片和复合片的制作方法

本发明涉及片和复合片。

背景技术：

有时用包含热固性树脂的导电性的粘接剂(以下称为“热固型粘接剂”)将芯片固定在基板上。然而，用热固型粘接剂将芯片固定在基板上而得到的功率模块有时不能确保规定的可靠性(例如在温度循环试验中评价的可靠性)。

另外，有将包含纳米尺寸的金属颗粒的糊剂涂布于基板并进行烧结的技术等。例如专利文献1公开了包含金属颗粒的薄膜。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：WO2014/068299 A1

技术实现要素：

发明要解决的问题

专利文献1中记载的薄膜(Example 17)的烧结体中有可能残留大量的有机物。是因为专利文献1中记载的薄膜含有环氧树脂。烧结体中的有机物带来温度循环试验中的可靠性的降低·导电性的降低。

本发明的目的在于提供在烧结体中残留的有机物少的具有烧结前层的片。本发明的目的还在于提供在烧结体中残留的有机物少的具有烧结前层的复合片。

用于解决问题的方案

本发明涉及一种片，其包含烧结前层。烧结前层包含聚碳酸酯。在烧结前层的烧结体中残留的有机物的量比在含环氧树脂薄膜的烧结体中残留的量少。是因为与环氧树脂相比，聚碳酸酯因烧结而有效地热分解。因此，与含环氧树脂薄膜相比，本发明的片的烧结体的可靠性(温度循环试验的可靠性)优异。

本发明还涉及复合片。复合片可以包含剥离衬垫、在剥离衬垫上配置的烧结前层、和在烧结前层上配置的切割片。

本发明还涉及功率模块的制造方法。本发明的功率模块的制造方法包括在半导体晶圆上粘贴片(包含切割片和在切割片上配置的烧结前层)的工序(a)。本发明的功率模块的制造方法还包括在工序(a)之后利用芯片分离形成烧结前芯片(包含半导体芯片和在半导体芯片上配置的烧结前薄膜)的工序(b)。本发明的功率模块的制造方法还包括将烧结前芯片压接在被粘物上的工序(c)和在工序(c)之后进行烧结前薄膜的烧结的工序(d)。

附图说明

图1为复合片的俯视示意图。

图2为复合片的一部分的截面示意图。

图3为功率模块的制造工序的截面示意图。

图4为功率模块的制造工序的截面示意图。

图5为功率模块的制造工序的截面示意图。

图6为功率模块的制造工序的截面示意图。

图7为变形例4中的复合片的一部分的截面示意图。

图8为变形例5的片的截面示意图。

图9为实施例1的DTA曲线。

具体实施方式

以下举出实施方式对本发明进行详细的说明，但本发明并不仅限定于这些实施方式。

[实施方式1]

(复合片1)

如图1所示，复合片1为卷状。复合片1包含剥离衬垫13、在剥离衬垫13上配置的片71a、71b、71c、……、和71m(以下总称为“片71”。)。片71a和片71b之间的距离、片71b和片71c之间的距离、……片71l和片71m之间的距离是固定的。

如图2所示，片71包含烧结前层11。片71还包含在烧结前层11上配置的切割片12。切割片12包含基材121和在基材121上配置的粘合剂层122。用与粘合剂层122接触的第1主面和与第1主面相对的第2主面来定义烧结前层11的两面。第2主面与剥离衬垫13接触。

粘合剂层122包含第1部分122A。第1部分122A进行了固化。第1部分122A与烧结前层11接触。粘合剂层122还包含在第1部分122A的周边配置的第2部分122B。第2部分122B具有利用活性能量射线而固化的性质。作为活性能量射线，可列举出紫外线等。第2部分122B未接触烧结前层11。

烧结前层11具有通过加热而变为烧结体的性质。为了接合第1物体和第2物体，可以使用烧结前层11。例如为芯片和基板的接合。基板可以包含绝缘基板和在绝缘基板上配置的导体层。作为绝缘基板，可列举出陶瓷基板等。

