接続シート
【課題】保存時及び使用時に手間がかからず、取り扱いが容易で、接合時にボイドが発生するのを低減することができる接続シートを提供する。
【解決手段】本発明の接続シート１は、半導体素子１７と基板１６とを接続するための接続シート１であって、金属ペーストをシート状に形成した接合層２と、接合層２の一方の面側に設けられ、接合層２を保護する第一の保護フィルム４とを有し、接合層２は、金属微粒子と有機分散剤とを含み、加熱することにより、有機分散剤が除去され、金属微粒子同士が互いに結合することを特徴とする。
【解決手段】本発明の接続シート１は、半導体素子１７と基板１６とを接続するための接続シート１であって、金属ペーストをシート状に形成した接合層２と、接合層２の一方の面側に設けられ、接合層２を保護する第一の保護フィルム４とを有し、接合層２は、金属微粒子と有機分散剤とを含み、加熱することにより、有機分散剤が除去され、金属微粒子同士が互いに結合することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接続シートに関し、特に、半導体素子と回路基板やセラミック基板等の基板とを接続するための接続シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力の制御や供給等を行う半導体素子（いわゆるパワー半導体素子）と回路基板、セラミック基板およびリードフレーム等の基板との接続では、一般に半田が使用されている。このような半田としては、半田の粉末にフラックスを加えて適当な粘度にしたクリーム半田が主に用いられている。しかしながら、フラックスを用いると、半導体素子表面を汚染する可能性があり、洗浄工程が必要という問題があった。また、近年、環境上の配慮から、鉛を含まない鉛フリー半田材料を用いることが要求されている。パワー半導体の発熱に対応可能な鉛フリー半田材料としてＡｕ−Ｓｎ系半田があるが、高価であるため、実用的ではない。Ａｕ−Ｓｎ系半田より安価な半田材料としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田があるが、熱履歴による金属間化合物の成長が信頼性の低下につながるという問題があった。
【０００３】
半田を用いない接合部材として、熱硬化性樹脂に導電性を持つ微細な金属粒子を混ぜ合わせたものを膜状に成形した異方性導電フィルム（Anisotropic Conductive Film：ＡＣＦ）がある。しかしながら、ＡＣＦは、高熱による熱硬化性樹脂の劣化が懸念されるため、発熱量の大きいパワー半導体の接続には適さない。
【０００４】
また、他の半田を用いない接合部材として、近時では金属微粒子を含むペースト（ 以下、金属ペーストという）がある（例えば、特許文献１参照）。 金属ペーストは、金属微粒子に、保存時や製造工程中の金属微粒子同士の凝縮を防止する有機分散剤と、接合時に有機分散剤と反応して有機分散剤を除去する分散補助物質とを添加し、これに溶剤等を混合させてペースト状にしたものである。金属微粒子は、少なくとも粒径が１ｎｍ〜５００ｎｍ程度の極めて微細な粒子を含むものであり、表面は活性状態である。
【０００５】
金属ペーストを用いて半導体素子と基板とを接合するには、半導体素子及び／又は基板の接合面に金属ペーストをディスペンサー、又はスクリーン印刷により塗布し、１５０℃〜３００℃で所定時間（１分〜１時間程度）加熱する。これにより、有機分散剤と分散補助材とが反応して有機分散剤が除去され、同時に溶剤も揮発して除去される。有機分散剤や溶剤が除去されると、活性状態にある金属微粒子同士が互いに結合し、その金属成分の単体膜となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３５２０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
金属ペーストをディスペンサーやスクリーン印刷を用いて、接合面に塗布する場合、予備乾燥が必要となり、工程が煩雑になるという問題があった。さらに、スクリーン印刷では、塗布厚の調整が難しいという問題があった。また、金属ペーストをディスペンサーやスクリーン印刷を用いて、接合面に塗布する場合、溶剤等の量を調節して、金属ペーストの粘度をある程度低くする必要がある。しかしながら、粘度を下げるために、金属微粒子の量に対して溶剤等の量を多くすると、接合時に金属粒子間にボイドが発生して接続信頼性が低下するという問題があった。
【０００８】
発明者らが鋭意検討の結果、ボイドの発生を低減するためには、金属微粒子の含有量を多くすることが有効であることがわかった。そこで、低粘度の金属ペーストをスクリーン印刷等を用いて接合面に塗布し、予備乾燥を行うことにより、溶剤分を除去して金属微粒子の含有量を多くした後にボンディングすることも考えられる。
【０００９】
しかしながら、低粘度の金属ペーストを接合面に塗布して予備乾燥すると、予備乾燥時に塗膜にクラックが発生するという問題があった。また、接合面に塗布する前に金属ペーストの金属微粒子の含有量を多くすると、金属ペーストの粘度が非常に高くなり、ディスペンサーやスクリーン印刷を用いて接合面に均一に塗布することが困難であるという問題があった。
【００１０】
また、低粘度の金属ペーストの場合、取り扱いが困難であるという問題があった。さらに、低粘度の金属ペーストの場合、保存時には安定した分散性を維持するため冷凍しておき、使用時には予め常温に戻しておく必要があり、手間がかかるという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、保存時及び使用時に手間がかからず、取り扱いが容易で、接合時にボイドが発生するのを低減することができる接続シートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以上のような目的を達成するため、本発明による接続シートは、半導体素子と基板とを接続するための接続シートであって、金属ペーストをシート状に形成した接合層と、前記接合層の一方の面側に設けられ、前記接合層を保護する第一の保護フィルムとを有し、前記接合層は、金属微粒子と有機分散剤とを含み、加熱することにより、前記有機分散剤が除去され、前記金属微粒子同士が互いに結合することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る接続シートは、前記接合層と前記第一の保護フィルムとの界面に、液体層を有することが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る接続シートは、前記接合層の一方の面の面積が、他方の面の面積よりも小さいことが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る接続シートは、前記接合層の前記第一の保護フィルムとは反対の面側に、第二の保護フィルムを有することが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係る接続シートは、前記接合層と前記第二の保護フィルムとの界面に、液体層を有することが好ましい。
【００１７】
また、本発明に係る接続シートは、前記第二の保護フィルムの前記接合層とは反対の面側に、粘着剤（粘着物）を介して第三の保護フィルム２６を有することが好ましい。
【００１８】
また、本発明に係る接続シートは、前記金属微粒子が、銀、金、銅、アルミニウム、ニッケル、白金、錫、アンチモン及びパラジウムからなる金属元素群から選ばれる１種の微粒子、前記金属元素群から選ばれる２種以上を混合した微粒子、前記金属元素群から選ばれる２種以上の元素の合金からなる微粒子、前記金属元素群から選ばれる１種の微粒子又は前記金属元素群から選ばれる２種以上を混合した微粒子と前記金属元素群から選ばれる２種以上の元素の合金からなる微粒子とを混合した微粒子、これらの酸化物、又は、これらの水酸化物であることが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係る接続シートは、前記第一の保護フィルムが、厚さが１０〜３００μｍのポリエチレンフィルム又はポリスチレンフィルムであることが好ましい。
【００２０】
また、本発明に係る接続シートは、前記第二の保護フィルムは、厚さが１０〜３００μｍのポリエチレンフィルム又はポリスチレンフィルムであることが好ましい。
【００２１】
また、本発明に係る接続シートは、前記第一の保護フィルムの厚みが、前記第二の保護フィルムの厚みより大きく、前記接合層の前記第二の保護フィルム側の面積が、前記第一の保護フィルム側の面積よりも小さいことが好ましい。
【００２２】
また、本発明に係る接続シートは、前記金属微粒子の一次粒子の平均粒子径が、１ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましい。
