TWI871445B - 接合用片材及接合構造 - Google Patents

Abstract

本發明之接合用片材(1)具有銅箔(2)及形成於銅箔(2)之雙面之可燒結之接合用膜(3)。接合用膜(3)包含銅粒子及固體還原劑。接合用片材(1)用於與表面具有金、銀、銅及鎳之至少一種金屬之接合對象物(5)接合。又，本發明亦提供一種接合構造(10)，其係表面具有金、銀、銅及鎳之至少一種金屬之接合對象物(5)與銅箔(2)經由銅粒子彼此之燒結構造所構成之接合層(30)電性連接而成。

Description

接合用片材及接合構造

本發明係關於一種接合用片材及接合構造。

伴隨著近年來全球節能化之趨勢，被稱為功率裝置之半導體裝置作為變流器等功率轉換、控制裝置逐漸得到廣泛使用。為了實現半導體元件之高效率化及省空間化，使用如下被稱為電源模組之電子零件，其於金屬陶瓷基板上配置有複數個半導體元件，且於該半導體元件之上表面配置有金屬層及金屬線。

為了提高電源模組之導電可靠性，專利文獻1中揭示有一種半導體裝置，其具備第1導體板、複數個配置於第1導體板上之半導體元件、以及連接於第1導體板之第1外部連接端子。該文獻中亦揭示了該半導體裝置中之複數個半導體元件分別被焊接。

先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1：US2019/244888A1

然而，專利文獻1所記載之半導體裝置使用導熱性較低之焊料作為接合用材料，故而有電源模組驅動時之熱無法充分釋放導致該模組出現故障之虞。此外，有因驅動時之熱引起焊料熔融從而使導電可靠性受損之虞。

因此，本發明之目的在於提供一種導熱性及導電可靠性優異之接合用片材及接合構造。

本發明提供一種接合用片材，其係具有銅箔及形成於該銅箔之雙面之可燒結之接合用膜者，且上述各接合用膜包含銅粒子及固體還原劑，上述接合用膜中之至少一者用於與表面具有金、銀、銅及鎳之至少一種金屬之接合對象物接合。

進而，本發明提供一種接合構造，其係表面具有金、銀、銅及鎳之至少一種金屬之第1接合對象物與表面具有金、銀、銅及鎳之至少一種金屬之第2接合對象物經由銅粒子之燒結構造所構成之接合層電性連接者，且於上述接合層形成有以下結構(3)。

(式中，R³至R⁵分別獨立地表示氫原子、羥基、碳原子數1以上10以下之烴基、或具有羥基之碳原子數1以上10以下之烴基，*表示與銅之鍵結部位)

1:接合用片材

1A:第1面

1B:第2面

1C:第1面

1D:第2面

1L:複合接合層

1S:第1接合用片材

1T:第2接合用片材

2:銅箔

3:接合用膜

5:接合對象物

10:接合構造

10A:積層體

30:接合層

51:第1接合對象物

52:第2接合對象物

53:第3接合對象物

圖1係模式性地表示接合用片材之一實施方式之側視圖。

圖2(a)係模式性地表示接合構造之一實施方式之側視圖，圖2(b)係模式性地表示接合構造之另一實施方式之側視圖。

圖3係模式性地表示接合構造之另一實施方式之側視圖。

以下，對於本發明之接合用片材及接合構造，基於其較佳之實施方式進行說明。如圖1所示，接合用片材1具有銅箔2及形成於該銅箔2之雙面之接合用膜3、3。各接合用膜3均包含銅粒子及固體還原劑。

接合用片材1適宜用以與表面具有金、銀、銅及鎳中之至少一種金屬之接合對象物5(以下，亦將其簡稱為「接合對象物」)接合。又，本發明之接合用片材由於接合用膜3形成於銅箔2之雙面，故而亦能夠以如下方式使用，即，於2個接合對象物5、5之間配置接合用片材1，使接合對象物5接合於接合用膜3之雙面。作為接合對象物5之表面所存在之金屬之形態，例如可例舉層狀地形成於接合對象物5之表面之金屬層。

配置於接合用片材1之各接合用膜3、3均為可燒結之構造。「可燒結」係指銅粒子彼此以不熔合之狀態存在於接合用膜3中，而藉由使接合用膜3中之銅粒子燒結，可形成由銅粒子彼此熔合而成之銅粒子之燒結構造所構成的燒結體。較佳為於加壓下對接合用片材1中之接合用膜3及接合對象物5進行焙燒，藉此可使接合用片材1中之銅箔2與接合對象物5接合。

