含金属粒子的组合物和导电性粘合膜制造技术

本发明专利技术的含金属粒子的组合物，其包含至少一种热固化性树脂R、固化剂H、互相不同的至少三种金属粒子P。金属粒子P包含：焊料合金粒子P1，其含至少含有一种金属A的锡合金，所述金属A是在200℃以下的共晶温度条件下与锡形成共晶的金属；至少一种金属粒子P2，其含块体熔点超过420℃的金属B，并且具有比焊料合金粒子P1拥有的固相线温度高的熔点；以及至少一种金属粒子P3，其包含与焊料合金粒子P1中包含的金属形成金属间化合物的金属C。形成金属间化合物的金属C。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含金属粒子的组合物和导电性粘合膜


[0001]本专利技术涉及一种含金属粒子的组合物及使用该含金属粒子的组合物形成的导电性粘合膜。

技术介绍

[0002]半导体装置，通常经过下述工序来制造：在引线框的元件支撑部上或绝缘基板的电路电极部上，形成用于接合半导体元件(芯片)的芯片安装材料的工序；在引线框上或电路电极上的芯片安装材料表面上搭载半导体元件，将引线框的元件支撑部或绝缘基板的电路电极部与半导体元件进行接合的工序；将半导体元件的电极部与引线框的端子部或绝缘基板的端子部电接合的打线(Wire Bonding)工序；将这样装配的半导体装置进行树脂包覆的封胶(mold)工序。
[0003]在引线框的元件支撑部或绝缘基板的电路电极部与半导体元件接合时，使用接合材料。例如，作为IGBT、MOS
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FET等功率半导体的接合材料，高熔点且具有耐热性的含85质量％以上铅的铅焊料广为人知。但是，近年来，铅的有害性被视作问题，对接合材料无铅的要求也在增强。
[0004]另外，由于SiC功率半导体与Si功率半导体相比较，在低损失的同时，能够在高速和高温下工作，因此期待作为下一代功率半导体。这样的SiC功率半导体，理论上能够在200℃以上工作，但为了将逆变器等的系统的高输出高密度化实用化，希望含接合材料的周边材料提高耐热性。
[0005]基于这样的背景，近年来，代替铅焊料，烧结银、Sn
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Bi系、Cu
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Sn系、Cu
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Ag
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Sn系等无铅焊料的金属膏受到注目。尤其是，由于烧结银、能够形成金属间化合物的Cu
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Sn系焊料在相对低的温度下能烧结，并且烧结后示出高熔点，因此在能够兼顾易安装和安装后的耐热性的方面非常有用。
[0006]但是，由于烧结银成本高，并且通常需要300℃以上的高烧结温度，因此容易对半导体元件周边的其他构件造成热损伤。另外，Cu
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Sn系等无铅焊料在半导体背面电极上的湿扩散差，为获得充分的接合强度，需要对要搭载的半导体芯片涂抹大量焊料。因此，存在难以平衡接合材料向芯片外溢出与接合强度的问题。
[0007]对于这样的问题，提出了在含环氧树脂、丙烯酸树脂等热固化性树脂的粘合剂中使导电粒子分散的粘合膜(专利文献1～3)。通过将这样的粘合膜贴合于半导体晶片后，将晶片和粘合膜同时切割，能够解决上述的搭载半导体芯片时的问题。
[0008]但是，这些树脂的耐热性，例如在250℃以上的高温环境下不充分，在与使用SiC等宽带隙半导体的元件组合时，难以充分运用元件优异的耐热性。能够通过提高环氧树脂、丙烯酸树脂等热固化性树脂的交联密度，来提高耐热性，但树脂固化物的硬度会变得过高。因此，安装后的应力松弛能力不足，并且会产生半导体芯片、引线框等的翘曲。
[0009]对于在高温环境下，耐热性与应力松弛的平衡的问题，提出了作为粘合剂，使用硅酮树脂代替环氧树脂、丙烯酸树脂等热固化性树脂(专利文献4)。由于硅酮树脂在耐热性优
异的同时还柔软，因此能够赋予粘合膜应力松弛能力，并且能够抑制引线框、半导体芯片等的翘曲。另一方面，从实用性、多样性的观点出发，粘合剂的种类不限于硅酮树脂，希望也能够使用其他树脂。
[0010]作为其他接合材料，使低熔点焊料粒子和熔点高的金属粒子在热固化性树脂的粘合剂中分散的类型的材料受到注目。通过使这些金属粒子在热固化性树脂粘合剂中分散，可预料到防止加热连接后的接合材料向芯片外溢出、提高安装后的应力松弛性、提高金属的防腐蚀性等效果。但是，由于安装时的温度为200℃以下的低温，因此，例如，当作为低熔点焊料粉使用含有与锡形成共晶的金属的锡合金时，锡对于高熔点金属粒子或基板或芯片电极发生扩散反应，引起在接合过程中与锡形成共晶的金属被偏析，并形成阻碍锡的扩散反应的阻隔层。由于阻隔层阻碍锡的扩散反应，因此不能充分进行接合部的形成，其结果是，存在获得的接合部的强度、耐热性(放热性)差，此外，在严苛条件下不能获得良好的接合状态的问题。
[0011]现有技术文献
[0012]专利文献
[0013]专利文献1：日本特开2004
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160508号公报。
[0014]专利文献2：国际公开第2011/083824号。
[0015]专利文献3：国际公开第2014/120356号。
[0016]专利文献4：国际公开第2016/031551号。