【００２３】
また、本発明に係る接続シートは、前記金属ペースト中の前記金属微粒子の質量比が、３０質量％以上９０質量％以下であることが好ましい。
【００２４】
また、本発明に係る接続シートは、前記金属ペーストの振動式粘度計で測定される２５℃における粘度が、２００Ｐａ・ｓ以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の接続シートによれば、金属ペーストがシート状に形成されているため、常温の状態でも安定した分散性が維持でき、保存時に冷凍したり、使用に常温に戻す手間がかからない。また、シート状であるため、取り扱いが容易である。さらに、金属ペーストの金属微粒子の含有量を多くすることができるため、接合時にボイドが発生するのを低減することができる。また、金属ペーストがシート状に形成されており、寸法・厚み精度が高いため、半導体の製造工程において複数の半導体素子を一括して基板に接合することができる。また、半導体の製造工程において予備乾燥が必要ないため、工数が少なくてすむ。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施形態に係る接続シートを模式的に示す断面図である。
【図２】本実施形態に係る接続シートを製造する方法を模式的に説明する説明図である。
【図３】本実施形態に係る接続シートを製造する方法を模式的に説明する説明図である。
【図４】本実施形態に係る接続シートを用いて半導体装置を製造する方法を模式的に説明する説明図である。
【図５】本実施形態に係る接続シートを用いて半導体装置を製造する方法を模式的に説明する説明図である。
【図６】本実施形態に係る接続シートの変形例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２８】
実施形態に係る接続シート１は、図１に示すように、金属ペーストをシート状に形成した接合層２を有しており、接合層２の一方の面側には、液体層３ａを介して第一の保護フィルム４が設けられている。また、接合層２の他方の面側には、液体層３ｂを介して第二の保護フィルム５が設けられている。
【００２９】
以下、本実施形態に係る接続シート１の各構成要素について詳細に説明する。
【００３０】
（接合層２）
接合層２は、金属ペースト９（図２参照）をシート状に形成したものであり、半導体素子１７（図４（Ｅ）参照）、特に電力の制御や供給等を行ういわゆるパワー半導体素子と回路基板又はセラミック基板等の基板１６（図４（Ｅ）参照）との間に介在させた状態で焼結させることにより、半導体素子１７と基板１６とを接続するものである。
【００３１】
金属ペースト９は、金属微粒子に、保存時や製造工程中の金属微粒子同士の凝縮を防止する有機分散剤と、接合時に有機分散剤と反応して有機分散剤を除去する分散補助物質とを添加し、溶剤を混合させてペースト状にしたものである。
【００３２】
金属微粒子は、銀、金、銅、アルミニウム、ニッケル、白金、錫、アンチモン及びパラジウムからなる金属元素群から選ばれる１種の微粒子、前記金属元素群から選ばれる２種以上を混合した微粒子、前記金属元素群から選ばれる２種以上の元素の合金からなる微粒子、前記金属元素群から選ばれる１種の微粒子又は前記金属元素群から選ばれる２種以上を混合した微粒子と前記金属元素群から選ばれる２種以上の元素の合金からなる微粒子とを混合した微粒子、これらの酸化物、又は、これらの水酸化物であることが好ましい。また、金属微粒子の平均粒径（一次粒子の平均粒子径）は、１ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましい。金属微粒子の一次粒子の平均粒子径が１ｎｍ以上で焼成により均質な粒子径と空孔を有する多孔質体を形成することが可能になり、一方、５００ｎｍ以下で精密な導電パターンを形成することができる。より好ましくは、５ｎｍ〜２００ｎｍである。
ここで、一次粒子の平均粒子径とは、二次粒子を構成する個々の金属微粒子である一次粒子の直径の平均の意味である。該一次粒子径は、電子顕微鏡を用いて測定することができる。また、平均粒子径とは、一次粒子の数平均粒子径を意味する。また、金属微粒子の含有量は、全体の質量の３０〜９０％であることが、金属ペーストの高粘度物としての形状を維持し、より安定した接合力を得るために好ましい。一次粒子の平均粒子径が、１ｎｍ〜５００ｎｍである金属微粒子を所定割合、好ましくは全体の質量の３０〜９０％含んでいれば、他に粒子径が０．５〜５０μｍの金属微粒子を含んでいてもよい。
【００３３】
有機分散剤としては、公知のものを適宜使用することができるが、好ましいものとして、２５℃において液状であるアルコール及び／もしくは多価アルコールが挙げられ、また、２５℃において液状であるアルコール及び／もしくは多価アルコールと、２５℃において固形状のアルコール及び／もしくは多価アルコールとを混合したものが挙げられる。
【００３４】
分散補助物質としては、公知のものを適宜使用することができるが、金属微粒子の分散性、焼結性の向上等を考慮すると、アミド基を有する化合物、アミン化合物等を用いることが好ましい。
【００３５】
金属ペースト９すなわち接合層２の粘度は、振動式粘度計で測定される２５℃における粘度が２００Ｐａ・ｓ以上であり、好ましくは４００Ｐａ・ｓである。金属ペースト９の粘度は、ＪＩＳ Ｚ８８０３ （２０１１）に則って測定したものであり、「（株）セコニック製、振動式粘度計 ＶＭ１００Ａ」により測定した時の値である。金属ペースト９の粘度が２００Ｐａ・ｓ以上であると、成形性・ハンドリング性が優れ、金属ペースト９の粘度が２００Ｐａ・ｓ未満であると、保護フィルムが剥離しにくくなり、接合層を破損するおそれが生じる。金属ペースト９の粘度を２００Ｐａ・ｓ以上とするには、金属微粒子の含有量、溶剤の量などを調整するとよい。また、金属ペースト中の金属微粒子の含有割合は、３０質量％〜９０質量％であることが好ましい。金属微粒子の含有割合がこの範囲であると、良好な焼結状態が得られるため、接合強度が増す。
【００３６】
接合層２は、一方の面の面積が、他方の面の面積よりも小さくなっている。より具体的には、接合層２の第二の保護フィルム５側の面、すなわち本実施の形態による接続シート１を使用する際に最初に剥離される保護フィルム側の面の面積が、他方の面の面積よりも小さくなっており、断面形状が略台形になっている。これにより、第二の保護フィルム５側の方が、第一の保護フィルム４側よりも剥離が容易になるため、最初に第二の保護フィルム５を剥離する際に、誤って第一の保護フィルム４側から接合層２が剥離してしまうのを防止することができる。なお、本実施の形態においては、接合層２の断面形状を略台形としたが、これに限定されるものではなく、接合層２の第二の保護フィルム５側の面の外周部にＲを形成してもよいし、接合層２の第二の保護フィルム５側の面の中央部に凹部を形成してもよい。
【００３７】
接合層２の第二の保護フィルム５側の面の面積を第一の保護フィルム４側の面の面積よりも小さくするには、接続シート１を所望のサイズに切断する際の刃先の角度や、切断速度、接合層２の粘度等を適宜調整するとよい。
【００３８】
なお、本実施の形態においては、第一の保護フィルム４の他に、第二の保護フィルム５も設けたため、最初に剥離する第二の保護フィルム５側の接合層２の面積を、第一の保護フィルム４側の面積よりも小さくしたが、第一の保護フィルム４のみを設けるようにしてもよく、その場合、第一の保護フィルム４側の接合層２の面積を小さくすると、第一の保護フィルム４が剥離しやすくなる。
【００３９】
（保護フィルム）
第一の保護フィルム４、第二の保護フィルム５としては、ポリエチレン系、ポリスチレン系、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）系、その他、離型処理がされたフィルム等公知のものを使用することができるが、金属ペースト９を圧延、保持するのに適した硬さを有するという観点から、ポリエチレンフィルム又はポリスチレンフィルムを用いることが好ましい。保護フィルムの厚さは、特に限定されるものではなく、適宜に設定してよいが、１０〜３００μｍが好ましい。
【００４０】
本実施の形態では、第一の保護フィルム４の厚みが、第二の保護フィルム５の厚みより大きくなっている。これにより、第二の保護フィルム５側の方が、第一の保護フィルム４側よりも剥離しやすくなり、接続シート１を使用する際に、最初に第二の保護フィルム５を剥離しようとしたときに、第一の保護フィルム４側から接合層２が剥離してしまうのを防止することができる。
【００４１】
（液体層３）
