JP6093633B2 - 電子部品の接合方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電子部品の接合方法に関し、特に、銀接合層により電子部品を基板に接合する方法に関する。
近年、銀微粒子を含む銀ペーストを接合材として使用し、被接合物間に接合材を介在させ、被接合物間に圧力を加えながら所定時間加熱して、接合材中の銀を焼結させて、被接合物同士を接合することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このような接合材を使用してＣｕ基板などの金属板上にＳｉデバイスなどの電子部品を固定する場合、銀微粒子が溶媒に分散した銀ペーストを基板上に塗布した後、加熱して溶媒を除去することにより、基板上に予備乾燥膜を形成し、この予備乾燥膜上に電子部品を配置した後、電子部品に圧力を加えながら加熱することにより、銀接合層を介して電子部品を基板に接合することができる。
しかし、この接合方法では、予備乾燥膜は、銀ペーストの分散不良や印刷不良などにより、予備乾燥膜の表面のレベリングが必ずしも良好でないので、電子部品を基板に良好に接合するためには、電子部品に加える圧力を高くして、予備乾燥膜の表面を平坦にする必要がある。そのため、近年のＳｉチップのように、大きく且つ薄い電子部品では、接合時の荷重を高くすることによりＳｉチップの表面が反ってしまうという問題がある。
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、電子部品を基板に接合する際に電子部品に加える圧力を低くしても、電子部品を基板に良好に接合することができる、電子部品の接合方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、銀粒子を含む銀ペーストを基板上に塗布して加熱することにより、基板上に予備乾燥膜を形成し、この予備乾燥膜を予備加圧して予備乾燥膜の表面を平坦化し、この平坦化した予備乾燥膜の表面に電子部品を配置した後、電子部品に圧力を加えながら加熱することにより、銀接合層を介して電子部品を基板に接合すれば、電子部品を基板に接合する際に電子部品に加える圧力を低くしても、電子部品を基板に良好に接合することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明による電子部品の接合方法は、銀粒子を含む銀ペーストを基板上に塗布して加熱することにより、基板上に予備乾燥膜を形成し、この予備乾燥膜を予備加圧して予備乾燥膜の表面を平坦化し、この平坦化した予備乾燥膜の表面に電子部品を配置した後、電子部品に圧力を加えながら加熱することにより、銀接合層を介して電子部品を基板に接合することを特徴とする。
この電子部品の接合方法において、予備加圧の際の圧力は２ＭＰａ以上であるのが好ましい。また、電子部品を基板に接合する際に電子部品に加える圧力は、予備加圧の際の圧力以下であるのが好ましく、２ＭＰａ以下であるのが好ましい。平坦化した予備乾燥膜の表面の表面粗さＲａは１μｍ以下であるのが好ましい。銀ペーストは、銀粒子が分散媒に分散した接合材であるのが好ましく、銀粒子は、平均一次粒子径１〜２００ｎｍの銀微粒子であるのが好ましい。
本発明によれば、電子部品を基板に接合する際に電子部品に加える圧力を低くしても、電子部品を基板に良好に接合することができる。
本発明による電子部品の接合方法の実施の形態では、銀粒子を含む銀ペーストを基板１０上に塗布して加熱することにより、基板１０上に予備乾燥膜を形成し、この予備乾燥膜を予備加圧して予備乾燥膜の表面を平坦化し、この平坦化した予備乾燥膜の表面にＳｉデバイスなどの電子部品１４を配置した後、電子部品１４に圧力を加えながら加熱することにより、銀接合層１２を介して電子部品１４を基板１０に接合する。このように予備乾燥膜を予備加圧して予備乾燥膜の表面を平坦化することにより、予備乾燥膜の表面に電子部品１４を配置して電子部品１４に加える圧力が低くても、電子部品１４を基板１０に良好に接合することができる。
予備乾燥膜の形成の際の加熱温度は、６０〜２００℃であるのが好ましく、８０〜１５０℃であるのがさらに好ましい。また、予備乾燥膜の形成の際の加熱時間は、膜の面積や厚さによって変わるが、予備乾燥膜を形成することができる時間であればよい。
予備加圧の際の圧力は１ＭＰａ以上であるのが好ましく、２ＭＰａ以上であるのがさらに好ましい。この予備加圧により予備乾燥膜の表面を平坦化して、予備乾燥膜の表面の表面粗さＲａが２μｍ以下になるのが好ましく、１μｍ以下になるのがさらに好ましい。
電子部品１４を基板１０に接合する際に電子部品１４に加える圧力は、予備加圧の際の圧力以下であるのが好ましく、２ＭＰａ以下であるのが好ましい。
電子部品１４の厚さは、５００μｍ以下であるのが好ましく、５０μｍ以下であるのがさらに好ましい。