如圖2(a)及(b)所示，焙燒後之接合用膜3成為由銅粒子之燒結構造所構成之導電性接合層30。接合層30使銅箔2與2個接合對象物5、5接合並且導通。接合用片材1例如可藉由下述製造方法獲得。

構成接合用片材1之銅箔2係包含銅及剩餘部分不可避免之雜質之銅箔，或者包含含銅及除銅以外之金屬之銅合金之銅箔。

基於兼顧銅箔本身之強度及接合構造之導電性之觀點，銅箔2中較佳為包含97質量%以上之銅，更佳為包含99質量%以上之銅，進 而較佳為包含銅及剩餘部分不可避免之雜質。

就同樣之觀點而言，銅箔之厚度較佳為0.5μm以上1000μm以下，進而較佳為1μm以上500μm以下。銅箔之厚度例如可藉由使用掃描式電子顯微鏡觀察接合用片材之厚度方向之剖面進行測定。

接合用片材1中之接合用膜3可如圖1所示形成於銅箔2之雙面之全域，亦可不連續地形成於銅箔2之一面且形成於銅箔2之另一面之全域，還可不連續地形成於銅箔2之雙面。於接合用膜3不連續地形成於銅箔2之面之情形時，未形成接合用膜3之部位成為露出銅箔2之部位。

較佳為，如圖1所示，於接合用片材1中，於銅箔2與接合用膜3之間未介置任何固體層。

又，較佳為，如該圖所示，於接合用片材1中，於接合用片材1之第1面1A及第2面1B中亦不存在追加之銅箔或追加之接合用膜等其他固體層。

再者，只要可發揮本發明之效果，接合用片材1中之至少一表面存在其他固體層亦無妨。

接合用膜3所含之銅粒子例如可為如下態樣之任一種：(i)僅由銅及剩餘部分不可避免之雜質所構成之銅粒子；(ii)包含含有銅及除銅以外之其他金屬之銅合金的銅粒子；(iii)上述(i)及(ii)之混合物。於本發明中，亦將該等態樣簡單地統稱為「銅粒子」。又，根據上下文，「銅粒子」係指銅粒子本身，或者作為銅粒子之集合體之銅粉。

基於提昇導熱性及導電性之觀點，銅粒子較佳為包含50質量%以上之銅，更佳為包含70質量%以上之銅，進而較佳為包含90%質量以上之銅及剩餘部分不可避免之雜質。又，就同樣之觀點而言，作為銅粒子之含有態樣，進而較佳為(i)僅由銅及剩餘部分不可避免之雜質所構成之 銅粒子的集合體。於銅粒子之集合體中包含複數種粒子之情形時，銅之含量以所有銅粒子為基準來算出。

接合用膜3所含之固體還原劑於1氣壓、室溫(25℃)下為固體，用以促進藉由對接合用膜3進行焙燒來對銅粒子進行燒結。為了達成該目的，固體還原劑以其化學結構具有至少1個胺基及複數個羥基為宜。藉由使用具有此種結構之還原劑，與具有複數個羥基且不包含胺基之還原劑相比，可抑制銅粒子於燒結時氧化，故而可藉由促進銅粒子彼此之燒結來獲得緻密之燒結構造。結果，可獲得導熱性及導電可靠性較高之接合構造。「於室溫(25℃)下為固體」係指固體還原劑之熔點超過25℃。

固體還原劑之熔點較佳為300℃以下。又，固體還原劑之沸點亦較佳為高於下述液體介質之沸點。藉由使用具有此種物性之固體還原劑，於對接合用膜3進行焙燒時，還原劑會熔融並於接合用膜3中均勻地擴散，藉此，均勻地促進銅粒子之燒結，從而具有更緻密之燒結構造。結果，可獲得兼顧導熱性及導電可靠性並使該等特性提昇，且耐熱性較高之接合構造。

此外，固體還原劑於焙燒前以固體之形式殘留於接合用膜3中，故而可提高接合用膜3之保形性。結果，於對接合用膜3進行焙燒時，即便對接合用膜3進行加壓之情形時，接合用膜3亦不易自接合對象物5及銅箔2之間伸出，從而更容易控制厚度，因此可獲得接合強度較高之接合構造。