液体層３は、濡れ性（表面張力）により接合層２を第一の保護フィルム４及び第二の保護フィルム５に保持されやすくし、接合層２が第一の保護フィルム４及び第二の保護フィルム５から脱落するのを防止するためものであり、金属ペースト９の含有成分の一部であり、分散媒、分散媒が吸湿した水、溶剤等により形成されている。液体層３の厚みは適宜設計することができるが、０．１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。液体層の厚さは、金属ペースト中の分散媒の割合、分散媒の成分等により調整可能である。
【００４２】
＜接続シート１を製造する方法＞
次に、本実施形態に係る接続シート１を製造する方法について説明する。
【００４３】
まず、金属ペースト９を調製する。金属ペースト９の調製方法としては、公知の方法を用いることができるが、一次粒子の平均粒子径が１ｎｍ〜５００ｎｍである金属微粒子を３０〜９０質量％、残部を２５℃において液状であるアルコール及び／もしくは多価アルコールとすることが好ましい。なお、２５℃において固形状のアルコール及び／もしくは多価アルコールを混合することが、同様に好ましい。
【００４４】
次に、図２（Ａ）に示すように、載置台６の上に、離型フィルム７を載置し、離型フィルム７の上にスペーサー８を配置する。スペーサー８は、例えばＳＵＳ等の金属製の板で、中央部に円形の開口部を有している。スペーサー８の開口部であって離型フィルム７の上に、金属ペースト９を配置し、その上から第一の保護フィルム４をその端部がスペーサー８にかかるように配置する。
【００４５】
そして、図２（Ｂ）に示すように、プレス機１０により、金属ペースト９を圧延して円形のシート状に成形する。圧延の条件は、金属ペースト９の量等によって異なるが、例えば、金属ペースト９の量が５ｇである場合、最大荷重１〜１００ｋＮまで荷重を加え、最大荷重に到達後、０．５〜２分保持することにより行うとよい。これにより、金属ペースト９が円形のシート状になるとともに、金属ペースト９の両面には、分散媒、分散媒が吸湿した水、溶剤等の含有成分の一部がしみだし、第一の保護フィルム４と金属ペースト９との間に、液体層３ａが形成される。
【００４６】
その後、離型フィルム７及びスペーサー８を除去し、金属ペースト９の離型フィルム７を除去した側の面に第二の保護フィルム５を貼着する。このとき、シート状の金属ペースト９側に付着していた液状の含有成分の一部が、第二の保護フィルム５との間で濡れ広がって、液体層３ｂが形成される。これにより、第二の保護フィルム５、液体層３ｂ、シート状の金属ペースト９、液体層３ａ、第一の保護フィルム４が積層された積層体が得られる。その後、第一の保護フィルム４の端部の不要部分（スペーサー８にかかっていた部分）を切除する。
【００４７】
その後、ピナクル型１１（図３参照）の上に積層体を第二の保護フィルム５がピナクル型１１側になるように配置し、その上に押さえ板１２（図３参照）を配置する。なお、押さえ板１２は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる。
【００４８】
その後、図３に示すように、プレス機１３で１０〜１００ＭＰａの圧力を加えて、ピナクル型１１により、積層体を、接続する半導体素子１６に対応した所定のサイズに切断（フルカット）して、接続シート１を得る。なお、加圧条件は、金属ペーストの量等に応じて適宜設定するとよい。その後、切断された個々の接続シート１のサイズに対応した大きさに仕切り板により仕切られた収納トレイを用意し、この収納トレイの仕切り板に囲われたスペース内に、個々の接続シート１をそれぞれ収納するようにしてもよい。
【００４９】
＜半導体装置を製造する方法＞
次に、本実施形態に係る接続シート１の使用方法すなわち接続シート１を用いて半導体装置を製造する方法を説明する。
【００５０】
まず、図４（Ａ）に示すように、吸着治具１４で個片化された接続シート１の第一の保護フィルム４側を吸着して、接続シート１を粘着テープ１５上に移動させ、第二の保護フィルム５側を粘着テープ１５に載置する。そして、図４（Ｂ）に示すように、接続シート１を吸着治具１４で持ち上げ、第二の保護フィルム５を粘着テープ１５に貼着させることにより、第二の保護フィルム５を接合層２から剥離させる。なお、粘着テープ１５としては、セロハンテープ等の基材に粘着剤が塗布された公知の粘着テープを使用することができる。
【００５１】
その後、図４（Ｃ）に示すように、第二の保護フィルム５が剥離された接続シート１を、半導体素子１７を搭載する基板１６の上に移動させ、載置する。そして、図４（Ｄ）に示すように、第一の保護フィルム４を接合層２から剥離する。その後、図４（Ｅ）に示すように、半導体素子１７を吸着治具１８により吸着して、接合層２の上に移動させ、載置して基板１６、接合層２、半導体素子１７が積層された状態のワーク１９（図５参照）とする。なお、第一の保護フィルム４及び第二の保護フィルム５が剥離された状態の接合層２の両面には、液体層３の一部の液体が付着しているが、この液体は接合層２を形成する金属ペースト９の成分の一部であるため問題ない。
【００５２】
次に、図５（Ａ）に示すように、レイアップ用のプレス板２０を用意して、ワーク１９をそのプレス板２０上にレイアップし、真空プレス機２１の下熱盤２２上にセットする。プレス板２０は、例えばガラス板やＳＵＳ板等を用いるとよい。その後、図５（Ｂ）に示すように、チャンバー２３を閉じてチャンバー２３内を真空状態にする。そして、図５（Ｃ）に示すように、加圧シリンダー２４により圧力を加えた状態で、ワーク１９を上熱盤２５と下熱盤２２とで挟持して、加熱する。圧力は、４〜１０ＭＰａ、上熱盤２５と下熱盤２２の温度は、２５０〜３５０℃とし、３０〜９０分間加圧及び加熱を行うことが好ましい。
【００５３】
これにより、接合層２中の有機分散剤と分散補助材とが反応して有機分散剤が除去され、同時に溶剤も揮発して除去される。有機分散剤や溶剤が除去されると、活性状態にある金属微粒子同士が互いに結合し、その金属成分の単体膜となり、半導体素子１７の電極と基板１６の電極とが接続される。
【００５４】
なお、本実施の形態では、保護フィルムとしては、第一の保護フィルム４及び第二の保護フィルム５を用いたが、図６に示すように、第二の保護フィルム５の接合層２と反対の面に粘着剤（図示しない）を介して第三の保護フィルム２６を設けてもよい。この接合シート１００は、第一の保護フィルム４及び第二の保護フィルム５は、接合層２とともに個片化されているが、第三の保護フィルム２６は、切断されておらず、個片化された第一の保護フィルム４、液体層３ａ、接合層２、液体層３ｂ及び第二の保護フィルム５が複数個、第三の保護フィルム２６によって保持された状態となっている。
【００５５】
第三の保護フィルム２６としては、第一の保護フィルム４及び第二の保護フィルム５と同様のものを用いることができる。第三の保護フィルム２６の厚さは、適宜設計することができるが、第二の保護フィルム５より厚いことが好ましい。粘着剤としては、粘着剤に使用される公知の塩素化ポリプロピレン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等を適宜使用することができる。
【００５６】
次に、接合シート１００の製造方法について説明する。上述の実施の形態と同様に、第二の保護フィルム５、液体層３ｂ、シート状の金属ペースト９、液体層３ａ、第一の保護フィルム４（端部の不要部分は切除）が積層された積層体を得る。その後、プレス機の上プレス板に、刃が下向きになるようにピナクル型を固定する。次に、下プレス板の上に、押さえ板を置き、押さえ板上に第二の保護フィルム５側がピナクル型の刃の向き（上向き）になるように積層体を設置し、上プレス板又は下プレス板にスペーサーを配置し、プレス機でフルカットする。その後、下プレス板上で、個片化された積層体の第二の保護フィルム５側に、個片化された積層体を所定の数、保持できる大きさの第三の保護フィルム２６を貼り付ける。
【００５７】
このように、第三の保護フィルム２６を設けることにより、ピナクル型で個片に切断した積層体をトレイへ収納する必要がなくなり、ハンドリングが容易になる。また、第三の保護フィルム２６と第二の保護フィルム５とは粘着剤で接着されているため、接合層２を基板１６に搭載する時に、第一の保護フィルム４、液体層３ａ及び接合層２を、第二の保護フィルム４を第三の保護フィルム２６上に残した状態でピックアップすることができるので、第二の保護フィルム５を剥離するために、個片化された積層体を１個ずつ粘着テープ１５へ貼着する工程が不要となる。
【００５８】
＜実施例＞
次に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００５９】
（金属ペーストの作製）
［金属ペースト１］
エチレングリコール１５ｇとエリスリトール５ｇからなる分散媒に、平均一次粒子径５０ｎｍの銅微粒子８０ｇを配合し、乳鉢によって十分混合することで金属ペースト１を得た。該金属ペースト１の振動式粘度計で測定される２５℃における粘度は４８０Ｐａ・ｓであった。
