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JP2015224263A - Adhesive composition, semiconductor device using the same and production method of semiconductor device - Google Patents

Adhesive composition, semiconductor device using the same and production method of semiconductor device Download PDF

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JP2015224263A
JP2015224263A JP2014108339A JP2014108339A JP2015224263A JP 2015224263 A JP2015224263 A JP 2015224263A JP 2014108339 A JP2014108339 A JP 2014108339A JP 2014108339 A JP2014108339 A JP 2014108339A JP 2015224263 A JP2015224263 A JP 2015224263A
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adhesive composition
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silver particles
semiconductor device
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Application number
JP2014108339A
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Japanese (ja)
Inventor
偉夫 中子
Takeo Nakako
偉夫 中子
田中 俊明
Toshiaki Tanaka
俊明 田中
名取 美智子
Michiko Natori
美智子 名取
石川 大
Masaru Ishikawa
大 石川
松本 博
Hiroshi Matsumoto
博 松本
正人 西村
Masato Nishimura
正人 西村
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Hitachi Chemical Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an adhesive composition which is excellent in dispersibility of silver particles and secures sufficient adhesion strength even when baked in an inert gas, e.g. nitrogen, a semiconductor device using it and a production method of a semiconductor device.SOLUTION: An adhesive composition comprises silver particles, a 6C or higher aliphatic primary amine, formic acid and a dispersion medium, in a combined content of the aliphatic primary amine and formic acid of 0.7-5.0 pts. mass and a content of the dispersion medium of 5-15 pts. mass relative to 100 pts. mass of silver particles and a molar ratio of formic acid to the aliphatic primary amine of 0.5-1.4.

Description

本発明は、接着剤組成物、並びにそれを用いた半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。さらに詳しくはパワー半導体、LSI、発光ダイオード(LED)等の半導体素子をリードフレーム、セラミック配線板、ガラスエポキシ配線板、ポリイミド配線板等の基板に接着するのに好適な接着剤組成物、並びにそれを用いた半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to an adhesive composition, a semiconductor device using the same, and a method for manufacturing the semiconductor device. More specifically, an adhesive composition suitable for bonding semiconductor elements such as power semiconductors, LSIs, and light emitting diodes (LEDs) to substrates such as lead frames, ceramic wiring boards, glass epoxy wiring boards, polyimide wiring boards, and the like The present invention relates to a semiconductor device using semiconductor and a method for manufacturing the semiconductor device.

半導体装置を製造する際、半導体素子とリードフレーム(支持部材)とを接着させる方法としては、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等の樹脂に銀粉等の充てん剤を分散させてペースト状(例えば、銀ペースト)として、これを接着剤として使用する方法がある。この方法では、ディスペンサー、印刷機、スタンピングマシン等を用いて、ペースト状接着剤をリードフレームのダイパッドに塗布した後、半導体素子をダイボンディングし、加熱硬化により接着させ半導体装置とする。   When manufacturing a semiconductor device, a semiconductor element and a lead frame (supporting member) can be bonded to each other by dispersing a filler such as silver powder in a resin such as an epoxy resin or a polyimide resin (for example, silver). As a paste), there is a method of using this as an adhesive. In this method, a paste adhesive is applied to a die pad of a lead frame using a dispenser, a printing machine, a stamping machine, etc., and then a semiconductor element is die-bonded and bonded by heat curing to obtain a semiconductor device.

近年、半導体素子の高速化、高集積化が進むに伴い、半導体装置の動作安定性を確保するために高放熱特性が求められている。   In recent years, as semiconductor devices have been increased in speed and integration, high heat dissipation characteristics are required in order to ensure the operational stability of semiconductor devices.

従来の金属粒子同士の接触を利用した導電性接着剤よりも高い放熱性を達成する手段として、熱伝導率の高い銀粒子を高充填する接着剤組成物(例えば特許文献1〜3)、はんだ粒子を用いた接着剤組成物(例えば特許文献4)、焼結性に優れる平均粒径0.1μm以下の金属ナノ粒子を用いる接着剤組成物(例えば特許文献5)が提案されている。   As means for achieving higher heat dissipation than conventional conductive adhesives utilizing contact between metal particles, an adhesive composition (for example, Patent Documents 1 to 3) that highly fills silver particles with high thermal conductivity, solder An adhesive composition using particles (for example, Patent Document 4) and an adhesive composition using metal nanoparticles having an average particle diameter of 0.1 μm or less that are excellent in sintering properties (for example, Patent Document 5) have been proposed.

また、これらの組成物よりも熱伝導率及び高温下での接続信頼性に優れるものとして、特殊な表面処理を施したマイクロサイズの銀粒子を用いることで、100℃以上400℃以下での加熱により銀粒子同士が焼結されるような接着剤組成物(例えば特許文献6)が提案されている。特許文献6で提案されている銀粒子同士が焼結されるような焼結銀接着剤組成物では、銀粒子が金属結合を形成するため、他の手法よりも熱伝導率及び高温下での接続信頼性が優れるものと考えられる。   In addition, by using micro-sized silver particles that have been subjected to a special surface treatment, the heating at 100 ° C. or more and 400 ° C. or less is performed as a material having superior thermal conductivity and connection reliability at high temperatures than these compositions. Has proposed an adhesive composition (for example, Patent Document 6) in which silver particles are sintered together. In the sintered silver adhesive composition in which the silver particles proposed in Patent Document 6 are sintered with each other, the silver particles form a metal bond. It is considered that the connection reliability is excellent.

特開2006−73811号公報JP 2006-73811 A 特開2006−302834号公報JP 2006-302834 A 特開平11−66953号公報JP-A-11-66953 特開2005−93996号公報JP 2005-93996 A 特開2006−83377号公報JP 2006-83377 A 特許第4353380号公報Japanese Patent No. 4353380

ところで、半導体素子と基板とを焼結銀接着剤組成物により接合する場合、基板の被着面には焼結銀接着剤組成物との接着性向上のために貴金属メッキが施される。一方、貴金属メッキが施された表面は封止用の樹脂との接着性に乏しいことから、基板における焼結銀接着剤組成物との接触部以外については、貴金属メッキを施さずに母材の銅を露出させておくことがある。この場合、銅の酸化・変色を抑制するために窒素等の不活性ガス中で基板を焼成するが、従来の焼結銀接着剤組成物では焼成時に銀粒子表面を保護する有機物を空気中の酸素で酸化分解して除去しているため、窒素等の不活性ガス中では酸化分解が進行せず、銀粒子の焼結が著しく阻害されてダイシェア強度が大きく低下するという問題がある。   By the way, when joining a semiconductor element and a board | substrate with a sintered silver adhesive composition, noble metal plating is given to the adherend surface of a board | substrate for the adhesive improvement with a sintered silver adhesive composition. On the other hand, since the surface on which the noble metal plating is applied is poor in adhesion to the sealing resin, the base material is not subjected to the noble metal plating except for the contact portion with the sintered silver adhesive composition on the substrate. Copper may be exposed. In this case, the substrate is fired in an inert gas such as nitrogen in order to suppress copper oxidation / discoloration. However, in the conventional sintered silver adhesive composition, an organic substance that protects the surface of the silver particles during firing is removed in the air. Since it is removed by oxidative decomposition with oxygen, there is a problem that the oxidative decomposition does not proceed in an inert gas such as nitrogen, the sintering of silver particles is significantly inhibited, and the die shear strength is greatly reduced.

また、半導体素子と基板とを好適に接合するためには、銀焼結接着剤組成物において銀粒子が分散し、銀焼結接着剤組成物がペースト状になることが望ましい。   Moreover, in order to join a semiconductor element and a board | substrate suitably, it is desirable for a silver particle to disperse | distribute in a silver sintering adhesive composition, and to form a silver sintering adhesive composition in paste form.

本発明は、銀粒子の分散性に優れ、窒素等の不活性ガス中で焼成した場合でも十分な接着強度を確保できる接着剤組成物、並びにそれを用いた半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention provides an adhesive composition that is excellent in dispersibility of silver particles and can ensure sufficient adhesive strength even when fired in an inert gas such as nitrogen, and a semiconductor device and a method of manufacturing a semiconductor device using the same The purpose is to provide.