烧结前层11的厚度优选为30μm以上，更优选为40μm以上。烧结前层11的厚度优选为200μm以下，更优选为150μm以下，进一步优选为100μm以下。

通过在大气气氛下以升温速度10℃/分钟从23℃升温至500℃的TG-DTA所描绘的烧结前层11的DTA曲线在150℃～350℃具有至少一个峰顶点，在超过350℃的范围不具有峰顶点。若DTA曲线在超过350℃的范围具有峰顶点，则有时在烧结后有机物会大量残留。

烧结前层11包含聚碳酸酯。聚碳酸酯可以位于粘结剂中。聚碳酸酯优选在23℃下为固态。若在23℃下为固态，则烧结前层11的成形容易。

聚碳酸酯优选具有在烧结下热分解的性质。例如，显示出在大气气氛下以升温速度10℃/分钟从23℃升温至400℃后的碳浓度为15重量％以下这样的性质。碳浓度可以利用能量色散型X射线分析来测定。

聚碳酸酯在300℃下的重量减少率优选为95％以上。若为95％以上，则烧结后的聚碳酸酯量少。通过以10℃/分钟进行升温的TG-DTA得到的聚碳酸酯的重量减少5％的温度优选为260℃以下。若为260℃以下，则烧结后的聚碳酸酯量少。

聚碳酸酯的重均分子量优选为1万以上，更优选为3万以上，进一步优选为5万以上。聚碳酸酯的重均分子量优选为100万以下，更优选为50万以下，进一步优选为35万以下。重均分子量是利用GPC(凝胶渗透色谱)进行测定并通过聚苯乙烯换算算出的值。

聚碳酸酯例如为脂肪族聚碳酸酯。脂肪族聚碳酸酯优选在主链的碳酸酯基(-O-CO-O-)之间不具有芳香族化合物(例如苯环)。脂肪族聚碳酸酯优选在主链的碳酸酯基之间具有脂肪族链。脂肪族聚碳酸酯例如为聚碳酸亚丙酯、聚碳酸亚乙酯、叔丁基碳酸亚乙酯(tert-Butylethylene carbonate)。其中，优选聚碳酸亚丙酯。是因为其在烧结下有效地热分解。

100重量％的烧结前层11中的聚碳酸酯的含量优选为0.5重量％以上，更优选为1重量％以上。100重量％的烧结前层11中的聚碳酸酯的含量优选为20重量％以下，更优选为15重量％以下，进一步优选为10重量％以下，进一步优选为5重量％以下。

烧结前层11包含金属颗粒。为银颗粒、铜颗粒、银的氧化物颗粒、铜的氧化物颗粒等。烧结前层11可以包含1种或2种以上的金属颗粒。金属颗粒优选具有通过以1.5℃/秒从80℃升温至300℃并在300℃维持2.5分钟而变为烧结体这样的性质。

金属颗粒的平均粒径的下限例如为0.05nm、0.1nm、1nm。金属颗粒的平均粒径的上限例如为1000nm、100nm。将通过使用粒度分布测定装置(日机装株式会社制造的MicrotrackHRA)在标准模式下测定而求出的D50数据作为平均粒径。

100重量％的烧结前层11中的金属颗粒的含量优选为50重量％以上，更优选为60重量％以上，进一步优选为65重量％以上。100重量％的烧结前层11中的金属颗粒的含量优选为98重量％以下，更优选为97重量％以下，进一步优选为95重量％以下。

烧结前层11还包含具有100℃～350℃的沸点的粘结剂(以下称为“低沸点粘结剂”。)。

通过制备含有聚碳酸酯、金属颗粒等的清漆，将清漆涂布在支撑体上，使清漆干燥的方法等，可以得到烧结前层11。清漆的溶剂例如为甲乙酮。

粘合剂层122的厚度优选为3μm以上，更优选为5μm以上。粘合剂层122的厚度优选为50μm以下，更优选为30μm以下。

粘合剂层122由粘合剂形成。粘合剂例如为丙烯酸系粘合剂、橡胶系粘合剂。其中，优选丙烯酸系粘合剂。丙烯酸系粘合剂例如为将使用1种或2种以上的(甲基)丙烯酸烷基酯作为单体成分而得到的丙烯酸类聚合物(均聚物或共聚物)作为基础聚合物的丙烯酸系粘合剂。