［金属ペースト２］
グリセリン２５ｇからなる分散媒に、平均一次粒子径５０ｎｍの銅微粒子７５ｇを配合し、乳鉢によって十分混合することで金属ペースト２を得た。該金属ペースト２の振動式粘度計で測定される２５℃における粘度は４００Ｐａ・ｓであった。
［金属ペースト３］
エチレングリコール５ｇからなる分散媒に、平均一次粒子径５０ｎｍの銅微粒子９５ｇを配合し、乳鉢によって十分混合することで金属ペースト３を得た。該金属ペースト３の振動式粘度計で測定される２５℃における粘度は５００Ｐａ・ｓであった。
【００６０】
（接続シートの作成）
載置台の上に、離型フィルム（５０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム）、その上に、３５０μｍ厚で中央部に６ｉｎｃｈの円形の開口を有するＳＵＳ製のスペーサーを配置し、スペーサーの開口部から臨む離型フィルムの上に、上述の金属ペーストを５．０ｇ載置し、さらにその上から第一の保護フィルムとして離型フィルム（５０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム）を配した。そして、プレス機にて最大荷重１０００ｋＮまで荷重を加え、最大荷重に到達後、１分保持して、金属ペーストを圧延し、円形のシート形状に成形した。
【００６１】
そして、載置台側の離型フィルムを剥離し、スペーサーを除去した後、第二の保護フィルムとして新たな離型フィルム（２５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム）を貼着して、第二の保護フィルム、液体層、シート状の金属ペースト、液体層、第一の保護フィルムが積層された積層体を得た。
【００６２】
その後、ピナクル型の両側方に１．２ｍｍ厚の銅製のスペーサー、ピナクル型の上に上述の積層体、その上に１００μｍ厚のポリエチレンテレフタレートからなる押さえ板を、その両端部がスペーサーにかからないように配置した。そして、プレス機で４０ＭＰａの圧力を加えて、ピナクル型により、積層体を１０ｍｍ角に切断（フルカット）して、実施例１〜２及び比較例１に係る接続シートを得た。
【００６３】
＜評価試験＞
（接合状態）
アルミ基板（電気化学工業（株）製、商品名：ヒットプレートＫ−１、アルミ板厚１．５ｍｍ上に、厚さ０．０７５ｍｍの絶縁層が形成され、さらに該絶縁層上に厚さ０．０３８ｍｍの回路用銅箔が積層されている）を用い、前記銅箔をエッチングによって１２×１２ｍｍにパターニングしてパッドを形成して、配線基板を得た。常温で１日間保管した各実施例及び比較例に係る接続シートの保護フィルムを剥離して、接合層（１０×１０×０．５ｍｍ）を前記パッド上に配置し、更にその上にスパッタ処理面と接続シートの接合層が接するように４×４×０．３５（厚）ｍｍのシリコンチップ（スパッタ処理Ｔｉ／Ａｕ＝３５／１５０ｎｍ）を配置した。その後、段落[００５２]〜[００５３]に記載した方法で、配線基板とシリコンチップとを、接合層を介して接合して半導体装置を得た。このとき、減圧状態（〜１ｈＰａ）で、上熱盤と下熱盤の温度は３００℃とし、７０分間、７ＭＰａで加圧及び加熱を行った。得られた各半導体装置について、常温での接合性を評価した。その結果を表１に示す。超音波探査装置（ＳＡＴ）にて接合状態を観察し、反射法で画像が白くみえず、亀裂、剥離、ボイドがない接合状態が良好なものを○、反射法で画像が白く、亀裂、剥離、ボイドがあるものを×で示すこととする。
【００６４】
（接合強度）
ダイシェア試験（ＪＥＩＴＡ規格 ＥＤ−４７０３ Ｋ−１１１に準拠）により、ダイシェア試験機（デイジ（ｄａｇｅ）社製、商品名：ボンドテスター シリーズ４０００）を用いて、０．０５ｍｍ／秒のシェア速度で測定を行った。その結果を表１に示す。
【００６５】
【表１】
【００６６】
実施例１〜２及び比較例１は、金属ペーストがシート状に形成されているため、常温の状態でも安定した分散性が維持できる。さらに、金属ペーストの金属微粒子の含有量を適切な範囲とすることができるため、接合時にボイドが発生するのを低減することができる。具体的には、実施例１〜２は、金属ペーストの金属微粒子の含有割合が３０％以上９０％以下であるため、接合強度が２０ＭＰａ以上と非常に良好であった。これに対して、比較例１は、金属ペーストの金属微粒子の含有量が９０％超であるため、反射法で画像が白くなり亀裂の発生が確認され、接合強度が１０ＭＰａ以下であった。
【００６７】
以上より、本実施形態に係る接続シートによれば、金属ペーストがシート状に形成されているため、常温の状態でも安定した分散性が維持でき、保存時に冷凍したり、使用時に常温に戻す手間がかからない。また、シート状であるため、取り扱いが容易である。さらに、金属ペーストの金属微粒子の含有量を適切な範囲とすることができるため、接合時にボイドが発生するのを低減することができ、良好な接合強度を得ることができる。また、金属微粒子の平均粒径が規定範囲内のものは、特に低温での焼結性が優れている。金属ペーストの粘度が規定範囲内のものは、特に成形性・ハンドリング性が優れている。
【符号の説明】
【００６８】
１：接続シート
２：接合層
３：液体層
４：第一の保護フィルム
５：第二の保護フィルム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接続シートに関し、特に、半導体素子と回路基板やセラミック基板等の基板とを接続するための接続シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力の制御や供給等を行う半導体素子（いわゆるパワー半導体素子）と回路基板、セラミック基板およびリードフレーム等の基板との接続では、一般に半田が使用されている。このような半田としては、半田の粉末にフラックスを加えて適当な粘度にしたクリーム半田が主に用いられている。しかしながら、フラックスを用いると、半導体素子表面を汚染する可能性があり、洗浄工程が必要という問題があった。また、近年、環境上の配慮から、鉛を含まない鉛フリー半田材料を用いることが要求されている。パワー半導体の発熱に対応可能な鉛フリー半田材料としてＡｕ−Ｓｎ系半田があるが、高価であるため、実用的ではない。Ａｕ−Ｓｎ系半田より安価な半田材料としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田があるが、熱履歴による金属間化合物の成長が信頼性の低下につながるという問題があった。
【０００３】
半田を用いない接合部材として、熱硬化性樹脂に導電性を持つ微細な金属粒子を混ぜ合わせたものを膜状に成形した異方性導電フィルム（Anisotropic Conductive Film：ＡＣＦ）がある。しかしながら、ＡＣＦは、高熱による熱硬化性樹脂の劣化が懸念されるため、発熱量の大きいパワー半導体の接続には適さない。
【０００４】
また、他の半田を用いない接合部材として、近時では金属微粒子を含むペースト（ 以下、金属ペーストという）がある（例えば、特許文献１参照）。 金属ペーストは、金属微粒子に、保存時や製造工程中の金属微粒子同士の凝縮を防止する有機分散剤と、接合時に有機分散剤と反応して有機分散剤を除去する分散補助物質とを添加し、これに溶剤等を混合させてペースト状にしたものである。金属微粒子は、少なくとも粒径が１ｎｍ〜５００ｎｍ程度の極めて微細な粒子を含むものであり、表面は活性状態である。
【０００５】
金属ペーストを用いて半導体素子と基板とを接合するには、半導体素子及び／又は基板の接合面に金属ペーストをディスペンサー、又はスクリーン印刷により塗布し、１５０℃〜３００℃で所定時間（１分〜１時間程度）加熱する。これにより、有機分散剤と分散補助材とが反応して有機分散剤が除去され、同時に溶剤も揮発して除去される。有機分散剤や溶剤が除去されると、活性状態にある金属微粒子同士が互いに結合し、その金属成分の単体膜となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３５２０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
金属ペーストをディスペンサーやスクリーン印刷を用いて、接合面に塗布する場合、予備乾燥が必要となり、工程が煩雑になるという問題があった。さらに、スクリーン印刷では、塗布厚の調整が難しいという問題があった。また、金属ペーストをディスペンサーやスクリーン印刷を用いて、接合面に塗布する場合、溶剤等の量を調節して、金属ペーストの粘度をある程度低くする必要がある。しかしながら、粘度を下げるために、金属微粒子の量に対して溶剤等の量を多くすると、接合時に金属粒子間にボイドが発生して接続信頼性が低下するという問題があった。
【０００８】
