Silver sinterable bonding material for bended dispensing tool and semiconductor device using the same

Abstract

This invention relates to a silver sinterable bonding material for bended dispensing tool, the sintered product, the assembly and the use thereof. In particular, the present invention relates to a silver sinterable bonding material which is capable of being stably sintered on various substrates such as copper, gold or silver with excellent idling dispense performance, good sintering strength and electricity properties.

Description

Silver Sinterable Bonding Material for Bended Dispensing Tool and Semiconductor Device Using the SameTechnical field

[0001] The present invention relates to a bonding material, particularly relates to a silver sinterable bonding material for bended dispensing tool, the sintered product, the assembly and the use thereof.Background of the invention

[0002] With the rapid development of wireless communication technology and the advent of the 5G era, the demand for antennas and radio frequency frond end (RFFE) have surged significantly. Device miniaturization and high-density integration have become the prevailing trends in the industry. In particular, power amplifiers (PAs) , which are critical for radio frequency signal transmission in RFFE chips, have led to heightened requirements for thermal management and reliability. As a result, the need for an advanced high thermal conductivity bonding material, such as a pressure-less sinterable bonding material with excellent workability, has become essential. However, many end customers using Besi ESEC die-attach machines, which are equipped with bended dispensing tools, have encountered challenges with idle dispensing when working with these pressure-less sinterable bonding material, especially those with high silver content. The problem is caused by a bended dispensing tool that impedes the proper flow of material, causing dispensing to become ineffective and therefore increasing manufacturing costs.

[0003] Consequently, there remains a need to develop a silver sinterable bonding material for bended dispensing tool which is capable of address the idling dispensing issue without compromising the performance of sintering strength and electricity properties.Summary of the invention

[0004] After intensive studies, the inventors have found that the above problems can be solved by a silver sinterable bonding material comprising:

[0005] (A) at least one silver flake particles,

[0006] (B) at least one silver sphere particles having an average D50 particle size of from 550 nm to less than 4 μm,

[0007] (C) at least one epoxy resin, and

[0008] (D) at least one anhydride curing agent.

[0009] The silver sinterable bonding material of this invention is capable of stably sintering on various substrates such as copper, gold or silver, particularly gold and silver with good adhesion and sintering strength.

[0010] In another aspect of the invention, sintered product of the silver sinterable bonding material according to this invention is provided.

[0011] In an additional aspect of the invention, an assembly comprising a first substrate, a sintered product according to this invention, and a second substrate, wherein sintered product is dispensed or printed between the first substrate and the second substrate is provided.

[0012] In an additional aspect of the invention, a method for manufacturing a semiconductor device is provided.

[0013] In yet another aspect of the invention, the use of the silver sinterable bonding material of this invention in the manufacturing of semiconductor devices is provided.

[0014] Brief description of the figures

[0015] Fig. 1 shows the schematic drawing of the Idle dispense performance test.

[0016] Fig. 2 shows the dispensing result after idling for 10 minutes in Comparative Example 1.

[0017] Fig. 3 shows the dispensing result after idling for 10 minutes in Example 1.

[0018] Fig. 4 shows the dispensing result after idling for 10 minutes in Example 3.Detailed description of the invention

[0019] It is to be understood by one of ordinary skill in the art that the present invention is a description of exemplary embodiments only and is not intended as limiting the broader aspects of the present invention. Each aspect so described may be combined with any other aspect or aspects unless clearly indicated to the contrary. In particular, any feature indicated as being preferred or advantageous may be combined with any other feature or features indicated as being preferred or advantageous.

[0020] Unless specified otherwise, in the context of the present invention, the terms used are to be construed in accordance with the following definitions.

[0021] Unless specified otherwise, as used herein, the terms “a” , “an” and “the” include both singular and plural referents.

[0022] The terms “comprising” and “comprises” as used herein are synonymous with “including” , “includes” or “containing” , “contains” , and are inclusive or open-ended and do not exclude additional, non-recited members, elements or process steps.

[0023] The term “alloy” refers to a mixture containing two or more metals, and optionally additional non-metals, where the elements of the alloy are fused together or dissolved into each other when molten.

[0024] Unless specified otherwise, the recitation of numerical end points includes all numbers and fractions subsumed within the respective ranges, as well as the recited end points.

[0025] All references cited in the present specification are hereby incorporated by reference in their entirety.

[0026] Unless otherwise defined, all terms used in the present invention, including technical and scientific terms, have the meaning as commonly understood by one of the ordinary skilled in the art to which this invention belongs.

[0027] The present invention is directed to a silver sinterable bonding material comprising:

[0028] (A) at least one silver flake particles,

[0029] (B) at least one silver sphere particles having an average D50 particle size of from 550 nm to less than 4 μm,

[0030] (C) at least one epoxy resin, and

[0031] (D) at least one anhydride curing agent.