基材121的厚度优选为50μm～150μm。基材121优选具有活性能量射线可透过的性质。

剥离衬垫13的厚度优选为20μm～75μm，更优选为25μm～50μm。作为剥离衬垫13可列举出聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜等。

(功率模块的制造方法)

如图3所示，在半导体晶圆4上粘贴片71。半导体晶圆4例如为硅晶圆、碳化硅晶圆、氮化镓晶圆等。例如在70℃～80℃下粘贴。

如图4所示，通过切割半导体晶圆4来形成烧结前芯片5。烧结前芯片5包含半导体芯片41和在半导体芯片41上配置的烧结前薄膜111。

拾取烧结前芯片5。即，用针顶起烧结前芯片5、拿起、从粘合剂层122剥离。

如图5所示，通过将烧结前芯片5压接到被粘物6来得到烧结前复合体2。例如在80℃～100℃下压接。被粘物6例如为基板、引线框、中介层、TAB薄膜、半导体芯片等。烧结前复合体2包含被粘物6、半导体芯片41及被粘物6和半导体芯片41所夹着的烧结前薄膜111。

进行烧结前薄膜111的烧结。即，一边用平板对烧结前复合体2施加力，一边加热烧结前复合体2，使烧结前薄膜111变化为烧结体。烧结温度的下限例如为200℃、250℃。烧结温度的上限例如为320℃、350℃。对烧结前复合体2赋予的压力的下限例如为1MPa、5MPa。对烧结前复合体2赋予的压力的上限例如为20MPa、30MPa。

如图6所示，用接合引线7将半导体芯片41的电极焊接点(pad)和被粘物6的端子部电连接。接合引线7例如为铝线、金线、铜线。

引线接合之后，用封装树脂8将半导体芯片41封装。封装后还可以加热。由此，可以使固化不足的封装树脂8完全固化。

通过以上方法得到的功率模块包含被粘物6、半导体芯片41及在被粘物6和半导体芯片41之间所夹着的烧结体。功率模块还包含覆盖半导体芯片41的封装树脂8。

如上所述，功率模块的制造方法包括：在半导体晶圆4上粘贴片71的工序(a)；在工序(a)之后利用芯片分离形成烧结前芯片5的工序(b)；将烧结前芯片5压接在被粘物6上的工序(c)；和在工序(c)之后进行烧结前薄膜111的烧结的工序(d)。工序(d)包括加热烧结前复合体2的步骤。

功率模块的制造方法在工序(d)之后还包括工序(e)，所述工序(e)包括将接合引线7的第1端和半导体芯片41接合的步骤、将接合引线7的第2端和被粘物6接合的步骤。功率模块的制造方法还包括用封装树脂8封装半导体芯片41的工序(f)。

(变形例1)

粘合剂层122的第1部分122A具有利用活性能量射线而固化的性质。粘合剂层122的第2部分122B也具有利用活性能量射线而固化的性质。功率模块的制造方法还包括在形成烧结前芯片5的工序(b)之后，对粘合剂层122照射活性能量射线、拾取烧结前芯片5的工序。若照射活性能量射线，则烧结前芯片5的拾取容易。

(变形例2)

粘合剂层122的第1部分122A利用活性能量射线而固化。粘合剂层122的第2部分122B也利用活性能量射线而固化。

(变形例3)

烧结前层11为包含第1层在和第1层上配置的第2层的多层形状。

(变形例4)

如图7所示，粘合剂层122的单面整体与烧结前层11接触。粘合剂层122具有利用活性能量射线而固化的性质。功率模块的制造方法还包括在形成烧结前芯片5的工序(b)之后，对粘合剂层122照射活性能量射线、拾取烧结前芯片5的工序。

(变形例5)

