專利名稱：金屬納米油墨及其制造方法，使用該金屬納米油墨的焊接方法及焊接裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于接合半導(dǎo)體芯片(die)的電極和線路板的電極以及/或半導(dǎo)體芯 片的電極和另一半導(dǎo)體芯片的電極的金屬納米油墨(nano-ink)及其制造方法，以及使用 該金屬納米油墨的焊接方法和焊接裝置。
背景技術(shù)：
為了半導(dǎo)體芯片等的電子器件的電極和電路線路板上的電路圖案的電極的接合， 可以使用以下方法在半導(dǎo)體芯片等電子器件的電極焊接點(pad)上形成焊錫凸塊，將形 成的焊錫凸塊向著電路線路板的電極朝下配置，加熱接合(例如，參照專利文獻1)。但是， 如專利文獻1所記載的以往技術(shù)，若欲使用焊錫使得電子器件三維疊層接合，則有時會因 接合時的加熱使得先接合的接合部熔融，降低接合可靠性。因此，作為不使用焊錫凸塊而接 合各電極的方法，提出使用包含金屬的超微粒的金屬納米焊劑的各種各樣方法。在專利文獻1中，提出以下接合方法使得銀的超微粉末分散在溶劑中，調(diào)制銀微 粒焊劑，在電路線路板的端子電極上形成上述銀微粒焊劑的球，用面朝下法使得半導(dǎo)體元 件的電極接合在電路線路板的端子電極上形成的球上后，使得銀微粒焊劑中的甲苯等溶劑 蒸發(fā)后，在100至250°C溫度下燒成，電氣接合半導(dǎo)體元件和電路線路板。在專利文獻2中，提出以下金屬納米粒子分散液通過噴墨等噴射金屬納米粒子 分散液，具有圓形形狀底面的圓柱形狀，高度為與底面半徑相同程度或超過其的高度，疊層 形成涂布層，此后能通過低溫?zé)Y(jié)，形成金屬燒結(jié)柱，通過調(diào)整溶劑成份，將金屬納米粒子 分散液作為微液滴噴射時，粘性低，成為在噴射后微液滴到達電極表面前的期間溶劑蒸騰 散發(fā)、使得涂布層能疊層為柱狀結(jié)構(gòu)那樣的粘性，具有到達后低溫?zé)Y(jié)時能從金屬納米粒 子間擠出那樣的粘性特性。并且，提出使用該金屬納米粒子分散液在配線線路板形成導(dǎo)電 性配線層。[專利文獻1]特開平9-326416號公報[專利文獻2]再公開W02005-025787號公報但是，當(dāng)使得金屬納米油墨或金屬納米焊劑等燒結(jié)形成金屬層場合，在金屬層內(nèi) 部，形成金屬納米粒子燒結(jié)形成的金屬以外的部分。該部分稱為空隙(void)，其使得電阻增 加，或使得金屬層強度降低，因此，當(dāng)使得金屬納米油墨等燒結(jié)形成金屬層場合，需要抑制 產(chǎn)生空隙，抑制殘存沒有取除分散劑的、未反應(yīng)的金屬納米粒子。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供能抑制加壓燒結(jié)時產(chǎn)生空隙的金屬納米油墨。又，本發(fā)明 的另一目的在于，提供能抑制產(chǎn)生空隙的芯片焊接方法以及芯片焊接裝置。本發(fā)明的金屬納米油墨用于通過加壓燒結(jié)使得半導(dǎo)體芯片的電極和線路板的電 極以及/或半導(dǎo)體芯片的電極和另一半導(dǎo)體芯片的電極接合；其特征在于使得由分散劑
4涂布表面的金屬納米粒子和氧混合在有機溶劑中，進行調(diào)整。又，在本發(fā)明的金屬納米油墨 中，較好的是，有機溶劑中的氧濃度為過飽和。本發(fā)明的金屬納米油墨的制造方法用于通過加壓燒結(jié)使得半導(dǎo)體芯片的電極和 線路板的電極以及/或半導(dǎo)體芯片的電極和另一半導(dǎo)體芯片的電極接合；其特征在于，該 金屬納米油墨的制造方法包括金屬納米粒子混合工序，將由分散劑涂布表面的金屬納米粒子混合在有機溶劑 中；氧注入工序，將氧注入有機溶劑中。又，在本發(fā)明的金屬納米油墨的制造方法中，較好的是，氧注入工序?qū)⒀踝鳛榧{米 氣泡注入有機溶劑中。又，在本發(fā)明的金屬納米油墨的制造方法，既可以在金屬納米粒子混合工序后進 行氧注入工序，也可以在金屬納米粒子混合工序前進行氧注入工序。