JP2009279649A - 接合材料及び接合材料の成分算出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接合時間が短く、接合強度を安定させることが可能な接合材料を提供する。
【解決手段】炭酸銀２４による反応促進機能と、ミリスチン酸（ミリスチン酸銀１６及びミリスチン酸銀結晶体２６）の反応促進機能との相乗効果、すなわち、ミリスチン酸によって炭酸銀２４の還元を促進し、加熱・焼成による有機分解反応に必要な酸素の供給源とすることで、ミリスチン酸の分解反応がより活性化し、接合材料１２の塗布範囲の全体にわたって発熱量が増大することにより、接合強度の向上、接合時間の短縮が図られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属ナノ粒子を被接合部材間の所定の位置に保持した状態で加熱・焼成することにより、被接合部材同士を接合するための接合材料と、接合材料の成分算出方法に関するものである。

従来から、部材同士を接合する手法として、ソルダリング、ボンディング、ウェルディング等様々な手法が用いられている。一方で、近年、環境汚染に対するより一層の配慮が求められていることや、被接合部材の性質如何によっては、これら従来の接合手法が不適切となる場合がある点を考慮して、金属ナノ粒子を用いた接合技術が用いられるようになっている（例えば、特許文献１、２参照。）。

特開２００７−４６１６７号公報 特開２００７−６３５８０号公報

この、金属ナノ粒子を用いた接合技術は、金属ナノ粒子とバインダーとが含まれる接合材料を、被接合部材の所定の位置に塗布して被接合部材間に保持した状態で、被接合部材及び接合材料を加熱・加圧して接合部材を焼成する。この際、バインダーが分解され、金属ナノ粒子同士が密着して被接合材料と結合することにより、被接合部材同士を接合する接合方法である。
ここで用いられる金属ナノ粒子は、有機保護膜によって覆われており、更に、バインダー及び溶剤が混合されることにより、常温ではペースト状の接合材料として取り扱われている。そして、接合部材を焼成する際には、被接合部材及び接合材料を加熱すると共に被接合部材同士を加圧することによって、バインダー、溶剤及び有機保護膜を分解、蒸発させ、金属ナノ粒子同士を密着、接合させるものである。

さて、金属ナノ粒子を用いた接合技術における具体的接合手順は、図９に示される通りである。
（i）塗布工程：被接合部材１０（１０Ａ）の接合面に、有機保護膜１６で被覆された金属ナノ粒子１８と、バインダー２０と、溶剤２２とが混合された接合材料１２を塗布する。なお、図示の例では、被接合部材１０には銅板、金属ナノ粒子１８には銀ナノ粒子、バインダー２０にははんだ用樹脂系フラックス、溶剤２２にはアルコールが用いられている。
（ii）乾燥工程：塗布工程にて被接合部材１０の接合面に塗布した接合材料１２を乾燥させ、接合材料１２から溶剤２２を蒸発させる。
（iii）組付工程：接合材料１２が塗布された被接合部材１０（１０Ａ）に、被接合部材１０（１０Ｂ）を重ね合わせ、２枚の被接合部材１０（１０Ａ、１０Ｂ）で、接合材料１２を挟持する。
（iv）加熱・加圧工程：接合材料１２がその接合温度以上となるように加熱しながら、加圧力Ｐ_１で、被接合部材同士１０（１０Ａ、１０Ｂ）を加圧する。
（v）接合工程（接合完了工程）：接合材料１２がその接合温度以上に維持された状態で、被接合部材１０（１０Ａ、１０Ｂ）に、必要な接合強度を得るための圧力を付与することにより、被接合部材１０（１０Ａ、１０Ｂ）同士を接合する。