如图8所示，片171包含烧结前层11。用第1面和与第1面相对的第2面定义烧结前层11的两面。片171还包含在第1面上配置的第1剥离衬垫14和在第2面上配置的第2剥离衬垫15

(其它变形例)

变形例1～变形例5等可以任意组合。

实施例

以下使用实施例来详细说明本发明，本发明只要不超出其主旨，就不限定于以下的实施例。

[烧结前片的原料等]

银糊剂：适宜调整Applied Nanoparticle Laboratory Corporation制造的ANP-1(粘结剂中分散有纳米尺寸的银微粒的糊剂)中所包含的粘度调整用的溶剂量而成。

溶剂：甲乙酮(MEK)

聚碳酸酯：Empower公司制造的QPAC40(重均分子量5万～35万的聚碳酸亚丙酯)

丙烯酸类聚合物：藤仓化成株式会社制造的MM-2002-1

[烧结前片的制作]

根据表1所记载，在混合搅拌器(KEYENCE CORPORATION制造HM-500)的搅拌釜中加入各成分和溶剂，在2000rpm下搅拌8分钟，由此得到清漆。在脱模处理薄膜(三菱树脂株式会社制造的MRA38)上涂布清漆。在110℃下干燥3分钟，由此得到烧结前片。

[评价1可靠性]

准备具有厚度350μm、长5mm、宽5mm的硅芯片、在硅芯片的背面设置的厚度50nm的Ti膜和在Ti膜上设置的厚度100nm的Ag膜的芯片。在70℃、0.3MPa、10mm/sec的条件下在芯片的Ag膜上粘贴烧结前片，由此制作带烧结前片的芯片。在镀Ag的Cu基板(具有厚度3mm的Cu基板和覆盖Cu基板整体的厚度5μm的Ag膜)上配置带烧结前片的芯片。用烧结装置(Hakuto Co.,Ltd.制造的HTM-3000)进行烧结，将镀Ag的Cu基板和芯片接合。具体而言，一边用平板压制施加10MPa的压力一边以升温速度1.5℃/秒从80℃升温至300℃，一边施加10MPa的压力一边在300℃保持2.5分钟，由此进行接合。

对通过镀Ag的Cu基板和芯片的接合得到的试样用冷热冲击试验机(ESPEC Corp.制造的TSE-103ES)赋予100个循环的温度变化。一个循环包括在-40℃保持15分钟的第1时间和在200℃保持15分钟的第2时间。超声波断层扫描摄影装置(Hitachi Kenki FineTech Co.,Ltd.制造的FineSAT II)观察100个循环后的试样。使用PQ-50-13：WD(频率50MHz)(探针)。在得到的图像中，求出接合残留的部分的面积(以下称“残留面积”)。算出将总面积设为100％时的残留面积的比率。残留面积的比率为50％以上时判定为○。低于50％时判定为×。将结果示于表1。

[评价2银微粒的含量]

利用以10℃/分钟从23℃升温至500℃的TG-DTA求出银微粒的含量。将结果示于表1。

[表1]

与比较例1相比，实施例1～2(配混了聚碳酸酯的例子)的温度变化试验的可靠性好。

[评价3其它]

(聚碳酸酯的评价)

聚碳酸酯在300℃的重量减少率为95％以上。重量减少率用TG-DTA来测定。通过以10℃/分钟进行升温的TG-DTA得到的聚碳酸酯的重量减少5％的温度为260℃以下。

(烧结前片的评价)

从实施例1的烧结前片切出测定试样。通过TG-DTA描绘DTA曲线。在大气气氛下，以升温速度10℃/分钟从23℃升温至500℃。将DTA曲线示于图9。

附图标记说明

1 复合片

11 烧结前层

12 切割片

13 剥离衬垫

71 片

121 基材

122 粘合剂层

122A 第1部分

122B 第2部分

2 烧结前复合体

4 半导体晶圆

5 烧结前芯片

41 半导体芯片

111 烧结前薄膜

6 被粘物

7 接合引线

8 封装树脂

171 片

14 第1剥离衬垫

15 第2剥离衬垫