[發明專利]使用金屬納米粒子的接合構造以及接合方法

有效

• 申請號: 201410389464.6
• 申請日: 2014-08-08
• 公開（公告）號: CN104347564B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 巖田彩;日野泰成
• 申請（專利權）人: 三菱電機株式會社
• 主分類號: H01L23/488
• 分類號: H01L23/488;H01L21/60
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司11112
• 代理人: 何立波,張天舒

技術領域

本發明涉及一種使用微小尺寸的金屬粒子(金屬納米粒子)而將兩個部件接合的技術。

背景技術

現有的接合方法，特別是作為將半導體接合至絕緣基板的方法，使用焊料。但是，存在下述問題，即，焊料的耐熱性低，相對于200℃左右的溫度可靠性下降。

因此，如專利文獻1的記載所示，提出了下述技術，即，取代焊料，對金屬納米粒子進行加熱而將兩個部件接合。在該接合方法中，將使用有機物對平均直徑小于或等于100nm左右的金屬粒子進行接合·包覆而得到的復合型金屬納米粒子作為接合材料的主要成分。在該接合方法中，在將使該復合型金屬納米粒子分散于有機溶劑中而成的金屬納米膏填充至2個部件的接合部之間的狀態下，至少通過加熱而使有機成分揮發，從而將2個部件接合。

另外，在非專利文獻1中記載有下述內容，即，使用利用由有機溶劑包覆的銀納米粒子所構成的銀納米膏，使作為接合條件的溫度、時間、加壓力變化而進行銅之間的接合，并測定該接合強度和觀察接合剖面的組織。

此處，對金屬納米粒子的接合原理進行說明。通常，如果粒子的直徑減小，則粒子與塊狀金屬相比具有活性的表面狀態。因此，互相燒結并且使粒子生長，反應容易向減少表面能量的方向進行。該現象，如非專利文獻2中的記載所示，特別是在納米粒子(通常，粒子的直徑小于或等于100nm)下可明顯地觀察到。

通過利用該現象，能夠在遠低于塊狀狀態的熔點的低溫下進行接合，并且接合實現后的接合層在達到塊狀的熔點之前不會再熔融。在實際接合中所使用的粒子的表面，為了抑制燒結而通過有機保護膜進行保護，但是通過接合中的加熱使保護膜分解·脫氣，從而實現接合。

為了容易地使用上述的帶有機保護膜的金屬納米粒子，或者為了防止分解時的氧化，使有機溶劑分散而降低粘度。將加入該金屬的溶劑作為金屬納米膏。

另外，在專利文獻2中提出了下述方法，即，通過在一者的部件的接合部處形成凹部，并且在另一者的部件的接合部處形成凸部，從而增加接合面積。

專利文獻1：日本特開2004－107728號公報

專利文獻2：日本特開2006－202586號公報

非專利文獻1：“使用銀納米粒子的接合過程-與Cu的接合性的研究”井出英一、安形真治、廣瀨明夫、小林纮二郎Proc.10th Sympo.on Microjoining and Assembly Technologies for Electronics,2004,Yokohama Japan,(2004)213

非專利文獻2：Ph.Buffat and J-P.Borel,Phys.Rev.A13(6)2287(1976)

按照專利文獻1以及非專利文獻1的記載所示，在利用金屬納米粒子的燒結性的接合方法中，為了得到高可靠性，需要加壓。為了進行加壓，填充金屬納米粒子的部件需要承受加壓力，但是在不能承受加壓力時，在半導體與絕緣基板中，有可能發生芯片破裂以及基板破裂。

因此，為了使加壓力降低，考慮采用在專利文獻2中所記載的接合方法。但是，在該接合方法中，在部件的接合部處的凹部內沒有完全密布金屬納米粒子的情況下，存在接合強度以及接合可靠性可能降低的問題。

發明內容

因此，本發明的目的在于提供一種技術，該技術能夠實現在將2個部件接合的情況下的接合強度以及接合可靠性的提高。

本發明所涉及的使用金屬納米粒子的接合構造具有：第1部件，其至少在一個表面上具有金屬面；第2部件，其至少在一個表面上具有金屬面，并且該金屬面配置在與上述第1部件的金屬面相對的位置處；以及接合材料，其通過將金屬納米粒子燒結接合，從而將上述第1部件與上述第2部件接合，上述第1部件和上述第2部件中的至少一者的金屬面形成為具有0.5μm～2.0μm的表面粗糙度的粗糙面。

本發明所涉及的使用金屬納米粒子的接合方法是使用金屬納米粒子將第1部件與第2部件接合的接合方法，其中，該第1部件至少在一個表面上具有金屬面，該第2部件至少在一個表面上具有金屬面，該使用金屬納米粒子的接合方法具有：工序(a)，在該工序中，在上述第1部件和上述第2部件中的至少一者的金屬面上形成具有0.5μm～2.0μm的表面粗糙度的粗糙面；工序(b)，在該工序中，在上述第2部件的金屬面上以一定厚度印刷金屬納米膏；工序(c)，在該工序中，在印刷在上述第2部件的金屬納米膏上載置上述第1部件；以及工序(d)，在該工序中，在印刷在上述第2部件的金屬納米膏上載置有上述第1部件的狀態下進行加熱，將包含在金屬納米膏中的金屬納米粒子燒結接合。