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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023108672
(43)【公開日】2023-08-07
(54)【発明の名称】接合材料及び該接合材料を用いた接合構造体
(51)【国際特許分類】
B23K 35/14 20060101AFI20230731BHJP
H01L 21/60 20060101ALI20230731BHJP
B23K 35/26 20060101ALN20230731BHJP
C22C 28/00 20060101ALN20230731BHJP
【ＦＩ】
B23K35/14 Z
H01L21/60 311Q
B23K35/26 310Z
C22C28/00 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022009833
(22)【出願日】2022-01-26
(71)【出願人】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100132241
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 博史
(74)【代理人】
【識別番号】100113170
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 和久
(72)【発明者】
【氏名】古澤 彰男
(72)【発明者】
【氏名】日根 清裕
(72)【発明者】
【氏名】石谷 伸治
(72)【発明者】
【氏名】高尾 蕗茜
【テーマコード（参考）】
5F044
【Ｆターム（参考）】
5F044LL07
(57)【要約】
【課題】微細接合部を形成する接合材料を提供する。
【解決手段】接合材料は、融点３０℃以下の母相とＣｕナノ粒子とを含む接合材料であって、母相は、少なくともＧａを含み、Ｃｕナノ粒子は、平均粒子径１０ｎｍ～１０００ｎｍであり、母相中にＣｕナノ粒子が分散され、Ｃｕナノ粒子は接合材料の１０質量％から７５質量％である。
【選択図】図２
【解決手段】接合材料は、融点３０℃以下の母相とＣｕナノ粒子とを含む接合材料であって、母相は、少なくともＧａを含み、Ｃｕナノ粒子は、平均粒子径１０ｎｍ～１０００ｎｍであり、母相中にＣｕナノ粒子が分散され、Ｃｕナノ粒子は接合材料の１０質量％から７５質量％である。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
融点３０℃以下の母相とＣｕナノ粒子とを含む接合材料であって、
前記母相は、少なくともＧａを含み、
前記Ｃｕナノ粒子は、平均粒子径１０ｎｍ～１０００ｎｍであり、前記母相中に前記Ｃｕナノ粒子が分散され、前記接合材料の１０質量％から７５質量％の範囲である、接合材料。
前記母相は、少なくともＧａを含み、
前記Ｃｕナノ粒子は、平均粒子径１０ｎｍ～１０００ｎｍであり、前記母相中に前記Ｃｕナノ粒子が分散され、前記接合材料の１０質量％から７５質量％の範囲である、接合材料。
【請求項2】
前記母相にＩｎまたは/およびＳｎが存在する、請求項１に記載の接合材料。
【請求項3】
基板電極と部品電極とを接合した接合部を備えた接合構造体であって、
前記接合部は、金属マトリクスとＣｕナノ粒子とで構成され、前記金属マトリクスに平均粒子径１ｎｍ～１００ｎｍのＣｕナノ粒子が分散しており、前記金属マトリクスは、少なくとも金属間化合物ＣｕＧａ２相を含む、接合構造体。
前記接合部は、金属マトリクスとＣｕナノ粒子とで構成され、前記金属マトリクスに平均粒子径１ｎｍ～１００ｎｍのＣｕナノ粒子が分散しており、前記金属マトリクスは、少なくとも金属間化合物ＣｕＧａ２相を含む、接合構造体。
【請求項4】
前記金属マトリクスに金属間化合物（Ｃｕ、Ｎｉ）Ｇａ２相を含む、請求項３に記載の接合構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、１００℃以下の温度で電極間を接合する接合部を形成することができる接合材料、およびこの接合材料を用いて形成される接合構造体に関する。より詳細には、例えば、センサデバイス、ヒューマンインターフェースの入出力デバイス等において、電子部品と回路基板とを接合する接合材料、および接合材料を用いて接合した微細な電子回路基板の接合構造体に関する。
【背景技術】
【0002】
センサデバイスでは電子部品は、接合材料としてのはんだ材料を用いて回路基板に接合される。ＣＳＰ（Chip Scale Package）のような半導体パッケージと回路基板とを接合する場合、一般的に融点が２１９℃のＳｎ－３質量％Ａｇ－０．５質量％Ｃｕが接合材料として用いられている。図７に、半導体パッケージ１が回路基板２に接合されている様子を断面図にて模式的に示す。
【0003】
尚、本明細書において、合金の組成を記載するために、例えば、「Ａ－ｘ質量％Ｂ－ｙ質量％Ｃ（ここで、Ａ、ＢおよびＣは金属元素、ｘ、ｙはパーセント数値）」なる表現法を用いる。これは、合金が金属元素Ａ、ＢおよびＣから構成され、合金全体を１００質量％としたとき、金属元素Ｂがｘ質量％、金属元素Ｃがｙ質量％であり、残部が金属元素Ａの質量％（＝１００－ｘ－ｙ）であることを意味する。
【0004】
先ず、はんだペースト印刷装置を用いて、例えば、融点が２１９℃のはんだ材料（例えばＳｎ－３質量％Ａｇ－０．５質量％Ｃｕ）を直径１０～２５μｍの粒子に加工してフラックスと混合したペーストを回路基板電極３の上に転写する。次に、電子部品マウント装置を用いて半導体パッケージ１を搭載し、最後にリフロー加熱装置を用いてはんだ融点以上に加熱した後に冷却して接合部５を形成する。
【0005】
センサデバイス、ヒューマンインターフェースの入出力デバイス等の高機能化に伴い、半導体パッケージの多電極化・小型化・薄型化が進展し、半導体パッケージの電極数が従来は４００端子以下であったものが、今後は１０００端子以上に増加していくと考えられている。端子数の増加と小型化とを両立させるためには、半導体パッケージのライン／スペース幅を微細化することが必須であり、従来のライン幅１０μｍ／スペース幅１０μｍであったものが、ライン幅３μｍ／スペース幅３μｍ以下に狭くなる。ライン幅の狭ピッチ化によって半導体パッケージ電極のサイズも微細化が進むため、微細な接合部を形成可能な接合材料が求められる。また、微細な接合部を形成するためには、電極間の短絡不良を防ぐために接合材料の転写量を微量にすることが必要であり、従来のスクリーン印刷では転写が困難になっており、ジェットディスペンスによる塗布が必須である。