銀ペーストは、銀粒子が分散媒に分散した接合材であるのが好ましい。また、銀粒子は、平均一次粒子径１〜２００ｎｍの銀微粒子であるのが好ましく、平均一次粒子径１〜１００ｎｍの銀微粒子であるのがさらに好ましい。
なお、本明細書中において、「表面粗さＲａ」とは、ＪＩＳ Ｂ０６０１（２００１年）に基づいて算出した算術平均粗さＲａをいう。また、「銀粒子の平均一次粒子径」とは、透過型電子顕微鏡写真（ＴＥＭ像）による銀粒子の一次粒子径の平均値をいう。
以下、本発明による電子部品の接合方法の実施例について詳細に説明する。
［実施例１］
まず、９０．５質量％のソルビン酸と８．５５質量％のオクタンジオールと０．９５質量％のブトキシエトキシ酢酸とからなる分散媒に平均一次粒子径１００ｎｍの銀微粒子が分散した銀ペーストと、３０ｍｍ×３０ｍｍ×１ｍｍの大きさの銅板に銀めっきを施した基板を用意し、この基板の一方の面の１３ｍｍ×１３ｍｍの略矩形の領域に厚さ５０μｍになるように銀ペーストを塗布した。
まず、９０．５質量％のソルビン酸と８．５５質量％のオクタンジオールと０．９５質量％のブトキシエトキシ酢酸とからなる分散媒に平均一次粒子径１００ｎｍの銀微粒子が分散した銀ペーストと、３０ｍｍ×３０ｍｍ×１ｍｍの大きさの銅板に銀めっきを施した基板を用意し、この基板の一方の面の１３ｍｍ×１３ｍｍの略矩形の領域に厚さ５０μｍになるように銀ペーストを塗布した。
次に、この銀ペーストを塗布した基板を大気中においてホットプレートにより１００℃で１０分間加熱して、基板上に予備乾燥膜を形成した。この予備乾燥膜の表面粗さとして、レーザー顕微鏡（株式会社キーエンス製のＶＫ−９７１０）による測定結果から、ＪＩＳ Ｂ０６０１に基づいて表面粗さを表すパラメータである算出平均粗さＲａを測定したところ、２．１１μｍであった。
次に、基板上の予備乾燥膜に２ＭＰａの荷重をかけて予備加圧を行うことにより、予備乾燥膜の表面を平坦化した。この平坦化後の予備乾燥膜の表面粗さとして、上記と同様の方法により算出平均粗さＲａを測定したところ、０．９０μｍであった。
次に、平坦化した予備乾燥膜の表面に、１２．５ｍｍ×１２．５ｍｍ×３００μｍの大きさの（Ａｇめっきを施した）Ｓｉデバイス（Ｓｉチップ）を配置し、予備乾燥膜上のＳｉデバイスに０．５ＭＰａの荷重をかけて本加圧を行いながら、大気中においてボンダーにより２５０℃で５分間加熱することにより、銀ペースト中の銀を焼結させて銀接合層を形成し、この銀接合層によってＳｉデバイスを基板に接合した。
このようにして得られた接合体をペンチで曲げてＳｉデバイスを破壊したところ、ほぼ全面にＳｉデバイスが残るほど接合（接合面積が約１００％）しており、Ｓｉデバイスの表面に反りはなかった。
［実施例２］
本加圧の荷重を２ＭＰａとした以外は、実施例１と同様の方法により、銀接合層によってＳｉデバイスを基板に接合した。なお、実施例１と同様の方法により、基板上の予備乾燥膜および平坦化後の予備乾燥膜の算出平均粗さＲａを測定したところ、それぞれ２．１３μｍおよび０．９１μｍであった。
本加圧の荷重を２ＭＰａとした以外は、実施例１と同様の方法により、銀接合層によってＳｉデバイスを基板に接合した。なお、実施例１と同様の方法により、基板上の予備乾燥膜および平坦化後の予備乾燥膜の算出平均粗さＲａを測定したところ、それぞれ２．１３μｍおよび０．９１μｍであった。
このようにして得られた接合体をペンチで曲げてＳｉデバイスを破壊したところ、ほぼ全面にＳｉデバイスが残るほど接合（接合面積が約１００％）しており、Ｓｉデバイスの表面に反りはなかった。
［比較例１］
予備加圧を行わなかった以外は、実施例１と同様の方法により、銀接合層によってＳｉデバイスを基板に接合した。なお、実施例１と同様の方法により、基板上の予備乾燥膜の算出平均粗さＲａを測定したところ、２．１１μｍであった。
予備加圧を行わなかった以外は、実施例１と同様の方法により、銀接合層によってＳｉデバイスを基板に接合した。なお、実施例１と同様の方法により、基板上の予備乾燥膜の算出平均粗さＲａを測定したところ、２．１１μｍであった。
このようにして得られた接合体をペンチで曲げてＳｉデバイスを破壊したところ、Ｓｉデバイスが残っていた面積（接合面積）が約４６％であり、Ｓｉデバイスの表面に反りはなかった。
［比較例２］
予備加圧の荷重を０．５ＭＰａとした以外は、実施例１と同様の方法により、銀接合層によってＳｉデバイスを基板に接合した。なお、実施例１と同様の方法により、基板上の予備乾燥膜および平坦化後の予備乾燥膜の算出平均粗さＲａを測定したところ、それぞれ２．１２μｍおよび１．６０μｍであった。
予備加圧の荷重を０．５ＭＰａとした以外は、実施例１と同様の方法により、銀接合層によってＳｉデバイスを基板に接合した。なお、実施例１と同様の方法により、基板上の予備乾燥膜および平坦化後の予備乾燥膜の算出平均粗さＲａを測定したところ、それぞれ２．１２μｍおよび１．６０μｍであった。