具有上述構成之接合用片材1藉由接合用膜3中包含固體還原劑，與接合對象物5進行燒結時，銅粒子彼此充分燒結，形成緊密之燒結構造。結果，可於銅箔2與接合對象物5之間，獲得導熱性與導電可靠性得以兼顧並提昇之燒結構造。此外，可於銅箔2與接合對象物5之間，獲得 表現出較高之接合強度之燒結構造。

又，銅箔2及接合用膜3均包含銅，故而於電源模組之製造過程中使用接合用片材1之情形時，無需另外進行用以提高接合強度之金屬化等表面處理步驟便可進行接合，故而可獲得以較高水準表現出導熱性及導電可靠性並且接合強度較高之電源模組。

基於兼顧燒結構造較高之導熱性及較高之導電可靠性之觀點，接合用膜3較佳為包含胺基醇化合物作為固體還原劑，進而較佳為包含以下化學式(1)或(2)所表示之胺基醇化合物。「胺基醇化合物」係指於一個化學結構中具有一級至三級胺之至少一種胺及一級至三級醇之至少一種醇的有機化合物。

化學式(1)或(2)中，R¹至R⁶分別獨立地表示氫原子、羥基、碳原子數1以上10以下之烴基、或具有羥基之碳原子數1以上10以下之烴基。作為烴基，可例舉飽和或不飽和脂肪族基。該脂肪族基可為直鏈狀，或者亦可為支鏈狀。作為R¹至R⁶中之烴基之例，可例舉：甲基、乙基、丙基等。

式(2)中，R⁷表示碳原子數1以上10以下之烴基或具有羥基之碳原子數1以上10以下之烴基。作為烴基，可例舉飽和或不飽和脂肪族 基。該脂肪族基可為直鏈狀，或者亦可為支鏈狀。作為R⁷中之烴基之例，可例舉：亞甲基、伸乙基、伸丙基、伸丁基等。

基於提高銅粒子之燒結性之觀點，化學式(1)中，R¹至R⁵中之至少兩者包含羥基。即，R¹至R⁵中之至少兩者為羥基或具有羥基之碳原子數1以上10以下之烴基。又，式(2)中，R¹至R⁶中之至少兩者包含羥基。即，R¹至R⁶中之至少兩者為羥基或具有羥基之碳原子數1以上10以下之烴基。尤其是化學式(1)中，較佳為R¹至R⁵中之至少兩者為具有羥基之碳數1以上4以下之烴基。又，化學式(2)中，較佳為R¹至R⁶中之至少兩者為具有羥基之碳數1以上4以下之烴基。於此情形時，較佳為，羥烷基中之羥基鍵結於烷基之末端。

基於提高銅粒子之燒結性之觀點，化學式(1)所表示之還原劑較佳為R¹至R⁵中之三者以上包含羥基，更佳為四者以上包含羥基，進而較佳為R¹至R⁵均包含羥基。就同樣之觀點而言，化學式(2)所表示之還原劑較佳為R¹至R⁶中之三者以上包含羥基，更佳為四者以上包含羥基。

作為化學式(1)或(2)所表示之胺基醇化合物之具體例，可例舉：雙(2-羥乙基)亞胺基三羥甲基甲烷(BIS-TRIS，熔點：104℃，沸點：超過300℃，符合化學式(1))、2-胺基-2-羥甲基-1,3-丙二醇(TRIS，熔點：169~173℃，沸點：超過300℃，符合化學式(1))、1,3-雙(三羥甲基甲基胺基)丙烷(BIS-TRIS propane，熔點：164~165℃，沸點：超過300℃，符合化學式(2))等。其中，基於提高銅粒子彼此之燒結性從而獲得具有緻密接合層之接合構造之觀點，較佳為使用雙(2-羥乙基)亞胺基三羥甲基甲烷(BIS-TRIS)作為固體還原劑。

上述固體還原劑可單獨使用一種，或者亦可組合使用兩種 以上。無論於哪一情形時，基於提高銅粒子之燒結性之觀點，相對於銅粒子100質量份，接合用膜中之固體還原劑之比率均較佳為0.1質量份以上，進而較佳為1質量份以上。又，基於維持銅粒子於接合用組合物中所占之比率，並且發揮對銅箔之適宜之塗佈性能之觀點，上述固體還原劑之比率現實上設為10質量份以下，較佳設為8質量份以下，更佳設為5質量份以下。

接合用膜3亦可進而包含1氣壓下之沸點未達300℃之液體介質。液體介質用於在形成接合用膜時，使接合用膜3之成形性變良好。就此種觀點而言，上述液體介質較佳為於1氣壓、室溫(25℃)下為液體。

