功能性材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供可形成不會產(chǎn)生空洞、裂紋等的高品質(zhì)、高可靠度的配線、電極、填充構(gòu)造、密封構(gòu)造或接合構(gòu)造的功能性材料及電子設(shè)備。本發(fā)明所涉及的功能性材料含有第1金屬復(fù)合粒子、第2金屬復(fù)合粒子及第3金屬復(fù)合粒子中的至少2種。第1金屬復(fù)合粒子、第2金屬復(fù)合粒子及第3金屬復(fù)合粒子分別含有多種金屬成分。第1金屬復(fù)合粒子的熔點T1(℃)、第2金屬復(fù)合粒子的熔點T2(℃)與第3金屬復(fù)合粒子的熔點T3(℃)滿足T1＞T2＞T3的關(guān)系。
【專利說明】功能性材料

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功能性材料。本發(fā)明中，功能性材料是指基于材料所具有的電性質(zhì)、電介質(zhì)特性、磁性、光學(xué)特性、接合特性、密封特性等固有特性來實現(xiàn)所期待的功能的材料。本發(fā)明所涉及的功能性材料可作為配線材料、電極材料、填充材料、密封材料或接合材料等進行利用。

【背景技術(shù)】
[0002]在各種規(guī)模的集成電路、各種半導(dǎo)體元件或其芯片等電子設(shè)備中，作為實現(xiàn)三維電路配置的方法，提出了在電路基板中預(yù)先設(shè)置多個貫通電極，層疊該電路基板的TSV(硅穿孔、Through-Silicon-Via)技術(shù)。在三維電路配置中使用TSV技術(shù)時，將大量的功能填滿在很小的占有面積中。而且，由于元件之間的重要電路能夠戲劇性地縮短，因此可以謀求處理的高速化。專利第3869859號公報中公開了對于TSV技術(shù)是不可欠缺的通路孔構(gòu)造體。
[0003]專利第3869859號公報中公開的通路孔構(gòu)造體含有高熔點金屬、低熔點金屬或金屬合金及交聯(lián)劑，且還必須含有粘合劑及/或反應(yīng)性單體或聚合物。在通路孔內(nèi)的固化狀態(tài)下，合金化金屬網(wǎng)與通過導(dǎo)電性粘合劑的有機成分的交聯(lián)所產(chǎn)生的聚合物網(wǎng)并存。
[0004]專利第3869859號公報中記載的通路孔構(gòu)造體根據(jù)其說明書的記載，在通路孔內(nèi)的固化狀態(tài)下，合金化金屬網(wǎng)與聚合物網(wǎng)并存，因此導(dǎo)電性僅變差到那樣程度。
[0005]而且，作為金屬擴散接合中固有的問題，有產(chǎn)生柯肯德爾空洞(Kirkendall void)所導(dǎo)致的空洞、裂紋等的問題?？驴系聽柨斩匆驗橄嗷U散的不均衡所產(chǎn)生的原子空孔(晶格)沒有消失而是集聚而產(chǎn)生。例如，為Sn/Cu的界面時，由于Sn的擴散相對于Cu的擴散少，因此空孔在金屬間化合物與Cu界面集聚，形成柯肯德爾空洞。該柯肯德爾空洞還會發(fā)展成更大的空洞或裂紋，降低電極的可靠性或品質(zhì)，進而有時發(fā)生斷線等。專利第3869859號公報并未公開其對策手段。
[0006]當(dāng)在晶片的面上與貫通電極一起或者獨立于貫通電極形成配線用的平面狀導(dǎo)體圖案時，或者在采用三維系統(tǒng)-包裝(3D-SiP)等形態(tài)的電子設(shè)備中連接半導(dǎo)體芯片間時，進而在液晶設(shè)備等中進行密封時等，也會產(chǎn)生同樣的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明所要解決的問題
[0008]本發(fā)明的課題是:提供在不會產(chǎn)生空洞、裂紋等的情況下，可形成配線、電極、填充構(gòu)造、密封構(gòu)造或接合構(gòu)造的功能性材料及應(yīng)用了其的電子設(shè)備。