【0006】
さらに、半導体パッケージの薄型化が進むことで反りが生じやすくなるため、リフロー加熱時による接合時の加熱温度は１００℃近傍で低く抑えることが望ましい。
【0007】
そこで、微細な接合部を形成可能な第１の接合材料として、金属ナノ粒子と分散媒とを混合したＡｇナノ粒子ペーストが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この接合材料を構成する金属ナノ粒子は、粒子径１～１００ｎｍ以下の粒子が用いられており、このような粒子径を有する金属ナノ粒子を使用することで、微細な接合体を形成することができる。
【0008】
また、接合時の加熱温度を低く抑える第２の接合材料も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この接合材料は、Ｓｎ－Ｂｉ－Ｉｎの３種類の金属からなる合金をボール表面に膜形成して成る。Ｓｎ－Ｂｉ－Ｉｎの３元合金の融点は６０～１００℃であるため、この接合材料を使用することで、接合時の加熱温度を１００℃近傍に下げることができる。
【0009】
更に、接合時の加熱温度を低く抑える第３の接合材料が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。この接合材料は、Ｇａが主成分であり、電極材料であるＣｕと反応させることでＣｕＧａ２の金属間化合物を生成して接合体を形成させる。この接合材料を使用することで３０℃の温度で接合部を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】ＷＯ２０１１／１５８６５９
【特許文献2】特開２０２１―４８３９２号公報
【特許文献3】ＷＯ２０２０／１００６１４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
上述の第１の接合材料では、固相拡散で接合体を形成するため、Ｓｎの場合は１５０℃～２００℃、ＡｇあるいはＣｕの場合は２５０～３５０℃の高温に加熱しなければならないという問題がある。
【0012】
上述の第２の接合材料は、Ｓｎ－Ｂｉ－Ｉｎの３元合金であり、１００℃近傍の温度で接合体を形成することができるが、３元合金のナノ粒子は作製することが困難である。このため、ジェットディスペンスで使用可能な粘度が１０Ｐａ・ｓ以下のペーストを作製できないという問題がある。
【0013】
上述の第３の接合材料は、Ｇａを主成分としているため３０℃の温度で接合部を形成させることができるが、Ｇａの粘度が０．００３Ｐａ・ｓと低いため、電極に転写した際に形状を保持できず電極上にＧａが広がるため、接合部が薄くなり接合信頼性が低下するという問題がある。
【0014】
そこで、本発明は、上述の接合材料を用いる場合の問題点である、高温加熱、高粘度、低信頼性という問題点を解決すべく、低温加熱、低粘度、高信頼性の接合材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0015】
上記課題について検討を重ねた結果、本開示に係る接合材料は、融点３０℃以下の母相とＣｕナノ粒子とを含む接合材料であって、母相は、少なくともＧａを含み、Ｃｕナノ粒子は、平均粒子径１０ｎｍ～１０００ｎｍであり、母相中にＣｕナノ粒子が分散され、接合材料の１０質量％から７５質量％である。
【0016】
更に、本開示に係る接合構造体は、基板電極と部品電極とを接合した接合部を備えた接合構造体であって、接合部は、金属マトリクスとＣｕナノ粒子とで構成され、金属マトリクスに平均粒子径１ｎｍ～１００ｎｍのＣｕナノ粒子が分散しており、金属マトリクスは、少なくとも金属間化合物ＣｕＧａ２相を含む。
【発明の効果】
【0017】
本開示に係る接合材料によれば、１００℃以下の低温加熱であって、ジェットディスペンスで接合材料を電極上に転写可能な粘度１０Ｐａ・ｓ以下であり、転写後に形状保持が可能な粘度１Ｐａ・ｓ以上の低粘度で接合部を形成可能であって、高信頼性な接合構造体を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】実施の形態１に係る接合材料を用いて形成される接合部を有する接合構造体の断面構造を模式的に示す概略断面図である。
【図2】本実施の形態１に係る接合材料を使用して接合部を形成する過程を概念的に示し、図２（ａ）は、加熱する前の接合材料の状態の断面構造を示す概略断面図であり、図２（ｂ）は、加熱してＧａを含む母相が溶融して液相が生成する状態の断面構造を示す概略断面図でありし、図２（ｃ）は、接合材料を電極の上に塗布した状態の断面構造を示す概略断面図であり、図２（ｄ）は、半導体パッケージを搭載し、金属間化合物が形成されつつある状態の断面構造を示す概略断面図であり、図２（ｅ）は、はんだ付けで接合した後の接合部の断面構造を示す概略断面図である。
【図3】接合材料に含まれるＣｕナノ粒子のメジアン粒子径と、接合材料の粘度、および形成される接合部の接合強度との関係を示すグラフを示す図である。
【図4】接合材料に含まれるＣｕナノ粒子の含有比率と、接合材料の粘度、および形成される接合部の接合強度との関係を示すグラフを示す図である。
【図5】種々のＣｕナノ粒子の粒子径と含有率を用いた接合材料の粘度と、形成した接合部の接合強度の結果を示す表１である。
【図6】種々のＧａを含む母相と、種々のＣｕナノ粒子の粒子径と含有率を用いた接合材料の粘度と、形成した接合部の接合強度の結果を示す表２である。
【図7】半導体パッケージが回路基板に接合されている状態の断面構造を模式的に示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
第１の態様に係る接合材料は、融点３０℃以下の母相とＣｕナノ粒子とを含む接合材料であって、母相は、少なくともＧａを含み、Ｃｕナノ粒子は、平均粒子径１０ｎｍ～１０００ｎｍであり、母相中にＣｕナノ粒子が分散され、接合材料の１０質量％から７５質量％の範囲である。
【0020】
第２の態様に係る接合材料は、上記第１の態様において、母相にＩｎまたは/およびＳｎが存在してもよい。
【0021】
第３の態様に係る接合構造体は、基板電極と部品電極とを接合した接合部を備えた接合構造体であって、接合部は、金属マトリクスとＣｕナノ粒子とで構成され、金属マトリクスに平均粒子径１ｎｍ～１００ｎｍのＣｕナノ粒子が分散しており、金属マトリクスは、少なくとも金属間化合物ＣｕＧａ２相を含む。
【0022】
第４の態様に係る接合構造体は、上記第３の態様において、金属マトリクスに金属間化合物（Ｃｕ、Ｎｉ）Ｇａ２相を含んでもよい。
【0023】