本發(fā)明的芯片焊接方法包括疊合工序，將由分散劑涂布表面的金屬納米粒子和成為納米氣泡的氧混合在有機 溶劑中，形成金屬納米油墨，射出所述金屬納米油墨的微液滴，在半導(dǎo)體芯片的電極上形成 凸塊，射出所述金屬納米油墨的微液滴，在線路板的電極上形成凸塊，射出所述金屬納米油 墨的微液滴，在另一半導(dǎo)體芯片的電極上形成凸塊，將上述形成凸塊的半導(dǎo)體芯片面朝下 設(shè)置在上述形成凸塊的線路板以及/或上述形成凸塊的另一半導(dǎo)體芯片上，通過凸塊疊合 半導(dǎo)體芯片的電極和線路板的電極以及/或半導(dǎo)體芯片的電極和另一半導(dǎo)體芯片的電極; 以及加壓燒結(jié)工序，加壓并加熱各電極間的凸塊，使得凸塊的金屬納米粒子加壓燒結(jié)， 電氣接合各電極之間；接合半導(dǎo)體芯片的電極和線路板的電極以及/或半導(dǎo)體芯片的電極和另一半導(dǎo) 體芯片的電極。本發(fā)明的芯片焊接裝置包括噴射頭，將由分散劑涂布表面的金屬納米粒子和成為納米氣泡的氧混合在有機溶 劑中，形成金屬納米油墨，射出所述金屬納米油墨的微液滴，在電極上形成凸塊；疊合機構(gòu)，射出所述金屬納米油墨的微液滴，在半導(dǎo)體芯片的電極上形成凸塊，射 出所述金屬納米油墨的微液滴，在線路板的電極上形成凸塊，射出所述金屬納米油墨的微 液滴，在另一半導(dǎo)體芯片的電極上形成凸塊，將上述形成凸塊的半導(dǎo)體芯片面朝下設(shè)置在 上述形成凸塊的線路板以及/或上述形成凸塊的另一半導(dǎo)體芯片上，通過凸塊疊合半導(dǎo)體 芯片的電極和線路板的電極以及/或半導(dǎo)體芯片的電極和另一半導(dǎo)體芯片的電極；以及加壓加熱機構(gòu)，加壓并加熱各電極間的凸塊，使得凸塊的金屬納米粒子加壓燒結(jié)， 電氣接合各電極之間；接合半導(dǎo)體芯片的電極和線路板的電極以及/或半導(dǎo)體芯片的電極和另一半導(dǎo) 體芯片的電極。下面說明本發(fā)明效果。本發(fā)明的金屬納米油墨具有能抑制加壓燒結(jié)時產(chǎn)生空隙的效果。又，本發(fā)明的芯 片焊接方法以及芯片焊接裝置具有能抑制產(chǎn)生空隙的效果。


圖1是表示本發(fā)明實施形態(tài)的金屬納米油墨的說明圖。圖2是表示本發(fā)明實施形態(tài)的金屬納米油墨的制造方法的說明圖。圖3是表示本發(fā)明另一實施形態(tài)的金屬納米油墨的說明圖。圖4是表示在本發(fā)明另一實施形態(tài)的金屬納米油墨的制造方法中向有機溶劑注 入氧納米氣泡方法的說明圖。圖5A是表示使用本發(fā)明實施形態(tài)的金屬納米油墨進行芯片焊接時形成凸塊的說 明圖。圖5B是表示使用本發(fā)明實施形態(tài)的金屬納米油墨進行芯片焊接時形成凸塊的說 明圖。圖6A是表示使用本發(fā)明實施形態(tài)的金屬納米油墨進行芯片焊接時向半導(dǎo)體芯片 的線路板上進行疊合的說明圖。圖6B是表示使用本發(fā)明實施形態(tài)的金屬納米油墨進行芯片焊接時向半導(dǎo)體芯片 的線路板上進行疊合的說明圖。圖6C是表示使用本發(fā)明實施形態(tài)的金屬納米油墨進行芯片焊接時向半導(dǎo)體芯片 的線路板上進行疊合的說明圖。圖6D是表示使用本發(fā)明實施形態(tài)的金屬納米油墨進行芯片焊接時向半導(dǎo)體芯片 的線路板上進行疊合的說明圖。圖7A是表示使用本發(fā)明實施形態(tài)的金屬納米油墨進行芯片焊接時形成接合凸塊 的說明圖。圖7B是表示使用本發(fā)明實施形態(tài)的金屬納米油墨進行芯片焊接時形成接合凸塊 的說明圖。圖8是表示使用本發(fā)明實施形態(tài)的金屬納米油墨進行芯片焊接時將半導(dǎo)體芯片 和線路板夾入到加壓加熱機構(gòu)狀態(tài)的說明圖。圖9A是表示使用本發(fā)明實施形態(tài)的金屬納米油墨進行芯片焊接時半導(dǎo)體芯片和 線路板的各電極的加壓燒結(jié)的說明圖。圖9B是表示使用本發(fā)明實施形態(tài)的金屬納米油墨進行芯片焊接時半導(dǎo)體芯片和 線路板的各電極的加壓燒結(jié)的說明圖。