発明者らが鋭意検討の結果、ボイドの発生を低減するためには、金属微粒子の含有量を多くすることが有効であることがわかった。そこで、低粘度の金属ペーストをスクリーン印刷等を用いて接合面に塗布し、予備乾燥を行うことにより、溶剤分を除去して金属微粒子の含有量を多くした後にボンディングすることも考えられる。
【０００９】
しかしながら、低粘度の金属ペーストを接合面に塗布して予備乾燥すると、予備乾燥時に塗膜にクラックが発生するという問題があった。また、接合面に塗布する前に金属ペーストの金属微粒子の含有量を多くすると、金属ペーストの粘度が非常に高くなり、ディスペンサーやスクリーン印刷を用いて接合面に均一に塗布することが困難であるという問題があった。
【００１０】
また、低粘度の金属ペーストの場合、取り扱いが困難であるという問題があった。さらに、低粘度の金属ペーストの場合、保存時には安定した分散性を維持するため冷凍しておき、使用時には予め常温に戻しておく必要があり、手間がかかるという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、保存時及び使用時に手間がかからず、取り扱いが容易で、接合時にボイドが発生するのを低減することができる接続シートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以上のような目的を達成するため、本発明による接続シートは、半導体素子と基板とを接続するための接続シートであって、金属ペーストをシート状に形成した接合層と、前記接合層の一方の面側に設けられ、前記接合層を保護する第一の保護フィルムとを有し、前記接合層は、金属微粒子と有機分散剤とを含み、加熱することにより、前記有機分散剤が除去され、前記金属微粒子同士が互いに結合することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る接続シートは、前記接合層と前記第一の保護フィルムとの界面に、液体層を有することが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る接続シートは、前記接合層の一方の面の面積が、他方の面の面積よりも小さいことが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る接続シートは、前記接合層の前記第一の保護フィルムとは反対の面側に、第二の保護フィルムを有することが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係る接続シートは、前記接合層と前記第二の保護フィルムとの界面に、液体層を有することが好ましい。
【００１７】
また、本発明に係る接続シートは、前記第二の保護フィルムの前記接合層とは反対の面側に、粘着剤（粘着物）を介して第三の保護フィルム２６を有することが好ましい。
【００１８】
また、本発明に係る接続シートは、前記金属微粒子が、銀、金、銅、アルミニウム、ニッケル、白金、錫、アンチモン及びパラジウムからなる金属元素群から選ばれる１種の微粒子、前記金属元素群から選ばれる２種以上を混合した微粒子、前記金属元素群から選ばれる２種以上の元素の合金からなる微粒子、前記金属元素群から選ばれる１種の微粒子又は前記金属元素群から選ばれる２種以上を混合した微粒子と前記金属元素群から選ばれる２種以上の元素の合金からなる微粒子とを混合した微粒子、これらの酸化物、又は、これらの水酸化物であることが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係る接続シートは、前記第一の保護フィルムが、厚さが１０〜３００μｍのポリエチレンフィルム又はポリスチレンフィルムであることが好ましい。
【００２０】
また、本発明に係る接続シートは、前記第二の保護フィルムは、厚さが１０〜３００μｍのポリエチレンフィルム又はポリスチレンフィルムであることが好ましい。
【００２１】
また、本発明に係る接続シートは、前記第一の保護フィルムの厚みが、前記第二の保護フィルムの厚みより大きく、前記接合層の前記第二の保護フィルム側の面積が、前記第一の保護フィルム側の面積よりも小さいことが好ましい。
【００２２】
また、本発明に係る接続シートは、前記金属微粒子の一次粒子の平均粒子径が、１ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましい。
【００２３】
また、本発明に係る接続シートは、前記金属ペースト中の前記金属微粒子の質量比が、３０質量％以上９０質量％以下であることが好ましい。
【００２４】
また、本発明に係る接続シートは、前記金属ペーストの振動式粘度計で測定される２５℃における粘度が、２００Ｐａ・ｓ以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の接続シートによれば、金属ペーストがシート状に形成されているため、常温の状態でも安定した分散性が維持でき、保存時に冷凍したり、使用に常温に戻す手間がかからない。また、シート状であるため、取り扱いが容易である。さらに、金属ペーストの金属微粒子の含有量を多くすることができるため、接合時にボイドが発生するのを低減することができる。また、金属ペーストがシート状に形成されており、寸法・厚み精度が高いため、半導体の製造工程において複数の半導体素子を一括して基板に接合することができる。また、半導体の製造工程において予備乾燥が必要ないため、工数が少なくてすむ。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施形態に係る接続シートを模式的に示す断面図である。
【図２】本実施形態に係る接続シートを製造する方法を模式的に説明する説明図である。
【図３】本実施形態に係る接続シートを製造する方法を模式的に説明する説明図である。
【図４】本実施形態に係る接続シートを用いて半導体装置を製造する方法を模式的に説明する説明図である。
【図５】本実施形態に係る接続シートを用いて半導体装置を製造する方法を模式的に説明する説明図である。
【図６】本実施形態に係る接続シートの変形例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２８】
実施形態に係る接続シート１は、図１に示すように、金属ペーストをシート状に形成した接合層２を有しており、接合層２の一方の面側には、液体層３ａを介して第一の保護フィルム４が設けられている。また、接合層２の他方の面側には、液体層３ｂを介して第二の保護フィルム５が設けられている。
【００２９】
以下、本実施形態に係る接続シート１の各構成要素について詳細に説明する。
【００３０】
（接合層２）
接合層２は、金属ペースト９（図２参照）をシート状に形成したものであり、半導体素子１７（図４（Ｅ）参照）、特に電力の制御や供給等を行ういわゆるパワー半導体素子と回路基板又はセラミック基板等の基板１６（図４（Ｅ）参照）との間に介在させた状態で焼結させることにより、半導体素子１７と基板１６とを接続するものである。
【００３１】
金属ペースト９は、金属微粒子に、保存時や製造工程中の金属微粒子同士の凝縮を防止する有機分散剤と、接合時に有機分散剤と反応して有機分散剤を除去する分散補助物質とを添加し、溶剤を混合させてペースト状にしたものである。
【００３２】
金属微粒子は、銀、金、銅、アルミニウム、ニッケル、白金、錫、アンチモン及びパラジウムからなる金属元素群から選ばれる１種の微粒子、前記金属元素群から選ばれる２種以上を混合した微粒子、前記金属元素群から選ばれる２種以上の元素の合金からなる微粒子、前記金属元素群から選ばれる１種の微粒子又は前記金属元素群から選ばれる２種以上を混合した微粒子と前記金属元素群から選ばれる２種以上の元素の合金からなる微粒子とを混合した微粒子、これらの酸化物、又は、これらの水酸化物であることが好ましい。また、金属微粒子の平均粒径（一次粒子の平均粒子径）は、１ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましい。金属微粒子の一次粒子の平均粒子径が１ｎｍ以上で焼成により均質な粒子径と空孔を有する多孔質体を形成することが可能になり、一方、５００ｎｍ以下で精密な導電パターンを形成することができる。より好ましくは、５ｎｍ〜２００ｎｍである。
ここで、一次粒子の平均粒子径とは、二次粒子を構成する個々の金属微粒子である一次粒子の直径の平均の意味である。該一次粒子径は、電子顕微鏡を用いて測定することができる。また、平均粒子径とは、一次粒子の数平均粒子径を意味する。また、金属微粒子の含有量は、全体の質量の３０〜９０％であることが、金属ペーストの高粘度物としての形状を維持し、より安定した接合力を得るために好ましい。一次粒子の平均粒子径が、１ｎｍ〜５００ｎｍである金属微粒子を所定割合、好ましくは全体の質量の３０〜９０％含んでいれば、他に粒子径が０．５〜５０μｍの金属微粒子を含んでいてもよい。