[0032] (A) Silver flake particles

[0033] The silver sinterable bonding material according to the present invention comprises at least one silver flake particles.

[0034] The “silver flake particles” herein refers to those silver particles having a flake-like shape. The silver particles having a flake shape has high contact area between the particles, which may increase the bonding strength of the sintered products. The shape of the silver particles herein is a shape when analyzed from scanning electron microscope (SEM) observation. Examples of the flake particles include particles with a shape called tabular, dished, scaly, and flaky. When silver flake particles are brought into contact with each other, the contact area increases compared with the case where silver sphere particles are brought into contact  with each other. Therefore, containing silver flake particles, the denseness of sintering of silver particles to each other will increase, and as a result, presumably, not only the electrical conductivity of a sintered product of the bonding material, but also sintered adhesion to the surface of a base metal is improved.

[0035] In some embodiments, the silver flake particles have a D50 particle size of from 1 nm to 6.0 μm, preferably from 10 nm to 5.0 μm, more preferably from 100 nm to 3.0 μm. When the particle size of the silver flake particles is within the above range, the silver flake particles are better dispersed in the bonding material, which can improve the preservation stability of the bonding material and provide a uniform bonding strength. Herein, the "D50 particle size" of the silver filler represents a median diameter in a volume-basis particle size distribution curve obtained by measurement with a laser diffraction particle size analyzer.

[0036] The silver flake particles may be used singly or in combination of two or more. If a combination of silver flake particles in different sizes used, the average D50 particle size of the silver flake particles after mixing preferably falls into the range of from 1 nm to 6.0 μm, more preferably from 10 nm to 5.0 μm, and even more preferably from 100 nm to 3.0 μm, measured by a laser diffraction particle size analyzer.

[0037] In preferred embodiments, the silver flake particles (A) comprise (A-1) micro silver flake particles having a D50 particle size of from 1 μm to 6.0 μm, preferably from 1 μm to 5.0 μm, and (A-2) nano silver flake particles having a D50 particle size of from 1 nm to less than 1 μm, preferably from 10 nm to 500 nm. The nano silver flake particles (A-2) proved to better induce sintering, but the high temperature die shear strength may be slightly decreased because of the inner stress, therefore mixing with micro silver flakes may balance all the properties of the sintered product. If both (A-1) and (A-2) present, the weight ratio of (A-1) and (A-2) is preferably from 1: 9 to 9: 1, more preferably from 1: 5 to 5: 1, even more preferably from 1: 1 to 5:1.

[0038] In preferred embodiments, the silver flake particles have a tap density of from 2 to 15 g / cm3, preferably from 2 to 10 g / cm3.

[0039] In preferred embodiments, the silver flake particles have a specific surface area of from 0.1 to 5.0 m2 / g.

[0040] The silver flake particles used in the present invention can be manufactured by a known method such as a reduction method, a milling method, an electrolysis method, an atomization method, or a heat treatment method.

[0041] In certain embodiments, the surface of the silver flake particles may be coated with an organic substance.

[0042] Herein, the state where silver flake particles are "coated with the organic substance" includes a state where an organic solvent is adhered to the surface of silver flake particles by dispersing the silver flake particles in the organic solvent.

[0043] Examples of the organic substance coating the silver flake particles may include a hydrophilic organic compound such as an alkyl alcohol having 1 to 5 carbon atoms, an alkanethiol having 1 to 5 carbon atoms, and an alkane polyol having 1 to 5 carbon atoms, or a lower fatty acid having 1 to 5 carbon atoms; and a hydrophobic organic compound such as a higher fatty acid having 15 or more carbon atoms and its derivatives, a middle fatty acid having 6 to 14 carbon atoms and its derivatives, an alkyl alcohol having 6 or more carbon atoms, an alkylamine having 16 or more carbon atoms, or an alkanethiol having 6 or more carbon atoms.

[0044] Examples of the higher fatty acid include a straight-chain saturated fatty acid such as pentadecanoic acid, hexadecane acid, heptadecanoic acid, octadecanoic acid, 12-hydroxy octadecanoic acid, eicosanoic acid, docosanoic acid, tetracosanoic acid, hexacosanoic acid (cerinic acid) , or octacosanoic acid; a branched saturated fatty acid such as 2-pentyl nonanoic acid, 2-hexyl decanoic acid, 2-heptyl dodecanoic acid, or isostearic acid; and an unsaturated fatty acid such as palmitoleic acid, oleic acid, isooleic acid, elaidic acid, linoleic acid, linolenic acid, recinoleic acid, gadoleic acid, erucic acid, and selacholeic acid.