以下、添付図面を参照しながら、本開示の実施の形態に係る接合材料及び該接合材料を用いた接合構造体を更に詳細に説明する。以下の説明は、本開示を実施するための具体的な形態の例示であって、本開示は、そのような形態に限定されるものではない。
【0024】
（実施の形態１）
＜接合材料＞
図２の（ａ）乃至（ｅ）は、実施の形態１に係る接合材料を使用して接合部を形成する過程を概念的に示す一連の概略断面図である。図２（ａ）は、加熱する前の接合材料の状態の断面構造を示す概略断面図である。図２（ｂ）は、加熱してＧａを含む母相が溶融して液相が生成する状態の断面構造を示す概略断面図である。図２（ｃ）は、接合材料を電極の上に塗布した状態の断面構造を示す概略断面図である。図２（ｄ）は、半導体パッケージを搭載し、金属間化合物が形成されつつある状態の断面構造を示す概略断面図である。図２（ｅ）は、はんだ付けで接合した後の接合部の断面構造を示す概略断面図である。
実施の形態１に係る接合材料は、Ｇａを含む母相１０８とＣｕナノ粒子１０９とを含む。Ｃｕナノ粒子１０９は、平均粒子径１０ｎｍ～１０００ｎｍであり、母相中にＣｕナノ粒子が分散され、接合材料の１０質量％から７５質量％の範囲である。
この接合材料１１０は、Ｇａを含む母相１０８とＣｕナノ粒子１０９とを所定の比率（即ち、含有比率）で混合して調製される。調製する工程は、Ｇａを含む母相１０８の融点以上である、例えば４０℃に加熱し、Ｇａを含む母相１０８が液相の状態で行う。
＜接合材料＞
図２の（ａ）乃至（ｅ）は、実施の形態１に係る接合材料を使用して接合部を形成する過程を概念的に示す一連の概略断面図である。図２（ａ）は、加熱する前の接合材料の状態の断面構造を示す概略断面図である。図２（ｂ）は、加熱してＧａを含む母相が溶融して液相が生成する状態の断面構造を示す概略断面図である。図２（ｃ）は、接合材料を電極の上に塗布した状態の断面構造を示す概略断面図である。図２（ｄ）は、半導体パッケージを搭載し、金属間化合物が形成されつつある状態の断面構造を示す概略断面図である。図２（ｅ）は、はんだ付けで接合した後の接合部の断面構造を示す概略断面図である。
実施の形態１に係る接合材料は、Ｇａを含む母相１０８とＣｕナノ粒子１０９とを含む。Ｃｕナノ粒子１０９は、平均粒子径１０ｎｍ～１０００ｎｍであり、母相中にＣｕナノ粒子が分散され、接合材料の１０質量％から７５質量％の範囲である。
この接合材料１１０は、Ｇａを含む母相１０８とＣｕナノ粒子１０９とを所定の比率（即ち、含有比率）で混合して調製される。調製する工程は、Ｇａを含む母相１０８の融点以上である、例えば４０℃に加熱し、Ｇａを含む母相１０８が液相の状態で行う。
【0025】
Ｇａを含む母相１０８は、例えば、１００質量％Ｇａ（融点３０℃）であり、Ｇａを含む母相はＩｎまたはＳｎを含んでもよい。Ｃｕナノ粒子１０９（融点１０８５℃）のメジアン粒子径は例えば平均１００ｎｍである。また、材料を製造するに際して不可避的に含まれることになる他の成分を含んでよい。いずれの場合も、本開示の課題に対して許容できない悪影響が生じない範囲において含んでよい。
【0026】
Ｇａを含む母相１０８とＣｕナノ粒子１０９との合計質量、即ち、接合材料１１０の質量に対する、Ｃｕナノ粒子１０９の質量比率、即ち、含有比率は、例えば６５質量％である。
【0027】
＜効果＞
実施の形態１に係る接合材料を用いてはんだ付けして接合部を形成するに際して、Ｇａを含む母相が溶融するまで接合材料を加熱すると、生成する低粘度の液相中にＣｕナノ粒子が溶解・拡散して反応し、ＣｕとＧａとの間で少なくとも１種の金属間化合物が生成する。その後、冷却すると接合部が形成される。図１に示すように、この接合部において、生成した金属間化合物はマトリクス構造（または３次元ネットワーク構造）１０６（後述の第１の金属相に対応）を形成し、この構造中に、Ｃｕナノ粒子に由来する第２の金属相１０７（金属間化合物の形成に関与しないでＣｕナノ粒子が残存している場合）を含む。第１の金属相１０５は主としてＧａを含むが、それに加えて、Ｎｉをも含み得る。第２の金属相１０７は主としてＣｕを含む。金属間化合物が３次元ネットワーク構造を形成することによって、ネットワーク構造内に第２の金属相を保持できる。
実施の形態１に係る接合材料を用いてはんだ付けして接合部を形成するに際して、Ｇａを含む母相が溶融するまで接合材料を加熱すると、生成する低粘度の液相中にＣｕナノ粒子が溶解・拡散して反応し、ＣｕとＧａとの間で少なくとも１種の金属間化合物が生成する。その後、冷却すると接合部が形成される。図１に示すように、この接合部において、生成した金属間化合物はマトリクス構造（または３次元ネットワーク構造）１０６（後述の第１の金属相に対応）を形成し、この構造中に、Ｃｕナノ粒子に由来する第２の金属相１０７（金属間化合物の形成に関与しないでＣｕナノ粒子が残存している場合）を含む。第１の金属相１０５は主としてＧａを含むが、それに加えて、Ｎｉをも含み得る。第２の金属相１０７は主としてＣｕを含む。金属間化合物が３次元ネットワーク構造を形成することによって、ネットワーク構造内に第２の金属相を保持できる。
【0028】
また、金属間化合物のネットワーク構造を構成できる接合材料のＧａを含む母相とＣｕナノ粒子の構成を変えることによって、接合部の耐熱温度および接合強度をコントロールすることが可能となる。具体的には、Ｃｕナノ粒子のメジアン粒子径、Ｃｕナノ粒子の含有比率等を適宜選択することによって、望ましいペースト粘度（これは接合部の塗布厚に対応）および接合強度を達成できる。
【0029】
その結果、例えばセンサデバイスのような多電極、狭ピッチの半導体パッケージの接合に本発明の接合材料を使用しても接合部でクラック発生が起こり難く、接合構造体の信頼性が低下することは抑制される。また、本実施の形態１に係る接合材料を用いて接合するに際して、加熱装置ではんだ付けする場合、Ｇａを含む母相は３０℃以下の温度で溶融する。このため、１００℃以下の低い温度ではんだ付けが可能となり、センサデバイスを接合する組み立て過程における薄型の半導体パッケージに反りを生じさせることなく組み立てることが可能となる。
【0030】
＜接合構造体＞
図１は、本実施の形態１に係る接合材料を用いて形成される接合部１０３を有する接合構造体の断面構造を模式的に示す概略断面図である。図１には、一方の対象物としての半導体パッケージ１０１の外部電極１０２を、接合部１０３によって他方の対象物としての絶縁回路基板１０４の電極１０５に接合した態様を一例として示している。尚、図示した接合部１０３は、Ｇａを含む母相、およびＣｕナノ粒子を含んで成る接合材料を用いて形成されている。