技术实现思路

[0017]专利技术要解决的课题
[0018]本专利技术的目的是提供一种能够在无铅的情况下达成电子部件等金属间的接合，并且是强度、耐热性优异的接合，此外，即使在严苛条件下也能够保持良好的接合状态的含金属粒子的组合物及使用该含金属粒子的组合物形成的导电性粘合膜。
[0019]用于解决课题的手段
[0020]本专利技术人们获得了以下见解，在热固化树脂粘合剂中，通过含金属粒子的组合物获得的金属间化合物，示出了抑制与锡形成共晶的金属偏析的钉扎效应，该含金属粒子的组合物包含：低熔点金属粒子(焊料合金粒子)，包含锡合金，锡合金含有在规定的共晶温度条件下与锡形成共晶的金属；高熔点金属粒子，包含具有高熔点的金属；以及另外的金属粒子，包含与低熔点金属粒子中包含的金属形成金属间化合物的其他金属。因此，即使在200℃以下的低温下安装，也能够将含锡合金的焊料合金粒子有效地用于热固化性树脂粘合剂中，其结果发现，例如，能够提供一种适宜地应用于导电性粘合膜的含金属粒子的组合物，该导电性粘合膜是用作将半导体芯片、引线框等电子部件之间的金属间进行接合的接合材料，从而完成了本专利技术。
[0021]即，本专利技术的主旨构成如下所示。
[0022][1]一种含金属粒子的组合物，其是包含至少一种热固化性树脂R、固化剂H；以及互相不同的至少三种金属粒子P的含金属粒子的组合物，其中，所述金属粒子P包含：焊料合金粒子P1，该焊料合金粒子P1含至少含有一种金属A的锡合金，所述金属A是在200℃以下的共晶温度条件下与锡形成共晶的金属；至少一种金属粒子P2，该金属粒子P2含块体熔点超
过420℃的金属B，并且具有比所述焊料合金粒子P1拥有的固相线温度高的熔点；以及至少一种金属粒子P3，该金属粒子P3包含与所述焊料合金粒子P1中包含的金属形成金属间化合物的金属C。
[0023][2]如上述[1]所述的含金属粒子的组合物，其中，所述金属A为铋、银、锌和铟中的至少任一种。
[0024][3]如上述[1]或[2]所述的含金属粒子的组合物，其中，所述金属B为铜、银和金中的至少任一种。
[0025][4]如上述[1]～[3]中任一项所述的含金属粒子的组合物，其中，所述金属C为镍和铁中的至少任一种。
[0026][5]如上述[1]～[4]中任一项所述的含金属粒子的组合物，其中，所述焊料合金粒子P1的一次粒子的粒径(d50)是超过500nm且在50μm以下。
[0027]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种含金属粒子的组合物，其是包含至少一种热固化性树脂R、固化剂H、以及互相不同的至少三种金属粒子P的含金属粒子的组合物，其中，所述金属粒子P包含：焊料合金粒子P1，该焊料合金粒子P1含至少含有一种金属A的锡合金，所述金属A是在200℃以下的共晶温度条件下与锡形成共晶的金属；至少一种金属粒子P2，该金属粒子P2含块体熔点超过420℃的金属B，并且具有比所述焊料合金粒子P1拥有的固相线温度高的熔点；以及至少一种金属粒子P3，该金属粒子P3包含与所述焊料合金粒子P1中包含的金属形成金属间化合物的金属C。2.如权利要求1所述的含金属粒子的组合物，其中，所述金属A为铋、银、锌和铟中的至少任一种。3.如权利要求1或2所述的含金属粒子的组合物，其中，所述金属B为铜、银和金中的至少任一种。4.如权利要求1～3中任一项所述的含金属粒子的组合物，其中，所述金属C为镍和铁中的至少任一种。5.如权利要求1～4中任一项所述的含金属粒子的组合物，其中，所述焊料合金粒子P1的一次粒子的粒径d50是超过500nm且在50μm以下。6.如权利要求1～5中任一项所述的含金属粒子的组合物，其中，所述金属粒子P2的一次粒子的粒径d50是超过1nm且在50μm以下。7.如权利要求1～6中任一项所述的含金属粒子的组合物，其中，所述金属粒子P3的一次粒子的粒径d50是超过10nm且在50μm以下。8.如权利要求1～7中任一项所述的含金属粒子的组合物，其中，所述含金属粒子的组合物中包含的所述焊料合金粒子P1的含量，相对于所述金属粒子P的总含量为50～95质量％。9.如权利要求1～8中任一项所述的含金属粒子的组合物，其中，所述含金属粒子的组合物中包含的所述金属粒子P2的含量，相对于所述金属粒子P的总含量为2.5～30质量％。10.如权利要求1～9中任一项所述的含金属粒子的组合物，其中，所述含金属粒子的组合物中包含的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：新田纳泽福，石井智纮，藤原英道，
申请(专利权)人：古河电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：