上記の金属ナノ粒子を用いた接合方法において、加圧・焼成時には（ステップ（iv））、分解した有機保護膜１６が被接合部材１０の表面に形成された酸化膜を還元し、被接合部材１０の表面が活性化されることで、被接合部材１０と金属ナノ粒子１８との間には高い接合性を得ることができる。しかしながら、金属ナノ粒子を含む接合材料を用いた接合方法は、従来の接合方法との比較において、接合時間が長く（３０分〜６０分程度）、接合強度の安定化も困難であるという欠点が指摘されている。特に、被接合部材の接合面に塗布する接合材料の塗布範囲が広くなるほど、塗布範囲の外周側の反応が先に進行してしまい、塗布範囲の中央寄りの部分の反応に必要な酸素が不足して、未反応領域が生じることとなる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、金属ナノ粒子を用いた接合技術において、かかる欠点を解消すべく、接合時間が短く、接合強度を安定させることが可能な接合材料を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の接合材料は、被接合部材間に保持され加熱・焼成されることにより被接合部材同士を接合する接合材料であって、
金属ナノ粒子として銀ナノ粒子を含有し、銀ナノ粒子の同士の反応（密着・接合）を、接合材料の塗布範囲の全体に渡って促進させる、反応促進材を含有することにより、接合強度の安定化、若しくは、接合時間の短縮を図るものである。
又、上記課題を解決するために、本発明の接合材料の成分算出方法は、前記結晶体を含むカルボン酸類のうち、前記銀ナノ粒子表面の保護膜を構成するカルボン酸銀の含有比率と、カルボン酸銀結晶体の含有比率とを、測定が容易な銀量及びカルボン酸量に基づき把握することで、測定が困難な、前記銀ナノ粒子表面の保護膜を構成するカルボン酸銀の含有比率と、前記カルボン酸銀結晶体の含有比率とを求めるものである。

（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。又、各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではない。よって、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。

（１）被接合部材間に保持され加熱・焼成されることにより被接合部材同士を接合する接合材料であって、銀ナノ粒子と、炭酸銀あるいは酸化銀と、結晶体を含むカルボン酸類とが成分に含まれる接合材料（請求項１）。
本項に記載の接合材料は、炭酸銀あるいは酸化銀による反応促進機能と、カルボン酸類の反応促進機能との相乗効果（すなわち、カルボン酸類によって炭酸銀あるいは酸化銀の還元を促進し、加熱・焼成による有機分解反応に必要な酸素の供給源とすることで、カルボン酸類の分解反応がより活性化し、接合材料の塗布範囲の全体にわたって発熱量が増大する。）により、接合強度の向上、接合時間の短縮が図られるものである。

（２）上記（１）項において、前記銀ナノ粒子の含有比率が１０〜４０ｗｔ％、前記結晶体を含むカルボン酸類の含有比率が１〜６ｗｔ％であり、その他の含有成分が前記炭酸銀あるいは酸化銀である接合材料（請求項２）。
本項に記載の接合材料は、銀ナノ粒子の含有比率が１０〜４０ｗｔ％、結晶体を含むカルボン酸類の含有比率が１〜６ｗｔ％であり、その他の含有成分が前記炭酸銀あるいは酸化銀であることにより、炭酸銀あるいは酸化銀による反応促進機能と、カルボン酸類の反応促進機能との相乗効果を高め、接合強度の向上、接合時間の短縮が図られるものである。

（３）上記（１）又は（２）項において、前記結晶体を含むカルボン酸類のうち、前記銀ナノ粒子表面の保護膜を構成するカルボン酸銀の含有比率が２．０ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下、カルボン酸銀結晶体の含有比率が０．５ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下、その他のカルボン酸類の含有比率が２ｗｔ％以下である接合材料（請求項３）。
本項に記載の接合材料は、銀ナノ粒子表面の保護膜を構成するカルボン酸銀の含有比率が２．０ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下、カルボン酸銀結晶体の含有比率が０．５ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下、その他のカルボン酸類の含有比率が２ｗｔ％以下であることにより、炭酸銀あるいは酸化銀による反応促進機能と、カルボン酸類の反応促進機能との相乗効果を更に高め、接合強度の向上、接合時間の短縮が図られるものである。なお、かかる含有比率とすることで、後述する所定の引っ張り試験の結果、被接合部材同士の接合強度として少なくとも３７．５Ｍｐａが確保されることが確認されている。