図１は、本実施の形態１に係る接合材料を用いて形成される接合部１０３を有する接合構造体の断面構造を模式的に示す概略断面図である。図１には、一方の対象物としての半導体パッケージ１０１の外部電極１０２を、接合部１０３によって他方の対象物としての絶縁回路基板１０４の電極１０５に接合した態様を一例として示している。尚、図示した接合部１０３は、Ｇａを含む母相、およびＣｕナノ粒子を含んで成る接合材料を用いて形成されている。
【0031】
接合部１０３は、Ｇａを主成分とする第１の金属相１０６と、Ｃｕナノ粒子に由来するＣｕを主成分とする第２の金属相１０７と、により成る。図示するように、第２の金属相１０７は、マトリクスである第１の金属相１０６によって包囲されている。第１の金属相１０６は、３次元ネットワーク構造を有し、図示するようにその内部に第２の金属相１０７を有し、外部電極１０２と電極１０５とを接合している。このような第１の金属相１０６は、形成される金属間化合物の融点に対応する融点、例えば２００℃以上の融点を有する。その結果、接合部を２００℃以上、例えば２５０℃に近い高温まで加熱しても、ネットワーク構造が溶融することなく保持される。従って、接合部１０３が破断することはなく、優れた耐熱性を有する。
【0032】
本実施の形態１に係る接合材料によって接続する対象物は、電気的かつ物理的に接合すべき対象、即ち、電気的な導通を確保すると共に、機械的に接着すべき、いずれの適当な電子部品、電気部品等であってもよい。具体的には、半導体パッケージ、絶縁基板、リードフレーム、回路基板等の電極、その他の種々の電気・電子部品の電極等を例示できる。そのような接続すべき対象物の一例として、例えば、半導体パッケージの場合を説明する。
【0033】
＜第１の金属相＞
第１の金属相は、Ｇａを含む母相１０８と、Ｃｕナノ粒子１０９に由来するＣｕから成る金属間化合物ＣｕＧａ２相とを含む。さらに、金属間化合物（Ｃｕ、Ｎｉ）Ｇａ２相を含んでもよい。（Ｃｕ、Ｎｉ）Ｇａ２相のＮｉは、外部電極１０２または／および電極１０５に含まれるＮｉであってもよい。
第１の金属相は、Ｇａを含む母相１０８と、Ｃｕナノ粒子１０９に由来するＣｕから成る金属間化合物ＣｕＧａ２相とを含む。さらに、金属間化合物（Ｃｕ、Ｎｉ）Ｇａ２相を含んでもよい。（Ｃｕ、Ｎｉ）Ｇａ２相のＮｉは、外部電極１０２または／および電極１０５に含まれるＮｉであってもよい。
【0034】
＜第２の金属相＞
第２の金属相は、Ｃｕナノ粒子１０９に由来するが、Ｇａを含む母相１０８が液相となった際に、液相拡散によってＣｕナノ粒子１０９がＧａを含む母相１０８に溶解する。このため、第２の金属相１０７の大きさは、元のＣｕナノ粒子１０９の粒子径と比較して小さくなり、例えば、約１／１０の大きさになる。なお、１／１０は例示であってこれに限られない。
第２の金属相は、Ｃｕナノ粒子１０９に由来するが、Ｇａを含む母相１０８が液相となった際に、液相拡散によってＣｕナノ粒子１０９がＧａを含む母相１０８に溶解する。このため、第２の金属相１０７の大きさは、元のＣｕナノ粒子１０９の粒子径と比較して小さくなり、例えば、約１／１０の大きさになる。なお、１／１０は例示であってこれに限られない。
【0035】
＜半導体パッケージ＞
半導体パッケージは、半導体素子を樹脂や金属でパッケージングし、外周または底面に電極を備えた電子部品である。外周に電極を備えた形態には、ＳＯＰ（Small Outline Package）、ＳＯＪ（Small Outline J-leaded）、ＱＦＰ（Quad Flat Package）等があり、底面に電極を備えた形態には、ＢＧＡ（Ball Grid Array）、ＬＧＡ（Land Grid Array）、ＣＳＰ（Chip Scale Package）等がある。
半導体パッケージは、半導体素子を樹脂や金属でパッケージングし、外周または底面に電極を備えた電子部品である。外周に電極を備えた形態には、ＳＯＰ（Small Outline Package）、ＳＯＪ（Small Outline J-leaded）、ＱＦＰ（Quad Flat Package）等があり、底面に電極を備えた形態には、ＢＧＡ（Ball Grid Array）、ＬＧＡ（Land Grid Array）、ＣＳＰ（Chip Scale Package）等がある。
【0036】
半導体パッケージは、いずれの適当な寸法を有してもよく、その機能に応じて、３７ｍｍ×３７ｍｍ、２５ｍｍ×２５mmと大きい寸法のもの、あるいは１０ｍｍ×１０ｍｍ、５ｍｍ×５ｍｍ等の小さい寸法のものを用いてもよい。半導体パッケージは、いずれの適当な厚みを有してもよく、半導体素子の寸法に応じて０．４ｍｍ、０．３ｍｍ、０．２ｍｍ、０．１５ｍｍ等の厚さを有してよい。半導体パッケージは、いずれの適当な電極ピッチを有してよく、０．４ｍｍピッチ、０．３ｍｍピッチ、さらには０．２５ｍｍピッチ以下のものを用いてもよい。
【0037】
＜絶縁基板＞
絶縁基板は、一般的にガラスエポキシ製であり、接合材料との接合性を確保するため絶縁基板の接合材料側に電極層として、例えばＣｕが３５μｍの厚みで電解めっき法により成膜され、エッチングによってパターン形成されていてもよい。電極層は、接合材料との接合性が良い金属であるＮｉ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｐｄ等を用いてもよい。厚みも成膜厚みばらつきを考慮して１０μｍ以上あればよく、成膜方法も電解めっき法に限らず蒸着法、無電解めっき法等を用いてもよい。
絶縁基板は、一般的にガラスエポキシ製であり、接合材料との接合性を確保するため絶縁基板の接合材料側に電極層として、例えばＣｕが３５μｍの厚みで電解めっき法により成膜され、エッチングによってパターン形成されていてもよい。電極層は、接合材料との接合性が良い金属であるＮｉ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｐｄ等を用いてもよい。厚みも成膜厚みばらつきを考慮して１０μｍ以上あればよく、成膜方法も電解めっき法に限らず蒸着法、無電解めっき法等を用いてもよい。
【0038】
従って、本実施の形態１に係る接合構造体は、対象物としての半導体パッケージ１０１と絶縁基板１０４との間に接合部１０３を有する。また、その接合部１０３は、本実施の形態１に係る接合材料をこれらの対象物の間に配置し、上述の第１の金属相１０６と第２の金属相１０７とを有して成る。
【0039】
＜接合方法＞
図２を用いて、本実施の形態１に係る接合材料を用いて対象物の間に接合部１０３を形成することによって本実施の形態１に係る接合構造体を形成する過程を模式的に示す。