本発明は、銀粒子と、炭素数6以上の脂肪族一級アミンと、ギ酸と、分散媒と、を含有し、銀粒子100重量部に対し、脂肪族一級アミンとギ酸との合計量が0.7質量部〜5.0質量部であり、分散媒の含有量が5質量部〜15質量部であり、脂肪族一級アミンに対するギ酸のモル比が0.5〜1.4である、接着剤組成物を提供する。   The present invention contains silver particles, an aliphatic primary amine having 6 or more carbon atoms, formic acid, and a dispersion medium, and the total amount of the aliphatic primary amine and formic acid is 0 with respect to 100 parts by weight of the silver particles. .7 parts by mass to 5.0 parts by mass, the content of the dispersion medium is 5 parts by mass to 15 parts by mass, and the molar ratio of formic acid to the aliphatic primary amine is 0.5 to 1.4. An agent composition is provided.

接着剤組成物のCasson粘度は、0.08Pa・s〜2.9Pa・sであることが好ましい。   The Casson viscosity of the adhesive composition is preferably 0.08 Pa · s to 2.9 Pa · s.

銀粒子の平均粒径が0.05μm〜50μmであり、銀粒子中の片状の銀粒子の割合が50質量%以上であることが好ましい。   The average particle diameter of the silver particles is preferably 0.05 μm to 50 μm, and the ratio of the flaky silver particles in the silver particles is preferably 50% by mass or more.

また、本発明は、上記の接着剤組成物を介して、半導体素子と半導体素子搭載用支持部材とが接着された構造を有する、半導体装置を提供する。   The present invention also provides a semiconductor device having a structure in which a semiconductor element and a semiconductor element mounting support member are bonded via the above-described adhesive composition.

また、本発明は、上記の接着剤組成物を、酸素濃度が0.01体積%以下の雰囲気下において180℃以上の温度で焼成する工程を備える、半導体装置の製造方法を提供する。   Moreover, this invention provides the manufacturing method of a semiconductor device provided with the process of baking said adhesive composition at the temperature of 180 degreeC or more in the atmosphere whose oxygen concentration is 0.01 volume% or less.

本発明によれば、接着剤組成物を低酸素濃度の雰囲気下で焼成しても十分な接着力を確保できるため、基板等の部材表面に卑金属が含まれる場合でも十分に高い接着力で接合できる接着剤組成物、並びにそれを用いた半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することができる。   According to the present invention, sufficient adhesive force can be ensured even when the adhesive composition is baked in an atmosphere having a low oxygen concentration. Therefore, even when a base metal is contained on the surface of a member such as a substrate, the adhesive composition can be bonded with sufficiently high adhesive force. The adhesive composition which can be provided, the semiconductor device using the same, and the manufacturing method of a semiconductor device can be provided.

実施例1の接合後のダイボンド層の断面を示すSEM像である。2 is a SEM image showing a cross section of a die bond layer after bonding in Example 1. FIG. 比較例1の接合後のダイボンド層の断面を示すSEM像である。4 is a SEM image showing a cross section of a die bond layer after bonding in Comparative Example 1; 比較例2の接合後のダイボンド層の断面を示すSEM像である。4 is a SEM image showing a cross section of a die bond layer after bonding in Comparative Example 2. 比較例4の接合後のダイボンド層の断面を示すSEM像である。10 is a SEM image showing a cross section of a die bond layer after bonding in Comparative Example 4; 添加剤1と添加剤2とのモル比に対する接合後のダイシェア強度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of the die shear strength after joining with respect to the molar ratio of the additive 1 and the additive 2. FIG. 添加剤1/添加剤2のモル比が1の場合の、添加剤1と添加剤2との合計量に対する接合後のダイシェア強度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of the die shear strength after joining with respect to the total amount of additive 1 and additive 2 when the molar ratio of additive 1 / additive 2 is 1.

以下、本発明に係る接着剤組成物、並びにそれを用いた半導体装置及び半導体装置の製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of an adhesive composition according to the present invention, a semiconductor device using the same, and a method for manufacturing the semiconductor device will be described in detail.

本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。   In this specification, the term “process” is not limited to an independent process, and is included in the term if the intended action of the process is achieved even when it cannot be clearly distinguished from other processes. .

また本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。   In the present specification, a numerical range indicated by using “to” indicates a range including the numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively.

さらに本明細書において組成物中の各成分の量について言及する場合、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。   Further, when referring to the amount of each component in the composition in the present specification, when there are a plurality of substances corresponding to each component in the composition, the plurality of the components present in the composition unless otherwise specified. It means the total amount of substance.

<接着剤組成物>
本実施形態の接着剤組成物は、銀粒子と、炭素数6以上の脂肪族一級アミン(以下、単に「脂肪族一級アミン」ともいう。)と、ギ酸と、分散媒と、を含有する。
<Adhesive composition>
The adhesive composition of this embodiment contains silver particles, an aliphatic primary amine having 6 or more carbon atoms (hereinafter also simply referred to as “aliphatic primary amine”), formic acid, and a dispersion medium.

本実施形態の接着剤組成物において、脂肪族一級アミンとギ酸との合計量は、銀粒子100質量部としたときに、0.7質量部〜5.0質量部であり、0.75質量部〜3.0質量部であることが好ましく、0.8質量部〜2.0質量部であることがさらに好ましい。また、脂肪族一級アミンに対するギ酸のモル比(ギ酸/脂肪族一級アミン)は、0.5〜1.4であり、0.6〜1.3が好ましく、0.7〜1.2がより好ましい。脂肪族一級アミン及びギ酸の含有量を上記範囲とすると、低酸素濃度の雰囲気下でも接着剤組成物の焼結が進行するため、部材を酸化させることなく半導体素子と基板とを接合できる。   In the adhesive composition of the present embodiment, the total amount of the aliphatic primary amine and formic acid is 0.7 parts by mass to 5.0 parts by mass, and 0.75 parts by mass when the silver particles are 100 parts by mass. Part to 3.0 parts by weight, preferably 0.8 part to 2.0 parts by weight. The molar ratio of formic acid to aliphatic primary amine (formic acid / aliphatic primary amine) is 0.5 to 1.4, preferably 0.6 to 1.3, more preferably 0.7 to 1.2. preferable. When the contents of the aliphatic primary amine and formic acid are within the above ranges, the adhesive composition is sintered even in an atmosphere having a low oxygen concentration, so that the semiconductor element and the substrate can be joined without oxidizing the member.

また、接着剤組成物は、ペースト状で用いられるため、分散媒を含有する。分散媒の含有量は、銀粒子100質量部に対して、5質量部〜15質量部であり、7質量部〜14質量部が好ましく、8質量部〜13質量部がより好ましい。   Moreover, since the adhesive composition is used in the form of a paste, it contains a dispersion medium. Content of a dispersion medium is 5 mass parts-15 mass parts with respect to 100 mass parts of silver particles, 7 mass parts-14 mass parts are preferable, and 8 mass parts-13 mass parts are more preferable.

接着剤組成物の粘度は、Casson粘度で0.08Pa・s〜2.9Pa・sであり、0.08Pa・s〜2.0Pa・sが好ましく、0.1Pa・s〜1.7Pa・sがより好ましい。この範囲であれば、接着剤組成物を均一に塗布あるいは印刷することができる。   The adhesive composition has a Casson viscosity of 0.08 Pa · s to 2.9 Pa · s, preferably 0.08 Pa · s to 2.0 Pa · s, and 0.1 Pa · s to 1.7 Pa · s. Is more preferable. If it is this range, an adhesive composition can be apply | coated or printed uniformly.