於接合用膜中含有液體介質之情形時，基於抑制銅粒子之氧化之觀點，液體介質亦較佳為非水介質。

基於兼顧接合用膜之成形性及液體介質適度之揮發性之觀點，液體介質較佳為一元醇或多元醇，進而較佳為多元醇。作為多元醇，例如可例舉：丙二醇(沸點：188℃)、乙二醇(沸點：197℃)、己二醇(沸點：197℃)、二乙二醇(沸點：245℃)、1,3-丁二醇(沸點：207℃)、1,4-丁二醇(沸點：228℃)、二丙二醇(沸點：231℃)、三丙二醇(沸點：273℃)、甘油(沸點：290℃)、聚乙二醇200(沸點：250℃)、聚乙二醇300(沸點：250℃)等。液體介質可單獨使用一種，或組合使用兩種以上。其中，基於提高接合用膜3之保形性，同時提高接合用膜3中之成分之分散性，從而形成均勻且緻密之燒結構造之觀點，液體介質較佳為包含己二醇、以及聚乙二醇200及聚乙二醇300等聚乙二醇中之一種以上。

於接合用膜包含液體介質之情形時，基於提高接合用膜之保形性之觀點，相對於銅粒子100質量份，接合用膜中之液體介質之含量 較佳為9質量份以下，進而較佳為7質量份以下。關於接合用膜中之液體介質之含有比率，由於例如於依照下述製造方法進行製造之情形時，塗膜與使該塗膜乾燥而成之乾燥塗膜即接合用膜3中除液體介質以外之各構成材料之含量實質上相同，故而例如可測定乾燥前後之塗膜之質量變化來算出。

接合用膜3所含之銅粒子之形狀例如為球狀、扁平狀(薄片狀)、樹枝狀(dendrite狀)、棒狀等，可將其等單獨使用或組合複數種使用。銅粒子之形狀視其製造方法而定。例如，於使用濕式還原法或霧化法作為銅粒子之製造方法之情形時，容易獲得球狀粒子。於使用電解還原法之情形時，容易獲得樹枝狀或棒狀粒子。扁平狀粒子例如可藉由對球狀粒子施加機械外力使其塑性變形而獲得。

銅粒子較佳為，其形狀為球狀。於此情形時，球狀銅粒子之粒徑可藉由掃描式電子顯微鏡像之圖像解析進行測定。具體而言，使用Mountech公司製造之Mac-View，讀入由掃描式電子顯微鏡獲取之銅粒子之圖像資料後，隨機選擇50個以上圖像資料上之銅粒子，分別測定該粒子之粒徑(投影面積圓相當徑)、該粒子之二維投影圖像之面積S以及該粒子之二維投影圖像之周長L。繼而，根據所獲得之投影面積圓相當徑，算出假定粒子為真球時之體積，將該體積之累積體積50體積%下之體積累積粒徑設為D_SEM50。

又，關於銅粒子是否為球形，根據藉由上述方法隨機選擇之各粒子之面積S及周長L算出圓形度係數4πS/L²，進而算出其算術平均值。於圓形度係數之算術平均值為0.85以上，尤其為0.90以上之情形時，將銅粒子定義為球狀。

球狀之銅粒子之粒徑以上述累積體積50體積%下之體積累積粒徑D_SEM50表示，較佳為30nm以上200nm以下，進而較佳為40nm以上180nm以下。藉由成為此種構成，於銅箔與接合對象物接合時可形成緊密之燒結構造，結果，可令使用接合用片材之接合構造兼具並表現出較高之導熱性、耐熱性及較高之接合強度。此外，即便於相對較低溫度之燒結條件下亦可形成緊密之燒結構造，故而可抑制於製造時對接合對象物造成過度熱負荷，從而獲得可表現出所需性能之接合構造。

銅粒子亦較佳為包含其形狀為扁平狀之銅粒子。此時，扁平狀銅粒子之利用雷射繞射散射式粒度分佈測定法獲得之累積體積50體積%下之體積累積粒徑D₅₀較佳為0.3μm以上100μm以下，更佳為0.5μm以上70μm以下，進而較佳為0.7μm以上50μm以下。藉由包含此種粒徑之粒子，可令使用接合用片材之接合構造兼顧並表現出較高之導熱性及導電可靠性，並且可兼具並表現出耐熱性及較高之接合強度。此外，即便於相對較低溫度之燒結條件下亦可形成緊密之燒結構造。扁平狀係指具有一對形成粒子之主面之板面及與該等板面交叉之側面的形狀，板面及側面可分別獨立為平面、曲面或凹凸面。