（１）上述のようにして調製した接合材料１１０を絶縁基板（図示せず）の電極の上にディスペンサーによって供給し、接合材料１１０の上に半導体パッケージ（図示せず）を搭載し、その後、これらを所定温度に加熱して接合部を形成する。
図２（ａ）は、加熱する前の接合材料１１０の状態の断面構造を模式的に示す概略断面図である。Ｇａを含む母相１０８内にＣｕナノ粒子１０９が存在しており、Ｇａを含む母相１０８の融点未満であるため接合材料１１０は固体である。
図２を用いて、本実施の形態１に係る接合材料を用いて対象物の間に接合部１０３を形成することによって本実施の形態１に係る接合構造体を形成する過程を模式的に示す。
（１）上述のようにして調製した接合材料１１０を絶縁基板（図示せず）の電極の上にディスペンサーによって供給し、接合材料１１０の上に半導体パッケージ（図示せず）を搭載し、その後、これらを所定温度に加熱して接合部を形成する。
図２（ａ）は、加熱する前の接合材料１１０の状態の断面構造を模式的に示す概略断面図である。Ｇａを含む母相１０８内にＣｕナノ粒子１０９が存在しており、Ｇａを含む母相１０８の融点未満であるため接合材料１１０は固体である。
【0040】
（２）接合材料１１０を電極１０５の上に塗布する際には、接合材料１１０を、Ｇａを含む母相（固相）１０８の融点以上である、例えば４０℃に加熱する。
図２（ｂ）は、４０℃に加熱し液相となったＧａを含む母相１１１が生成した接合材料１１２の状態の断面構造を示す概略断面図である。Ｇａを含む母相１１１が液体になり、接合材料１１２の粘度は、４．１Ｐａ・ｓになる。接合材料１１２の粘度が１０Ｐａ・ｓ以下になるとジェットディスペンサーで塗布することが可能になる。
図２（ｂ）は、４０℃に加熱し液相となったＧａを含む母相１１１が生成した接合材料１１２の状態の断面構造を示す概略断面図である。Ｇａを含む母相１１１が液体になり、接合材料１１２の粘度は、４．１Ｐａ・ｓになる。接合材料１１２の粘度が１０Ｐａ・ｓ以下になるとジェットディスペンサーで塗布することが可能になる。
【0041】
（３）図２（ｃ）は、接合材料１１２を電極１０５の上に塗布した状態を示す。Ｇａを含む母相１１１が液相の状態にある場合、Ｇａを含む母相１１１とＣｕナノ粒子１０９の間の反応が加速して状態が変化するため、塗布後は速やかにＧａを含む母相（液相）１１１を固相状態の母相（固相）１０８にすることが望ましい。例えば、絶縁基板（図示せず）をＧａの融点未満の温度である２０℃の支持台に載せた状態で塗布してもよい。
【0042】
（４）図２（ｄ）は、半導体パッケージを搭載し、金属間化合物が形成されつつある状態を示す。半導体パッケージを搭載し、Ｇａを含む母相（固相）１０８の融点以上に加熱することで、Ｃｕナノ粒子１０９は、液相となったＧａを含む母相（液相）１１１に拡散して金属間化合物が形成される。このように半導体パッケージを搭載した状態で、例えば、酸素濃度２００ｐｐｍの窒素雰囲気で、Ｇａを含む母相（固相）１０８の融点より高い温度である、例えば１００℃まで加熱してはんだ付けをする。
【0043】
（５）加熱保持時間の経過と共に金属間化合物の形成量が増加し、図２（ｅ）に示すようにＧａを含む母相（液相）１０８にＣｕナノ粒子１０９が拡散して第１の金属相１０６となってネットワーク構造が形成される。また、Ｃｕナノ粒子１０９の残部が第２の金属相１０７となる。その後に室温まで冷却すると、接合部が形成される。この接合部では、第１の金属相１０６のネットワーク構造内に、Ｃｕナノ粒子１０９に由来する第２の金属相１０７が存在する。
【0044】
上述のように、接合部を形成できる接合材料１１０は、融点が３０℃以下のＧａを含む母相（固相）１０８（例えば１００質量％Ｇａ、融点３０℃）と、形成される金属間化合物より高い融点を有する金属ナノ粒子（例えばＣｕナノ粒子、融点１０８５℃）と、を混合して調製する。従って、この接合材料を、例えば、１００℃に加熱するだけでＧａを含む母相が溶融するので、短時間でＣｕは溶融したＧａ中に溶解し、そこで拡散して液相中のＧａと金属間化合物を形成できる。よって、短時間で接合部を、従って、接合構造体を形成できる。
【0045】
従って、本実施の形態１に係る接合部の形成方法または接合方法は、接合すべき２つの対象物の一方に、本実施の形態１に係る接合材料を供給する工程、供給した接合材料の上に他方の対象物を載置して、２つの対象物の間に接合材料を配置する工程、接合材料および対象物を、Ｇａを含む母相の融点より高い温度、好ましくは２０℃高い温度に加熱する工程、例えば１００℃に加熱する工程、加熱状態を所定時間（例えば２０秒～１０分、好ましくは１分またはそれ以上の時間）保持し、その後、冷却する工程を含んで成る。
【0046】
＜Ｇａを含む母相＞
Ｇａを含む母相１０８は、例えば、１００質量％Ｇａ（融点３０℃）である。Ｇａを含む母相１０８は、Ｇａ単体に限られず、Ｇａとの間で共晶点を有する元素を混合してもよい。そのような元素として、ＩｎまたはＳｎの１つ、あるいはＩｎとＳｎの２つを混合した３元合金であってもよい。Ｇａを含む母相１０８の融点を３０℃以下に保つために、Ｉｎの場合は２３質量％以下、Ｓｎの場合は１０質量％以下であることが望ましい。
Ｇａを含む母相１０８は、例えば、１００質量％Ｇａ（融点３０℃）である。Ｇａを含む母相１０８は、Ｇａ単体に限られず、Ｇａとの間で共晶点を有する元素を混合してもよい。そのような元素として、ＩｎまたはＳｎの１つ、あるいはＩｎとＳｎの２つを混合した３元合金であってもよい。Ｇａを含む母相１０８の融点を３０℃以下に保つために、Ｉｎの場合は２３質量％以下、Ｓｎの場合は１０質量％以下であることが望ましい。
【0047】
＜Ｃｕナノ粒子＞
本実施の形態１に係る接合材料において、Ｃｕナノ粒子１０９は、粒状形態を有し、通常、Ｃｕのみで構成されている。粒状形態とは、球状、略球状、楕円球状、多面体およびコアシェル、ならびにこれらの少なくとも２つの組み合わせの形状等を含む、いわゆる「粒（つぶ）」状の形態である。また、材料を製造するに際して不可避的に含まれることになる他の成分を含んでもよい。
本実施の形態１に係る接合材料において、Ｃｕナノ粒子１０９は、粒状形態を有し、通常、Ｃｕのみで構成されている。粒状形態とは、球状、略球状、楕円球状、多面体およびコアシェル、ならびにこれらの少なくとも２つの組み合わせの形状等を含む、いわゆる「粒（つぶ）」状の形態である。また、材料を製造するに際して不可避的に含まれることになる他の成分を含んでもよい。
【0048】
＜Ｃｕナノ粒子の粒子径＞
Ｃｕナノ粒子の大きさに関しては、「メジアン粒子径」なる概念を用いる。このメジアン粒子径は、動的光散乱法による粒子径測定によって得られる体積基準の粒子径分布の積算値の５０％径、いわゆるＤｖ５０を意味する。このメジアン粒子径は、レーザー光を照射した時の散乱光のゆらぎを計測して算出している。