[0009]本發(fā)明的另一個課題是:提供可形成熔融溫度低、凝固后具有高熔點的配線、電極、填充構(gòu)造、密封構(gòu)造或接合構(gòu)造的功能性材料及應(yīng)用了其的電子設(shè)備。
[0010]用于解決問題的手段
[0011]為了解決上述課題的至少一個，本發(fā)明公開了功能性材料、具有由該功能性材料形成的配線的基板、使用了該基板的電子設(shè)備。
[0012]本發(fā)明的功能性材料含有第I金屬復(fù)合粒子、第2金屬復(fù)合粒子及第3金屬復(fù)合粒子中的至少2種。所述第I金屬復(fù)合粒子、所述第2金屬復(fù)合粒子及所述第3金屬復(fù)合粒子分別含有多種金屬成分。所述第I金屬復(fù)合粒子的熔點Tl (V )、所述第2金屬復(fù)合粒子的熔點T2(°C )和所述第3金屬復(fù)合粒子的T3(°C )滿足Tl > T2 > T3的關(guān)系。
[0013]將上述功能性材料用于配線、電極、填充構(gòu)造、密封構(gòu)造或接合構(gòu)造的實現(xiàn)時，通過熔點T1、T2、T3互不相同的第I金屬復(fù)合粒子、第2金屬復(fù)合粒子及第3金屬復(fù)合粒子的組合，緩和了相互擴散的不均衡，結(jié)果回避了原子空孔(晶格)的集聚，抑制了柯肯德爾空洞的發(fā)生，形成沒有柯肯德爾空洞等的配線、電極、填充構(gòu)造、密封構(gòu)造或接合構(gòu)造。擴散接合區(qū)域通常成為膜厚或?qū)雍駷榧{米尺寸(Iym以下)的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0014]另外，例如可以將第3金屬復(fù)合粒子的熔點T3(°C )設(shè)定得較低，另一方面，將第I金屬復(fù)合粒子的熔點Tl Ce)設(shè)定得較高。因此，可形成熔融溫度低、凝固后具有高熔點的配線、電極、填充構(gòu)造、密封構(gòu)造或接合構(gòu)造。
[0015]所述第I金屬復(fù)合粒子、所述第2金屬復(fù)合粒子及所述第3金屬復(fù)合粒子分別含有多種金屬成分，因此通過選擇應(yīng)該含有的金屬成分，能夠?qū)⑵淙埸cTl、Τ2、Τ3調(diào)整為滿足Tl > Τ2 > Τ3。
[0016]本發(fā)明的功能性材料只要含有第I金屬復(fù)合粒子、第2金屬復(fù)合粒子及第3金屬復(fù)合粒子的至少2種即可，可以不含3種。例如，可以是含有第I金屬復(fù)合粒子及第2金屬復(fù)合粒子的類型，也可以是含有第I金屬復(fù)合粒子及第3金屬復(fù)合粒子的類型，還可以是含有第2金屬復(fù)合粒子及第3金屬復(fù)合粒子的類型。它們的組合根據(jù)第I金屬復(fù)合粒子、第2金屬復(fù)合粒子及第3金屬復(fù)合粒子中的組成成分的種類、組成成分的相對量等進行選擇。
[0017]作為符合上述目的的第I金屬復(fù)合粒子的具體例子，可舉出含有Cu和選自S1、B、T1、Al或Ag中的至少I種的復(fù)合粒子。
[0018]接著，作為第2金屬復(fù)合粒子的具體例子，可舉出含有Sn和Cu和選自S1、B、T1、Al或Ag中的至少I種的復(fù)合粒子。
[0019]進而，第3金屬復(fù)合粒子具體可以含有Sn和Bi和Ga和選自所述S1、B、T1、Al或Ag中的至少I種的復(fù)合粒子。
[0020]作為另一個選擇項，第3金屬復(fù)合粒子還可含有Sn和Bi和In和Sb和選自Ga、S1、B、T1、Al或Ag中的至少I種。
[0021]本發(fā)明的功能性材料可以是將所述第I金屬復(fù)合粒子、所述第2金屬復(fù)合粒子及所述第3金屬復(fù)合粒子分散在流動性分散介質(zhì)中的材料。具體地說，可作為配線用糊劑、填充用糊劑、電極用糊劑、密封用糊劑或接合糊劑等具有流動性的功能性材料進行使用。