圖9C是表示使用本發(fā)明實施形態(tài)的金屬納米油墨進行芯片焊接時半導(dǎo)體芯片和 線路板的各電極的加壓燒結(jié)的說明圖。圖IOA是表示使用以往技術(shù)的金屬納米油墨進行芯片焊接的接合金屬截面的說 明圖。圖IOB是表示使用本發(fā)明的金屬納米油墨進行芯片焊接的接合金屬截面的說明 圖。符號說明如下12-半導(dǎo)體芯片、1 , 19a-電極、12-線路板(substrate)、26_噴射頭、26a_噴射 嘴、54-筒夾(collet) ,57a, 57b-高度傳感器、57c_上下二視野照相機、80-加壓加熱機構(gòu)、 82a-上部保持板、82b-下部保持板、85-間隙傳感器、86a，86b_溫度傳感器、89a，89b_加熱器、100-金屬納米油墨、101-金屬納米粒子、102-分散劑、103-包覆金屬納米粒子、105-有 機溶劑、110-微液滴、121-氧氣泡、122-溶解氧、125-氧納米氣泡、131-容器、132-氧注入 噴嘴、133-罐、134-配管、135-吸入管、136-循環(huán)泵、137-排出管、138-氧注入噴嘴、140-噴 射器、141-噴嘴、142-芯子、143-間隙、145-氧濃度傳感器、150-氧注入裝置、200-凸塊、 250-接合凸塊、260-氣泡、300-接合金屬、301-塊(bulk)金屬、302-多孔結(jié)構(gòu)部。
具體實施例方式下面參照

本發(fā)明較佳實施形態(tài)。如圖1所示，本實施形態(tài)的金屬納米油 墨100包括有機溶劑105，包覆金屬納米粒子103，混合在有機溶劑105中的氧氣泡121，以 及溶解在有機溶劑105中的溶解氧。所述包覆金屬納米粒子103包含使得導(dǎo)電性金屬微 細(xì)化的金屬納米粒子101以及涂布在金屬納米粒子101表面、使得金屬納米粒子101互相 不接觸地保持分散狀態(tài)的分散劑102，混合在有機溶劑105中。金屬納米粒子101直徑為 5-50nm左右大小。作為構(gòu)成金屬納米粒子101的微細(xì)化的導(dǎo)電性金屬，可以使用金、銀、銅、 鉬、鈀、鎳、鋁等。作為涂布在金屬納米粒子101表面的分散劑102，可以使用烷基胺、烷基硫 醇(alkanethiol)、烷基二醇(alkanediol)等。液體的有機溶劑105系不會在室溫附近容 易蒸騰散發(fā)的、具有比較高沸點的非極性溶劑或低極性溶劑，可以使用在例如萜品醇、干洗 溶劑汽油、二甲苯、甲苯、十四烷、十二烷等的分散溶劑中含有起著作為有機粘結(jié)劑功能的 熱硬化性樹脂成份的有機溶劑。由分散劑102涂布表面的包覆金屬納米粒子103系例如直 徑IOOnm左右大小，為比金屬納米粒子101大的微粒。這種金屬納米油墨100按如下方法制造。首先，將分散劑102涂布在使得導(dǎo)電性金 屬微細(xì)化的金屬納米粒子101的表面，準(zhǔn)備包覆金屬納米粒子103，使得所定量的所述包覆 金屬納米粒子103混合在有機溶劑105中。此后，進行粘度調(diào)整，成為沒有混合氧氣泡121 的金屬納米油墨100。接著，如圖2所示，將沒有混合氧氣泡121的金屬納米油墨100放入 容器131中，氧注入噴嘴132從液面插入金屬納米油墨100中，通過該氧注入噴嘴132將氧 氣注入金屬納米油墨100中。注入的氧的一部分溶解在有機溶劑105中，成為溶解氧122， 大多數(shù)氧成為氣泡分散到有機溶劑105中。然后，大的氣泡上升到液面排出到大氣，僅僅小 的氣泡作為氧氣泡121殘存在有機溶劑105中，能制造在有機溶劑105中包含包覆金屬納 米粒子103、氧氣泡121、以及溶解氧122的金屬納米油墨100。并且，若注入氧所定時間，例 如10小時等，則成為內(nèi)包適當(dāng)氧的金屬納米油墨100。如圖3所示，金屬納米油墨100也可以包含氧納米氣泡125，代替氧氣泡121，或包 含氧氣泡121以及氧納米氣泡125。氧納米氣泡125系直徑與包覆金屬納米粒子103相同 的具有非常微小直徑的氣泡。