接着剤組成物のCasson粘度の測定は、粘弾性測定装置(Physica MCR−501、Anton Paar製)によって行うことができる。角度1°直径50mmのコーン型測定冶具(CP50−1)を装着し、測定位置で接着剤組成物が測定冶具からあふれる程度の接着剤組成物を測定装置に導入し、測定冶具を測定位置に下ろした際あふれた接着剤組成物をかきとった後測定を行う。測定は25℃で、以下の2ステップを連続して行い、2ステップ目にせん断速度とせん断応力を記録する。
(i)せん断速度0s−1、600秒、
(ii)せん断速度0〜100s−1、せん断速度増加率100/60s−1/step、測定間隔1秒、測定点数60点。
The Casson viscosity of the adhesive composition can be measured with a viscoelasticity measuring device (Physica MCR-501, manufactured by Anton Paar). A cone type measuring jig (CP50-1) with an angle of 1 ° and a diameter of 50 mm is mounted, and an adhesive composition overflowing from the measuring jig at the measuring position is introduced into the measuring apparatus, and the measuring jig is set at the measuring position. The measurement is carried out after scraping off the adhesive composition overflowing when lowered. The measurement is performed at 25 ° C., and the following two steps are continuously performed, and the shear rate and the shear stress are recorded in the second step.
(I) Shear rate 0 s −1 , 600 seconds,
(Ii) a shear rate of 0 to 100s -1, shear rate increase rate 100 / 60s -1 / step, measurement interval 1 sec, the measurement points 60 points.

得られたせん断速度とせん断応力から、公知の文献(技術情報協会:レオロジーの測定とコントロール 一問一答集 −レオロジーを測って、物性を丸裸にする−、東京、技術情報協会、2010、p39−46)に記載の手法で、Casson粘度を算出する。具体的には、得られたそれぞれのせん断速度及びせん断応力の平方根を計算し、せん断速度の1/2乗に対するせん断応力の1/2乗から最小二乗法により近似される直線の傾きを算出する。この傾きを二乗したものをCasson粘度とする。   From the obtained shear rate and shear stress, publicly known literature (Technical Information Society: Measurement and Control of Rheology, Answers for each question -Measure rheology and make physical properties naked-, Tokyo, Technical Information Society, 2010, p39. The Casson viscosity is calculated by the method described in -46). Specifically, the square root of each obtained shear rate and shear stress is calculated, and the slope of the straight line approximated by the least square method is calculated from the 1/2 power of the shear stress with respect to the 1/2 power of the shear rate. . The square of this slope is the Casson viscosity.

(脂肪族一級アミン)
脂肪族一級アミンの炭素数は、6以上であり、9以上であることが好ましく、12以上であることがより好ましい。脂肪族一級アミンの炭素数の上限は、特に制限されないが、例えば26以下とすることができる。脂肪族一級アミンのアミノ基の数は、1〜3であることが好ましく、1〜2であることがより好ましく、1であることがさらに好ましい。炭素数6以上の脂肪族一級アミンとしては、具体的には、ヘキシルアミン、2−アミノヘキサン、(3−メチルペンチル)アミン、2−アミノ−3,3−ジメチルブタン、1−エチル−1−メチルプロピルアミン、3,3−ジメチルブチルアミン、1,3−ジメチルブチルアミン、1,1−ジメチルブチルアミン、1,2−ジメチルブチルアミン、へプチルアミン、1−プロピルブチルアミン、1,3−ジメチルアミルアミン、2−アミノヘプタン、2−アミノ−5−メチルヘキサン、1,7−ヘプタンジアミン、オクチルアミン、2−アミノオクタン、6−メチル−1−ヘプチルアミン、2−エチル−1−ヘキシルアミン、2−アミノ−6−メチルヘプタン、1,1,3,3−テトラメチルブチルアミン、2−アミノ−2,4,4−トリメチルペンタン、1,8−ジアミノオクタン、シクロオクチルアミン、ノニルアミン、2−アミノノナン、イソノニルアミン、3−メチル−1−オクタンアミン、デシルアミン、1,10−ジアミノデカン、2−デカンアミン、ミルタニルアミン、アダマンタンアミン、ウンデシルアミン、1−メチルデシルアミン、アミノドデカン、1,12−ドデカンジアミン、アミノビシクロヘキシル、トリデシルアミン、テトラデシルアミン、ペンタデシルアミン、1−ヘプチルオクチルアミン、1−メチルテトラデシルアミン、ヘキサデシルアミン、ヘプタデシルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミン、ノナデシルアミン、イコシルアミン等が挙げられる。
(Aliphatic primary amine)
The aliphatic primary amine has 6 or more carbon atoms, preferably 9 or more, and more preferably 12 or more. The upper limit of the carbon number of the aliphatic primary amine is not particularly limited, but can be, for example, 26 or less. The number of amino groups of the aliphatic primary amine is preferably 1 to 3, more preferably 1 to 2, and still more preferably 1. Specific examples of the aliphatic primary amine having 6 or more carbon atoms include hexylamine, 2-aminohexane, (3-methylpentyl) amine, 2-amino-3,3-dimethylbutane, and 1-ethyl-1- Methylpropylamine, 3,3-dimethylbutylamine, 1,3-dimethylbutylamine, 1,1-dimethylbutylamine, 1,2-dimethylbutylamine, heptylamine, 1-propylbutylamine, 1,3-dimethylamylamine, 2- Aminoheptane, 2-amino-5-methylhexane, 1,7-heptanediamine, octylamine, 2-aminooctane, 6-methyl-1-heptylamine, 2-ethyl-1-hexylamine, 2-amino-6 -Methylheptane, 1,1,3,3-tetramethylbutylamine, 2-amino-2,4,4-trime Rupentane, 1,8-diaminooctane, cyclooctylamine, nonylamine, 2-aminononane, isononylamine, 3-methyl-1-octaneamine, decylamine, 1,10-diaminodecane, 2-decanamine, miltanylamine, adamantane Amine, undecylamine, 1-methyldecylamine, aminododecane, 1,12-dodecanediamine, aminobicyclohexyl, tridecylamine, tetradecylamine, pentadecylamine, 1-heptyloctylamine, 1-methyltetradecylamine Hexadecylamine, heptadecylamine, stearylamine, oleylamine, nonadecylamine, icosylamine and the like.

(銀粒子)
銀粒子は銀原子を含有する粒子であり、より好ましくは銀原子を主成分(例えば、90質量%以上、以下同様)として含有する粒子である。銀原子を主成分とする組成としては、金属銀、酸化銀が挙げられ、金属銀が好ましい。
(Silver particles)
The silver particles are particles containing silver atoms, and more preferably particles containing silver atoms as a main component (for example, 90% by mass or more, the same applies hereinafter). Examples of the composition mainly composed of silver atoms include metallic silver and silver oxide, with metallic silver being preferred.

銀粒子の形状としては、例えば、球状、塊状、針状、片状が挙げられる。ここで、針状とは、銀粒子に外接する平行二平面のうち、平行二平面間距離が最大となるように選ばれる平行二平面の距離を長径とし、前記長径を与える平行二平面に直交し且つ前記銀粒子に外接する平行二平面のうち、平行二平面間距離が最小となるように選ばれる平行二平面の距離を短径とし、前記長径を与える平行二平面に直交し且つ前記銀粒子に外接する平行二平面のうち、平行二平面間距離が最大となるように選ばれる平行二平面の距離を中径とした場合に、長径が1〜50μm、アスペクト比(長径/短径及び長径/中径)が3〜1000の範囲の銀粒子の形状を意味する。片状とは、銀粒子をSEM観察した結果から解析を行い、平均厚さtが0.1μm〜15μm、アスペクト比(平均粒子径a/平均厚さt)が3〜1000の範囲の銀粒子の形状を意味する。塊状とは、アスペクト比が3以下の針状や片状でない形状の内で不規則な形状を意味する。片状の銀粒子はスタッキングして重なるため、銀粒子間の接触面積が大きくなり焼結しやすくなることから、銀粒子中の片状の銀粒子の割合が、50質量%以上であることが好ましく、60質量%以上であることがより好ましく、70質量%以上であることがさらに好ましい。   Examples of the shape of the silver particles include a spherical shape, a lump shape, a needle shape, and a flake shape. Here, the needle shape means that the distance between the parallel two planes selected so that the distance between the parallel two planes becomes the maximum among the parallel two planes circumscribing the silver particles is the major axis, and is orthogonal to the parallel two planes that give the major axis. And the distance between the parallel two planes selected so that the distance between the parallel two planes is minimized among the parallel two planes circumscribing the silver particles is perpendicular to the parallel two planes giving the major axis and the silver Among the parallel two planes circumscribing the particles, when the distance between the parallel two planes selected so as to maximize the distance between the parallel two planes is the medium diameter, the major axis is 1 to 50 μm, the aspect ratio (major axis / minor axis and It means the shape of silver particles having a major axis / medium diameter of 3 to 1000. The flaky shape is analyzed from the result of SEM observation of silver particles, and the average thickness t is 0.1 μm to 15 μm, and the aspect ratio (average particle diameter a / average thickness t) is in the range of 3 to 1000. Means the shape. The lump shape means an irregular shape out of a needle shape having an aspect ratio of 3 or less or a non-flap shape. Since the piece-like silver particles are stacked and overlapped, the contact area between the silver particles is increased and the sintering is facilitated, so that the ratio of the piece-like silver particles in the silver particles is 50% by mass or more. Preferably, it is 60 mass% or more, and more preferably 70 mass% or more.