[0045] Examples of the middle fatty acid include a straight-chain saturated fatty acid such as hexanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, undecanoic acid, dodecanoic acid, tridecanoic acid, or tetradecanoic acid; a branched saturated fatty acid such as isohexanoic acid, isoheptanoic acid, 2-ethylhexanoic acid, isooctane acid, isononanoic acid, 2-propyl heptanoic acid, isodecanoic acid, isoundecanoic acid, 2-butyl octanoic acid, isododecanoic acid, and isotridecanoic acid; and an unsaturated fatty acid such as 10-undecenoic acid.

[0046] Examples of a method for manufacturing silver flake particles having a surface coated with an organic substance include, but are not particularly limited to, a method for manufacturing silver flake particles in the presence of an organic solvent by a reductive method. Specifically, the silver flake particles can be obtained by mixing a carboxylic acid silver salt with a primary amine and depositing a conductive filler using a reducing agent in the presence of an organic solvent.

[0047] It is possible to use commercially available silver flake particles in the present invention. Examples thereof include TC-505 available from Tokuriki Honten Co., Ltd., S0003-NM2 from Ames, and FA-SAB-238 available from Dowa Electronics Materials Co., Ltd.

[0048] When the surface of the silver flake particles is coated with the organic substance, the aggregation of the silver flake particles in the adhesive material can be more prevented or reduced.

[0049] With particular preference, the silver flake particles may be incorporated in the silver sinterable bonding material in an amount of from 5%to 91.8%by weight, preferably from 30%to 85%by weight, such as 5, 8, 11, 18, 22, 28, 33, 45, 58, 60, 64, 72, 76, 78, 82, 84, 86, 88, 91 wt. %, or any ranges between two numbers listed above, based on the total weight of the bonding material.

[0050] (B) Silver Sphere Particles

[0051] The silver sinterable bonding material according to the present invention comprises at least one silver sphere particles having a D50 particle size of from 550 nm to less than 4 μm.

[0052] The “silver sphere particles” used herein refers to those silver particles with a shape of nearly spherical. The shape of the silver particles herein is a shape when analyzed from scanning electron microscope (SEM) observation. In preferred embodiments, the aspect ratio of the silver sphere particles is from 0.8 to 1.2.

[0053] Previous prior arts reported that silver sphere particles were seldom used in the silver sinterable bonding material, as even small amount of silver sphere particles may be detrimental to the electricity performance compared to silver flakes. This is attributed to the superior surface or line contact provided by silver flakes over the point contact of silver spheres. However, the inventors have surprisingly found that the incorporation of the silver sphere particles in the specific range of particle size in sinterable bonding materials can greatly improve the idle dispensing performance on metal surfaces while remaining good electricity properties and mechanical properties.

[0054] According to the present invention, the silver sphere particles shall have a D50 particle size of from 550 nm to less than 4 μm, preferably from 600 nm to less than 4 μm, more preferably from 800 nm to 3.5 μm, and even more preferably from 1 μm to 3.5 μm. The particle size of the silver sphere particles is critical in improving the idle dispensing performance and remaining electricity properties and mechanical properties. If the D50 particle size of the silver sphere particles is less than 550 nm, the DSS at high temperature may decrease and the idle dispense performance may be not satisfactory. The die shear strength may decrease if the  D50 particle size is 4 μm or above. This is because larger silver particle sizes lead to a reduction in junction points, which in turn weakens the diffusion ability of the silver particles and result in poor sintering and low adhesion on metal bonding.

[0055] In preferred embodiments, the silver sphere particles have a tap density of from 2 to 15 g / cm3, preferably from 3.7 to 7.2 g / cm3.

[0056] In preferred embodiments, the silver sphere particles have a specific surface area of from 0.2 to 1.1 m2 / g.

[0057] The silver sphere particles used in the present invention can be manufactured by a known method such as a reduction method.

[0058] In certain embodiments, the surface of the silver sphere particles may be coated with an organic substance, or silver sphere particles with hollow in the center can be used in the present invention.

[0059] The silver sphere particles (B) may be used singly or in combination of two or more.

[0060] It is possible to use commercially available silver sphere particles in the present invention. Examples thereof include SN500, FG97-PD available from Suzhou Smart Advanced Coating Technologies CO., LTD, 18025-NM2 from Ames, and Ag-4-8F, Ag-5-8FDI available from Dowa.

[0061] With particular preference, the silver sphere particles (B) may be incorporated in the silver sinterable bonding material in an amount of from 8%to 65%by weight, preferably from 10%to 60%by weight, more preferably from 10%to 50%, such as 8, 10, 12, 14, 24, 33, 35, 38, 40, 45, 48, 52, 55, 58 wt. %, or any ranges between two numbers listed above, based on the total weight of the bonding material. Within this content range, the idling performance of the silver sinterable bonding material may be greatly improved while without impairing other properties, such as die shearing strength and volume resistivity.