このようにして得られた接合体をペンチで曲げてＳｉデバイスを破壊したところ、Ｓｉデバイスが残っていた面積（接合面積）が約２５％であり、Ｓｉデバイスの表面に反りはなかった。
［比較例３］
予備加圧を行わず、本加圧の荷重を２ＭＰａとした以外は、実施例１と同様の方法により、銀接合層によってＳｉデバイスを基板に接合した。なお、実施例１と同様の方法により、基板上の予備乾燥膜の算出平均粗さＲａを測定したところ、２．１２μｍであった。
予備加圧を行わず、本加圧の荷重を２ＭＰａとした以外は、実施例１と同様の方法により、銀接合層によってＳｉデバイスを基板に接合した。なお、実施例１と同様の方法により、基板上の予備乾燥膜の算出平均粗さＲａを測定したところ、２．１２μｍであった。
このようにして得られた接合体をペンチで曲げてＳｉデバイスを破壊したところ、ほぼ全面にＳｉデバイスが残るほど接合（接合面積が約１００％）していたが、Ｓｉデバイスの表面に反りがあった。
［比較例４］
９０．５質量％のソルビン酸と８．５５質量％のオクタンジオールと０．９５質量％のブトキシエトキシ酢酸とからなる分散媒に平均一次粒子径８００ｎｍの銀微粒子が分散した銀ペーストを使用した以外は、実施例１と同様の方法により、銀接合層によってＳｉデバイスを基板に接合した。なお、実施例１と同様の方法により、基板上の予備乾燥膜および平坦化後の予備乾燥膜の算出平均粗さＲａを測定したところ、それぞれ２．１７μｍおよび０．４３μｍであった。
９０．５質量％のソルビン酸と８．５５質量％のオクタンジオールと０．９５質量％のブトキシエトキシ酢酸とからなる分散媒に平均一次粒子径８００ｎｍの銀微粒子が分散した銀ペーストを使用した以外は、実施例１と同様の方法により、銀接合層によってＳｉデバイスを基板に接合した。なお、実施例１と同様の方法により、基板上の予備乾燥膜および平坦化後の予備乾燥膜の算出平均粗さＲａを測定したところ、それぞれ２．１７μｍおよび０．４３μｍであった。
このようにして得られた接合体をペンチで曲げてＳｉデバイスを破壊したところ、Ｓｉデバイスは殆ど残っておらず（接合面積が約０％）、Ｓｉデバイスの表面に反りはなかった。
［比較例５］
本加圧の荷重を２ＭＰａとした以外は、比較例４と同様の方法により、銀接合層によってＳｉデバイスを基板に接合した。なお、実施例１と同様の方法により、基板上の予備乾燥膜および平坦化後の予備乾燥膜の算出平均粗さＲａを測定したところ、それぞれ２．１５μｍおよび０．４２μｍであった。
本加圧の荷重を２ＭＰａとした以外は、比較例４と同様の方法により、銀接合層によってＳｉデバイスを基板に接合した。なお、実施例１と同様の方法により、基板上の予備乾燥膜および平坦化後の予備乾燥膜の算出平均粗さＲａを測定したところ、それぞれ２．１５μｍおよび０．４２μｍであった。
このようにして得られた接合体をペンチで曲げてＳｉデバイスを破壊したところ、Ｓｉデバイスは殆ど残っておらず（接合面積が約０％）、Ｓｉデバイスの表面に反りはなかった。
１０ 基板
１２ 銀接合層
１４ 電子部品
１２ 銀接合層
１４ 電子部品
Claims (6)
- 銀粒子を含む銀ペーストを基板上に塗布して加熱することにより、基板上に予備乾燥膜を形成し、この予備乾燥膜を予備加圧して予備乾燥膜の表面を平坦化し、この平坦化した予備乾燥膜の表面に電子部品を配置した後、電子部品に圧力を加えながら加熱することにより、銀接合層を介して電子部品を基板に接合することを特徴とする、電子部品の接合方法。
- 前記予備加圧の際の圧力が２ＭＰａ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の電子部品の接合方法。
- 前記電子部品に加える圧力が予備加圧の際の圧力以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の電子部品の接合方法。
- 前記電子部品に加える圧力が２ＭＰａ以下であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の電子部品の接合方法。
- 前記平坦化した予備乾燥膜の表面の表面粗さＲａが１μｍ以下であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の電子部品の接合方法。
- 前記銀ペーストが、前記銀粒子が分散媒に分散した接合材であり、前記銀粒子が、平均一次粒子径１〜２００ｎｍの銀微粒子であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の電子部品の接合方法。
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