[发明专利]使用金属纳米粒子的接合构造以及接合方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用微小尺寸的金属粒子(金属纳米粒子)而将两个部件接合的技术。

背景技术

现有的接合方法，特别是作为将半导体接合至绝缘基板的方法，使用焊料。但是，存在下述问题，即，焊料的耐热性低，相对于200℃左右的温度可靠性下降。

因此，如专利文献1的记载所示，提出了下述技术，即，取代焊料，对金属纳米粒子进行加热而将两个部件接合。在该接合方法中，将使用有机物对平均直径小于或等于100nm左右的金属粒子进行接合·包覆而得到的复合型金属纳米粒子作为接合材料的主要成分。在该接合方法中，在将使该复合型金属纳米粒子分散于有机溶剂中而成的金属纳米膏填充至2个部件的接合部之间的状态下，至少通过加热而使有机成分挥发，从而将2个部件接合。

另外，在非专利文献1中记载有下述内容，即，使用利用由有机溶剂包覆的银纳米粒子所构成的银纳米膏，使作为接合条件的温度、时间、加压力变化而进行铜之间的接合，并测定该接合强度和观察接合剖面的组织。

此处，对金属纳米粒子的接合原理进行说明。通常，如果粒子的直径减小，则粒子与块状金属相比具有活性的表面状态。因此，互相烧结并且使粒子生长，反应容易向减少表面能量的方向进行。该现象，如非专利文献2中的记载所示，特别是在纳米粒子(通常，粒子的直径小于或等于100nm)下可明显地观察到。

通过利用该现象，能够在远低于块状状态的熔点的低温下进行接合，并且接合实现后的接合层在达到块状的熔点之前不会再熔融。在实际接合中所使用的粒子的表面，为了抑制烧结而通过有机保护膜进行保护，但是通过接合中的加热使保护膜分解·脱气，从而实现接合。

为了容易地使用上述的带有机保护膜的金属纳米粒子，或者为了防止分解时的氧化，使有机溶剂分散而降低粘度。将加入该金属的溶剂作为金属纳米膏。

另外，在专利文献2中提出了下述方法，即，通过在一者的部件的接合部处形成凹部，并且在另一者的部件的接合部处形成凸部，从而增加接合面积。

专利文献1：日本特开2004－107728号公报

专利文献2：日本特开2006－202586号公报

非专利文献1：“使用银纳米粒子的接合过程-与Cu的接合性的研究”井出英一、安形真治、广濑明夫、小林纮二郎Proc.10th Sympo.on Microjoining and Assembly Technologies for Electronics,2004,Yokohama Japan,(2004)213

非专利文献2：Ph.Buffat and J-P.Borel,Phys.Rev.A13(6)2287(1976)

按照专利文献1以及非专利文献1的记载所示，在利用金属纳米粒子的烧结性的接合方法中，为了得到高可靠性，需要加压。为了进行加压，填充金属纳米粒子的部件需要承受加压力，但是在不能承受加压力时，在半导体与绝缘基板中，有可能发生芯片破裂以及基板破裂。

因此，为了使加压力降低，考虑采用在专利文献2中所记载的接合方法。但是，在该接合方法中，在部件的接合部处的凹部内没有完全密布金属纳米粒子的情况下，存在接合强度以及接合可靠性可能降低的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种技术，该技术能够实现在将2个部件接合的情况下的接合强度以及接合可靠性的提高。

本发明所涉及的使用金属纳米粒子的接合构造具有：第1部件，其至少在一个表面上具有金属面；第2部件，其至少在一个表面上具有金属面，并且该金属面配置在与上述第1部件的金属面相对的位置处；以及接合材料，其通过将金属纳米粒子烧结接合，从而将上述第1部件与上述第2部件接合，上述第1部件和上述第2部件中的至少一者的金属面形成为具有0.5μm～2.0μm的表面粗糙度的粗糙面。

本发明所涉及的使用金属纳米粒子的接合方法是使用金属纳米粒子将第1部件与第2部件接合的接合方法，其中，该第1部件至少在一个表面上具有金属面，该第2部件至少在一个表面上具有金属面，该使用金属纳米粒子的接合方法具有：工序(a)，在该工序中，在上述第1部件和上述第2部件中的至少一者的金属面上形成具有0.5μm～2.0μm的表面粗糙度的粗糙面；工序(b)，在该工序中，在上述第2部件的金属面上以一定厚度印刷金属纳米膏；工序(c)，在该工序中，在印刷在上述第2部件的金属纳米膏上载置上述第1部件；以及工序(d)，在该工序中，在印刷在上述第2部件的金属纳米膏上载置有上述第1部件的状态下进行加热，将包含在金属纳米膏中的金属纳米粒子烧结接合。