【００３３】
有機分散剤としては、公知のものを適宜使用することができるが、好ましいものとして、２５℃において液状であるアルコール及び／もしくは多価アルコールが挙げられ、また、２５℃において液状であるアルコール及び／もしくは多価アルコールと、２５℃において固形状のアルコール及び／もしくは多価アルコールとを混合したものが挙げられる。
【００３４】
分散補助物質としては、公知のものを適宜使用することができるが、金属微粒子の分散性、焼結性の向上等を考慮すると、アミド基を有する化合物、アミン化合物等を用いることが好ましい。
【００３５】
金属ペースト９すなわち接合層２の粘度は、振動式粘度計で測定される２５℃における粘度が２００Ｐａ・ｓ以上であり、好ましくは４００Ｐａ・ｓである。金属ペースト９の粘度は、ＪＩＳ Ｚ８８０３ （２０１１）に則って測定したものであり、「（株）セコニック製、振動式粘度計 ＶＭ１００Ａ」により測定した時の値である。金属ペースト９の粘度が２００Ｐａ・ｓ以上であると、成形性・ハンドリング性が優れ、金属ペースト９の粘度が２００Ｐａ・ｓ未満であると、保護フィルムが剥離しにくくなり、接合層を破損するおそれが生じる。金属ペースト９の粘度を２００Ｐａ・ｓ以上とするには、金属微粒子の含有量、溶剤の量などを調整するとよい。また、金属ペースト中の金属微粒子の含有割合は、３０質量％〜９０質量％であることが好ましい。金属微粒子の含有割合がこの範囲であると、良好な焼結状態が得られるため、接合強度が増す。
【００３６】
接合層２は、一方の面の面積が、他方の面の面積よりも小さくなっている。より具体的には、接合層２の第二の保護フィルム５側の面、すなわち本実施の形態による接続シート１を使用する際に最初に剥離される保護フィルム側の面の面積が、他方の面の面積よりも小さくなっており、断面形状が略台形になっている。これにより、第二の保護フィルム５側の方が、第一の保護フィルム４側よりも剥離が容易になるため、最初に第二の保護フィルム５を剥離する際に、誤って第一の保護フィルム４側から接合層２が剥離してしまうのを防止することができる。なお、本実施の形態においては、接合層２の断面形状を略台形としたが、これに限定されるものではなく、接合層２の第二の保護フィルム５側の面の外周部にＲを形成してもよいし、接合層２の第二の保護フィルム５側の面の中央部に凹部を形成してもよい。
【００３７】
接合層２の第二の保護フィルム５側の面の面積を第一の保護フィルム４側の面の面積よりも小さくするには、接続シート１を所望のサイズに切断する際の刃先の角度や、切断速度、接合層２の粘度等を適宜調整するとよい。
【００３８】
なお、本実施の形態においては、第一の保護フィルム４の他に、第二の保護フィルム５も設けたため、最初に剥離する第二の保護フィルム５側の接合層２の面積を、第一の保護フィルム４側の面積よりも小さくしたが、第一の保護フィルム４のみを設けるようにしてもよく、その場合、第一の保護フィルム４側の接合層２の面積を小さくすると、第一の保護フィルム４が剥離しやすくなる。
【００３９】
（保護フィルム）
第一の保護フィルム４、第二の保護フィルム５としては、ポリエチレン系、ポリスチレン系、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）系、その他、離型処理がされたフィルム等公知のものを使用することができるが、金属ペースト９を圧延、保持するのに適した硬さを有するという観点から、ポリエチレンフィルム又はポリスチレンフィルムを用いることが好ましい。保護フィルムの厚さは、特に限定されるものではなく、適宜に設定してよいが、１０〜３００μｍが好ましい。
【００４０】
本実施の形態では、第一の保護フィルム４の厚みが、第二の保護フィルム５の厚みより大きくなっている。これにより、第二の保護フィルム５側の方が、第一の保護フィルム４側よりも剥離しやすくなり、接続シート１を使用する際に、最初に第二の保護フィルム５を剥離しようとしたときに、第一の保護フィルム４側から接合層２が剥離してしまうのを防止することができる。
【００４１】
（液体層３）
液体層３は、濡れ性（表面張力）により接合層２を第一の保護フィルム４及び第二の保護フィルム５に保持されやすくし、接合層２が第一の保護フィルム４及び第二の保護フィルム５から脱落するのを防止するためものであり、金属ペースト９の含有成分の一部であり、分散媒、分散媒が吸湿した水、溶剤等により形成されている。液体層３の厚みは適宜設計することができるが、０．１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。液体層の厚さは、金属ペースト中の分散媒の割合、分散媒の成分等により調整可能である。
【００４２】
＜接続シート１を製造する方法＞
次に、本実施形態に係る接続シート１を製造する方法について説明する。
【００４３】
まず、金属ペースト９を調製する。金属ペースト９の調製方法としては、公知の方法を用いることができるが、一次粒子の平均粒子径が１ｎｍ〜５００ｎｍである金属微粒子を３０〜９０質量％、残部を２５℃において液状であるアルコール及び／もしくは多価アルコールとすることが好ましい。なお、２５℃において固形状のアルコール及び／もしくは多価アルコールを混合することが、同様に好ましい。
【００４４】
次に、図２（Ａ）に示すように、載置台６の上に、離型フィルム７を載置し、離型フィルム７の上にスペーサー８を配置する。スペーサー８は、例えばＳＵＳ等の金属製の板で、中央部に円形の開口部を有している。スペーサー８の開口部であって離型フィルム７の上に、金属ペースト９を配置し、その上から第一の保護フィルム４をその端部がスペーサー８にかかるように配置する。
【００４５】
そして、図２（Ｂ）に示すように、プレス機１０により、金属ペースト９を圧延して円形のシート状に成形する。圧延の条件は、金属ペースト９の量等によって異なるが、例えば、金属ペースト９の量が５ｇである場合、最大荷重１〜１００ｋＮまで荷重を加え、最大荷重に到達後、０．５〜２分保持することにより行うとよい。これにより、金属ペースト９が円形のシート状になるとともに、金属ペースト９の両面には、分散媒、分散媒が吸湿した水、溶剤等の含有成分の一部がしみだし、第一の保護フィルム４と金属ペースト９との間に、液体層３ａが形成される。
【００４６】
その後、離型フィルム７及びスペーサー８を除去し、金属ペースト９の離型フィルム７を除去した側の面に第二の保護フィルム５を貼着する。このとき、シート状の金属ペースト９側に付着していた液状の含有成分の一部が、第二の保護フィルム５との間で濡れ広がって、液体層３ｂが形成される。これにより、第二の保護フィルム５、液体層３ｂ、シート状の金属ペースト９、液体層３ａ、第一の保護フィルム４が積層された積層体が得られる。その後、第一の保護フィルム４の端部の不要部分（スペーサー８にかかっていた部分）を切除する。
【００４７】
その後、ピナクル型１１（図３参照）の上に積層体を第二の保護フィルム５がピナクル型１１側になるように配置し、その上に押さえ板１２（図３参照）を配置する。なお、押さえ板１２は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる。
【００４８】
その後、図３に示すように、プレス機１３で１０〜１００ＭＰａの圧力を加えて、ピナクル型１１により、積層体を、接続する半導体素子１６に対応した所定のサイズに切断（フルカット）して、接続シート１を得る。なお、加圧条件は、金属ペーストの量等に応じて適宜設定するとよい。その後、切断された個々の接続シート１のサイズに対応した大きさに仕切り板により仕切られた収納トレイを用意し、この収納トレイの仕切り板に囲われたスペース内に、個々の接続シート１をそれぞれ収納するようにしてもよい。
【００４９】
＜半導体装置を製造する方法＞
次に、本実施形態に係る接続シート１の使用方法すなわち接続シート１を用いて半導体装置を製造する方法を説明する。
【００５０】
まず、図４（Ａ）に示すように、吸着治具１４で個片化された接続シート１の第一の保護フィルム４側を吸着して、接続シート１を粘着テープ１５上に移動させ、第二の保護フィルム５側を粘着テープ１５に載置する。そして、図４（Ｂ）に示すように、接続シート１を吸着治具１４で持ち上げ、第二の保護フィルム５を粘着テープ１５に貼着させることにより、第二の保護フィルム５を接合層２から剥離させる。なお、粘着テープ１５としては、セロハンテープ等の基材に粘着剤が塗布された公知の粘着テープを使用することができる。
【００５１】