銀粒子の一次粒子の平均粒径が0.02μm〜50μmであることが好ましく、0.05μm〜30μmであることがより好ましく、0.08μm〜25μmであることがさらに好ましい。平均粒径が下限値以上であると、分散性がより向上する。平均粒径が上限値以下であると、ダイボンド層の厚みを好適な厚みとすることができる。銀粒子の一次粒子の平均粒径(体積平均粒径)は、レーザー回析式粒度分布測定装置により測定できる。測定法の一例を以下に示す。   The average particle size of primary particles of silver particles is preferably 0.02 μm to 50 μm, more preferably 0.05 μm to 30 μm, and further preferably 0.08 μm to 25 μm. When the average particle size is at least the lower limit value, the dispersibility is further improved. When the average particle size is not more than the upper limit value, the die bond layer can have a suitable thickness. The average particle size (volume average particle size) of primary particles of silver particles can be measured by a laser diffraction type particle size distribution measuring device. An example of the measurement method is shown below.

銀粒子0.1gとドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(和光純薬工業製)0.01g、蒸留水(和光純薬工業製)9.99gとを混合し、超音波洗浄機で5分間処理して水分散液を得た。超音波分散ユニットを有するユニバーサルリキッドモジュールを装着したレーザー散乱法粒度分布測定装置LS13 320(ベックマンコールタ製)を用い、光源の安定のため本体電源を入れて30分間放置した後、リキッドモジュールに蒸留水を測定プログラムからRinseコマンドにより導入し、測定プログラムからDe−bubble、Measure Offset、Align、Measure Backgroundを行う。続いて、測定プログラムのMeasure Loadingを用い、この水分散液を振り混ぜて均一になったところでスポイトを用いてリキッドモジュールに、測定プログラムがサンプル量LowからOKになるまで、添加する。その後、測定プログラムからMeasureを行い、粒度分布を取得する。レーザー散乱法粒度分布測定装置の設定として、Pump Speed:70%、Include PIDS data:ON、Run Length:90seconds、分散媒屈折率:1.332、分散質屈折率:0.17−3.4iを用いた。   0.1 g of silver particles, 0.01 g of sodium dodecylbenzenesulfonate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 9.99 g of distilled water (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) are mixed and treated with an ultrasonic cleaner for 5 minutes to produce water. A dispersion was obtained. Using a laser scattering particle size distribution analyzer LS13 320 (manufactured by Beckman Coulter) equipped with a universal liquid module with an ultrasonic dispersion unit, the main unit was turned on for 30 minutes to stabilize the light source, and then distilled to the liquid module. Water is introduced from the measurement program by the Rinse command, and De-bubble, Measurement Offset, Align, and Measurement Background are performed from the measurement program. Subsequently, using Measurement Loading of the measurement program, the aqueous dispersion is shaken and mixed, and when it becomes uniform, it is added to the liquid module using a dropper until the measurement program is changed from the sample amount Low to OK. Thereafter, Measurement is performed from the measurement program to obtain a particle size distribution. As settings of the laser scattering particle size distribution measuring apparatus, Pump Speed: 70%, Include PIDS data: ON, Run Length: 90 seconds, Dispersion medium refractive index: 1.332, Dispersoid refractive index: 0.17-3.4i Using.

この測定により、通常、一次粒子以外に凝集体のピークを含む複数のピークをもつ粒度分布が得られるが、最も低粒径のピーク一つを処理範囲として一次粒子の平均粒径を得る。   This measurement usually provides a particle size distribution having a plurality of peaks including aggregate peaks in addition to the primary particles. The average particle size of the primary particles is obtained with one of the lowest particle size peaks as the treatment range.

(分散媒)
分散媒は有機、無機いずれでもかまわないが、塗布工程での乾燥を防ぐ観点から、200℃以上の沸点を有していることが好ましく、300℃以上の沸点を有していることがより好ましい。また、焼結後に分散媒が残留させないように400℃以下の沸点を有していることが好ましい。
(Dispersion medium)
The dispersion medium may be either organic or inorganic, but preferably has a boiling point of 200 ° C. or higher, more preferably 300 ° C. or higher, from the viewpoint of preventing drying in the coating process. . Also, it preferably has a boiling point of 400 ° C. or lower so that the dispersion medium does not remain after sintering.

このような分散媒としては、テルピネオール、ステアリルアルコール、セチルアルコール、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、トリプロピレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールn−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールn−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールn−ブチルエーテル、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、p−フェニルフェノール、プロピレングリコールフェニルエーテルなどのアルコール類;オクタン酸オクチル、ミリスチン酸エチル、リノール酸メチル、クエン酸トリブチル、トリブチリン、安息香酸ベンジル、ステアリン酸ブチル、4−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、γ−ブチロラクトン、スルホラン、ジプレングリコールメチルエーテルアセテート、2−(2−ブトキシエトキシ)エタノール、ジエチレングリコールモノエ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、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、グリセリントリアセテート等のエステル類;イソホロン等のケトン;N−メチルピロリドン等のラクタム;フェニルアセトニトリル等のニトリル類、オクタデカン、ヘプタデカン、スクアラン等の脂肪族が挙げられる。   Such dispersion media include terpineol, stearyl alcohol, cetyl alcohol, isobornyl cyclohexanol, tetraethylene glycol, tripropylene glycol methyl ether, diethylene glycol, diethylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol n-propyl ether, dipropylene glycol. Alcohols such as n-butyl ether, tripropylene glycol n-butyl ether, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, p-phenylphenol, propylene glycol phenyl ether; octyl octoate, ethyl myristate, methyl linoleate , Tributyl citrate, tributyrin, benzyl benzoate, butyl stearate, 4-methyl-1,3-dioxolane-2 Esters such as ON, γ-butyrolactone, sulfolane, diprene glycol methyl ether acetate, 2- (2-butoxyethoxy) ethanol, diethylene glycol monoethyl ether acetate, dipropylene glycol methyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, glycerin triacetate; Ketones such as isophorone; lactams such as N-methylpyrrolidone; nitriles such as phenylacetonitrile; and aliphatics such as octadecane, heptadecane and squalane.

本実施形態の接着剤組成物は、焼結助剤、フッ素系界面活性剤等の濡れ性向上剤、及びシリコーン油等の消泡剤から選ばれる一つ以上を含んでもよい。なお、本実施形態の接着剤組成物は、ここに列挙した以外の成分を含んでいても構わない。   The adhesive composition of the present embodiment may contain one or more selected from a sintering aid, a wettability improver such as a fluorine-based surfactant, and an antifoaming agent such as silicone oil. Note that the adhesive composition of the present embodiment may contain components other than those listed here.

本実施形態の接着剤組成物には、必要に応じてさらに、酸化カルシウム、酸化マグネシウム等の吸湿剤、ノニオン系界面活性剤、無機イオン交換体等のイオントラップ剤、重合禁止剤などを適宜添加することができる。   If necessary, the adhesive composition of the present embodiment further includes a moisture absorbent such as calcium oxide and magnesium oxide, a nonionic surfactant, an ion trap agent such as an inorganic ion exchanger, and a polymerization inhibitor as appropriate. can do.