（４）上記（３）項において、前記結晶体を含むカルボン酸類のうち、前記銀ナノ粒子表面の保護膜を構成するカルボン酸銀の含有比率が３．７ｗｔ％以上４．２ｗｔ％以下、カルボン酸銀結晶体の含有比率が１．３ｗｔ％以上１．８ｗｔ％以下である接合材料（請求項４）。
銀ナノ粒子表面の保護膜を構成するカルボン酸銀の含有比率が３．７ｗｔ％以上４．２ｗｔ％以下、カルボン酸銀結晶体の含有比率が１．３ｗｔ％以上１．８ｗｔ％以下であることにより、炭酸銀あるいは酸化銀による反応促進機能と、カルボン酸類の反応促進機能との相乗効果を更に高め、接合強度の向上、接合時間の短縮が図られるものである。なお、かかる含有比率とすることで、後述する所定の引っ張り試験の結果、被接合部材同士の接合強度として７５．０Ｍｐａ以上が確保されることが確認されている。

（５）上記（１）から（４）項において、前記カルボン酸類が、Ｃ１２〜Ｃ２０の１価の長鎖飽和カルボン酸である接合材料（請求項５）。
本項に記載の接合材料は、カルボン酸類が、Ｃ１２〜Ｃ２０の１価の長鎖飽和カルボン酸であることにより、炭酸銀あるいは酸化銀による反応促進機能と、カルボン酸類の反応促進機能との相乗効果を更に高め、接合強度の向上、接合時間の短縮が図られるものである。

（６）上記（１）から（５）項において、前記銀ナノ粒子の粒径が１ｎｍ〜５０ｎｍである接合材料（請求項６）。
本項に記載の接合材料は、銀ナノ粒子の粒径が１ｎｍ〜５０ｎｍであることにより、被接合部材の近傍における、被接合部材と銀ナノ粒子との接合性が高まる。なお、銀ナノ粒子同士の接合性、及び、炭酸銀あるいは酸化銀の反応が進んで生じる銀粒子と銀ナノ粒子との接合性は、粒子サイズの如何に関わらず良好である。

（７）上記（１）から（６）項において、バインダーを含む接合材料。
本項に記載の接合材料は、バインダーによる被接合部材表面の酸化膜還元機能により、被接合部材と銀ナノ粒子との接合性が高まる。
（８）上記（１）から（７）項において、溶剤を含み、常温においてペースト状をなしている接合材料。
本項に記載の接合材料は、溶剤を含み、常温においてペースト状をなしていることにより、常温での良好な取り扱い性や、被接合部材への塗布作業の容易性が確保されるものである。

（９）上記（１）から（６）項記載の接合材料に含まれる銀量及びカルボン酸量を検出し、これらの値に基づいて、前記銀ナノ粒子表面の保護膜を構成するカルボン酸銀の割合と、前記カルボン酸銀結晶体の割合とを把握する接合材料の成分算出方法（請求項７）。
本項に記載の接合材料の成分算出方法は、測定が容易な銀量及びカルボン酸量を測定し、その値に基づき、銀ナノ粒子表面の保護膜を構成するカルボン酸銀の含有比率と、カルボン酸銀結晶体の含有比率とを把握することで、直接的に測定することが困難な、前記銀ナノ粒子表面の保護膜を構成するカルボン酸銀の含有比率と、前記カルボン酸銀結晶体の含有比率とを、正確に求めるものである。

（１０）上記（９）項記載の接合材料の成分算出方法において、前記銀ナノ粒子の表面積と、前記銀ナノ粒子表面の保護膜を構成するカルボン酸銀の１分子が前記銀ナノ粒子表面に占める面積との関係を求め、
これらの関係から、前記カルボン酸銀の保護膜を有する銀ナノ粒子の全体に占める、銀量及びカルボン酸量の割合を、カルボン酸銀結晶体を含まない材料ロットについて把握し、
かかる銀量及びカルボン酸量の割合を基準値とし、算出対象となる材料ロットに係るカルボン酸量のうち前記基準値を上回る分のカルボン酸量に基づき、前記算出対象となる材料ロットに含まれるカルボン酸銀結晶体量を把握する接合材料の成分算出方法。
本項に記載の接合材料の成分算出方法は、カルボン酸銀結晶体を含まない材料ロットについて、測定が容易な銀量及びカルボン酸量を測定し、その値に基づき、算出対象となる材料ロットに係るカルボン酸量のうち前記基準値を上回る分のカルボン酸量を把握する。そして、この基準値を上回る分のカルボン酸量を、カルボン酸銀結晶体に係るカルボン酸の量と把握することにより、算出対象となる材料ロットに係る、銀ナノ粒子表面の保護膜を構成するカルボン酸銀の含有比率と、カルボン酸銀結晶体の含有比率とを、正確に求めるものである。