包含圖3所示氧納米氣泡125的金屬納米油墨100可以按以 下方法制造通過圖4所示那樣的方法使得氧納米氣泡125內(nèi)包在有機溶劑105中后，將分 散劑102涂布在使得導(dǎo)電性金屬微細(xì)化的金屬納米粒子101的表面，形成包覆金屬納米粒 子103，使得所定量的所述包覆金屬納米粒子103混合在有機溶劑105中。如圖4所示，氧注入裝置150包括存積有機溶劑105的罐133，使得有機溶劑105 循環(huán)的循環(huán)泵136，連接罐133和循環(huán)泵136的吸入管135，循環(huán)泵136的排出管137，設(shè)在 排出管137的氧注入噴嘴138，設(shè)在氧注入噴嘴138和罐133之間、剪切從氧注入噴嘴138 注入的氧氣泡使其為IOOnm左右的氧納米氣泡125的噴射器140，以及連接噴射器140和罐133的配管134。又，安裝氧濃度傳感器145，檢測存積在罐133的有機溶劑105的氧濃度。存積在罐133的有機溶劑105從吸入管135吸入到循環(huán)泵136被加壓，排出到排 出管137。氧從氧注入噴嘴138作為泡注入排出到排出管137的有機溶劑105。注入的氧 的一部分溶解在有機溶劑105，成為溶解氧122。沒有溶解的氧以大的泡的狀態(tài)流入噴射器 140。噴射器140由設(shè)有前端細(xì)的錐狀孔的噴嘴141以及設(shè)在噴嘴141內(nèi)部的芯子142構(gòu) 成，包含氧氣泡的有機溶劑105高速流過在噴嘴141和芯子142之間形成的圓錐筒面的間 隙143，因間隙143的濕潤面和泡的剪切力，使得泡成為微小的氧納米氣泡125。在從噴射 器140通過配管134流出到罐133的有機溶劑105中，包含溶解氧122，氧納米氣泡125，以 及比其大的氧的泡。大的氧的泡向著罐133的有機溶劑105的液面上升，從液面向大氣散 逸。氧納米氣泡125殘留在有機溶劑105中。并且，雖然比氧納米氣泡125大但短時間里不 能從有機溶劑105的液面散逸程度的氧的泡再次與有機溶劑105—起吸入上述吸入管135， 通過噴射器140，其一部分成為氧納米氣泡125。并且，若使得以所定時間在包含該噴射器 140的循環(huán)管路循環(huán)，則產(chǎn)生包含氧納米氣泡125和溶解氧122的有機溶劑105。這時，從 氧注入噴嘴138注入的氧的量可以根據(jù)安裝在罐133的氧濃度傳感器145檢測到的有機溶 劑105中的氧濃度作適當(dāng)調(diào)整。這樣制造的包含在有機溶劑105的氧納米氣泡125的直徑非常小，因此，即使經(jīng)過 長時間也能繼續(xù)殘留在有機溶劑105中。又，若使得氧混合到有機溶劑105中，以得到氧納 米氣泡125，則可以將有機溶劑105中的氧濃度設(shè)為飽和濃度以上的過飽和，能使得多量氧 包含在有機溶劑105中。上述說明的方法是使得粘性低的有機溶劑105通過噴射器140，使得氧納米氣泡 125混合后，在有機溶劑105中，使得包覆金屬納米粒子103混合，因此，若在有機溶劑105 中使得包覆金屬納米粒子103混合，則粘性變大，不能通過噴射器140使得氧氣泡混合在金 屬納米油墨100中，在這種場合，上述說明的方法特別有效。接著，將分散劑102涂布在使得導(dǎo)電性金屬微細(xì)化的金屬納米粒子101的表面， 形成包覆金屬納米粒子103，使得所定量的所述包覆金屬納米粒子103混合在包含氧納米 氣泡125的有機溶劑105中，制造金屬納米油墨100。氧納米氣泡125由于微粒徑非常小， 因此，上述混合時幾乎不會散逸到有機溶劑105外部，能制造內(nèi)包多量氧的金屬納米油墨 100。又，也可以增多分散劑102的量，或在有機溶劑105添加調(diào)整粘性的成份，成為具有適 合在后文說明的噴射頭形狀的粘度的金屬納米油墨100。參照圖5A至圖9C，說明使用上述說明制造的金屬納米油墨100使得線路板(基 板)19的電極19a和半導(dǎo)體芯片12的電極1 接合的芯片焊接方法。