關於D₅₀之測定，例如可將0.1g之測定試樣與純水50mL加以混合，並藉由超音波均質機(日本精機製作所製造之US-300T)使其等分散1分鐘。其後，使用例如MicrotracBEL製造之MT3300 EXII作為雷射繞射散射式粒度分佈測定裝置，來測定粒度分佈。

於包含扁平狀銅粒子之情形時，扁平狀銅粒子之板面中之長軸長度相對於短軸長度之比(以下，亦將其稱為「縱橫比」)較佳為2以上80以下，更佳為5以上40以下。藉由進而包含此種形狀之粒子，可形成 緻密地燒結而成之接合層，從而可實現導熱性之提昇及導電可靠性之提昇。

扁平狀銅粒子之長軸及短軸長度以如下方法求出。即，藉由掃描式電子顯微鏡觀察測定對象之粒子，一面使該粒子之板面於水平方向上旋轉360度，一面研究各二維投影圖像之假想外接長方形，此時，將其中外接長方形之一邊最大者之長邊作為長軸，將其短邊作為短軸。同樣地，隨機選擇50個以上該粒子分別測定長軸及短軸，根據其等之算術平均值求出。

其次，對上述接合用片材1之製造方法進行說明。接合用片材1之製造方法例如具備如下步驟：塗佈步驟，其係於銅箔2之表面塗佈接合用組合物，形成塗膜；以及乾燥塗膜形成步驟，其係使該塗膜乾燥，形成作為乾燥塗膜之接合用膜3。

作為接合用片材1之製造方法，例如可為(a)，作為第1塗佈步驟，於銅箔2之一面塗佈接合用組合物形成塗膜後，進行第1乾燥塗膜形成步驟，繼而，作為第2塗佈步驟，於銅箔2之另一面塗佈接合用組合物形成塗膜後，進行第2乾燥塗膜形成步驟。此外，例如亦可為(b)，於銅箔2之雙面塗佈接合用組合物形成塗膜後，進行乾燥塗膜形成步驟。以下說明適用於上述(a)及(b)兩者之態樣。

首先，將包含銅粒子及固體還原劑之接合用組合物塗佈於銅箔2之表面，形成塗膜。接合用組合物之塗佈方法並無特別限制，可使用公知之塗佈方法。例如可使用網版印刷、點膠印刷、凹版印刷、膠版印刷等。基於高效率地進行接合用組合物之塗佈步驟之觀點，接合用組合物較佳為包含液體介質之糊狀或墨水狀組合物。接合用組合物可藉由將上述 銅粒子及固體還原劑、以及視需要使用之上述液體介質加以混合而獲得。

基於獲得具有較高保形性之接合用膜之觀點，並且基於形成穩定地表現出導熱性及導電可靠性之接合構造之觀點，所要形成之塗膜之厚度於剛塗佈後較佳為設定為1μm以上1000μm以下，進而較佳為設定為5μm以上700μm以下。

於接合用組合物包含液體介質之情形時，基於對接合用組合物賦予適度之黏性，提高將該接合用組合物塗佈於銅箔上時塗膜之保形性之觀點，相對於銅粒子100質量份，接合用組合物中之液體介質之含量較佳為40質量份以下，進而較佳為35質量份以下。又，接合用組合物中之液體介質之含量較佳為10質量份以上。

基於提高對銅箔之塗膜之塗佈性及保形性之觀點，接合用組合物於未加熱時剪切速度10s^-1及25℃下之黏度較佳為20Pa‧s以上200Pa‧s以下，進而較佳為25Pa‧s以上180Pa‧s以下。可將感測器設為平行板型，藉由流變儀(黏彈性測定裝置)測定接合用組合物之黏度。

接合用組合物亦可包含其他成分，只要發揮本發明之效果即可。作為其他成分，例如可例舉：黏合劑成分、表面張力調整劑、消泡劑、黏度調整劑等。其他成分之比率較佳為，相對於銅粒子100質量份其總量為0.1質量份以上10質量份以下。