[0062] (C) Epoxy Resin

[0063] The silver sinterable bonding material according to the present invention comprises at least one (C) an epoxy resin.

[0064] The epoxy resin which can be used in the material according to the present invention is not particularly limited. Examples thereof include bisphenol A-type epoxy resin, bisphenol F-type epoxy resin, bisphenol S-type epoxy resin, 2, 2’ -diallyl bisphenol A-type epoxy resin,  hydrogenated bisphenol-type epoxy resin, propylene oxide addition bisphenol A-type epoxy resin, resorcinol-type epoxy resin, bisphenyl-type epoxy resin, sulfide-type epoxy resin, diphenyl ether-type epoxy resin, dicyclopentadiene-type epoxy resin, naphthalene-type epoxy resin, phenol novolac-type epoxy resin, naphthalene phenol novolac-type epoxy resin, glycidyl amine-type epoxy resin, alkyl polyol-type epoxy resin, rubber-modified-type epoxy resin, glycidyl ester compounds, bisphenol A-type episulfide resin and a combination thereof.. Preferably, the epoxy resin is a bisphenol A-type epoxy resin and / or a bisphenol F-type epoxy resin.

[0065] Examples of commercially available epoxy resin include but are not limited to EPICLON 850-S and 830-S, both of which are available from DIC Corporation; EP-4000S, EP-4000L, EP-4003S and EP-4010S, all of which are available from ADEKA Corporation; and jER-828US and jER-YL983U, both of which are available from Mitsubishi Chemical Corporation. Preferably, component (A) is jER-828US available from Mitsubishi Chemical Corporation.

[0066] With particular preference, the epoxy resin may be incorporated in the silver sinterable bonding material in an amount of from 0.1%to 15%by weight, preferably from 0.5%to 6%by weight, such as 0.2, 0.4, 0.8, 1.2, 2.4, 2.8, 3.2, 4.4, 5.5, 6.8, 7.2, 7.8, 8.4, 8.8, 9.2, 9.8, 10.2, 10.8, 11.2, 11.8, 12.0, 12.5, 13.0, 13.5, 14.0, 14.5, 14.8 wt. %, or any ranges between two numbers listed above, based on the total weight of the bonding material.

[0067] (D) Anhydride curing agent

[0068] The silver sinterable bonding material according to the present invention comprises at least one (D) anhydride curing agent.

[0069] Component (D) serves as a curing agent and reacts with component (C) the epoxy resin to form crosslinked thermoset plastics with three-dimensional network and imparts excellent adhesion and heat resistance to the adhesive material.

[0070] The present inventors surprisingly found that when compared with other types curing agents for epoxy resins, such as phenol-based curing agents, and amine-based curing agents (e.g., guanidine-based curing agents) , the anhydride-based curing agents impart a significantly higher thermal and electrical conductivity to the whole bonding materials.

[0071] There is no specific limitation on the species of anhydrides, any anhydrides commonly used in adhesive materials may be used in the present disclosure. In some examples, the anhydride is selected from monofunctional, bifunctional and multifunctional anhydrides. The anhydride may be an aliphatic anhydride, an alicyclic anhydride, an aromatic anhydride, or any combination thereof. The anhydride is preferably selected from the group consisting of nadic  anhydride (NA) , methylnadic anhydride (MNA) , phthalic anhydride (PA) , tetrahydrophthalic anhydride (THPA) , methyltetrahydrophthalic anhydride (MTHPA) , hexachloroendomethylene tetrahydrophthalic anhydride (Chlorentic Anhydride) , endomethylenetetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride (HHPA) , methylhexahydrophthalic anhydride (MHHPA) , norbonene-based anhydrides such as 5-norbonene-2, 3-dicarboxylic anhydride, adipic anhydride, trimellitic anhydride, pyromellitic dianhydride, maleic anhydride (MA) , succinic anhydride (SA) , nonenylsuccinic anhydride, dodecylsuccinic anhydride (DDSA) , polyazelaic polyanhydride, polysebacic polyanhydride, and a combination thereof.

[0072] Examples of commercially available anhydrides include HHPA, MTHPA and DDSA available from Anhydrides and Chemicals Inc., Newark, N. J. ; MHHPA available from BASF; and MA and MNA available from Aldrich.

[0073] In some examples, the molar ratio of the epoxy group in component (C) the epoxy resin to the anhydride group in component (D) the anhydride is from 0.2 to 3, preferably from 0.7 to 1.3. This molar ratio ensures a sufficient crosslinking reaction between component (C) the epoxy resin and component (D) the anhydride.