[0022]本發(fā)明公開了使用了上述功能性材料的電子設(shè)備。本發(fā)明中，電子設(shè)備可以包含應(yīng)用了電子工程學(xué)的技術(shù)的全部電氣制品。代表性地為插入器(interposer)、各種半導(dǎo)體芯片或三維系統(tǒng)-包裝(3D-SiP)。
[0023]發(fā)明效果
[0024]如上所述，通過本發(fā)明可獲得以下效果。
[0025](a)能夠提供不產(chǎn)生柯肯德爾空洞等,能夠形成配線、電極、填充構(gòu)造、密封構(gòu)造或接合構(gòu)造的功能性材料以及應(yīng)用了其的電子設(shè)備。
[0026](b)能夠提供可形成熔融溫度低、凝固后具有高熔點的配線、電極、填充構(gòu)造、密封構(gòu)造或接合構(gòu)造的功能性材料以及應(yīng)用了其的電子設(shè)備。
[0027]參照附圖對本發(fā)明的其他目的、構(gòu)成及優(yōu)點進行更加詳細的說明。但附圖僅僅只不過是例示。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是表示使用了本發(fā)明的功能性材料的電子設(shè)備的一例的圖。
[0029]圖2是表示使用了本發(fā)明的功能性材料的電子設(shè)備的另一例的圖。
[0030]圖3是表示使用了本發(fā)明的功能性材料的電子設(shè)備的又一例的圖。
[0031]圖4是表示使用了本發(fā)明的功能性材料的電子設(shè)備的再一例的圖。
[0032]圖5是表示使用了本發(fā)明的功能性材料的電子設(shè)備的另一例的圖。
[0033]圖6是圖5所示的電子設(shè)備的部分放大剖視圖。
[0034]圖7是表示使用了本發(fā)明的功能性材料的電子設(shè)備的再一例的圖。
[0035]圖8表示使用以往的Sn-Cu系導(dǎo)電糊劑形成的配線的SEM像。
[0036]圖9表示使用本發(fā)明的功能性材料形成的金屬化層的SEM像。
[0037]圖10是表示300°C的高溫剪切強度試驗結(jié)果的圖。

【具體實施方式】
[0038]本發(fā)明的功能性材料采用含有選自第I金屬復(fù)合粒子、第2金屬復(fù)合粒子及第3金屬復(fù)合粒子中的至少2種的粉體的形態(tài)。當(dāng)然，可選擇的成分并非限定于第I金屬復(fù)合粒子?第3金屬復(fù)合粒子這3種，也可含有4種或其以上的金屬粒子或金屬復(fù)合粒子。
[0039]第I金屬復(fù)合粒子、第2金屬復(fù)合粒子及第3金屬復(fù)合粒子分別含有多種金屬成分。第I金屬復(fù)合粒子?第3金屬復(fù)合粒子優(yōu)選具有納米復(fù)合結(jié)構(gòu)。所謂納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，是指金屬/合金的晶體、非晶體或它們的化合物以納米尺寸被一體化、復(fù)合化而成的結(jié)構(gòu)。第I金屬復(fù)合粒子?第3金屬復(fù)合粒子的粒子形狀可以不一致，也可以統(tǒng)一。另外，可以采取球狀、鱗片狀、扁平狀等任意的形狀。
[0040]本發(fā)明的功能性材料中，第I金屬復(fù)合粒子?第3金屬復(fù)合粒子作為整體的組成成分互不相同，各自的熔點Tl(°c )、T2(°C )、T3(°C )滿足Tl > T2 > T3的關(guān)系。
[0041]第I金屬復(fù)合粒子?第3金屬復(fù)合粒子的具體例子如下所述。
[0042]1.第I金屬復(fù)合粒子
[0043]作為第I金屬復(fù)合粒子的具體例子，可舉出含有Cu和選自S1、B、T1、Al或Ag中的至少I種的復(fù)合粒子。各組成成分的組成比可以設(shè)定為以下的范圍。
[0044]Cu:99.9wt% 以下
