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金属塩生成接合法とは、固相接合する際に接合阻害因子となる自然酸化皮膜を各種有機酸に曝露することで金属塩被膜に置換し、その金属塩被膜を固相接合時に加熱することで原子面を露出させ、金属結合を達成する手法である。金属塩被膜の熱分解温度は、有機酸の種類に加えて、金属塩皮膜処理対象の金属にも依存し、接合条件に合わせた処理条件の最適化が必要となる。また、金属塩被膜の厚さを制御することで酸化皮膜の生成を抑制可能で、大気中での固相接合の可能性が見出せる。本報告では、これまで発表者が検討対象としたSn, Cu, Ni, Alなどの同種・異種の低温固相接合例について報告する。
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金属フィラーを低温焼結させる焼結型接合材は、高導電性および高熱伝導性、耐熱性を有する接合部に適用可能な材料の一つとして検討されている。筆者らは、樹脂結合型導電性接着剤を焼結型接合材として適用するための、樹脂バインダ中での金属ミクロフィラーの低温焼結について基礎検討を進めている。銀ミクロフレークをフィラーとした接着剤について、酸無水物硬化系の適用により、焼結が促進されることをはじめ、バインダの各構成成分が接着剤／金属間界面の界面微細組織や電気的および機械的接続特性に影響を及ぼすことが明らかになり、焼結促進や接続特性の向上に有用なバインダ配合の解明を進めた。これら研究成果について詳しく報告する。
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従来の銅フィラーを用いた導電性ペーストの研究開発では、フィラー酸化によるフィラー間界面電気抵抗増加を防止することが最も重要な課題とされてきた。しかし、我々は銅フィラーの酸化により生成するCu2Oを主成分とする酸化物層の電気伝導特性が生成条件により大きく変化することを実験的に示した。このことに基づき、銅フィラーが酸化したとしても数十μΩcmの低い電気抵抗率を有する導電性ペーストを実現できるだけでなく、電気的信頼性の向上も可能であることを明らかにした。本発表では、銅系導電性ペーストの酸化許容設計を実現するための界面化学制御について議論する。
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次世代半導体での高集積化、多機能化、歩留まり向上のためにはチップレットや3D集積を用いたインテグレーションが必須となっている。ハイブリッド接合技術はこれらのデバイスの製造に求められる挟ピッチ垂直方向配線形成が可能な集積技術のひとつである。ハイブリッド接合では薄化やダイシングなど接合後の加工プロセスに耐えうる十分な接合強度を有する必要があるが、接合強度の正確な評価手法の規格化がなされておらず、プロセス評価における重要な課題となっている。本研究では正確なウエハ接合強度測定手法の開発、ならびに新規手法であるナノインデンテーション法を用いた接合強度測定について紹介する。
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本研究では、ナノ粒子の結晶構造・酸化状態制御、さらには大きさの異なる粒子の組み合わせを用いて作製した銅微粒子ペーストが、高い強度を持つ接合材料となること、導電材料となることを明らかとした。特に、これまで難しかった低温焼成で得られる銅被膜は緻密であり、粒子同士が稠密に接合した構造が得られており、今後、銅微粒子系が電子部品材料として大きく飛躍する。