[0074] With particular preference, the anhydride curing agent may be incorporated in the silver sinterable bonding material in an amount of from 0.1%to 15%by weight, preferably from 0.5%to 6%by weight, such as 0.2, 0.4, 0.8, 1.2, 2.4, 2.8, 3.2, 4.4, 5.5, 6.8, 7.2, 7.8, 8.4, 8.8, 9.2, 9.8, 10.2, 10.8, 11.2, 11.8, 12.0, 12.5, 13.0, 13.5, 14.0, 14.5, 14.8 wt. %, or any ranges between two numbers listed above, based on the total weight of the bonding material.

[0075] (E) Optional components

[0076] The silver sinterable bonding material may optionally comprise a metal filler other than component (A) or (B) , an additive selected from a solvent, a fluxing agent, a peroxide, a flow additive, an adhesion promoter, a rheology modifier, a toughening agent, and a combination thereof.

[0077] The silver sinterable bonding material may optionally comprise a metal filler to substitute a portion of component (A) , selected from copper alloy, silver coated copper and the like.

[0078] There is no limitation on the type of the copper alloy as long as it comprises not more than 95 wt%copper (Cu) , preferably from 20 to 90 wt%copper (Cu) , more preferably from 28 to 90 wt%copper (Cu) , more preferably from 53 to 90 wt%copper (Cu) , and even more preferably from 60 to 90 wt%copper (Cu) , based on the weight of the alloy.

[0079] With particular reference, the metal filler other than component (A) or (B) may be incorporated into the silver sinterable bonding material in an amount of from 0.01%to 20%by weight, based on the total weight of the bonding material.

[0080] The silver sinterable bonding material may further comprise at least an additive selected from a solvent, a fluxing agent, a peroxide, a flow additive, an adhesion promoter, a rheology modifier, a toughening agent, and a mixture thereof.

[0081] The solvent may be added to decrease the viscosity of the bonding material. There is no limitation on the type of the solvent. Preferably the solvent has a flash point of more than 70℃, preferably more than 90℃, more preferably more than 120℃. The solvent can be selected from the group consisting of 2- (2-ethoxy-ethoxy) -ethyl acetate, propylene glycol monoethyl ether, butylethoxy ethyl acetate, propylene carbonate, cyclooctenone, cycloheptanone, cyclohexanone, linear or branched alkanes, and a mixture thereof.

[0082] Other commonly used additives may be further added to the silver sinterable bonding materials. Such common additives include fluxing agents, peroxides, flow additives, adhesion promoters, rheology modifiers, toughening agents, and a mixture thereof.

[0083] With particular preference, the additives may be optionally incorporated into the silver sinterable bonding material in an amount of not more than 10%by weight, based on the total weight of the bonding material.

[0084] In another aspect of the invention, sintered product of the silver sinterable bonding material according to this invention is provided.

[0085] In one particular embodiment, the silver sinterable bonding material, based on the total weight of the bonding material, comprising:

[0086] from 5%to 91.8%by weight, preferably from 30%to 85%by weight of at least one silver flake particles,

[0087] from 8%to 65%by weight, preferably from 10%to 60%by weight, more preferably from 10%to 50%by weight of at least one silver sphere particles having a D50 particle size of from 550 nm to less than 4 μm,

[0088] from 0.1%to 15%by weight, preferably from 0.5%to 6%by weight of at least one epoxy resin,

[0089] from 0.1%to 15%by weight, preferably from 0.5%to 6%by weight of at least one anhydride curing agent,

[0090] from 0 to 20%by weight of at least one optional metal filler selected from copper alloy, silver coated copper and combination thereof, and

[0091] from 0 to no more than 10%by weight of at least one additive.

[0092] In another aspect of the invention, sintered product of the sinterable bonding material according to this invention is provided.

[0093] The sinterable bonding materials described herein are prepared at room temperature. When used in semiconductor fabrication, these compositions have sufficient adhesion upon sintering to adhere metal coated dies to metal coated substrates. In particular, the compositions can be used to adhere silver or gold coated semiconductor dies to silver, gold or copper lead-frames or laminated substrates. In some embodiments the materials of this invention sinters at temperatures of from 150℃ to 300℃, preferably from 200℃ to 250℃. No pressure is needed to induce the sintering. At sintering temperatures, the solvent (if any) , the additives such as the peroxide, or fluxing agent (if any) and the unreacted organic substances contained in the silver fillers used in the material are burned off, leaving only the sintered product comprising the sintered silver and reacted epoxy resin.

[0094] In another aspect of the invention, provided is an assembly comprising a first substrate, a sintered product of this invention and a second substrate, wherein the sintered product is dispensed or printed between the first substrate and the second substrate.

[0095] In some embodiments, the substate can be selected from silver, copper, copper alloy, gold, nickel, titanium, brass and the like, or other non-metal substrate coated with the same.