[0045]SnjOwt^i 以下
[0046]S1、B、T1、Al 或 Ag:0.01wt% 以下
[0047]Cu或其合金粒子優(yōu)選其表面被氧化抑制膜覆蓋。作為氧化抑制膜，適合的是鍍覆于Cu或其合金粒子表面的Ag或Sn的鍍膜，另外，還可以是在150°C以上發(fā)生升華的樹脂的覆膜。
[0048]2.第2金屬復(fù)合粒子
[0049]作為第2金屬復(fù)合粒子的具體例子，可以舉出含有作為主成分的Sn和Cu和選自S1、B、T1、Al或Ag中的至少I種的復(fù)合粒子。各組成成分的組成比可以設(shè)定為以下的范圍。
[0050]Sn:98wt% 以下
[0051]Cu:30wt% 以下
[0052]S1、B、T1、Al 或 Ag:0.01wt% 以下
[0053]3.第3金屬復(fù)合粒子
[0054](I)作為I個選擇項，第3金屬復(fù)合粒子可以含有Sn和Bi和Ga和選自S1、B、T1、Al或Ag中的至少I種。此時的各組成成分的組成比可以設(shè)定為以下的范圍。
[0055]Sn: 40 ?80wt%
[0056]B1:15 ?60wt%
[0057]Ga:0.1wt%#T
[0058]Al:1wt % 以下
[0059]S1、B、Ti 或 Ag:0.01wt% 以下
[0060](2)作為另一個選擇項，第3金屬復(fù)合粒子還可以含有Sn和Bi和In和Sb和選自Ga、S1、B、T1、Al或Ag中的至少I種。此時的各組成成分的組成比可以設(shè)定為以下的范圍。
[0061]In:相對于Sn為20wt%以下
[0062]B1:相對于Sn為20wt%以下
[0063]Sb:相對于Sn為20wt%以下
[0064]Ga、S1、B、T1、Al 或 Ag:1wt% 以下
[0065]根據(jù)上述具體例子,熔點Tl、T2、T3如下所示。
[0066]Tl = 1100°C?500°C
[0067]T2 = 400。。?250。。
[0068]T3 = 250°C 以下
[0069]上述第I金屬復(fù)合粒子?第3金屬復(fù)合粒子中，只要含有第I金屬復(fù)合粒子、第2金屬復(fù)合粒子及第3金屬復(fù)合粒子的至少2種即可，可以不含3種。例如，可以是以Cu為主成分的第I金屬復(fù)合粒子和以Sn為主成分的第2金屬復(fù)合粒子的組合，也可以是第I金屬復(fù)合粒子和以Sn為主成分的第3金屬復(fù)合粒子的組合。
[0070]本發(fā)明的功能性材料可以是將第I金屬復(fù)合粒子、第2金屬復(fù)合粒子及第3金屬復(fù)合粒子分散于流動性分散介質(zhì)中而得到的材料。作為流動性分散介質(zhì)，可以使用各種有機粘合劑、水性分散介質(zhì)或揮發(fā)性有機分散介質(zhì)等。作為這樣的分散介質(zhì)，由于已知各種物質(zhì)，因此將它們選擇使用即可。具體地說，可以例示出配線用導(dǎo)電糊劑、填充用糊劑、電極用糊劑、密封用糊劑或接合糊劑等流動性功能性材料。
[0071]上述本發(fā)明的功能性材料在各種電子設(shè)備中可作為配線材料、電極材料、填充材料、接合材料或密封材料進行使用。參照圖1?圖7說明其具體例。
[0072]首先，參照圖1時，顯示在基板51中設(shè)有柱狀導(dǎo)體52的電子設(shè)備。圖1所示的電子設(shè)備代表性地有插入器。另外，如圖2所示，可以是在基板51的內(nèi)部形成有半導(dǎo)體電路元件54的半導(dǎo)體芯片。作為這樣的半導(dǎo)體芯片，例如可舉出存儲芯片、邏輯芯片等。
[0073]圖1及圖2中，基板51可以由Si基板、SiC基板或SOI基板等半導(dǎo)體基板構(gòu)成?？梢允菬o機或有機的絕緣基板、電介質(zhì)基板、磁性基板或?qū)⑺鼈儚?fù)合得到的復(fù)合基板?；?1的厚度例如為數(shù)十微米。