上述の接着剤組成物は、上述の成分を一括又は分割して撹拌器、らいかい機、3本ロール、プラネタリーミキサー等の分散・溶解装置を適宜組み合わせ、必要に応じて加熱して混合、溶解、解粒混練又は分散して均一なペースト状として用いることができる。   The above-mentioned adhesive composition is a combination of dispersing or dissolving devices such as a stirrer, raky machine, three rolls, planetary mixer, etc., by mixing or dividing the above components all together, heating and mixing as necessary, It can be used as a uniform paste by dissolving, pulverizing and kneading or dispersing.

上述の接着剤組成物は、例えば、100〜300℃で、5秒間〜10時間加熱することにより硬化させることができる。   The above-mentioned adhesive composition can be cured by heating at 100 to 300 ° C. for 5 seconds to 10 hours, for example.

硬化した接着剤組成物の体積抵抗率は1×10−4Ω・cm以下であることが好ましく、硬化した接着剤組成物の熱伝導率は30W/m・K以上であることが好ましい。 The volume resistivity of the cured adhesive composition is preferably 1 × 10 −4 Ω · cm or less, and the thermal conductivity of the cured adhesive composition is preferably 30 W / m · K or more.

<半導体装置の製造方法>
本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、以下の工程を有していることが好ましい。
<Method for Manufacturing Semiconductor Device>
The semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment preferably includes the following steps.

(A)接着剤組成物を半導体素子あるいは半導体素子搭載用支持部材に付与し、半導体素子と半導体素子搭載用支持部材とを張り合わせる工程(以下、「工程(A)」という。)、
(B)接着剤組成物を硬化し、半導体素子と半導体素子搭載用支持部材とを接合する工程(以下、「工程(B)」という。)。
(A) A step of applying an adhesive composition to a semiconductor element or a semiconductor element mounting support member and bonding the semiconductor element and the semiconductor element mounting support member (hereinafter referred to as “process (A)”),
(B) A step of curing the adhesive composition and bonding the semiconductor element and the semiconductor element mounting support member (hereinafter referred to as “step (B)”).

工程(A)は、接着剤組成物を付与した後、乾燥工程を有してもよい。   A process (A) may have a drying process, after giving adhesive composition.

(工程(A))−接着剤組成物の付与工程−
[接着剤組成物の調製]
接着剤組成物は、上述の銀粒子、添加剤及び任意の成分を分散媒中で混合して調製できる。混合後に、撹拌処理を行ってもよい。また、ろ過により分散液の最大粒径を調整してもよい。
(Process (A))-Adhesive Composition Application Process-
[Preparation of adhesive composition]
The adhesive composition can be prepared by mixing the above-described silver particles, additives and optional components in a dispersion medium. You may perform a stirring process after mixing. Further, the maximum particle size of the dispersion may be adjusted by filtration.

撹拌処理は、撹拌機を用いて行うことができる。このような撹拌機としては、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、プラネタリーミキサー、薄層せん断分散機が挙げられる。   The stirring treatment can be performed using a stirrer. Examples of such a stirrer include a rotation / revolution stirrer, a lycra machine, a twin-screw kneader, a triple roll, a planetary mixer, and a thin layer shear disperser.

ろ過は、ろ過装置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。   Filtration can be performed using a filtration device. Examples of the filter for filtration include a metal mesh, a metal filter, and a nylon mesh.

[接着剤組成物の付与]
接着剤組成物を半導体素子搭載用支持部材または半導体素子上に付与することで接着剤組成物層を形成する。付与方法としては、塗布又は印刷が挙げられる。
[Application of adhesive composition]
The adhesive composition layer is formed by applying the adhesive composition on the semiconductor element mounting support member or the semiconductor element. Examples of the application method include coating or printing.

接着剤組成物の塗布方法としては、例えば、ディッピング、スプレーコート、バーコート、ダイコート、カンマコート、スリットコート、アプリケータを用いることができる。   As a method for applying the adhesive composition, for example, dipping, spray coating, bar coating, die coating, comma coating, slit coating, and applicator can be used.

接着剤組成物を印刷する印刷方法としては、例えば、ディスペンサー、ステンシル印刷、凹版印刷、スクリーン印刷、ニードルディスペンサ、ジェットディスペンサ法を用いることができる。   As a printing method for printing the adhesive composition, for example, a dispenser, stencil printing, intaglio printing, screen printing, needle dispenser, jet dispenser method can be used.

本実施形態に係る半導体素子と半導体素子搭載用支持部材としては、被着体表面が金属であるものが用いられる。被着体表面の金属としては、金、銀、銅、ニッケル等が挙げられる。また、上記のうち複数の材料が基材上にパターニングされていてもよい。   As the semiconductor element and the semiconductor element mounting support member according to the present embodiment, a member whose adherend surface is a metal is used. Examples of the metal on the adherend surface include gold, silver, copper, and nickel. Further, among the above, a plurality of materials may be patterned on the substrate.

接着剤組成物の付与により形成された接着剤組成物層は、硬化時の流動及びボイド発生を抑制する観点から適宜乾燥させることができる。   The adhesive composition layer formed by the application of the adhesive composition can be appropriately dried from the viewpoint of suppressing fluidization and void generation during curing.

乾燥方法は、常温放置による乾燥、加熱乾燥または減圧乾燥を用いることができる。加熱乾燥または減圧乾燥には、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。   As the drying method, drying at room temperature, drying by heating, or drying under reduced pressure can be used. For heat drying or vacuum drying, hot plate, hot air dryer, hot air heating furnace, nitrogen dryer, infrared dryer, infrared heating furnace, far infrared heating furnace, microwave heating device, laser heating device, electromagnetic heating device A heater heating device, a steam heating furnace, a hot plate press device, or the like can be used.

乾燥のための温度及び時間は、使用した分散媒の種類及び量に合わせて適宜調整することが好ましく、例えば、50〜180℃で、1〜120分間乾燥させることが好ましい。   The drying temperature and time are preferably adjusted as appropriate according to the type and amount of the dispersion medium used, and are preferably dried at 50 to 180 ° C. for 1 to 120 minutes, for example.

接着剤組成物層の形成後、半導体素子と半導体素子搭載用支持部材とを、接着剤組成物を介して貼りあわせる。工程(A)が乾燥工程を有する場合は、張り合わせ工程の前あるいは後のいずれの段階で乾燥工程を行ってもよい。   After the formation of the adhesive composition layer, the semiconductor element and the semiconductor element mounting support member are bonded together via the adhesive composition. When the process (A) includes a drying process, the drying process may be performed at any stage before or after the bonding process.

(工程(B))−硬化処理−
次いで、接着剤組成物層を焼成することにより硬化させる。接着剤組成物層の焼成は、加熱処理で行ってもよいし、加熱加圧処理で行ってもよい。加熱処理には、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。また、加熱加圧処理には、熱板プレス装置等を用いてもよいし、重りを乗せて加圧しながら上述の加熱処理を行ってもよい。接着剤組成物層の焼成における加熱温度は、180℃以上であり、好ましくは190℃以上、より好ましくは200℃以上である。当該加熱温度の上限は、特に制限されないが、例えば350℃以下である。
(Process (B))-Curing treatment-
Next, the adhesive composition layer is cured by firing. Firing of the adhesive composition layer may be performed by heat treatment or heat and pressure treatment. For heat treatment, hot plate, hot air dryer, hot air heating furnace, nitrogen dryer, infrared dryer, infrared heating furnace, far infrared heating furnace, microwave heating device, laser heating device, electromagnetic heating device, heater heating An apparatus, a steam heating furnace, or the like can be used. Moreover, a hot plate press apparatus etc. may be used for a heat pressurizing process, and the above-mentioned heat processing may be performed, putting a weight and pressurizing. The heating temperature in firing the adhesive composition layer is 180 ° C. or higher, preferably 190 ° C. or higher, more preferably 200 ° C. or higher. The upper limit of the heating temperature is not particularly limited, but is, for example, 350 ° C. or less.