繼而，使形成於銅箔表面之塗膜乾燥，獲得具有接合用膜3及銅箔2之接合用片材1。於本步驟中，藉由進行塗膜之乾燥，自該塗膜去除液體介質之至少一部分，從而於銅箔2之表面形成塗膜中之液體介質之量減少之接合用膜3。藉由自塗膜去除液體介質，可進一步提高接合用膜3之保形性。進而，於藉由焙燒使具有銅箔2及接合用膜3之接合用片材 1與接合對象物5接合時，可提高接合層30之密接性，從而兼顧較高之導熱性及較高之導電可靠性。如上所述，接合用膜3較佳為相對於銅粒子100質量份之液體介質之比率為9質量份以下。於本步驟中，塗膜與使該塗膜乾燥而成之乾燥塗膜即接合用膜3中，除液體介質以外之各構成材料之含量實質上相同。又，於本步驟中形成之接合用膜係接合用膜中之銅粒子不互相熔合且可燒結者。

為了使液體介質乾燥並將其去除，只要使用利用該液體介質之揮發性之自然乾燥、熱風乾燥、紅外線之照射、加熱板乾燥等乾燥方法，使液體介質揮發即可。本步驟可根據所使用之接合用組合物之組成適當進行變更，較佳為於未達銅粒子之熔點之溫度下進行，例如可於大氣氛圍下、60℃以上150℃以下、大氣壓下進行1分鐘以上30分鐘以下。

基於提高與接合對象物5之密接性，從而獲得具有優異之導熱性及導電可靠性之接合構造10之觀點，接合用膜3之厚度較佳為0.5μm以上，進而較佳為3μm以上。又，基於實現電子零件之省空間化之觀點，接合用膜3之厚度較佳為980μm以下，進而較佳為600μm以下。接合用膜3之厚度例如可藉由適當調整上述步驟中形成之塗膜之厚度進行調整。接合用膜3之厚度例如可藉由使用掃描式電子顯微鏡，觀察接合用片材1之厚度方向剖面進行測定。

其次，對接合構造10之製造方法加以說明。作為一實施方式，將經由上述步驟所得之接合用片材1與接合對象物5一起接合，可獲得具有如圖2(a)及(b)所示之構造之接合構造10。本實施方式中之接合構造10中，表面具有金、銀、銅及鎳之至少一種金屬之第1接合對象物51與表面具有金、銀、銅及鎳之至少一種金屬之第2接合對象物52經由銅粒子彼 此之燒結構造所構成之接合層30電性連接。

作為接合構造10中之接合對象物5，例如可例舉：包含金、銀或銅等金屬之間隔件或散熱板、半導體元件；以及表面具有金、銀、銅及鎳之至少一種金屬之基板等。作為基板，例如可使用DBC(Direct Bonded Copper，直接覆銅)基板等在陶瓷或氮化鋁板之表面含有銅之絕緣基板等。

於接合構造10之製造步驟中，首先，若經由上述步驟獲得接合用片材1，則如圖2(a)及(b)所示，使接合用片材1中之接合用膜3與接合對象物5對向，從而獲得於接合對象物5與該接合用片材1中之銅箔2之間配置有接合用膜3之積層體10A。

於圖2(a)所示之實施方式中，積層體10A係以接合用片材1中之作為接合用膜3之存在面之第1面1A與第1接合對象物51互相面接觸之狀態配置。此外，積層體10A係以接合用片材1中之作為接合用膜3之存在面之第2面1B與第2接合對象物52互相面接觸之狀態配置。

即，圖2(a)所示之積層體10A於第1接合對象物51與第2接合對象物52之間配置有接合用片材1。於形成了積層體10A之狀態下，接合用膜3均未燒結。

於圖2(b)所示之實施方式中，積層體10A係以第1接合用片材1S中之作為接合用膜3之存在面之第1面1A與第1接合對象物51互相面接觸之狀態配置。此外，積層體10A係以第1接合用片材1S中之作為接合用膜3之存在面之第2面1B與第3接合對象物53互相面接觸之狀態配置。

進而，積層體10A係以第2接合用片材1T中之作為接合用膜3之存在面之第1面1C與第3接合對象物53互相面接觸之狀態配置。此外，積層體 10A係以第2接合用片材1T中之作為接合用膜3之存在面之第2面1D與第2接合對象物52互相面接觸之狀態配置。

即，圖2(b)所示之積層體10A於第1接合對象物51與第2接合對象物52之間配置有第3接合對象物53，且於第1接合對象物51與第3接合對象物53之間以及第2接合對象物52與第3接合對象物53之間分別配置有接合用片材1S、1T。於本實施方式中，於形成了積層體10A之狀態下，接合用膜3亦均未燒結。