本発明はこのように構成したので、金属ナノ粒子を用いた接合技術において指摘されていた、接合時間が長く接合強度の安定化も困難であるという欠点を解消し、接合時間が短く、接合強度を安定させることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る、金属ナノ粒子用いて被接合部材同士を接合する接合手順を示す模式図である。 ミリスチン酸銀で被覆された銀ナノ粒子、炭酸銀及びミリスチン酸銀結晶体のＳＥＭ写真であり、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大したものである。 （ａ）は、銀ナノ粒子表面のミリスチン酸銀を一般構造式で示したものであり、（ｂ）はミリスチン酸銀結晶体を一般構造式で示したものである。 （ａ）は、ミリスチン酸１分子を示す模式図であり、（ｂ）は銀ナノ粒子の表面を被覆するミリスチン酸の被覆状態を示す模式図である。 接合材料を加熱することにより、接合材料から発生する発熱量を、従来のミリスチン酸銀結晶体を含まない材料ロット、従来の材料ロットのうち結果的に高強度が得られた材料ロット、及び、本発明の実施の形態に係る材料ロットで比較したグラフである。 （ａ）、（ｂ）は、被接合部材同士の接合強度を測るための、所定の引っ張り試験の実施方法を示す説明図であり、（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る接合材料の、炭酸銀、金属銀、ミリスチン酸銀銀結晶体、ミリスチン酸ナノ銀の含有比率を変えたときの、被接合部材同士の接合強度をまとめた図表である。 図６の図表の値を統計処理し、銀量及びミリスチン酸量の関係を、接合材料の強度毎に等高線で示したグラフである。 図６、図７に基づき、銀ナノ粒子表面の保護膜を構成するミリスチン酸銀の含有比率及びミリスチン酸銀結晶体の含有比率の関係を、接合材料の強度毎に等高線で示したグラフである。 従来の、金属ナノ粒子用いて被接合部材同士を接合する接合手順を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、従来技術と同一部分、若しくは相当する部分には同一符号を付し、詳しい説明を省略する。
図１には、本発明の実施の形態に係る、銀ナノ粒子用いて被接合部材同士を接合する接合方法の手順が、模式的に示されている。以下に、順を追って接合手順を説明する。

（I）接合材料の成分算出工程：カルボン酸銀１６で被覆された銀ナノ粒子１８と、炭酸銀（あるいは酸化銀）２４と、カルボン酸銀結晶体２６とを含む接合材料を製造する。なお、カルボン酸類が、Ｃ１２〜Ｃ２０の１価の長鎖飽和カルボン酸であることが望ましく、本発明の実施の形態では、ミリスチン酸が用いられている。又、銀ナノ粒子１８の含有比率が１０〜４０ｗｔ％、ミリスチン酸銀の含有比率が１〜６ｗｔ％であり、その他の含有成分が炭酸銀（あるいは酸化銀）２４であることが望ましい。しかも、後述の如く、ミリスチン酸銀のうち、銀ナノ粒子１８表面の保護膜を構成するミリスチン酸銀１６の含有比率が２．０ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下、ミリスチン酸銀結晶体２６の含有比率が０．５ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下、反応過程で不可避の生成物であるその他のカルボン酸類の含有比率が２ｗｔ％以下であることが望ましい。加えて、少なくとも銀ナノ粒子１８の粒径は、１ｎｍ〜５０ｎｍであることが望ましい。
参考までに、図２（ａ）、（ｂ）には、これら、ミリスチン酸銀で被覆された銀ナノ粒子１８、炭酸銀２４及びミリスチン酸銀結晶体２６のＳＥＭ写真が示されている。又、図３（ａ）には、銀ナノ粒子１８表面のミリスチン酸銀１６が一般構造式で示され、図３（ｂ）にはミリスチン酸銀結晶体２６が一般構造式で示されている。なお、接合材料の具体的成分算出方法については、後述する。