本実施形態に係る製造方法においては、接着剤組成物層の焼成は、酸素ガスの存在下及び不存在下のいずれで行われてもよい。本実施形態に係る接着剤組成物によれば、低酸素濃度の雰囲気下であっても十分な接着強度を確保できるため、接着剤組成物層の焼成は、例えば酸素濃度が0.01体積%以下の雰囲気下で行われてもよい。   In the manufacturing method according to the present embodiment, the firing of the adhesive composition layer may be performed in the presence or absence of oxygen gas. According to the adhesive composition according to the present embodiment, sufficient adhesive strength can be ensured even in an atmosphere having a low oxygen concentration. Therefore, the firing of the adhesive composition layer is performed, for example, with an oxygen concentration of 0.01 vol%. The following atmosphere may be used.

以上の本実施形態の接着剤組成物の製造方法により、半導体素子と半導体素子搭載用支持部材とが接着性、高熱伝導性及び高耐熱性に優れた接着剤組成物硬化物により接合された半導体装置を製造することができる。   A semiconductor in which a semiconductor element and a support member for mounting a semiconductor element are bonded by a cured adhesive composition having excellent adhesiveness, high thermal conductivity, and high heat resistance by the method for manufacturing an adhesive composition of the present embodiment. The device can be manufactured.

<半導体装置>
本実施形態に係る半導体装置は、本実施形態に係る接着剤組成物を介して、半導体素子と半導体素子搭載用支持部材半導体素子とが接着された構造を有している。半導体装置としては、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のパワーモジュール、発信機、増幅器、LEDモジュールなどが挙げられる。
<Semiconductor device>
The semiconductor device according to the present embodiment has a structure in which a semiconductor element and a semiconductor element mounting support member semiconductor element are bonded via the adhesive composition according to the present embodiment. Examples of semiconductor devices include diodes, rectifiers, thyristors, MOS gate drivers, power switches, power MOSFETs, IGBTs, Schottky diodes, fast recovery diodes, and other power modules, transmitters, amplifiers, LED modules, and the like.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited to a following example.

各実施例における各特性の測定は、次のようにして実施した。   Measurement of each characteristic in each example was performed as follows.

(1)Casson粘度の測定
20℃に設定した恒温水循環装置を接続した粘弾性測定装置(Physica MCR−501、Anton Paar製)を用い、起動後、初期化し、角度1°直径50mmのコーン型測定冶具(CP50−1)の装着、ゼロギャップの測定の順に行った。その後、測定位置を1mmに設定し、モーターの調整を長時間調整の設定で実施した。測定位置を80mmに設定後、測定位置に測定冶具を上げ、接着剤組成物が測定冶具からあふれる程度の接着剤組成物を測定装置に導入し、測定冶具を測定位置に下ろした際あふれた接着剤組成物をかきとった。測定は25℃で、以下の2ステップを連続して行い、2ステップ目にせん断速度とせん断応力を記録した。
(i)せん断速度0s−1、600秒、
(ii)せん断速度0〜100s−1、せん断速度増加率100/60s−1/step、測定間隔1秒、測定点数60点。
(1) Measurement of Casson viscosity Using a viscoelasticity measuring device (Physica MCR-501, manufactured by Anton Paar) connected to a constant temperature water circulation device set at 20 ° C., initialization is performed after startup, and cone type measurement with an angle of 1 ° and a diameter of 50 mm is performed. The jig (CP50-1) was mounted and the zero gap was measured in this order. Thereafter, the measurement position was set to 1 mm, and the motor was adjusted for a long time. After setting the measurement position to 80 mm, raise the measurement jig to the measurement position, introduce an adhesive composition that overflows from the measurement jig into the measurement device, and overflow the adhesive when the measurement jig is lowered to the measurement position The agent composition was scraped off. The measurement was performed at 25 ° C. and the following two steps were continuously performed, and the shear rate and shear stress were recorded in the second step.
(I) Shear rate 0 s −1 , 600 seconds,
(Ii) a shear rate of 0 to 100s -1, shear rate increase rate 100 / 60s -1 / step, measurement interval 1 sec, the measurement points 60 points.

得られたせん断速度とせん断応力の平方根を計算し、せん断速度の1/2乗に対するせん断応力の1/2乗から最小二乗法により近似される直線の傾きを算出した。この傾きを二乗したものをCasson粘度とした。   The obtained shear rate and the square root of the shear stress were calculated, and the slope of the straight line approximated by the least square method was calculated from the 1/2 power of the shear stress to the 1/2 power of the shear rate. The value obtained by squaring this slope was defined as the Casson viscosity.

(2)ダイシェア強度
接着剤組成物を、銀めっきしたPPF−Cuリードフレーム(ランド部:10×5mm)上に先のとがったピンセットを用いて塗布した。塗布した接着剤組成物上に、銀がめっきされた2×2mmの被着面が銀めっきであるCuチップを載せ、ピンセットで軽く押さえた。サンプルをフラックスレスリフロー装置(アユミ工業製)の搬送トレー上にセットし、前室を密閉した。前室で10分間窒素をフローして窒素置換した後、あらかじめ10Pa以下に減圧した後、窒素を導入して窒素置換した処理室に搬送した。処理室内で、大気圧、窒素流量10L/minの条件で、搬送トレーを内蔵のカーボンヒータを用いて室温から250℃まで20分間で昇温し、250℃で1時間加熱した。その後、搬送トレーを前室に戻し窒素中、冷却板上で50℃以下になるまで冷却した後、前室を開放してサンプルを装置から取り出し、接着剤組成物の硬化済みサンプルとした。接着剤組成物の硬化済みサンプルの接着強度は、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Cuチップを水平方向に押し、接着剤組成物硬化物のダイシェア強度を測定した。9測定の平均をダイシェア強度とした。なお、ダイシェア強度が20MPa未満であると、接着不良であるといえる。
(2) Die shear strength The adhesive composition was applied on a silver-plated PPF-Cu lead frame (land part: 10 × 5 mm) using pointed tweezers. On the applied adhesive composition, a 2 × 2 mm 2 Cu chip on which the silver-plated surface was silver-plated was placed and lightly pressed with tweezers. The sample was set on a transfer tray of a fluxless reflow apparatus (Ayumi Kogyo), and the anterior chamber was sealed. After flowing nitrogen in the front chamber for 10 minutes and replacing with nitrogen, the pressure was reduced to 10 Pa or less in advance, and then nitrogen was introduced and transferred to the processing chamber where nitrogen was replaced. In the treatment chamber, the transfer tray was heated from room temperature to 250 ° C. over 20 minutes using a built-in carbon heater under the conditions of atmospheric pressure and nitrogen flow rate of 10 L / min, and heated at 250 ° C. for 1 hour. Thereafter, the transport tray was returned to the front chamber, cooled in nitrogen on a cooling plate until it became 50 ° C. or lower, and then the front chamber was opened and the sample was taken out from the apparatus to obtain a cured sample of the adhesive composition. The adhesive strength of the cured sample of the adhesive composition was evaluated by die shear strength. Using a universal bond tester (4000 series, manufactured by DAGE) equipped with a 1 kN load cell, measure the die shear strength of the cured adhesive composition by pressing the Cu chip horizontally at a measurement speed of 500 μm / s and a measurement height of 100 μm. did. The average of 9 measurements was taken as the die shear strength. Note that when the die shear strength is less than 20 MPa, it can be said that adhesion is poor.

(3)断面SEM観察
「(2)ダイシェア強度」と同様にして接着剤組成物の硬化済みサンプルを作製した。接着剤組成物の硬化済みサンプルをカップ内にサンプルクリップ(Samplklip I、Buehler製)で固定し、周囲にエポキシ注形樹脂(エポマウント、リファインテック製)をサンプル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30秒間減圧して脱泡した。その後、室温での8時間以上放置してエポキシ注形樹脂を硬化した。
(3) Cross-sectional SEM observation A cured sample of the adhesive composition was prepared in the same manner as in “(2) Die shear strength”. A cured sample of the adhesive composition is fixed in a cup with a sample clip (Sampklip I, manufactured by Buehler), and an epoxy casting resin (Epomount, manufactured by Refinetech) is poured into the cup until the entire sample is filled, and the vacuum desiccator is filled. And deaerated under reduced pressure for 30 seconds. Thereafter, the epoxy casting resin was cured by leaving it at room temperature for 8 hours or more.