作為積層體10A中之接合對象物5，可使用與接合構造10中之接合對象物5相同者。於圖2(b)所示之實施方式中，第3接合對象物53較佳為半導體元件，或者表面具有金、銀、銅及鎳之至少一種金屬之基板。

繼而，對該積層體10A進行加熱，使接合用膜3所含之銅粒子燒結，形成將接合對象物5與銅箔2接合之接合層30。

燒結時之氛圍較佳為氮氣等惰性氣體氛圍。

燒結溫度較佳為未達300℃，更佳為150℃以上且未達300℃，進而較佳為200℃以上且未達300℃，進而更佳為230℃以上且未達300℃。

以燒結溫度處於上述範圍內為條件，燒結時間較佳為30分鐘以下，更佳為0.5分鐘以上25分鐘以下，進而較佳為1分鐘以上20分鐘以下。

燒結較佳為於加壓下進行，此時施加於接合用膜之壓力較佳為0.001MPa以上，更佳為0.001MPa以上20MPa以下，進而較佳為0.01MPa以上15MPa以下。

經由以上步驟形成之接合層30成為接合用膜3所含之銅粒子之燒結構造。即，接合層30由接合用膜3所含之銅粒子之燒結體所構成，藉由對接合用膜3進行燒結而形成。

於對圖2(a)所示之實施方式之積層體10A進行燒結之情形時，各接合用膜3所含之銅粒子燒結，配置有接合用片材1之部位成為具有銅箔2及形成於銅箔2之雙面之接合層30的複合接合層1L。因此，對圖2(a)所示之實施方式之積層體10A進行燒結所得之接合構造10成為如下構造，即，第1接合對象物51與第2接合對象物52經由具有銅箔2及形成於銅箔2之雙面之接合層30、30之複合接合層1L電性連接。

又，於對圖2(b)所示之實施方式之積層體10A進行燒結之情形時，各接合用膜3所含之銅粒子燒結，各接合用片材1S、1T分別成為具有銅箔2及形成於銅箔2之雙面之接合層30的複合接合層1L。因此，對圖2(b)所示之實施方式之積層體10A進行燒結所得之接合構造10係如下構造，即，第1接合對象物51及第3接合對象物53彼此、以及第2接合對象物52及第3接合對象物53彼此分別經由複合接合層1L電性連接。

於對圖2(a)及(b)所示之實施方式之積層體10A進行燒結之情形時，上述化學式(1)或(2)所表示之固體還原劑包含於接合用膜3時，以下源自銅粒子中之銅及固體還原劑之構造(3)形成為接合層30。

式中，R³至R⁵分別獨立地表示氫原子、羥基、碳原子數1以上10以下之烴基、或具有羥基之碳原子數1以上10以下之烴基。R³至R⁵之詳情可適當適用上述化學式(1)及(2)之說明。又，*表示與銅之鍵結部位。

關於接合層30中是否形成上述構造(3)，可藉由以接合層之 剖面為對象，利用TOF-SIMS(time of flight secondary ion mass spectrometry，飛行時間二次離子質譜儀)進行質譜分析等加以確認。例如於使用BIS-TRIS作為固體還原劑之情形時，於TOF-SIMS中之正極側質譜中，觀察到因C-N(Cu)₂產生之分子量152之片段。

接合層30之厚度較佳為以將銅箔與接合對象物確實地結合，且導電性及導熱性變得足夠高之方式進行調整。具體而言，接合層30之厚度較佳為設為0.1μm以上950μm以下，進而較佳為設為1μm以上500μm以下。接合層30於其製造過程中處於不存在接合用膜3中之液體介質之狀態，故而接合層30之厚度與接合用膜3之厚度相同或較接合用膜3之厚度更薄。

接合層30之厚度例如可藉由調整使用上述接合用組合物形成之膜之厚度、接合用膜3之厚度或焙燒時之加壓條件而適當進行控制。又，接合層30之厚度藉由如下方法進行測定，即，用樹脂包埋該接合層後對其進行研磨，並藉由電子顯微鏡觀察其研磨面。

具有上述接合用片材1及上述接合層30之接合構造10發揮其較高之導熱性及導電可靠性之特性，適宜用於暴露於高溫之環境中，例如車載用電子電路或安裝有功率裝置之電子電路中。