[0074]基板51在面向其厚度方向的縱孔55的內(nèi)部含有柱狀導(dǎo)體52?？v孔55及柱狀導(dǎo)體52并無限定，例如還包含孔徑為60 μ m以下、進一步小徑化的10 μ m以下的情況。
[0075]柱狀導(dǎo)體52通過設(shè)置在縱孔55內(nèi)壁面的電絕緣層53與Si基板等半導(dǎo)體基板構(gòu)成的基板51電絕緣。
[0076]電絕緣層53可以是對縱孔55的內(nèi)壁面進行了改性的氧化膜或氮化膜，也可以是由填充在縱孔55內(nèi)部的無機或有機或這些功能性材料構(gòu)成的絕緣層。由無機絕緣層構(gòu)成的電絕緣層53具體地說可以將含有絕緣性微粒、Si微粒及有機Si化合物的絕緣性糊劑填充在縱孔55的內(nèi)部使其固化而形成。為了形成電絕緣層53，在縱孔55的內(nèi)部使有機Si化合物及Si微粒相互間反應(yīng),形成包埋絕緣性微粒周圍的S1-O鍵的網(wǎng)絡(luò)。有機Si化合物及Si微粒的反應(yīng)優(yōu)選通過在真空氣氛中例如在130°C?150°C的溫度范圍進行加熱來進行。
[0077]柱狀導(dǎo)體52由本發(fā)明的功能性材料構(gòu)成。為圖1時，將其熔融金屬填充在縱孔55的內(nèi)部。在填充時，優(yōu)選在真空室內(nèi)的減壓氣氛中進行處理。在減壓處理后，還可以采用對真空室的內(nèi)壓進行增壓的壓差填充方式。
[0078]接著，一邊對填充于縱孔55內(nèi)的熔融金屬進行加壓一邊使其凝固。由此，可以形成沒有縫隙或空洞的高品質(zhì)的導(dǎo)電路。柱狀導(dǎo)體52還可以使用將本發(fā)明的功能性材料分散在分散介質(zhì)中得到的分散系功能性材料來形成。
[0079]使用本發(fā)明的功能性材料來形成柱狀導(dǎo)體52時，通過作為整體的組成成分及熔點Tl、T2、T3互不相同的第I金屬復(fù)合粒子、第2金屬復(fù)合粒子及第3金屬復(fù)合粒子的至少2種的組合，緩和了相互擴散的不均衡，結(jié)果回避了原子空孔(晶格)的集聚，抑制了柯肯德爾空洞的發(fā)生，形成沒有柯肯德爾空洞等的柱狀導(dǎo)體52。
[0080]接著，圖3所示的電子設(shè)備在基板71的一個面上形成有經(jīng)圖案化的平面狀的配線72。配線72含有金屬化層721和合成樹脂膜722。金屬化層721的金屬成分相互間擴散接合。擴散接合根據(jù)所采用的工藝，可以采用液相擴散接合或固相擴散接合的形態(tài)。
[0081]合成樹脂膜722將金屬化層721的表面覆蓋。合成樹脂膜722根據(jù)其厚度如何，可以成為絕緣膜，也可成為絕緣性低的保護膜。合成樹脂膜722可以由感光性樹脂構(gòu)成。
[0082]金屬化層721含有第I金屬復(fù)合粒子、第2金屬復(fù)合粒子及第3金屬復(fù)合粒子。第I金屬復(fù)合粒子?第3金屬復(fù)合粒子分別含有上述多種金屬成分。通過選擇應(yīng)該含有的金屬成分，可以調(diào)整以使其熔點T1、T2、T3滿足Tl > Τ2 > Τ3。
[0083]配線72的金屬化層721中，由于可以在不發(fā)生柯肯德爾空洞的情況下，使金屬復(fù)合粒子、第2金屬復(fù)合粒子及第3金屬復(fù)合粒子中所含的金屬成分相互間擴散接合，因此可以實現(xiàn)具有沒有空洞、裂紋、斷線的金屬化層721的電子設(shè)備。
[0084]另外，由于形成沒有空洞、裂紋、斷線的連續(xù)的金屬化層721，因此金屬化層721的填充度、致密性提高，可獲得具有導(dǎo)電性高、機械、物理性強度優(yōu)異的金屬化層721的電子設(shè)備。
[0085]另外，合成樹脂膜722將金屬化層721的表面覆蓋，因此除了可以回避金屬化層721的外部損傷，耐氧化性、耐久性、耐候性也提高。而且，除了產(chǎn)生金屬化層721本身相對于基板71的密合力、粘接力之外，還產(chǎn)生合成樹脂膜722所帶來的密合力、粘接力，因此作為金屬化配線的全體的密合力、粘接力有所提高。