該芯片焊接方法是用于使得半導(dǎo)體芯片12的電極1 和線路板19的電極19a以 及/或半導(dǎo)體芯片12的電極1 和另一半導(dǎo)體芯片12的電極1 接合的芯片焊接方法，使 得由分散劑102涂布表面的金屬納米粒子101和氧混合在有機溶劑105中，形成金屬納米 油墨100，噴射上述金屬納米油墨100的微液滴110，在電極12a、19a上形成凸塊200，將形 成凸塊200的半導(dǎo)體芯片12面朝下置于形成凸塊200的線路板19以及/或形成凸塊200 的另一半導(dǎo)體芯片12上，使得半導(dǎo)體芯片12的電極1 和線路板19的電極19a以及/或 半導(dǎo)體芯片12的電極1 和另一半導(dǎo)體芯片12的電極1 通過凸塊200疊合后，對各電 極12a、19a間的凸塊200加壓及加熱，使得凸塊200的金屬納米粒子101加壓燒結(jié)，電氣接合各電極12a、19a之間。下面，對此進行詳細(xì)說明。如圖5A所示，從噴射頭沈的噴射嘴向著半導(dǎo)體芯片12的電極1 多次噴射 金屬納米油墨100的微液滴110，在電極1 上形成凸塊200。如圖5B所示，從噴射頭沈的噴射嘴26a最初噴射到電極12a上的金屬納米油墨 100的微液滴110，在電極1 上蔓延成薄膜狀。此后的金屬納米油墨100的微液滴110附 著在上述蔓延在電極1 上的金屬納米油墨100的膜上，因此，與直接附著在電極1 表面 的最初微液滴110相比，其蔓延少，在電極1 表面上形成若干隆起狀。再后面的金屬納米 油墨100的微液滴110與上述二個微液滴110相比，蔓延更少，逐漸隆起變大。這樣，若將金 屬納米油墨100的微液滴110順序噴射到電極1 上，則隆起逐漸變大，通過多次噴射，如 圖5B所示，形成越往上傾斜越大的圓錐形的凸塊200。凸塊200的從電極1 起算的高度 為氏。通過在噴射頭沈使用用于噴射器那樣的噴射頭，能在短時間噴射多量的微液滴110 疊層。當(dāng)通過噴射頭進行噴射場合，將金屬納米油墨100的粘度調(diào)整為比較低。又，當(dāng)粘度 高場合，或使用包含比氧納米氣泡125大的氧氣泡121的金屬納米油墨100場合，為了避免 在噴射頭26發(fā)生氣蝕，可以使用分配器等將液滴供給到電極1 上，形成凸塊200。通過與向電極1 上形成凸塊200相同的方法，也在線路板19的電極19a上形成 凸塊200。若在半導(dǎo)體芯片12的電極1 和線路板19的電極19a上分別形成凸塊200，則如 圖6A所示，使得半導(dǎo)體芯片12反轉(zhuǎn)，吸引、保持在筒夾M上，用高度傳感器57a檢測半導(dǎo) 體芯片12的表面高度。又，用高度傳感器57b檢測通過真空吸附固定在焊接臺上的線路板 19的表面高度位置。接著，根據(jù)由各高度傳感器57a、57b取得的高度傳感器57a和半導(dǎo)體 芯片12的距離數(shù)據(jù)以及高度傳感器57b和線路板19的距離數(shù)據(jù)，計算半導(dǎo)體芯片12的表 面和線路板19的表面的間隔Ho。如圖6B所示，使得筒夾M移動，以便使得通過真空吸附保持在筒夾M的半導(dǎo)體 芯片12的電極1 上形成的凸塊200的位置與線路板19的電極19a上形成的凸塊200的 位置一致。接著，使得上下二視野照相機57c進入半導(dǎo)體芯片12和線路板19之間，對半導(dǎo) 體芯片12表面的對位標(biāo)記和線路板19表面的對位標(biāo)記進行攝像，從所攝圖像檢測上下二 視野照相機57c的光軸和各對位標(biāo)記的位置偏移，使得筒夾M移動該偏移量，使得半導(dǎo)體 芯片12的電極12a的位置和線路板19的電極19a的相對位置一致。如圖6C及圖7A所示，使得半導(dǎo)體芯片12面朝下，通過筒夾54，半導(dǎo)體芯片12的 電極1 位于線路板19的電極19a的正上方，使得成為形成在各電極12a、19a的高度H1的 各凸塊200不接觸程度的高度，之后，如圖6D所示，開放筒夾M真空，使得半導(dǎo)體芯片12 的電極1 和線路板19的電極19a通過凸塊200疊合。在此，筒夾M以及使得筒夾M移 動的沒有圖示的筒夾移動裝置構(gòu)成疊合機構(gòu)。如圖7B所示，若疊合，則形成在各電極12a、 19a上的凸塊200成為一體，成為接合凸塊250，半導(dǎo)體芯片12成為由接合凸塊250支承狀 態(tài)。接合凸塊250的高度成為比疊合前的各凸塊200的合計高度的高度H2。但是， 該高度吐成為比后文說明的接合金屬300的高度H3高的高度。若半導(dǎo)體芯片12的電極12a與線路板19的電極19a疊合，則線路板19被運送 到加壓加熱機構(gòu)80。如圖8所示，加壓加熱機構(gòu)80邊通過間隙傳感器85檢測上部保持板 8 和下部保持板82b的間隔，邊將半導(dǎo)體芯片12和線路板19夾入該間隙，使得上部保持