（II）塗布工程、乾燥工程及び組付工程：塗布工程では、（I）の接合材料に、更に、バインダー２０と溶剤とが混合され、常温でペースト状である接合材料１２を、被接合部材１０（１０Ａ）の接合面に塗布する。
又、乾燥工程では、塗布工程にて被接合部材１０の接合面に塗布した接合材料１２を乾燥させ、接合材料１２から溶剤を蒸発させる。なお、図示の例では、被接合部材１０は銅板、バインダー２０にははんだ用樹脂系フラックス、溶剤にはアルコールが用いられている。
更に、組付工程では、接合材料１２が塗布された被接合部材１０（１０Ａ）に、被接合部材１０（１０Ｂ：（V）参照）を重ね合わせ、２枚の被接合部材１０（１０Ａ、１０Ｂ）で、接合材料１２を挟持する（図９（iii）参照）。

（III）加熱・加圧工程（炭酸銀の分解）：接合材料１２がその接合温度以上となるように加熱しながら、被接合部材同士１０（１０Ａ、１０Ｂ）を加圧する。この際、炭酸銀２４が分解（活性）され酸化銀２８となる。
（VI）加熱・加圧工程（銀ナノ粒子の溶融）：炭酸銀２４が分解されて供給される酸素により、有機保護膜を構成するミリスチン酸銀１６及びミリスチン酸銀結晶体２６が分解されて発熱し、銀ナノ粒子１８が溶融する。又、酸化銀２８は還元されて銀３０となり、この時に生じる酸素も、ミリスチン酸銀１６及びミリスチン酸銀結晶体２６の分解に寄与する。
（V）接合工程（接合完了工程）：接合材料１２がその接合温度以上に維持された状態で、被接合部材１０（１０Ａ、１０Ｂ）に、必要な接合強度を得るための圧力を付与することで、銀ナノ粒子１８と、銀３０とが結合する。又、バインダー２０が分解されることにより、被接合部材（銅）１０表面の酸化膜が還元され、銀と銅とが結合する。よって、被接合部材１０（１０Ａ、１０Ｂ）同士が接合される。

ここで、接合材料の成分算出工程（I）の詳細について説明する。
本発明の実施の形態に係る接合材料の成分算出方法は、接合材料に含まれる銀量及びカルボン酸量を検出し、これらの値に基づいて、銀ナノ粒子表面の保護膜を構成するカルボン酸銀の割合と、カルボン酸銀結晶体の割合とを把握するものである。
より具体的には、以下の通りである。

（I−a）銀ナノ粒子の表面積と、前記銀ナノ粒子表面の保護膜を構成するミリスチン酸銀の１分子が銀ナノ粒子表面に占める面積との関係を求める。
（１）発明者らのＴＥＭ観察結果によると、銀ナノ粒子径は１５ｎｍと仮定される。又、銀ナノ粒子の比重は１０．５０（出典：岩波理化学辞典）である。
このとき、銀ナノ粒子の半径ｒ_Ａｇ、銀ナノ粒子の表面積Ｓ_Ａｇ、銀ナノ粒子の体積Ｖ_Ａｇ、銀ナノ粒子の重量Ｗ_Ａｇは、
ｒ_Ａｇ＝７．５ｎｍ
Ｓ_Ａｇ＝４πｒ_Ａｇ ^２＝７０７ｎｍ^２
Ｖ_Ａｇ＝４πｒ_Ａｇ ^３／３＝１７６７ｎｍ^３
Ｗ_Ａｇ＝１０．５０Ｖ_Ａｇ＝１．８×１０^−１７ｇ

（２）得られた銀ナノ粒子の重量Ｗ_Ａｇから、ミリスチン酸の割合Ｗ_Ｍｙを算出すると、化学分析（ＧＣ）の結果（銀ナノ粒子：ミリスチン酸＝１５．９：１（重量比））を利用して、
Ｗ_Ｍｙ＝Ｗ_Ａｇ／１５．９＝１．１７×１０^−１８ｇ
（３）得られたミリスチン酸の重量よりミリスチン酸分子数Ｍ_Ｍｙを算出すると、ミリスチン酸の分子量が２２８．４であることから、
Ｍ_Ｍｙ＝（Ｗ_Ｍｙ／２２８．４）×（６．０２×１０^２３）＝３０８４