Ｃｕナノ粒子の大きさに関しては、「メジアン粒子径」なる概念を用いる。このメジアン粒子径は、動的光散乱法による粒子径測定によって得られる体積基準の粒子径分布の積算値の５０％径、いわゆるＤｖ５０を意味する。このメジアン粒子径は、レーザー光を照射した時の散乱光のゆらぎを計測して算出している。
【0049】
本明細書において言及するＣｕナノ粒子のメジアン径は、サブミクロンサイズの粒子径分布測定に一般的に使用される動的光散乱法粒度分布測定装置（Malvern Panalytical社製、製品番号：ゼータサイザーナノZS）を用いて分散媒として純水を使用して測定した。
【0050】
図３に、接合材料に含まれるＣｕナノ粒子１０９のメジアン粒子径を種々変えた接合材料を調製し、４０℃に加熱した状態で、ずり速度ｓ－１で測定した粘度、およびそれを用いて形成した接合部の接合強度を測定した結果を示すグラフを示す。
【0051】
Ｇａを含む母相としては、１００質量％Ｇａを用いた。また、Ｇａを含む母相とＣｕナノ粒子との合計質量に対するＣｕナノ粒子の質量比率、即ち、含有比率は６５質量％であった。接合材料をＣｕ板（２０ｍｍ×１０ｍｍ）の上に厚み２０μｍになるようジェットディスペンサーで塗布し、Ｃｕ試験片（１ｍｍ×１ｍｍ）を載せ、１００℃で１分間加熱した後に室温まで冷却し、接合部を形成した接合構造体を得た。
【0052】
【0053】
図３から理解できるように、Ｃｕナノ粒子のメジアン粒子径が１０ｎｍの時は、接合材料の粘度が９．５Ｐａ・ｓであり、５ｎｍの時は１７Ｐａ・ｓになることから、Ｃｕナノ粒子のメジアン径が１０ｎｍ未満になると粘度が１０Ｐａ・ｓを超えると考えられる。これはメジアン径が小さくなると、Ｃｕナノ粒子の比表面積が大きくなり、その結果、固液間の接触抵抗が大きくなるためであると考えられる。特に好ましい態様において、粘度は８Ｐａ・ｓ以下であることが特に望ましいという観点を考慮すると、Ｃｕナノ粒子のメジアン粒子径は３０ｎｍ以上であることがより好ましい。
【0054】
また、Ｃｕナノ粒子のメジアン粒子径が１０００ｎｍを超えて大きくなると、接合強度が急に低下する。これは、Ｃｕナノ粒子の比表面積が小さくなり、その結果、Ｃｕナノ粒子の溶融に由来する液相への溶解・拡散量が減少して金属間化合物の生成が抑制されるためであると考えられる。特に好ましい態様において、接合強度は１１ＭＰａ以上であることが特に望ましいという観点を考慮すると、Ｃｕナノ粒子のメジアン粒子径は３００ｎｍ以下であることがより好ましい。
【0055】
本実施の形態１の好ましい態様では、接合材料を構成するＣｕナノ粒子のメジアン粒子径は１０ｎｍ～１０００ｎｍであり、より好ましい態様では、３０ｎｍ～３００ｎｍである。Ｃｕナノ粒子がこの範囲のメジアン粒子径を有することで、ジェットディスペンサーでの塗布が可能となり、かつ、十分な接合強度を有する接合構造体が得られる。
【0056】
＜Ｇａを含む母相とＣｕナノ粒子の混合比率＞
本実施の形態１に係る接合材料は、Ｇａを含む母相およびＣｕナノ粒子を含んで成る。Ｇａを含む母相とＣｕナノ粒子とが反応して金属間化合物を形成するので、形成される接合部の性能にとって、Ｇａを含む母相とＣｕナノ粒子との配合比率が重要な要素となる。
本実施の形態１に係る接合材料は、Ｇａを含む母相およびＣｕナノ粒子を含んで成る。Ｇａを含む母相とＣｕナノ粒子とが反応して金属間化合物を形成するので、形成される接合部の性能にとって、Ｇａを含む母相とＣｕナノ粒子との配合比率が重要な要素となる。
【0057】
図４に、Ｇａを含む母相とＣｕナノ粒子との総量に対するＣｕナノ粒子の含有量の比率（質量基準）、即ち、Ｃｕナノ粒子の含有比率を種々変えた接合材料を調製した。これを４０℃に加熱した状態で、ずり速度ｓ－１で測定した粘度、およびそれを用いて形成した接合部の接合強度を測定した結果を示すグラフを示す。
【0058】
Ｇａを含む母相として１００質量％Ｇａを用い、Ｃｕナノ粒子はメジアン径１００ｎｍの粒子を用いた。接合材料をＣｕ板（２０ｍｍ×１０ｍｍ）の上に厚み２０μｍになるようジェットディスペンサーで塗布し、Ｃｕ試験片（１ｍｍ×１ｍｍ）を載せ、１００℃で１分間加熱した後に室温まで冷却し、接合部を形成した接合構造体を得た。
【0059】
【0060】
図４のグラフから明らかなように、粘度を１０Ｐａ・ｓ以下にするために必要なＣｕナノ粒子の含有比率は７５質量％以下である。粘度は８Ｐａ・ｓ以下がより好ましく、その場合、必要なＣｕナノ粒子の含有比率は６５質量％以下である。
【0061】
また、Ｃｕナノ粒子の含有比率が小さくなって１０質量％未満になると、金属間化合物を形成するために必要なＣｕの量が不足する。その結果、未反応のＧａを含む母相が残存するために接合強度が低下すると考えられる。１１ＭＰａ以上の接合強度が特に望ましいので、その場合、Ｃｕナノ粒子の含有比率は５５質量％以上であることが好ましい。
【0062】
図４のグラフから分かるように、Ｃｕナノ粒子の含有比率が１０～７５質量％であれば接合材料の粘度が１０Ｐａ・ｓ以下であり、ジェットディスペンサーで塗布することが可能である。Ｃｕナノ粒子の含有比率が、５５質量％以上であれば接合強度は１１ＭＰａ以上であり、より好ましい。また、Ｃｕナノ粒子の含有比率が６５質量％以下であれば粘度は８ＭＰａ・ｓ以下になり、より好ましい。
【0063】
＜実施例および比較例＞
接合構造体の接合部形成においては接合材料を４０℃に加熱した時の粘度、およびその接合材料を用いて形成した接合部の接合強度の両立が必要である。この両立について更に検討するため、Ｃｕナノ粒子のメジアン粒子径ならびに含有比率を種々変えて接合材料を調製し、先と同様にして粘度と接合強度を測定する実験を実施した。その結果を図５の表１に示す。
接合構造体の接合部形成においては接合材料を４０℃に加熱した時の粘度、およびその接合材料を用いて形成した接合部の接合強度の両立が必要である。この両立について更に検討するため、Ｃｕナノ粒子のメジアン粒子径ならびに含有比率を種々変えて接合材料を調製し、先と同様にして粘度と接合強度を測定する実験を実施した。その結果を図５の表１に示す。
【0064】
尚、図５の表１の粘度の欄において、粘度の目安を１０Ｐａ・ｓ以下とし、それに対して丸印（○）は良い評価を意味し、二重丸印（◎）は８ＭＰａ・ｓ以下で十分良い評価を意味し、バツ印（×）は所定の粘度を満たさない評価を意味する。
【0065】
また、図５の表１の接合強度の欄において、接合部の接合強度の目安を１０ＭＰａとし、それに対して丸印（○）は良い評価を意味し、二重丸印（◎）は１１ＭＰａ・ｓ以上で十分良い評価を意味し、バツ印（×）は所定の接合強度を満たさない評価を意味する。粘度および接合強度の双方に関して○または◎の評価であった実験例を「実施例」とし、いずれかの評価が×であった実験例を「比較例」としている。