9板8 和下部保持板82b的間隔成為所定間隔H5。在此，所定間隔H5系在圖9A至圖9C所 示的、形成在半導(dǎo)體芯片12的電極1 和線路板19的電極19a之間的接合金屬300的所 定高度H3加上各電極12a、19a以及半導(dǎo)體芯片12的厚度和線路板19的厚度。圖9A至圖 9C所示的接合金屬300的所定高度H3優(yōu)選10 μ m至15 μ m。高度H3比前文說明的接合凸 塊250的高度H2低，因此，當(dāng)將半導(dǎo)體芯片12和線路板19夾入加壓加熱機構(gòu)80的上部保 持板8 和下部保持板8 之間結(jié)束時，接合凸塊250被壓縮(H2-H3)，由此，接合凸塊250 被加壓。若向上部保持板8 和下部保持板82b之間夾入半導(dǎo)體芯片12和線路板19結(jié) 束，則將加熱器89a、89b設(shè)為接通，開始加熱接合凸塊250。通過溫度傳感器86a、86b檢測 上部保持板8 的溫度和下部保持板82b的溫度，調(diào)整對加熱器89a、89b的施加電壓，使得 接合凸塊250的溫度成為150°C至250°C。通過加熱器89a、89b加熱接合凸塊250期間，各 電極12a、19a的高度方向間隔通過上部保持板82a、下部保持板82b保持為高度H3。如圖9A所示，若接合凸塊250如波狀線箭頭所示那樣被加熱，則作為有機物的分 散劑102因熱分解蒸騰發(fā)散，金屬納米粒子101之間接觸。若金屬納米粒子101接觸，則在 比通常的金屬熔敷溫度低的150°C左右溫度互相熔敷，形成金屬熔接(link)。并且，殘存在 因金屬納米粒子101的結(jié)合產(chǎn)生的熔接的間隙的分散劑102或有機溶劑105被擠出到熔接 的外側(cè)。又，分散劑102、有機溶劑105因熱從接合凸塊250表面向大氣揮發(fā)、蒸騰發(fā)散，同 時，含在其中的碳成份與包含在接合凸塊250中的溶解氧122、氧氣泡121、氧納米氣泡125 結(jié)合，成為二氧化碳。氣體的二氧化碳比液體狀態(tài)的分散劑102、有機溶劑105的流動性好， 穿過金屬納米粒子101的熔接之間，邊移動到接合凸塊250的外周側(cè)邊結(jié)合，成為氣泡沈0。 該二氧化碳的氣泡260因加熱而膨脹，欲擴展各電極12a、19a的高度方向間隔，但是，各電 極12a、19a的高度方向間隔通過上部保持板82a、下部保持板82b保持為高度H3,因此，如圖 9A的空白箭頭所示，相當(dāng)于壓力上升的部分起著作為壓縮接合凸塊250的加壓力的作用。如圖9B所示，因內(nèi)部壓力上升，接合凸塊250朝橫向擴展，內(nèi)部產(chǎn)生的二氧化碳的 氣泡260壓塌為橫長，逐漸沿橫向移動，從接合凸塊250的側(cè)面排出到外部。并且，若如空 白箭頭所示，被加壓所定時間，如波狀線箭頭所示被加熱，則如圖9C所示，有機溶劑105和 分散劑102揮發(fā)或作為二氧化碳排出，接合凸塊250的金屬納米粒子101之間互相接合，成 為塊狀接合金屬300，各電極12a、19a電氣接合。這樣，包含在分散劑102或有機溶劑105的碳成份在燒結(jié)時與氧結(jié)合，成為二氧 化碳向大氣排出。但是，由金屬納米油墨100成形的接合凸塊250的外周的圓筒面與大氣 接觸，上下面因與各電極12a、19a的面相接，從表面取入接合凸塊250內(nèi)部的氧的量少，當(dāng) 內(nèi)部沒有以氧氣泡121、氧納米氣泡125那樣形式內(nèi)包氧的場合，在不容易取入氧的接合凸 塊250的內(nèi)部，用于使得碳成份成為二氧化碳的氧不足，碳成份不成為二氧化碳而殘留。