耐水研磨紙(カーボマックペーパー、リファインテック製)をつけた研磨装置(Refine Polisher HV、リファインテック製)で接着部まで削り断面を出した。その後、バフ研磨剤を染ませたバフ研磨布をセットした研磨装置で断面を平滑に仕上げた。このSEM用サンプルをSEM装置(TM−1000、日立製作所製)により、接着剤組成物硬化物の断面を印過電圧15kVで観察した。実施例1及び比較例1,2,4についてのSEM像を、それぞれ図1〜4に示した。   A cross section was cut out to a bonded portion with a polishing apparatus (Refine Polisher HV, manufactured by Refinetech) equipped with water-resistant abrasive paper (Carbo Mac paper, manufactured by Refinetech). Thereafter, the cross section was smoothed with a polishing apparatus in which a buffing cloth dyed with a buffing abrasive was set. The cross section of the cured adhesive composition was observed at an overvoltage of 15 kV for this SEM sample using an SEM apparatus (TM-1000, manufactured by Hitachi, Ltd.). The SEM images for Example 1 and Comparative Examples 1, 2, and 4 are shown in FIGS.

[実施例1、比較例1〜6]
(接着剤組成物の調製)
20mLポリエチレン瓶にステアリルアミン(和光純薬工業製)を0.85質量部(0.156g)、テルピネオール(αテルピネオール異性体混合、和光純薬工業製)を8.9質量部(1.62g)秤量し、密栓し50℃の水浴で30分間加温して溶解した。この溶液に、ギ酸(試薬特級、和光純薬工業製)0.15質量部(0.027g)、銀粒子1(LM1、トクセン工業製、片状、平均粒径:1.2μm)75質量部(13.65g)、銀粒子2(AGC239、福田金属箔粉工業製、片状、平均粒径:5.4μm)25質量部(4.55g)を秤量・混合し、スパチュラで乾燥粉がなくなるまでかき混ぜ、密栓をして自転公転型攪拌装置(Planetary Vacuum Mixer ARV−310、シンキー製)により、2000rpmで1分間撹拌した。20mlポリエチレン瓶の開口部にナイロンメッシュ(ボルティングクロスN−No.355T)をたわませて張り、メッシュ上に混合物を入れ、中蓋、外蓋を閉めた。この広口ポリエチレン瓶を自転公転型攪拌装置に1000rpmで2分間かけ、メッシュを透過したものを接着剤組成物とした。
[Example 1, Comparative Examples 1-6]
(Preparation of adhesive composition)
In a 20 mL polyethylene bottle, 0.85 parts by mass (0.156 g) of stearylamine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) and 8.9 parts by mass (1.62 g) of terpineol (alpha terpineol isomer mixed, manufactured by Wako Pure Chemical Industries) The solution was weighed, sealed, and dissolved in a 50 ° C. water bath for 30 minutes. In this solution, 0.15 parts by mass (0.07 g) of formic acid (special grade reagent, manufactured by Wako Pure Chemical Industries), 75 parts by mass of silver particles 1 (LM1, manufactured by Toxen Industries, flakes, average particle size: 1.2 μm) (13.65 g), 25 parts by weight (4.55 g) of silver particles 2 (AGC239, manufactured by Fukuda Metal Foil Powder Industry, flakes, average particle size: 5.4 μm) are weighed and mixed, and dry powder disappears with a spatula The mixture was stirred until sealed, and stirred at 2000 rpm for 1 minute using a rotation / revolution type stirring apparatus (Planetary Vacuum Mixer ARV-310, manufactured by Sinky). A nylon mesh (bolting cloth N-No. 355T) was bent and stretched on the opening of a 20 ml polyethylene bottle, the mixture was put on the mesh, and the inner lid and outer lid were closed. This wide-mouthed polyethylene bottle was placed on a rotation / revolution type stirring apparatus at 1000 rpm for 2 minutes, and the one that passed through the mesh was used as the adhesive composition.

この接着剤組成物を用い、上記の各特性を測定した。結果を表1,2に示す。添加剤としてステアリン酸を加えた比較例1は、空気中で焼成した以外は「(2)ダイシェア強度」と同様にダイシェア強度を測定すると、31MPaの接着力が得られるが、窒素中で焼成した場合には7MPaで接着不良となった。それに対して、実施例1では窒素中で焼成した場合でも接着力(34MPaのダイシェア強度)が得られた。実施例1の接着剤組成物については、空気中で焼成した場合、45MPaのダイシェア強度が得られ、空気中でも低酸素濃度の雰囲気でも接着力が得られることが分かった。   Using the adhesive composition, each of the above characteristics was measured. The results are shown in Tables 1 and 2. In Comparative Example 1 in which stearic acid was added as an additive, an adhesive strength of 31 MPa was obtained when the die shear strength was measured in the same manner as “(2) Die shear strength” except that firing was performed in air. In this case, adhesion was poor at 7 MPa. On the other hand, in Example 1, adhesive force (die shear strength of 34 MPa) was obtained even when baked in nitrogen. The adhesive composition of Example 1 was found to have a die shear strength of 45 MPa when fired in air, and to obtain adhesive strength in air or in a low oxygen concentration atmosphere.

実施例1の接着剤組成物では、添加剤としてステアリルアミンとギ酸とを共に加えている。一方、比較例2では、ステアリルアミンのみを添加剤として添加したところ、ダイシェア強度は18MPaと、比較例1よりは向上するものの接着不良となった。ステアリルアミンの添加量を0.5質量部、2質量部に変更した比較例5、比較例6のダイシェア強度は、それぞれ11MPa、17MPaであり、ステアリルアミンのみでは窒素中で焼結できず十分な接着力が得られなかった。   In the adhesive composition of Example 1, both stearylamine and formic acid are added as additives. On the other hand, in Comparative Example 2, when only stearylamine was added as an additive, the die shear strength was 18 MPa, which was better than Comparative Example 1, but resulted in poor adhesion. The die shear strengths of Comparative Example 5 and Comparative Example 6 in which the addition amount of stearylamine is changed to 0.5 parts by mass and 2 parts by mass are 11 MPa and 17 MPa, respectively. Adhesive strength was not obtained.

また、ギ酸のみを添加剤とした比較例3では銀粒子同士の凝集が発生して固形状となりペースト化できなかった。ギ酸添加量を減らした比較例4でも凝集が生じたが、分散媒の量を増やすことで接着剤組成物の硬化済みサンプルを作製することができた。比較例4のダイシェア強度は10MPaと接着不良となった。   Further, in Comparative Example 3 in which only formic acid was used as an additive, silver particles were aggregated to form a solid and could not be pasted. Aggregation also occurred in Comparative Example 4 in which the amount of formic acid added was reduced, but a cured sample of the adhesive composition could be produced by increasing the amount of the dispersion medium. The die shear strength of Comparative Example 4 was 10 MPa, indicating poor adhesion.

以上のことから、ステアリルアミンとギ酸とを共に添加剤として添加することで、銀粒子を凝集させることなくペーストを調製でき、低酸素濃度の雰囲気中でも焼成可能とすることができることが分かった。   From the above, it has been found that by adding both stearylamine and formic acid as additives, a paste can be prepared without agglomerating silver particles and can be fired even in a low oxygen concentration atmosphere.