[0096] In yet another aspect of the invention, provided is a method for manufacturing a semiconductor device comprising the steps of:

[0097] (i) providing two members to be bonded;

[0098] (ii) disposing the two members and a silver sinterable bonding material according to the present invention so that surfaces to be bonded of the two members face to each other with the bonding material disposed therebetween; and

[0099] (iii) heating the two members with the bonding material disposed therebetween to a predetermined temperature.

[0100] Preferably, the predetermined temperature in step (ii) is of from 150℃ to 300℃, more preferably from 200℃ to 250℃.

[0101] In yet another aspect of the invention, the use of the sinterable bonding material of this invention in the manufacturing of semiconductor devices is provided.

[0102] Thus, using the sinterable bonding material according to the invention, electronic components such as semiconductor devices, chip components, diodes, discrete components or  combination thereof may be joined to electrodes on a circuit board to thereby form an electronic circuit on the surface of the circuit board.

[0103] Examples

[0104] The following examples are intended to assist one skilled in the art to better understand and practice the present invention. The scope of the invention is not limited by the examples but is defined in the appended claims. All parts and percentages are based on weight unless otherwise stated.

[0105] Raw materials:

[0106] Silver flake 1: TC-505 Silver Powder, having an average D50 particle size of 2.5 μm and a specific surface area of 0.76 m2 / g, available from Tokuriki Chemical Research Co., Ltd.

[0107] Silver flake 2: S0003-NM2, silver flaks particles having an average D50 particle size of 310 nm and a specific surface area of 2.51 m2 / g, available from Ames.

[0108] Silver sphere particle 1: 18060-NM3, silver sphere particles having an average D50 particle size of 200 nm, available from Ames.

[0109] Silver sphere particle 2: SN500, silver sphere particles having an average D50 particle size of 550 nm, available from Suzhou Smart Advanced Coating Technologies CO., LTD.

[0110] Silver sphere particle 3: 18025-NM2, silver sphere particles having an average D50 particle size of 900 nm, available from Ames.

[0111] Silver sphere particle 4: FG97-PD, silver sphere particles having an average D50 particle size of 1.3 μm, available from Suzhou Smart Advanced Coating Technologies CO., LTD.

[0112] Silver sphere particle 5: Ag-4-8F, silver sphere particles having an average D50 particle size of 2 μm, available from Dowa.

[0113] Silver sphere particle 6: Ag-5-8FDI, silver sphere particles having an average D50 particle size of 3 μm, available from Dowa.

[0114] Silver sphere particle 7: AOS-3A, silver sphere particles having an average D50 particle size of 4 μm, available from Dowa.

[0115] Epoxy resin 1: Epiclon EXA 830-CRP, Bisphenol-F epichlorohydrin resin available from Dainippon Ink &Chemical.

[0116] Epoxy resin 2: Epiclon 850-CRP, Bisphenol-A, epichlorohydrin resin available from Dainippon Ink &Chemical.

[0117] Curing agent: Dodecenylsuccinic Anhydride, available from Lonza.

[0118] Solvent: 2- (2-butoxyethoxy) ethyl acetate, available from BASF.

[0119] Preparation method:

[0120] In the following examples, the samples were prepared by mixing and stirring at 1000 rpm in  at a temperature of below 30℃, preferably at room temperature to obtain a homogeneous material paste. Then all samples were used to be sintered at 5℃  / min to 130℃ for 30 minutes and then 5℃ / min to 220℃ for 60mins at N2 atmosphere. No pressure was used.

[0121] Test Methods:

[0122] <Viscosity>

[0123] The viscosity of each sample was measured with Brookfield Thermosel viscometer using spindle Cp51 under 5 rpm, 25℃. The viscosity under 5 rpm of from 8000 to 17000 cps is acceptable in the present invention.

[0124] <Volume resistivity>

[0125] The volume resistivity was determined in the following manner: aliquots of the prepared formulations were drawn down the surface of glass slides giving strips with strip dimensions of 6.35cm length, 2.54 mm width and approximately 50-micron thickness and then heated in an oven for 2hrs minutes at 200℃ to cure. After curing the strips were approximately 0.010 to 0.03 cm thick. Resistance was determined by measuring the voltage (V) drop along a 6.35 cm strip while passing current (I) through the strip, (R=V / I) . Three separate strips were prepared and measured for resistance and dimensions. The volume resistivity (Rv) was calculated for each strip using the formula Rv= (R (w) (t)  / L) where R is the electrical resistance of the sample in ohms measured using an ohmmeter or equivalent resistance measuring device, w and t are the width and thickness of the sample, in centimeters, and L is the distance in centimeters between the electrical conductors of the resistance measuring device. Volume resistivity units are reported in Ohm·cm. The target volume resistivity is less than 5E-05 Ohm·cm.