[0086]在電子部件的實際安裝時，如圖4所示，在金屬化配線72上連接外部導(dǎo)體或電子部件73的電極731等。連接部分的外側(cè)被合成樹脂膜722覆蓋，因此不會損害合成樹脂膜722所產(chǎn)生的抗氧化功能。即，能夠?qū)崿F(xiàn)外部導(dǎo)體及電子部件73相對于金屬化層721的電連接的可靠性高、且具有對金屬化層721的抗氧化功能的金屬化配線。
[0087]優(yōu)選合成樹脂膜722與金屬化層721同時形成。此時，與金屬化層721和樹脂層不同時形成的情況不同，金屬化層721不會與空氣接觸。因此，可獲得具有不受到氧化的高品質(zhì)金屬化層721的電子設(shè)備。
[0088]作為同時形成合成樹脂膜722和金屬化層721的手段，將第I金屬復(fù)合粒子、第2金屬復(fù)合粒子及第3金屬復(fù)合粒子和由合成樹脂構(gòu)成的有機粘合劑及溶劑混合得到的導(dǎo)電糊劑使用印刷技術(shù)，按照形成規(guī)定圖案的方式，涂布在基板71上，進行熱處理而獲得。通過該熱處理，第I金屬復(fù)合粒子、第2金屬復(fù)合粒子及第3金屬復(fù)合粒子通過連續(xù)的工藝而溶解，發(fā)生擴散接合。通過該擴散接合，形成金屬化層721。金屬化層721由于其比重差，沉降到合成樹脂膜722的更下側(cè)。由此，形成用合成樹脂膜722覆蓋了附著于基板71的金屬化層721外表面的金屬化配線72。合成樹脂膜722可以制成適合于絕緣膜發(fā)揮功能的膜厚，相比較于作為絕緣膜的功能，更應(yīng)該重視作為抗氧化膜的功能時，也可以制成薄的膜厚。
[0089]圖5表示將層疊有多個半導(dǎo)體芯片921?923的層疊體920搭載在本發(fā)明的插入器910上，將插入器910安裝在主板900上的三維電子設(shè)備。插入器910及半導(dǎo)體芯片921?923的柱狀導(dǎo)體52通過接合材料931接合。插入器910通過球柵950等接合在主板900 上。
[0090]接合材料931可以由本發(fā)明的功能性材料構(gòu)成。優(yōu)選接合材料931使用納米復(fù)合結(jié)構(gòu)合金焊料或納米復(fù)合結(jié)構(gòu)微粉末。而且，如圖6放大所示，利用接合材料931，將作為其他導(dǎo)體的柱狀導(dǎo)體52液相擴散接合或固相擴散接合941在柱狀導(dǎo)體52的一端面上。圖示雖然省略，但對于圖1、圖2的柱狀導(dǎo)體與圖3、圖4所示的金屬化層的擴散接合而言，可以適用上述的液相擴散接合或固相擴散接合。
[0091 ] 半導(dǎo)體芯片921?923代表性地為存儲芯片、邏輯芯片。另外，還可以是系統(tǒng)LS1、存儲LS1、圖像傳感器或MEMS等，也可以是含有模擬或數(shù)字的電路、CPU那樣的邏輯電路等的電子設(shè)備，也可以是利用不同的工藝制作模擬高頻率電路和低頻率、低耗電的電路等不同種的電路、并將它們層疊而成的電子設(shè)備。進而，可包含傳感器模塊、光電模塊、單極晶體管、MOS FET, CMOS FET、存儲單元或它們的集成電路部件(IC)或各種規(guī)模的LSI等大體上以電子電路為功能元件的大部分電子設(shè)備。
[0092]進而，圖7表示作為密封材料使用本發(fā)明的功能性材料的例子。參照圖7時，例如在液晶顯示裝置的電子設(shè)備中，用密封層113將前面板111與背面板112之間的邊緣部密封，將前面板111及背面板112之間的內(nèi)部空間114自外部遮擋。密封層113由本發(fā)明所涉及的功能性材料構(gòu)成。由此，可以構(gòu)成不僅發(fā)揮氣密性、水密性等原本的密封功能，還發(fā)揮電磁屏蔽或靜電屏蔽等功能的密封層113。