【0066】
[実施例１]
図５の表１のＣｕナノ粒子を用いて調製した接合材料１１０の粘度を平行平板粘度計で測定すると４．１Ｐａ・ｓであった。これは、ジェットディスペンサーで塗布するのに十分良い粘度であることを意味する。また、接合材料１１０を、Ｃｕ板（２０ｍｍ×１０ｍｍ）の上に厚み２０μｍで塗布し、その上にＣｕ試験片（１ｍｍ×１ｍｍ）を載せ、１００℃で１分間加熱して接合構造体を形成した。このＣｕ試験片の接合強度をボンドテスターで測定した結果は１１．３ＭＰａであり、この数値は十分良い接合強度であった。
図５の表１のＣｕナノ粒子を用いて調製した接合材料１１０の粘度を平行平板粘度計で測定すると４．１Ｐａ・ｓであった。これは、ジェットディスペンサーで塗布するのに十分良い粘度であることを意味する。また、接合材料１１０を、Ｃｕ板（２０ｍｍ×１０ｍｍ）の上に厚み２０μｍで塗布し、その上にＣｕ試験片（１ｍｍ×１ｍｍ）を載せ、１００℃で１分間加熱して接合構造体を形成した。このＣｕ試験片の接合強度をボンドテスターで測定した結果は１１．３ＭＰａであり、この数値は十分良い接合強度であった。
【0067】
[実施例２～５および比較例１～４]
図５の表１のＣｕナノ粒子を用いて、Ｃｕナノ粒子の含有比率を６５質量％に調製した接合材料を用いて、実施例１と同様に、粘度と接合強度を測定した。
図５の表１のＣｕナノ粒子を用いて、Ｃｕナノ粒子の含有比率を６５質量％に調製した接合材料を用いて、実施例１と同様に、粘度と接合強度を測定した。
【0068】
図５の表１から分かるように、Ｃｕナノ粒子の大きさ（メジアン粒子径）が１０ｎｍ以上であれば粘度は１０Ｐａ・ｓ以下であり、ジェットディスペンサーで塗布することができる。しかしながら、Ｃｕナノ粒子の大きさが１０００ｎｍを超えると接合強度が１０ＭＰａ未満に低下するため、必ずしも十分とは言えない。これらの結果から、ジェットディスペンサーで塗布できる粘度と十分な接合強度を得るために必要なＣｕナノ粒子のメジアン粒子径は１０ｎｍ～１０００ｎｍである。また、８Ｐａ・ｓ以下の粘度と１１ＭＰａ以上の接合強度を得るためにはＣｕ粒子のメジアン径を３０～３００ｎｍにすることが好ましい。
【0069】
［実施例６～１１および比較例５～６]
上述の実施例および比較例と同様に、図５の表１のＣｕナノ粒子のメジアン径と含有比率とを種々変えて接合材料を調製し、先と同様にして接合部を形成して、その粘度および接合強度を測定する実験を実施した。尚、表中における実施例および比較例の区別、ならびにそれらの評価については、上述と同様である。
上述の実施例および比較例と同様に、図５の表１のＣｕナノ粒子のメジアン径と含有比率とを種々変えて接合材料を調製し、先と同様にして接合部を形成して、その粘度および接合強度を測定する実験を実施した。尚、表中における実施例および比較例の区別、ならびにそれらの評価については、上述と同様である。
【0070】
実施例６では、Ｃｕナノ粒子の含有比率が７５質量％となる接合材料を調製した。上述の実験と同様にして、粘度を測定し、形成した接合構造体の接合部の接合強度を測定した。
【0071】
この接合材料の粘度は９．９Ｐａ・ｓであり、ジェットディスペンサーで塗布可能な性能を持っていることがわかる。また、接合強度をボンドテスターで測定した結果は１１．６ＭＰａであり、良好な接合強度であった。
【0072】
実施例７では、Ｃｕナノ粒子の含有比率が５５質量％となる接合材料を調製した。上述の実験と同様にして、粘度を測定し、形成した接合構造体の接合部の接合強度を測定した。
この接合材料の粘度は３．０Ｐａ・ｓであり、ジェットディスペンサーで塗布可能な良好な性能を持っていることがわかる。また、接合強度をボンドテスターで測定した結果は１１．１ＭＰａであり、良好な接合強度であった。
この接合材料の粘度は３．０Ｐａ・ｓであり、ジェットディスペンサーで塗布可能な良好な性能を持っていることがわかる。また、接合強度をボンドテスターで測定した結果は１１．１ＭＰａであり、良好な接合強度であった。
【0073】
実施例８では、Ｃｕナノ粒子の含有比率が４５質量％となる接合材料を調製した。上述の実験と同様にして、粘度を測定し、形成した接合構造体の接合部の接合強度を測定した。
この接合材料の粘度は２．４Ｐａ・ｓであり、ジェットディスペンサーで塗布可能な良好な性能を持っていることがわかる。また、接合強度をボンドテスターで測定した結果は１０．９ＭＰａであり、十分な接合強度であった。
この接合材料の粘度は２．４Ｐａ・ｓであり、ジェットディスペンサーで塗布可能な良好な性能を持っていることがわかる。また、接合強度をボンドテスターで測定した結果は１０．９ＭＰａであり、十分な接合強度であった。
【0074】
実施例９では、Ｃｕナノ粒子の含有比率が３０質量％となる接合材料を調製した。上述の実験と同様にして、粘度を測定し、形成した接合構造体の接合部の接合強度を測定した。
この接合材料の粘度は１．９Ｐａ・ｓであり、ジェットディスペンサーで塗布可能な良好な性能を持っていることがわかる。また、接合強度をボンドテスターで測定した結果は１０．９ＭＰａであり、十分な接合強度であった。
この接合材料の粘度は１．９Ｐａ・ｓであり、ジェットディスペンサーで塗布可能な良好な性能を持っていることがわかる。また、接合強度をボンドテスターで測定した結果は１０．９ＭＰａであり、十分な接合強度であった。
【0075】
実施例１０では、Ｃｕナノ粒子の含有比率が２０質量％となる接合材料を調製した。上述の実験と同様にして、粘度を測定し、形成した接合構造体の接合部の接合強度を測定した。
この接合材料の粘度は１．８Ｐａ・ｓであり、ジェットディスペンサーで塗布可能な良好な性能を持っていることがわかる。また、接合強度をボンドテスターで測定した結果は１０．６ＭＰａであり、十分な接合強度であった。
この接合材料の粘度は１．８Ｐａ・ｓであり、ジェットディスペンサーで塗布可能な良好な性能を持っていることがわかる。また、接合強度をボンドテスターで測定した結果は１０．６ＭＰａであり、十分な接合強度であった。
【0076】
実施例１１では、Ｃｕナノ粒子の含有比率が１０質量％となる接合材料を調製した。上述の実験と同様にして、粘度を測定し、形成した接合構造体の接合部の接合強度を測定した。
この接合材料の粘度は１．６Ｐａ・ｓであり、ジェットディスペンサーで塗布可能な良好な性能を持っていることがわかる。また、接合強度をボンドテスターで測定した結果は１０．２ＭＰａであり、十分な接合強度であった。
