塗布された当該接合材を間としてチップと基板をセッティングし、加熱と加圧が可能な焼成装置にて当該接合材が焼結する温度に上昇させて焼結が終了するまで保持し、その後冷却し取り出し接合を終了させる。
また、高さの相違する電子部品を同時に接合する場合は、高さの相違を解消するスペーサー等をチップ状に配置して、接合装置の押圧部により接合物に加熱しながら加圧する方法や、シート状の高分子をスペーサー代わりにして、前述の工程を行う方法が用いられている。
そして、当該接合材の接合に於ける因子として、加圧する圧力や加熱のスピード、保持する温度域、冷却条件が挙げられ、中でも加圧する圧力値と加熱する温度、並びに加圧と加熱のタイミングが重要な因子とされている。
しかしながら、従来の接合方法、例えばスペーサーで高さの違いをカバーする方法や接合装置の押圧部の長さを調節可能な接合装置を用いる場合でも、焼結タイプの微細金属粒子を配合した接合材の塗布膜厚やチップの公差による高さの相違が発生するため、均一な加圧が困難であること、シート材を保護材として用いた場合は高さの相違するチップ端部と中央部に均一な荷重が生じない等の問題点が残されていた。
【００１６】
更に、従来のシート材は、ポリイミドやフッ素樹脂系の耐熱性高分子素材を単一又は異種素材の貼り合わせたタイプが多く、接合装置の押圧部からの加圧に対してシート材がチップ等の電子部品保護効果は有するが、チップ同士の高さの相違から生じる加圧タイミングのズレや電子部品に作用する圧力の均一性が損なわれることや、熱伝導特性が金属に比べ低いため、接合の際に接合装置からの熱がスムーズに焼結タイプの微細金属粒子を配合した接合材に伝播しないため、接合時に重要な加圧と加熱のタイミングの調整が困難な場合が多く、量産には課題が残されている。
【００１７】
一方、本発明の接合用シート材を用いた場合、図１に示すシート材がダイラタンシー特性を有するために、接合装置の押圧部が当該シート材に接触して加圧が開始されると、チップと基板の凹凸形状に沿って均一に当該シート材が隙間を埋め、一定の圧力に達すると当該シート材が瞬時に硬化して、図２に示すように基板と接合装置の押圧部の間が一体となり、当該シート材を通してチップ及び焼結タイプの微細金属粒子を配合する接合材に均一に荷重が付加される状態となり、当該シート材に含有された熱伝導性物質が接合装置から供給される熱を効率的に伝播されるため、当該接合材の焼結が適性条件で終了することができると共にチップの損傷も防止される。  
【００１８】
本発明の焼結タイプの微細金属粒子を配合する接合材用のシート材に関し、その膜材は本発明の効果を有する範囲に於いて形状や素材の限定はされないが、焼結温度に耐えられる素材が好ましく、例えばポリイミド系、フッ素樹脂が例示できる。
また、当該シート材に含有される主要部のダイラタンシー特性を有する素材として、本発明の効果を有している範囲に於いて特に制限はされず、ポリスチレンやＣＭＣ等の高分子が例示でき、１５０℃以上の耐熱性を有する物が好ましいい。
更に、本発明の接合用シート材に熱伝導特性を高める物質、例えばカーボンナノチューブやグラファイト等を配合することにより、当該接合用シート材の熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上にすることによって、従来の耐熱性樹脂からなるシート材に比べて、焼結タイプの微細金属粒子を配合する接合材の焼結がより好適に実施可能となる。
なお、本発明の接合用シート材は、本発明の効果を有する範囲に於いて、図１に示す形状に限定されないが、膜厚として５〜５００μｍが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明の接合用シート材を用いることによって、高さの異なる電子部品を一度に複数個を焼結タイプの微細金属粒子を配合する接合材を用いて接合することが可能となるため、次世代パワーモデバイス等の接合に広く応用が期待できる。
【符号の説明】
【００２０】
１    本発明の接合用シート材の概略図
２    本発明の接合用シート材の膜部
３    本発明の接合用シート材の主要部
４    接合装置の押圧部
５    焼結タイプの微細金属粒子配合接合材
６ａ  電子部品
６ｂ  電子部品
７    基板
８    接合装置のステージ部
【図１】
2017112136.tif 000003
【図２】
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