[0093]上述圖1?圖7的任何實施方式中，作為柱狀導(dǎo)體52(圖1、圖2)、金屬化層721 (圖3、圖4)、接合材料931 (圖5、圖6)及密封材料113 (圖7)，使用本發(fā)明的功能性材料。通過本發(fā)明的功能性材料，由第I金屬復(fù)合粒子的熔點Tire)與第3金屬復(fù)合粒子的熔點T3(°C )之間的熔點差所引起的相互擴散的不均衡被具有中間的熔點T2(°C )的第2金屬復(fù)合粒子緩和，結(jié)果回避了原子空孔(晶格)的集聚、抑制了柯肯德爾空洞的發(fā)生。
[0094]對于該點，參照圖8及圖9所示的SEM(掃描電子顯微鏡，Scanning ElectronMicroscope)像進行說明。圖8表示使用以往的Sn-Cu系導(dǎo)電糊劑所形成的配線的SEM像，圖9表示使用本發(fā)明的功能性材料所形成的金屬化層(圖3、圖4)的SEM像。
[0095]首先，參照表示使用以往的Sn-Cu系導(dǎo)電糊劑所形成的配線的SEM像的圖8時，在Cu結(jié)晶與Sn結(jié)晶之間的界面上具有Cu3Sn的擴散層，沿著Cu3Sn層與Cu結(jié)晶的界面的大致全體產(chǎn)生空洞。
[0096]與此相對，參照圖9時，使用本發(fā)明的功能性材料形成的金屬化層、產(chǎn)生于Cu晶粒與Sn晶粒間的界面的Cu3Sn的擴散層相對于Cu晶粒及Sn晶粒的任一者，均具有對應(yīng)于其晶粒形狀的仿形形狀，不會產(chǎn)生空洞，是連續(xù)的。Cu3Sn的擴散層構(gòu)成層厚為700nm以下的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)成為一個特征。此外，圖9中，Cu晶粒區(qū)域中的圖像色差異體現(xiàn)了晶體取向的差異。
[0097]另外，使用本發(fā)明的功能性材料形成的金屬化層在高溫剪切強度試驗中具有很高的高溫保持可靠性。對于該點，參照圖10進行說明。圖10是表示300°C的高溫剪切強度試驗結(jié)果的圖，橫軸為時間(h)，縱軸為剪切強度(MPa)。曲線A表示使用了本發(fā)明的功能性材料的金屬化層(圖3、圖4)的剪切強度特性，曲線B表示使用了專利第3869859號公報所記載的導(dǎo)電糊劑的配線的剪切強度特性，曲線C表示使用了 Au-12Ge系導(dǎo)電糊劑的以往配線的剪切強度特性。
[0098]首先，使用專利第3869859號公報所記載的導(dǎo)電糊劑形成的配線如曲線B所示，剪切強度低到初期值30 (MPa)，經(jīng)過400小時后降低至10 (MPa)。
[0099]另外，使用了 Au_12Ge系導(dǎo)電糊劑的以往的配線如曲線C所示，剪切強度特性雖然初期值就顯示高達80 (MPa)的值，但隨著時間經(jīng)過，急劇地降低，經(jīng)過500小時后降低至約20(MPa)。
[0100]與此相對，使用了本發(fā)明的功能性材料的金屬化層如曲線A所示，剪切強度特性顯示初期值為57 (MPa)的高值，之后經(jīng)過500小時后也保持幾乎不變的剪切強度特性。
[0101]這表示使用了本發(fā)明的功能性材料的金屬化層成為沒有空洞、裂紋、斷線的連續(xù)的金屬化層，金屬化層的填充度、致密性提高，可形成導(dǎo)電性高、機械、物理強度高的金屬化層。
[0102]圖8?圖10由于顯示本發(fā)明的功能性材料其自身的特征，因此圖8?圖10的實驗數(shù)據(jù)對于使用了相同功能性材料的柱狀導(dǎo)體(圖1、圖2)、接合材料(圖5、圖6)及密封材料(圖7)也是妥當(dāng)?shù)摹?br> [0103]S卩，在圖1、圖2的柱狀導(dǎo)體52的內(nèi)部，如圖9所示，產(chǎn)生于Cu晶粒與Sn晶粒之間的界面的Cu3Sn的擴散層相對于Cu晶粒及Sn晶粒的任一者，均具有對應(yīng)于其晶粒形狀的仿形形狀，不會產(chǎn)生空洞，是連續(xù)的。