その後、図４（Ｃ）に示すように、第二の保護フィルム５が剥離された接続シート１を、半導体素子１７を搭載する基板１６の上に移動させ、載置する。そして、図４（Ｄ）に示すように、第一の保護フィルム４を接合層２から剥離する。その後、図４（Ｅ）に示すように、半導体素子１７を吸着治具１８により吸着して、接合層２の上に移動させ、載置して基板１６、接合層２、半導体素子１７が積層された状態のワーク１９（図５参照）とする。なお、第一の保護フィルム４及び第二の保護フィルム５が剥離された状態の接合層２の両面には、液体層３の一部の液体が付着しているが、この液体は接合層２を形成する金属ペースト９の成分の一部であるため問題ない。
【００５２】
次に、図５（Ａ）に示すように、レイアップ用のプレス板２０を用意して、ワーク１９をそのプレス板２０上にレイアップし、真空プレス機２１の下熱盤２２上にセットする。プレス板２０は、例えばガラス板やＳＵＳ板等を用いるとよい。その後、図５（Ｂ）に示すように、チャンバー２３を閉じてチャンバー２３内を真空状態にする。そして、図５（Ｃ）に示すように、加圧シリンダー２４により圧力を加えた状態で、ワーク１９を上熱盤２５と下熱盤２２とで挟持して、加熱する。圧力は、４〜１０ＭＰａ、上熱盤２５と下熱盤２２の温度は、２５０〜３５０℃とし、３０〜９０分間加圧及び加熱を行うことが好ましい。
【００５３】
これにより、接合層２中の有機分散剤と分散補助材とが反応して有機分散剤が除去され、同時に溶剤も揮発して除去される。有機分散剤や溶剤が除去されると、活性状態にある金属微粒子同士が互いに結合し、その金属成分の単体膜となり、半導体素子１７の電極と基板１６の電極とが接続される。
【００５４】
なお、本実施の形態では、保護フィルムとしては、第一の保護フィルム４及び第二の保護フィルム５を用いたが、図６に示すように、第二の保護フィルム５の接合層２と反対の面に粘着剤（図示しない）を介して第三の保護フィルム２６を設けてもよい。この接合シート１００は、第一の保護フィルム４及び第二の保護フィルム５は、接合層２とともに個片化されているが、第三の保護フィルム２６は、切断されておらず、個片化された第一の保護フィルム４、液体層３ａ、接合層２、液体層３ｂ及び第二の保護フィルム５が複数個、第三の保護フィルム２６によって保持された状態となっている。
【００５５】
第三の保護フィルム２６としては、第一の保護フィルム４及び第二の保護フィルム５と同様のものを用いることができる。第三の保護フィルム２６の厚さは、適宜設計することができるが、第二の保護フィルム５より厚いことが好ましい。粘着剤としては、粘着剤に使用される公知の塩素化ポリプロピレン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等を適宜使用することができる。
【００５６】
次に、接合シート１００の製造方法について説明する。上述の実施の形態と同様に、第二の保護フィルム５、液体層３ｂ、シート状の金属ペースト９、液体層３ａ、第一の保護フィルム４（端部の不要部分は切除）が積層された積層体を得る。その後、プレス機の上プレス板に、刃が下向きになるようにピナクル型を固定する。次に、下プレス板の上に、押さえ板を置き、押さえ板上に第二の保護フィルム５側がピナクル型の刃の向き（上向き）になるように積層体を設置し、上プレス板又は下プレス板にスペーサーを配置し、プレス機でフルカットする。その後、下プレス板上で、個片化された積層体の第二の保護フィルム５側に、個片化された積層体を所定の数、保持できる大きさの第三の保護フィルム２６を貼り付ける。
【００５７】
このように、第三の保護フィルム２６を設けることにより、ピナクル型で個片に切断した積層体をトレイへ収納する必要がなくなり、ハンドリングが容易になる。また、第三の保護フィルム２６と第二の保護フィルム５とは粘着剤で接着されているため、接合層２を基板１６に搭載する時に、第一の保護フィルム４、液体層３ａ及び接合層２を、第二の保護フィルム４を第三の保護フィルム２６上に残した状態でピックアップすることができるので、第二の保護フィルム５を剥離するために、個片化された積層体を１個ずつ粘着テープ１５へ貼着する工程が不要となる。
【００５８】
＜実施例＞
次に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００５９】
（金属ペーストの作製）
［金属ペースト１］
エチレングリコール１５ｇとエリスリトール５ｇからなる分散媒に、平均一次粒子径５０ｎｍの銅微粒子８０ｇを配合し、乳鉢によって十分混合することで金属ペースト１を得た。該金属ペースト１の振動式粘度計で測定される２５℃における粘度は４８０Ｐａ・ｓであった。
［金属ペースト２］
グリセリン２５ｇからなる分散媒に、平均一次粒子径５０ｎｍの銅微粒子７５ｇを配合し、乳鉢によって十分混合することで金属ペースト２を得た。該金属ペースト２の振動式粘度計で測定される２５℃における粘度は４００Ｐａ・ｓであった。
［金属ペースト３］
エチレングリコール５ｇからなる分散媒に、平均一次粒子径５０ｎｍの銅微粒子９５ｇを配合し、乳鉢によって十分混合することで金属ペースト３を得た。該金属ペースト３の振動式粘度計で測定される２５℃における粘度は５００Ｐａ・ｓであった。
【００６０】
（接続シートの作成）
載置台の上に、離型フィルム（５０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム）、その上に、３５０μｍ厚で中央部に６ｉｎｃｈの円形の開口を有するＳＵＳ製のスペーサーを配置し、スペーサーの開口部から臨む離型フィルムの上に、上述の金属ペーストを５．０ｇ載置し、さらにその上から第一の保護フィルムとして離型フィルム（５０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム）を配した。そして、プレス機にて最大荷重１０００ｋＮまで荷重を加え、最大荷重に到達後、１分保持して、金属ペーストを圧延し、円形のシート形状に成形した。
【００６１】
そして、載置台側の離型フィルムを剥離し、スペーサーを除去した後、第二の保護フィルムとして新たな離型フィルム（２５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム）を貼着して、第二の保護フィルム、液体層、シート状の金属ペースト、液体層、第一の保護フィルムが積層された積層体を得た。
【００６２】
その後、ピナクル型の両側方に１．２ｍｍ厚の銅製のスペーサー、ピナクル型の上に上述の積層体、その上に１００μｍ厚のポリエチレンテレフタレートからなる押さえ板を、その両端部がスペーサーにかからないように配置した。そして、プレス機で４０ＭＰａの圧力を加えて、ピナクル型により、積層体を１０ｍｍ角に切断（フルカット）して、実施例１〜２及び比較例１に係る接続シートを得た。
【００６３】
＜評価試験＞
（接合状態）
アルミ基板（電気化学工業（株）製、商品名：ヒットプレートＫ−１、アルミ板厚１．５ｍｍ上に、厚さ０．０７５ｍｍの絶縁層が形成され、さらに該絶縁層上に厚さ０．０３８ｍｍの回路用銅箔が積層されている）を用い、前記銅箔をエッチングによって１２×１２ｍｍにパターニングしてパッドを形成して、配線基板を得た。常温で１日間保管した各実施例及び比較例に係る接続シートの保護フィルムを剥離して、接合層（１０×１０×０．５ｍｍ）を前記パッド上に配置し、更にその上にスパッタ処理面と接続シートの接合層が接するように４×４×０．３５（厚）ｍｍのシリコンチップ（スパッタ処理Ｔｉ／Ａｕ＝３５／１５０ｎｍ）を配置した。その後、段落[００５２]〜[００５３]に記載した方法で、配線基板とシリコンチップとを、接合層を介して接合して半導体装置を得た。このとき、減圧状態（〜１ｈＰａ）で、上熱盤と下熱盤の温度は３００℃とし、７０分間、７ＭＰａで加圧及び加熱を行った。得られた各半導体装置について、常温での接合性を評価した。その結果を表１に示す。超音波探査装置（ＳＡＴ）にて接合状態を観察し、反射法で画像が白くみえず、亀裂、剥離、ボイドがない接合状態が良好なものを○、反射法で画像が白く、亀裂、剥離、ボイドがあるものを×で示すこととする。
【００６４】
（接合強度）
ダイシェア試験（ＪＥＩＴＡ規格 ＥＤ−４７０３ Ｋ−１１１に準拠）により、ダイシェア試験機（デイジ（ｄａｇｅ）社製、商品名：ボンドテスター シリーズ４０００）を用いて、０．０５ｍｍ／秒のシェア速度で測定を行った。その結果を表１に示す。
【００６５】
【表１】
【００６６】
実施例１〜２及び比較例１は、金属ペーストがシート状に形成されているため、常温の状態でも安定した分散性が維持できる。さらに、金属ペーストの金属微粒子の含有量を適切な範囲とすることができるため、接合時にボイドが発生するのを低減することができる。具体的には、実施例１〜２は、金属ペーストの金属微粒子の含有割合が３０％以上９０％以下であるため、接合強度が２０ＭＰａ以上と非常に良好であった。これに対して、比較例１は、金属ペーストの金属微粒子の含有量が９０％超であるため、反射法で画像が白くなり亀裂の発生が確認され、接合強度が１０ＭＰａ以下であった。