この接合材料の粘度は１．６Ｐａ・ｓであり、ジェットディスペンサーで塗布可能な良好な性能を持っていることがわかる。また、接合強度をボンドテスターで測定した結果は１０．２ＭＰａであり、十分な接合強度であった。
【0077】
［実施例１２～１８]
上述の実施例および比較例と同様に、Ｇａを含む母相と、Ｃｕナノ粒子のメジアン径と含有比率を種々変えて接合材料を調製し、先と同様にして接合部を形成して、その粘度および接合強度を測定する実験を実施した。その結果を図６の表２に示す。尚、表２中における実施例および比較例の区別、ならびにそれらの評価については、上述の図５の表１と同様である。
上述の実施例および比較例と同様に、Ｇａを含む母相と、Ｃｕナノ粒子のメジアン径と含有比率を種々変えて接合材料を調製し、先と同様にして接合部を形成して、その粘度および接合強度を測定する実験を実施した。その結果を図６の表２に示す。尚、表２中における実施例および比較例の区別、ならびにそれらの評価については、上述の図５の表１と同様である。
【0078】
実施例１２では、Ｇａ－８質量％Ｉｎの母相と、メジアン径１００ｎｍのＣｕナノ粒子を用い、Ｃｕナノ粒子の含有比率が６５質量％となる接合材料を調製した。上述の実験と同様にして、粘度を測定し、形成した接合構造体の接合部の接合強度を測定した。
この接合材料の粘度は５．１Ｐａ・ｓであり、ジェットディスペンサーで塗布可能な良好な性能を持っていることがわかる。また、接合強度をボンドテスターで測定した結果は１０．１ＭＰａであり、十分な接合強度であった。
この接合材料の粘度は５．１Ｐａ・ｓであり、ジェットディスペンサーで塗布可能な良好な性能を持っていることがわかる。また、接合強度をボンドテスターで測定した結果は１０．１ＭＰａであり、十分な接合強度であった。
【0079】
実施例１３では、Ｇａ－２３質量％Ｉｎの母相と、メジアン径１０ｎｍのＣｕナノ粒子と、を用い、Ｃｕナノ粒子の含有比率が１０質量％となる接合材料を調製した。上述の実験と同様にして、粘度を測定し、形成した接合構造体の接合部の接合強度を測定した。
【0080】
この接合材料の粘度は９．１Ｐａ・ｓであり、ジェットディスペンサーで塗布可能な性能を持っていることがわかる。また、接合強度をボンドテスターで測定した結果は１１．４ＭＰａであり、良好な接合強度であった。
【0081】
実施例１４では、Ｇａ－２質量％Ｓｎの母相と、メジアン径１０００ｎｍのＣｕナノ粒子を用い、Ｃｕナノ粒子の含有比率が６５質量％となる接合材料を調製した。上述の実験と同様にして、粘度を測定し、形成した接合構造体の接合部の接合強度を測定した。
【0082】
この接合材料の粘度は３．１Ｐａ・ｓであり、ジェットディスペンサーで塗布可能な良好な性能を持っていることがわかる。また、接合強度をボンドテスターで測定した結果は１０．２ＭＰａであり、十分な接合強度であった。
【0083】
実施例１５では、Ｇａ－１０質量％Ｓｎの母相と、メジアン径３００ｎｍのＣｕナノ粒子を用い、Ｃｕナノ粒子の含有比率が３５質量％となる接合材料を調製した。上述の実験と同様にして、粘度を測定し、形成した接合構造体の接合部の接合強度を測定した。
【0084】
この接合材料の粘度は７．９Ｐａ・ｓであり、ジェットディスペンサーで塗布可能な良好な性能を持っていることがわかる。また、接合強度をボンドテスターで測定した結果は１１．３ＭＰａであり、良好な接合強度であった。
【0085】
実施例１６では、Ｇａ－１０質量％Ｉｎ－５質量％Ｓｎの母相と、メジアン径３０ｎｍのＣｕナノ粒子を用い、Ｃｕナノ粒子の含有比率が５５質量％となる接合材料を調製した。上述の実験と同様にして、粘度を測定し、形成した接合構造体の接合部の接合強度を測定した。
【0086】
この接合材料の粘度は８．２Ｐａ・ｓであり、ジェットディスペンサーで塗布可能な性能を持っていることがわかる。また、接合強度をボンドテスターで測定した結果は１１．２ＭＰａであり、良好な接合強度であった。
【0087】
実施例１７では、Ｇａ－２０質量％Ｉｎ－１０質量％Ｓｎの母相と、メジアン径１００ｎｍのＣｕナノ粒子を用い、Ｃｕナノ粒子の含有比率が６５質量％となる接合材料を調製した。上述の実験と同様にして、粘度を測定し、形成した接合構造体の接合部の接合強度を測定した。
【0088】
この接合材料の粘度は８．７Ｐａ・ｓであり、ジェットディスペンサーで塗布可能な性能を持っていることがわかる。また、接合強度をボンドテスターで測定した結果は１１．５ＭＰａであり、良好な接合強度であった。
【0089】
これらの結果から、Ｇａを主成分とする母相と、Ｃｕナノ粒子とを混合した接合材料は、ジェットディスペンサーで塗布な１０Ｐａ・ｓ以下の粘度であり、この接合材料を用いて接合部を形成する。これにより、接合部は、Ｇａを主成分とする第１の金属相と、Ｃｕナノ粒子に由来する第２の金属相とで構成され、第１の金属相が第２の金属相を内含し、半導体パッケージの電極と絶縁基板の電極を接合した接合構造体を形成する。融点が低いＧａを含む母相の存在によって、１００℃以下の低温で接合部を形成でき、その接合部は形成される金属間化合物のネットワーク構造のために、十分な接合強度を有する。
【産業上の利用可能性】
【0090】
本開示の接合材料を用いると、接合材料の粘度が１０Ｐａ・ｓ以下であるためジェットディスペンサーで電極上に塗布して形状保持が可能であり、Ｇａを含む母相が３０℃以上で液相になるため、１００℃の低温加熱で接合部を形成可能である。さらに、形成された接合部は、Ｇａを含む母相とＣｕナノ粒子の金属間化合物のネットワーク構造を有しているため十分な接合強度を有している。このため、センサデバイスやヒューマンインターフェースの入出力デバイス等において半導体パッケージと回路基板との接合に利用することができる。
【符号の説明】
【0091】
１ 半導体パッケージ
２ 回路基板
３ 回路基板電極
４ 半導体パッケージ電極
５ 接合部
１０１ 半導体パッケージ
１０２ 外部電極
１０３ 接合部
１０４ 絶縁基板
１０５ 電極
１０６ 第１の金属相
１０７ 第２の金属相
１０８ Ｇａを含む母相（固相）
１０９ Ｃｕナノ粒子
１１０ 接合材料（固相）
１１１ Ｇａを含む母相（液相）
１１２ 接合材料（液相）
２ 回路基板
３ 回路基板電極
４ 半導体パッケージ電極
５ 接合部
１０１ 半導体パッケージ
１０２ 外部電極
１０３ 接合部
１０４ 絶縁基板
１０５ 電極
１０６ 第１の金属相
１０７ 第２の金属相
１０８ Ｇａを含む母相（固相）
１０９ Ｃｕナノ粒子
１１０ 接合材料（固相）
１１１ Ｇａを含む母相（液相）
１１２ 接合材料（液相）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