[0104]以上參照優(yōu)選的實施例詳細地說明本發(fā)明，但本發(fā)明并非限定于這些，只要是本領(lǐng)域技術(shù)人員，顯然可以基于其基本的技術(shù)思想及指示來想到各種變形例。
[0105]符號說明
[0106]51基板
[0107]52柱狀導(dǎo)體
[0108]53電絕緣層
[0109]71基板
[0110]72金屬化配線
[0111]721金屬化層
[0112]73電子部件
[0113]900主板
[0114]910插入器
[0115]921?923半導(dǎo)體芯片
[0116]931接合材料
[0117]113密封材料
【權(quán)利要求】
1.一種功能性材料，其為含有第I金屬復(fù)合粒子、第2金屬復(fù)合粒子及第3金屬復(fù)合粒子中的至少2種的功能性材料， 其中，所述第I金屬復(fù)合粒子、所述第2金屬復(fù)合粒子及所述第3金屬復(fù)合粒子分別含有多種金屬成分， 第I金屬復(fù)合粒子的熔點Tl、第2金屬復(fù)合粒子的熔點T2與第3金屬復(fù)合粒子的熔點T3滿足Tl > T2 > T3的關(guān)系，所述熔點的單位為。C。
2.一種功能性材料，其為含有第I金屬復(fù)合粒子、第2金屬復(fù)合粒子及第3金屬復(fù)合粒子中的至少2種的功能性材料， 其中，所述第I金屬復(fù)合粒子含有Cu和選自S1、B、T1、Al或Ag中的至少I種， 所述第2金屬復(fù)合粒子含有Sn和Cu和選自S1、B、T1、Al或Ag中的至少I種， 所述第3金屬復(fù)合粒子(a)含有Sn和Bi和Ga和選自S1、B、T1、Al或Ag中的至少I種，或者(b)含有Sn和Bi和In和Sb和選自Ga、S1、B、T1、Al或Ag中的至少I種。
3.一種功能性材料，其為含有選自第I金屬復(fù)合粒子及第2金屬復(fù)合粒子中的至少I種和第3金屬復(fù)合粒子的功能性材料， 其中，所述第I金屬復(fù)合粒子含有Cu和選自S1、B、T1、Al或Ag中的至少I種， 所述第2金屬復(fù)合粒子含有Sn和Cu和選自S1、B、Ti或Al中的至少I種， 所述第3金屬復(fù)合粒子(a)含有Sn和Bi和Ga和選自S1、B、T1、Al或Ag中的至少I種，或者(b)含有Sn和Bi和In和Sb和選自Ga、S1、B、T1、Al或Ag中的至少I種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能性材料，其是使所述第I金屬復(fù)合粒子、所述第2金屬復(fù)合粒子或所述第3金屬復(fù)合粒子分散于流動性分散介質(zhì)中而成的。
5.一種電子設(shè)備，其含有半導(dǎo)體基板和柱狀導(dǎo)體， 其中，所述柱狀導(dǎo)體使用權(quán)利要求1所述的功能性材料而形成，且以電絕緣的方式填充在所述半導(dǎo)體基板中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子設(shè)備，其含有電子元件， 所述電子元件是配線導(dǎo)體、其他電子設(shè)備或電子部件，該導(dǎo)體部分的至少一部分擴散接合在所述柱狀導(dǎo)體的兩端面的至少一端面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電子設(shè)備，其使用納米復(fù)合結(jié)構(gòu)合金焊料或納米復(fù)合結(jié)構(gòu)微粉末，將其他的導(dǎo)體液相擴散接合或固相擴散接合在所述柱狀導(dǎo)體的兩端面的至少一端面上。
【文檔編號】H01B1/22GK104425052SQ201410415257
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月21日
【發(fā)明者】關(guān)根重信, 關(guān)根由莉奈 申請人:納普拉有限公司