因 此，如圖IOA所示，燒結(jié)后的接合金屬300盡管在外皮部分形成致密的塊金屬301，而在內(nèi) 部，在金屬納米粒子101結(jié)合的熔接之間，碳成份等的金屬以外物質(zhì)作為空隙殘留，成為多 孔結(jié)構(gòu)部302。多孔結(jié)構(gòu)部302電阻大，機械強度低，因此，接合性降低。這樣，若在金屬納米油墨100中，以溶解氧122、氧氣泡121、氧納米氣泡125那樣 的形式，由內(nèi)包氧的金屬納米油墨100成形凸塊200，接合成形接合凸塊250，則接合凸塊 250內(nèi)部含有許多氧成份，因此，包含在分散劑102、有機溶劑105的碳成份能作為二氧化碳排出到外部。因此，能抑制加壓燒結(jié)時發(fā)生空隙，如圖IOB所示，接合金屬300的塊金屬301 部分從外皮部分直到內(nèi)部，且在最內(nèi)部都成形塊金屬301部分。并且，包含空隙的多孔結(jié)構(gòu) 部302的區(qū)域與圖IOA狀態(tài)相比，非常少，能成形電阻低、機械強度大的接合金屬300。又， 若在金屬納米油墨100中，以溶解氧122、氧氣泡121、氧納米氣泡125那樣的形式，由內(nèi)包 氧的金屬納米油墨100進行接合，則能抑制殘存沒有去除分散劑的、未反應(yīng)的金屬納米粒 子，能增多塊金屬301的部分。希望內(nèi)包在金屬納米油墨100的氧的量盡可能多，較好的是，使得氧內(nèi)包為有機 溶劑105的氧的飽和濃度以上。根據(jù)試驗結(jié)果，將通過參照圖2說明的吹入氧的方法制造 的包含氧氣泡121、溶解氧122的金屬納米油墨100由分配器提供，在半導(dǎo)體芯片12的電極 1 和線路板19的電極19a形成凸塊200，使得半導(dǎo)體芯片12反轉(zhuǎn)，使得各電極12a、19a 的位置對位后疊合，作為接合凸塊250，此后，通過加壓加熱機構(gòu)80加壓燒結(jié)場合，當(dāng)注入 氧的時間短至1小時左右，金屬納米油墨100的氧的內(nèi)包量少的場合，加壓燒結(jié)后的接合金 屬300成為如圖IOA所示那樣的多孔結(jié)構(gòu)部302多的狀態(tài)。另一方面，當(dāng)注入氧的時間長 至10小時左右，金屬納米油墨100的氧的內(nèi)包量多的場合，加壓燒結(jié)后的接合金屬300成 為如圖IOB所示那樣的多孔結(jié)構(gòu)部302少、塊金屬301多的狀態(tài)。又，根據(jù)試驗結(jié)果，若有 機溶劑105內(nèi)包飽和濃度的5倍以上的氧，則能得到提高燒結(jié)性的結(jié)果。如上所述，本實施形態(tài)的金屬納米油墨100當(dāng)加壓燒結(jié)時能抑制產(chǎn)生空隙，具有 能成形電阻低、機械強度大的接合金屬300的效果。在上述說明的使用金屬納米油墨100的接合方法中，說明將半導(dǎo)體芯片12的電極 1 接合在線路板19的電極19a的場合，但是，本發(fā)明也可以使得半導(dǎo)體芯片12的電極12a 反轉(zhuǎn)疊合在另一半導(dǎo)體芯片12的電極1 上接合。又，也可以電極1 是貫通半導(dǎo)體芯片 12厚度方向的貫通電極，不反轉(zhuǎn)半導(dǎo)體芯片12，通過凸塊200疊合各電極1 后，通過加壓 燒結(jié)，連接各貫通電極之間，三維安裝半導(dǎo)體芯片12。本發(fā)明并不局限于上述說明的實施形態(tài)，包含不脫離由權(quán)利要求書規(guī)定的本發(fā)明 技術(shù)范圍或本質(zhì)的全部變更及修正，它們都屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種金屬納米油墨，用于通過加壓燒結(jié)使得半導(dǎo)體芯片的電極和線路板的電極以及 /或半導(dǎo)體芯片的電極和另一半導(dǎo)體芯片的電極接合；其特征在于使得由分散劑涂布表面的金屬納米粒子和氧混合在有機溶劑中，進行調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬納米油墨，其特征在于 有機溶劑中的氧濃度為過飽和。