[0126] <Die Shear Strength>

[0127] Die Shear Strength (DSS) at room temperature and high temperature was measured respectively using DAGE4000 with a heater adapter plate capable of reaching 260℃. The materials were coated onto 2x2 mm2 silver coated dies and employed to a commercial type of Ag coated copper lead-frame (QPL) used in the semiconductor industry. The samples were sintered according to the sintering profile stated above. Each sample was tested eight times under the same condition and the average die shear strength was calculated and recorded by simplistic average method so as to eliminate error. The target of the average DSS at room temperature was greater than or equal to 9.0 Kg and the target of the average DSS at 260℃ was greater than or equal to 6.0 Kg.

[0128] <Idle Dispense Performance Test>

[0129] The idle dispense performance of each sample was measured based on the following steps:

[0130] (i) a bond line with a length of 7 mm was dispensed by a bended dispensing tool, followed by a quick 2 mm shift before dispensing the next 7 mm bond line. This process was repeated 20 times to form the first group of 20 bond lines;

[0131] (ii) After completing the first group, the bended dispensing tool idled for 1 minute before dispensing the second group of 20 bond lines of 7 mm length;

[0132] (iii) Following the second group, the bended dispensing tool idled for 3 minutes before dispensing the third group of 20 bond lines;

[0133] (iv) Following the third group, the bended dispensing tool idled for 5 minutes before dispensing the fourth group of 20 bond lines; and

[0134] (v) Finally, the bended dispensing tool idled for 10 minutes before dispensing the fifth group of 20 bond lines.

[0135] The last 5 bond lines in the first group was considered as a stable dispense and their width were measured. The average width was recorded as T0. Then, the width of the first 5 bond lines in the second group was measured and labeled as T1. Similarly, the average width of the first 5 bond lines in the third group (T2) , the first 5 bond lines in the fourth group (T3) and the first 5 bond lines in the fifth group (T4) were measured. The dispense deviation ratio of the second group, the third group and the fourth group was calculated using the following equations: DV1= (T1 -T0)  / T0*100%, DV2= (T2 -T0)  / T0*100%, DV3= (T3 -T0)  / T0*100%, DV4=(T4 -T0)  / T0*100%respectively.

[0136] Criteria:

[0137] The deviation ratio of larger than ±10%: ×

[0138] The deviation ratio is from ±10%to less than ±5%: ▲

[0139] The deviation ration is from 0 to ±5%: ◎

[0140] The DV1, DV2, DV3 and DV4 were classified according to the above criteria and shown in Tables 1 and 2. The target deviation ratio of DV1, DV2, DV3 is ◎ and the target deviation ratio of DV4 is ▲ or ◎.

[0141] Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3

[0142] In this set of examples, one silver sinterable bonding material without silver sphere particles according to the present invention (CE. 1) , two silver sinterable bonding material comprising silver sphere particles having D50 particle size out of the claimed range (CE2 and CE3) and five materials comprising silver sphere particles according to this invention (EX1 to EX5) were prepared based on weight percentage specified in the following table. And the test results were also shown in the Table 1.

[0143] Table 1

[0144] As shown in Table 1 and Figures, Examples 1 to 5 demonstrated improved idling dispense performance and higher DSS at both room temperature and high temperature compared with Comparative Examples 1 to 3 where no silver sphere particles were used (CE1) and silver sphere particles with a D50 particle size outside the claimed range were used (CE 2 and 3) .

[0145] As shown in Figures, Fig. 2 illustrates a significant discontinuous dispensing after idling for 10 minutes in Comparative Example 1 (CE1) , indicating insufficient adhesive application and the need for rework when used in production lines. Fig. 3 shows that the idling dispense performance was improved in Example 1 (EX1) , still a small portion of the bond lines remained inconsistent after 10 minutes of idling. In contrast, Fig. 4 demonstrates that) , nearly all the bond lines were continuous with uniform adhesive width in Example 3 (EX3) .

[0146] Examples 6 to 10

[0147] In this set of examples, silver sinterable bonding materials having different amount of silver sphere particles according to the present invention (EX7 to EX10) and one silver sinterable bonding material with a combination of two different silver sphere particles according to this invention (EX. 6) were prepared based on weight percentage specified in the following table. And the test results were also shown in the Table 2.

[0148] Table 2

[0149] As shown in Table 2, when a combination of two different silver sphere particles according to this invention was used (EX. 6) , excellent idling dispense performance, high DSS, and superior electrical performance were achieved. Examples 7 to 10 (EX7 to EX10) further demonstrated that incorporating a specific amount of silver sphere particles as described in this invention improves idling dispense performance while maintaining other properties.

[0150] Although some preferred embodiments have been described, many modifications and variations may be made thereto in light of the above teachings. It is therefore to be understood that the invention may be practiced otherwise than as specifically described without departing from the scope of the appended claims.