【００６７】
以上より、本実施形態に係る接続シートによれば、金属ペーストがシート状に形成されているため、常温の状態でも安定した分散性が維持でき、保存時に冷凍したり、使用時に常温に戻す手間がかからない。また、シート状であるため、取り扱いが容易である。さらに、金属ペーストの金属微粒子の含有量を適切な範囲とすることができるため、接合時にボイドが発生するのを低減することができ、良好な接合強度を得ることができる。また、金属微粒子の平均粒径が規定範囲内のものは、特に低温での焼結性が優れている。金属ペーストの粘度が規定範囲内のものは、特に成形性・ハンドリング性が優れている。
【符号の説明】
【００６８】
１：接続シート
２：接合層
３：液体層
４：第一の保護フィルム
５：第二の保護フィルム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と基板とを接続するための接続シートであって、
金属ペーストをシート状に形成した接合層と、
前記接合層の一方の面側に設けられ、前記接合層を保護する第一の保護フィルムとを有し、
前記接合層は、金属微粒子と有機分散剤とを含み、加熱することにより、前記有機分散剤が除去され、前記金属微粒子同士が互いに結合することを特徴とする接続シート。
【請求項２】
前記接合層と前記第一の保護フィルムとの界面に、液体層を有することを特徴とする請求項１に記載の接続シート。
【請求項３】
前記接合層の一方の面の面積が、他方の面の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接続シート。
【請求項４】
前記接合層の前記第一の保護フィルムとは反対の面側に、第二の保護フィルムを設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の接続シート。
【請求項５】
前記接合層と前記第二の保護フィルムとの界面に、液体層を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の接続シート。
【請求項６】
前記第二の保護フィルムの前記接合層とは反対の面側に、粘着剤を介して第三の保護フィルム２６を設けたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の接続シート。
【請求項７】
前記金属微粒子は、銀、金、銅、アルミニウム、ニッケル、白金、錫、アンチモン及びパラジウムからなる金属元素群から選ばれる１種の微粒子、前記金属元素群から選ばれる２種以上を混合した微粒子、前記金属元素群から選ばれる２種以上の元素の合金からなる微粒子、前記金属元素群から選ばれる１種の微粒子又は前記金属元素群から選ばれる２種以上を混合した微粒子と前記金属元素群から選ばれる２種以上の元素の合金からなる微粒子とを混合した微粒子、これらの酸化物、又は、これらの水酸化物であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の接続シート。
【請求項８】
前記第一の保護フィルムは、厚さが１０〜３００μｍのポリエチレンフィルム又はポリスチレンフィルムであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の接続シート。
【請求項９】
前記第二の保護フィルムは、厚さが１０〜３００μｍのポリエチレンフィルム又はポリスチレンフィルムであることを特徴とする請求項４から請求項８のいずれか一項に記載の接続シート。
【請求項１０】
前記第一の保護フィルムの厚みが、前記第二の保護フィルムの厚みより大きく、前記接合層の前記第二の保護フィルム側の面積が、前記第一の保護フィルム側の面積よりも小さいことを特徴とした請求項４から請求項９のいずれか一項に記載の接続シート。
【請求項１１】
前記金属微粒子は、一次粒子の平均粒子径が、１ｎｍ〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の接続シート。
【請求項１２】
前記金属ペーストは、前記金属微粒子の質量比が、３０質量％以上９０質量％以下であることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の接続シート。
【請求項１３】
前記金属ペーストは、振動式粘度計で測定される２５℃における粘度が、２００Ｐａ・ｓ以上であることを特徴とする請求項１２に記載の接続シート。
【請求項１】
半導体素子と基板とを接続するための接続シートであって、
金属ペーストをシート状に形成した接合層と、
前記接合層の一方の面側に設けられ、前記接合層を保護する第一の保護フィルムとを有し、
前記接合層は、金属微粒子と有機分散剤とを含み、加熱することにより、前記有機分散剤が除去され、前記金属微粒子同士が互いに結合することを特徴とする接続シート。
【請求項２】
前記接合層と前記第一の保護フィルムとの界面に、液体層を有することを特徴とする請求項１に記載の接続シート。
【請求項３】
前記接合層の一方の面の面積が、他方の面の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接続シート。
【請求項４】
前記接合層の前記第一の保護フィルムとは反対の面側に、第二の保護フィルムを設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の接続シート。
【請求項５】
前記接合層と前記第二の保護フィルムとの界面に、液体層を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の接続シート。
【請求項６】
前記第二の保護フィルムの前記接合層とは反対の面側に、粘着剤を介して第三の保護フィルム２６を設けたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の接続シート。
【請求項７】
前記金属微粒子は、銀、金、銅、アルミニウム、ニッケル、白金、錫、アンチモン及びパラジウムからなる金属元素群から選ばれる１種の微粒子、前記金属元素群から選ばれる２種以上を混合した微粒子、前記金属元素群から選ばれる２種以上の元素の合金からなる微粒子、前記金属元素群から選ばれる１種の微粒子又は前記金属元素群から選ばれる２種以上を混合した微粒子と前記金属元素群から選ばれる２種以上の元素の合金からなる微粒子とを混合した微粒子、これらの酸化物、又は、これらの水酸化物であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の接続シート。
【請求項８】
前記第一の保護フィルムは、厚さが１０〜３００μｍのポリエチレンフィルム又はポリスチレンフィルムであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の接続シート。
【請求項９】
前記第二の保護フィルムは、厚さが１０〜３００μｍのポリエチレンフィルム又はポリスチレンフィルムであることを特徴とする請求項４から請求項８のいずれか一項に記載の接続シート。
【請求項１０】
前記第一の保護フィルムの厚みが、前記第二の保護フィルムの厚みより大きく、前記接合層の前記第二の保護フィルム側の面積が、前記第一の保護フィルム側の面積よりも小さいことを特徴とした請求項４から請求項９のいずれか一項に記載の接続シート。
【請求項１１】
前記金属微粒子は、一次粒子の平均粒子径が、１ｎｍ〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の接続シート。
【請求項１２】
前記金属ペーストは、前記金属微粒子の質量比が、３０質量％以上９０質量％以下であることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の接続シート。
【請求項１３】
前記金属ペーストは、振動式粘度計で測定される２５℃における粘度が、２００Ｐａ・ｓ以上であることを特徴とする請求項１２に記載の接続シート。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−４１８９５（Ｐ２０１３−４１８９５Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７６３５１（Ｐ２０１１−１７６３５１）
【出願日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ピナクル
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ピナクル
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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