接合構造10適宜用作電源模組構造體。作為電源模組構造體，例如可例舉如下態樣，即，複數個接合構造10與引線框架等之電極分別經由包含金或銅等金屬之金屬線電性連接。金屬線例如於半導體元件或表面具有銅等金屬之基板等接合對象物5上配置單個或複數個，從而將接合構造10及電極分別電性連接。

參照圖2(b)對電源模組構造之一例進行說明，使用半導體 元件作為第1接合對象物51，使用包含銅等金屬之散熱板作為第2接合對象物52，使用DBC基板作為第3接合對象物53。而且，可製成接合構造10，該接合構造10係於兩接合對象物51、52之間以及兩接合對象物52、53之間中之至少一者，形成有作為接合用片材1之燒結體之複合接合層1L。

以上，對於本發明，基於其較佳之實施方式進行了說明，但本發明並不限制於上述實施方式。例如，對圖2(b)所示之實施方式之積層體10A進行燒結所得之接合構造10係於各接合對象物51、52、53之間分別配置有複合接合層1L之態樣，但並不限於該形態。詳細而言，可於各接合對象物51、53之間配置複合接合層1L，且於各接合對象物52、53之間僅配置接合層30，亦可於各接合對象物51、53之間僅配置接合層30，且於各接合對象物52、53之間配置複合接合層1L。

又，亦可如圖3所示，採用2個接合對象物5、5之間僅配置有接合層30之接合構造10。作為該接合構造10之製造方法，例如於第1接合對象物51上塗佈接合用組合物形成塗膜，並使該塗膜乾燥而獲得接合用膜3。其後，於接合用膜3上配置第2接合對象物52，並使接合用膜3與各接合對象物51、52一起燒結使其等接合，藉此可形成該接合構造10。於本實施方式中，各接合對象物51、52僅經由接合層30電性連接。相較於使用接合用片材1之設計，該實施方式只要以成為必要最低限度之尺寸之方式僅形成要成為接合層30之接合用膜3即可，故而有無需進行去除製造過程中多餘地形成之接合層30(或接合用膜3)等後處理之優點。與接合用組合物、接合用膜3、各接合對象物5及接合層30相關之說明可適當適用與上述各實施方式相關之說明。

又，亦可於不損害本發明之效果之範圍內，出於防蝕等目的，藉由苯并三唑等有機化合物對銅箔2之至少一面進行表面處理。

產業上之可利用性

根據本發明，提供一種導熱性及導電可靠性優異之接合用片材及接合構造。

1:接合用片材

1A:第1面

1B:第2面

2:銅箔

3:接合用膜

Claims (5)

1. 一種接合用片材，其係具有銅箔及形成於該銅箔之雙面之可燒結之接合用膜者，且上述各接合用膜包含銅粒子及固體還原劑，上述接合用膜中之至少一者用於與表面具有金、銀、銅及鎳之至少一種金屬之接合對象物接合，上述銅箔中包含97質量%以上之銅，上述銅粒子中包含50質量%以上之銅，上述各接合用膜進而包含液體介質，相對於銅粒子100質量份，上述接合用膜中之液體介質之含量為9質量份以下。
2. 如請求項1之接合用片材，其中上述接合用膜之雙面用於與上述接合對象物接合。
3. 如請求項1或2之接合用片材，其中上述固體還原劑為胺基醇化合物。
4. 一種接合構造，其係表面具有金、銀、銅及鎳之至少一種金屬之第1接合對象物與表面具有金、銀、銅及鎳之至少一種金屬之第2接合對象物經由銅粒子之燒結構造所構成之接合層電性連接者，且第1接合對象物與第2接合對象物經由複合接合層電性連接，上述複合接合層具有銅箔及形成於該銅箔之雙面之上述接合層， 上述銅箔中包含97質量%以上之銅，上述銅粒子中包含50質量%以上之銅，於上述接合層形成有以下結構(3)，

   

   (式中，R³至R⁵分別獨立地表示氫原子、羥基、碳原子數1以上10以下之烴基、或具有羥基之碳原子數1以上10以下之烴基，*表示與銅之鍵結部位)。
5. 如請求項4之接合構造，其中於第1接合對象物與第2接合對象物之間進而配置有第3接合對象物，且第1接合對象物及第3接合對象物彼此、以及第2接合對象物及第3接合對象物彼此分別經由上述接合層電性連接，或者經由具有銅箔及形成於該銅箔之雙面之該接合層的複合接合層電性連接，第3接合對象物為半導體元件，或者表面具有金、銀、銅及鎳之至少一種金屬之基板。