3.一種金屬納米油墨的制造方法，用于通過加壓燒結(jié)使得半導(dǎo)體芯片的電極和線路板 的電極以及/或半導(dǎo)體芯片的電極和另一半導(dǎo)體芯片的電極接合；其特征在于，該金屬納 米油墨的制造方法包括金屬納米粒子混合工序，將由分散劑涂布表面的金屬納米粒子混合在有機溶劑中； 氧注入工序，將氧注入有機溶劑中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬納米油墨的制造方法，其特征在于 氧注入工序?qū)⒀踝鳛榧{米氣泡注入有機溶劑中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬納米油墨的制造方法，其特征在于 在金屬納米粒子混合工序后進行氧注入工序。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬納米油墨的制造方法，其特征在于 在金屬納米粒子混合工序前進行氧注入工序。
7.—種芯片焊接方法，其特征在于 該芯片焊接方法包括疊合工序，將由分散劑涂布表面的金屬納米粒子和成為納米氣泡的氧混合在有機溶 劑中，形成金屬納米油墨，射出所述金屬納米油墨的微液滴，在半導(dǎo)體芯片的電極上形成凸 塊，射出所述金屬納米油墨的微液滴，在線路板的電極上形成凸塊，射出所述金屬納米油墨 的微液滴，在另一半導(dǎo)體芯片的電極上形成凸塊，將上述形成凸塊的半導(dǎo)體芯片面朝下設(shè) 置在上述形成凸塊的線路板以及/或上述形成凸塊的另一半導(dǎo)體芯片上，通過凸塊疊合半 導(dǎo)體芯片的電極和線路板的電極以及/或半導(dǎo)體芯片的電極和另一半導(dǎo)體芯片的電極；以 及加壓燒結(jié)工序，加壓并加熱各電極間的凸塊，使得凸塊的金屬納米粒子加壓燒結(jié)，電氣 接合各電極之間；接合半導(dǎo)體芯片的電極和線路板的電極以及/或半導(dǎo)體芯片的電極和另一半導(dǎo)體芯 片的電極。
8.—種芯片焊接裝置，其特征在于 該芯片焊接裝置包括噴射頭，將由分散劑涂布表面的金屬納米粒子和成為納米氣泡的氧混合在有機溶劑 中，形成金屬納米油墨，射出所述金屬納米油墨的微液滴，在電極上形成凸塊；疊合機構(gòu)，射出所述金屬納米油墨的微液滴，在半導(dǎo)體芯片的電極上形成凸塊，射出所 述金屬納米油墨的微液滴，在線路板的電極上形成凸塊，射出所述金屬納米油墨的微液滴， 在另一半導(dǎo)體芯片的電極上形成凸塊，將上述形成凸塊的半導(dǎo)體芯片面朝下設(shè)置在上述形 成凸塊的線路板以及/或上述形成凸塊的另一半導(dǎo)體芯片上，通過凸塊疊合半導(dǎo)體芯片的 電極和線路板的電極以及/或半導(dǎo)體芯片的電極和另一半導(dǎo)體芯片的電極；以及加壓加熱機構(gòu)，加壓并加熱各電極間的凸塊，使得凸塊的金屬納米粒子加壓燒結(jié)，電氣接合各電極之間；接合半導(dǎo)體芯片的電極和線路板的電極以及/或半導(dǎo)體芯片的電極和另一半導(dǎo)體芯 片的電極。
全文摘要
在將由分散劑(102)涂布表面的金屬納米粒子(101)混合到有機溶劑(105)中前或混合后，將氧作為氧納米氣泡(125)或氧氣泡(121)注入有機溶劑(105)中，通過加壓燒結(jié)制造用于接合半導(dǎo)體芯片的電極和線路板的電極以及/或半導(dǎo)體芯片的電極和另一半導(dǎo)體芯片的電極的金屬納米油墨(100)。將該金屬納米油墨(100)的微液滴射出到電極上，在半導(dǎo)體芯片的的電極和線路板的電極上形成凸塊，使得半導(dǎo)體芯片反轉(zhuǎn)，對位疊合在線路板上后，對各電極間的凸塊加壓并加熱，加壓燒結(jié)凸塊的金屬納米粒子。由此，抑制加壓燒結(jié)時產(chǎn)生空隙。
文檔編號H01L25/065GK102124550SQ20098013005
公開日2011年7月13日 申請日期2009年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月1日
發(fā)明者前田徹, 寺本章伸, 小田正明, 谷川徹郎 申請人:國立大學(xué)法人東北大學(xué), 株式會社新川, 株式會社愛發(fā)科