Claims

1.A silver sinterable bonding material, comprising:(A) at least one silver flake particles,(B) at least one silver sphere particles having a D50 particle size of from 550 nm to less than 4 μm,(C) at least one epoxy resin, and(D) at least one anhydride curing agent.2.The silver sinterable bonding material according to claim 1, wherein the silver flake particles (A) have a D50 particle size of from 1 nm to 6.0 μm, preferably from 10 nm to 5.0 μm, more preferably from 100 nm to 3.0 μm.3.The silver sinterable bonding material according to claim 1 or 2, wherein the silver flake particles (A) comprise (A-1) micro silver flake particles having a D50 particle size of from 1 μm to 6.0 μm, preferably from 1 μm to 5.0 μm, and (A-2) nano silver flake particles having a D50 particle size of from 1 nm to less than 1 μm, preferably from 10 nm to 500 nm.4.The silver sinterable bonding material according to any one of preceding claims, wherein silver sphere particles (B) have a D50 particle size of from 600 nm to less than 4 μm, preferably from 800 nm to 3.5 μm, more preferably from 1 μm to 3.5 μm.5.The silver sinterable bonding material according to any one of preceding claims, wherein the epoxy resin (C) is selected from bisphenol A-type epoxy resin, bisphenol F-type epoxy resin, bisphenol S-type epoxy resin, 2, 2’-diallyl bisphenol A-type epoxy resin, hydrogenated bisphenol-type epoxy resin, propylene oxide addition bisphenol A-type epoxy resin, resorcinol-type epoxy resin, bisphenyl-type epoxy resin, sulfide-type epoxy resin, diphenyl ether-type epoxy resin, dicyclopentadiene-type epoxy resin, naphthalene-type epoxy resin, phenol novolac-type epoxy resin, naphthalene phenol novolac-type epoxy resin, glycidyl amine-type epoxy resin, alkyl polyol-type epoxy resin, rubber-modified-type epoxy resin, glycidyl ester compounds, bisphenol A-type episulfide resin, and a combination thereof.6.The silver sinterable bonding material according to any one of preceding claims, wherein the curing agent (D) is selected from monofunctional, bifunctional and multifunctional anhydrides, and is preferably selected from the group consisting of nadic anhydride (NA) , methylnadic anhydride (MNA) , phthalic anhydride (PA) , tetrahydrophthalic anhydride (THPA) , methyltetrahydrophthalic anhydride (MTHPA) ,  hexachloroendomethylene tetrahydrophthalic anhydride (Chlorentic Anhydride) , endomethylenetetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride (HHPA) , methylhexahydrophthalic anhydride (MHHPA) , norbonene-based anhydrides such as 5-norbonene-2, 3-dicarboxylic anhydride, adipic anhydride, trimellitic anhydride, pyromellitic dianhydride, maleic anhydride (MA) , succinic anhydride (SA) , nonenylsuccinic anhydride, dodecenylsuccinic anhydride (DDSA) , polyazelaic polyanhydride, polysebacic polyanhydride, and a combination thereof.7.The silver sinterable bonding material according to any one of preceding claims, wherein the component (A) is present in an amount of from 5%to 91.8%by weight, preferably from 30%to 85%by weight, based on the total weight of the bonding material.8.The silver sinterable bonding material according to any one of preceding claims, wherein the component (B) is present in an amount of from 8%to 65%by weight, preferably from 10%to 60%by weight, more preferably from 10%to 50%, based on the total weight of the bonding material.9.The silver sinterable bonding material according to any one of preceding claims, wherein the component (C) is present in an amount of from 0.1%to 15%by weight, preferably from 0.5%to 6%by weight, based on the total weight of the bonding material.10.The silver sinterable bonding material according to any one of preceding claims, wherein the component (D) is present in an amount of from 0.1%to 15%by weight, preferably from 0.5%to 6%by weight, based on the total weight of the bonding material.11.The silver sinterable bonding material according to any one of preceding claims, wherein the material further comprises a metal filler other than component (A) or (B) , an additive selected from a solvent, a fluxing agent, a peroxide, a flow additive, an adhesion promoter, a rheology modifier, a toughening agent, and a combination thereof.12.Sintered product of the silver sinterable bonding material according to any one of claims 1 to 11.13.An assembly comprising a first substrate, a sintered product according to claim 12, and a second substrate, wherein the sintered product is dispensed or printed between the first substrate and the second substrate.14.A method for manufacturing a semiconductor device comprising the steps of:(i) providing two members to be bonded;(ii) disposing the two members and a silver sinterable bonding material according to any one of claims 1 to 11 so that surfaces to be bonded of the two members face to each other with the bonding material disposed therebetween; and(iii) heating the two members with the bonding material disposed therebetween to a predetermined temperature.15.Use of the silver sinterable bonding material according to any one of claim 1 to 11 or the sintered product according to claim 12 in the manufacturing of semiconductor devices.

Images