[実施例2、比較例7〜9]
添加剤のギ酸とステアリルアミンとの比率の影響を明らかにするために、接着剤組成物の組成を表3のとおりとした以外は実施例1と同様に接着剤組成物の調製・評価を行った。添加剤1及び添加剤2の合計量は、銀粒子100質量部に対し1質量部とした。ギ酸添加量の多い(添加剤1/添加剤2モル比が1.5以上の)比較例7〜9では、銀粒子の凝集が生じ、粘度の測定ができなかった。特に、添加剤1/添加剤2モル比が2以上では、凝集が顕著となりペースト状の接着剤組成物を調製することが困難であった。
[Example 2, Comparative Examples 7 to 9]
In order to clarify the influence of the ratio of the additive formic acid and stearylamine, the adhesive composition was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the composition of the adhesive composition was as shown in Table 3. It was. The total amount of additive 1 and additive 2 was 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of silver particles. In Comparative Examples 7 to 9 in which the amount of formic acid added was large (additive 1 / additive 2 molar ratio was 1.5 or more), aggregation of silver particles occurred, and the viscosity could not be measured. In particular, when the additive 1 / additive 2 molar ratio was 2 or more, aggregation became remarkable and it was difficult to prepare a paste-like adhesive composition.

ギ酸とステアリルアミンとのモル比に対するダイシェア強度の関係を図5に示す。ダイシェア強度は、モル比約1となる場合に極大となる傾向を示し、モル比が0.5から4の間で良好であった。   FIG. 5 shows the relationship between the die shear strength and the molar ratio of formic acid and stearylamine. The die shear strength tended to be maximized when the molar ratio was about 1, and was good when the molar ratio was between 0.5 and 4.

[実施例3、比較例10]
添加剤の添加量の影響を明らかとするため、添加剤1と添加剤2との合計量を変更した。接着剤組成物の組成を表4のとおりとした以外は実施例1と同様に接着剤組成物の調製・評価を行った。添加剤1/添加剤2モル比は1とした。
[Example 3, Comparative Example 10]
In order to clarify the influence of the additive amount, the total amount of additive 1 and additive 2 was changed. The adhesive composition was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the composition of the adhesive composition was as shown in Table 4. The additive 1 / additive 2 molar ratio was 1.

添加剤1と添加剤2との合計量が銀粒子100質量部に対して2質量部の場合、接着剤組成物の顕著な粘度増加は生じなかった。添加剤1と添加剤2との合計量に対するダイシェア強度の関係を図6に示す。添加剤1と添加剤2との合計量が0、0.5、1質量部と増えるに従って、ダイシェア強度はそれぞれ7、18、34MPaと増加した。添加剤1と添加剤2との合計量が2質量部では29MPaとなり、当該合計量が1質量部である場合より若干低下した。添加剤1と添加剤2との合計量は、図6から銀粒子を100質量部に対して0.7質量部以上であればよいことが分かった。   When the total amount of additive 1 and additive 2 was 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of silver particles, no significant increase in viscosity of the adhesive composition occurred. The relationship of the die shear strength with respect to the total amount of the additive 1 and the additive 2 is shown in FIG. As the total amount of additive 1 and additive 2 increased to 0, 0.5, and 1 part by mass, the die shear strength increased to 7, 18, and 34 MPa, respectively. When the total amount of additive 1 and additive 2 was 2 parts by mass, it was 29 MPa, which was slightly lower than when the total amount was 1 part by mass. It turned out that the total amount of the additive 1 and the additive 2 should just be 0.7 mass parts or more with respect to 100 mass parts of silver particles from FIG.

[実施例4]
添加剤2をステアリルアミンからドデシルアミン(和光純薬工業製)に変更した以外は実施例1と同様に接着剤組成物を調製し、各特性を測定した。接着剤組成物の組成および各特性を表5に示した。
[Example 4]
An adhesive composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the additive 2 was changed from stearylamine to dodecylamine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), and each characteristic was measured. The composition and properties of the adhesive composition are shown in Table 5.

[実施例5]
添加剤2をステアリルアミンからヘキシルアミン(和光純薬工業製)に変更した以外は実施例1と同様に接着剤組成物を調製し、各特性を測定した。接着剤組成物の組成および各特性を表5に示した。
[Example 5]
An adhesive composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the additive 2 was changed from stearylamine to hexylamine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), and each characteristic was measured. The composition and properties of the adhesive composition are shown in Table 5.

[比較例11]
添加剤2をステアリルアミンからトリエチルアミン(和光純薬工業製)に変更した以外は実施例1と同様に接着剤組成物を調製し、各特性を測定した。接着剤組成物の組成および各特性を表5に示した。
[Comparative Example 11]
An adhesive composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the additive 2 was changed from stearylamine to triethylamine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), and each characteristic was measured. The composition and properties of the adhesive composition are shown in Table 5.

実施例1、実施例4、実施例5、比較例11から、脂肪族一級アミンであるステアリルアミン、ドデシルアミン、ヘキシルアミンを用いた場合に20MPa以上のダイシェア強度が得られており、添加剤として所定の脂肪族一級アミンが好適であることが分かった。一方、トリエチルアミンを用いた場合、ダイシェア強度は19MPaであり、さらに接着剤組成物は凝集を生じて分散性に劣るため不適であった。   From Example 1, Example 4, Example 5, and Comparative Example 11, when using aliphatic primary amines such as stearylamine, dodecylamine, and hexylamine, a die shear strength of 20 MPa or more was obtained. Certain aliphatic primary amines have been found to be suitable. On the other hand, when triethylamine was used, the die shear strength was 19 MPa, and the adhesive composition was unsuitable because it agglomerated and was poor in dispersibility.

[比較例12]
添加剤1をギ酸から酢酸(和光純薬工業製)に変更した以外は実施例1と同様に接着剤組成物を調製し、各特性を測定した。接着剤組成物の組成および各特性を表5に示した。添加剤1を酢酸とした場合、ダイシェア強度は19MPaであり、20MPa未満となった。この結果より、ギ酸が好ましいことが分かった。
[Comparative Example 12]
An adhesive composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the additive 1 was changed from formic acid to acetic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), and each characteristic was measured. The composition and properties of the adhesive composition are shown in Table 5. When additive 1 was acetic acid, the die shear strength was 19 MPa, which was less than 20 MPa. From this result, it was found that formic acid is preferable.


Claims (5)

銀粒子と、炭素数6以上の脂肪族一級アミンと、ギ酸と、分散媒と、を含有し、
前記銀粒子100質量部に対し、前記脂肪族一級アミンと前記ギ酸との合計量が0.7質量部〜5.0質量部であり、前記分散媒の含有量が5質量部〜15質量部であり、
前記脂肪族一級アミンに対する前記ギ酸のモル比が0.5〜1.4である、接着剤組成物。
Silver particles, an aliphatic primary amine having 6 or more carbon atoms, formic acid, and a dispersion medium,
The total amount of the aliphatic primary amine and the formic acid is 0.7 parts by mass to 5.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the silver particles, and the content of the dispersion medium is 5 parts by mass to 15 parts by mass. And
The adhesive composition wherein the molar ratio of the formic acid to the aliphatic primary amine is 0.5 to 1.4.
Casson粘度が0.08Pa・s〜2.9Pa・sである、請求項1に記載の接着剤組成物。   The adhesive composition according to claim 1, wherein the Casson viscosity is 0.08 Pa · s to 2.9 Pa · s. 前記銀粒子の平均粒径が0.02μm〜50μmであり、
前記銀粒子中の片状の銀粒子の割合が50質量%以上である、請求項1又は2に記載の接着剤組成物。
The average particle diameter of the silver particles is 0.02 μm to 50 μm,
The adhesive composition according to claim 1 or 2, wherein a ratio of the flaky silver particles in the silver particles is 50% by mass or more.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の接着剤組成物を介して、半導体素子と半導体素子搭載用支持部材とが接着された構造を有する、半導体装置。   A semiconductor device having a structure in which a semiconductor element and a semiconductor element mounting support member are bonded via the adhesive composition according to claim 1. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の接着剤組成物を、酸素濃度が0.01体積%以下の雰囲気下において180℃以上の温度で焼成する工程を備える、半導体装置の製造方法。
The manufacturing method of a semiconductor device provided with the process of baking the adhesive composition as described in any one of Claims 1-3 at the temperature of 180 degreeC or more in the atmosphere whose oxygen concentration is 0.01 volume% or less.
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