（４）得られたミリスチン酸分子数Ｍ_Ｍｙを銀ナノ粒子の表面積で割り、ミリスチン酸１分子が銀ナノ粒子表面に占める面積（分子占有面積）Ｓ_Ｍｙを算出すると、
Ｓ_Ｍｙ＝Ｓ_Ａｇ／Ｍ_Ｍｙ＝０．２３ｎｍ^２
となる。
（５）ミリスチン酸のサイズは、図４（ａ）に示されるように、銀との結合部分の径が０．２２ｎｍであり、占有面積Ｓ_Ｍｙ＝０．２３ｎｍ^２を考慮すると、図４（ｂ）のごとく、ミリスチン酸は銀ナノ粒子を密に被覆していると判断することができる。又、発明者らによる観察結果より、ロット毎の銀ナノ粒子の粒子径の差は小さく、銀ナノ粒子を被覆するミリスチン酸量は、ロット毎に一定と推定することができる。

（I−b）上記の関係から、ミリスチン酸銀の保護膜を有する銀ナノ粒子の全体に占める、銀量及びミリスチン酸量Ｎ_Ｍｙの割合を、ミリスチン酸銀結晶体を含まない材料ロットについて把握する。
（I−c）ミリスチン酸銀結晶体を含まない材料ロットについての銀量及びミリスチン酸量Ｎ_Ｍｙの割合を基準値とし、算出対象となる材料ロットに係るミリスチン酸量Ｎ_Ａｇのうち基準値を上回る分のミリスチン酸量（Ｎ_Ｍｙ−Ｎ_Ａｇ）に基づき、算出対象となる材料ロットに含まれるミリスチン酸銀結晶体量を把握する。

上記構成をなす、本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。まず、本発明の実施の形態に係る接合材料によれば、炭酸銀２４による反応促進機能と、ミリスチン酸（ミリスチン酸銀１６及びミリスチン酸銀結晶体２６）の反応促進機能との相乗効果、すなわち、ミリスチン酸によって炭酸銀２４の還元を促進し、加熱・焼成による有機分解反応に必要な酸素の供給源とすることで、ミリスチン酸の分解反応がより活性化し、接合材料１２の塗布範囲の全体にわたって発熱量が増大することにより、接合強度の向上、接合時間の短縮が図られるものである。

図５は、接合材料を加熱することにより、接合材料から発生する発熱量（Heat Flow）を、従来のミリスチン酸銀結晶体を含まない材料ロットＨＦ_０、従来の材料ロットのうち結果的に高強度が得られた材料ロットＨＦ_Ｈ、本発明の実施の形態に係る材料ロットＨＦ_Ｐで比較したものである。発明者らの解析によれば、従来の材料ロットのうち高強度が得られた材料ロットＨＦ_Ｈには、若干のミリスチン酸銀結晶体が含まれていることが確認された。そして、本願の実施の形態に係る所定の成分に材料を管理した材料ロットＨＦ_Ｐは、高い発熱量が得られることが確認された。
従って、本発明の実施の形態によれば、接合時間が短く、接合強度を安定させることが可能な接合材料を得ることが可能である。なお、金属ナノ粒子を用いた従来の接合方法では、接合に３０分〜６０分を要していたところ、本発明の実施の形態によれば、１０分程度で接合が完了することとなる。

又、本発明の実施の形態に係る接合材料の成分算出方法によれば、測定が容易な銀量及びカルボン酸量を測定し、その値に基づき、銀ナノ粒子表面の保護膜を構成するミリスチン酸銀の含有比率と、ミリスチン酸銀結晶体の含有比率とを把握することで、直接的に測定することが困難な、銀ナノ粒子１８表面の保護膜を構成するミリスチン酸銀１６の含有比率と、ミリスチン酸銀結晶体２６の含有比率とを、正確に求めることができる。

図６には、被接合部材同士の接合強度を測るための、所定の引っ張り試験の実施方法を示すと共に、本発明の実施の形態に係る接合材料の、炭酸銀、金属銀、ミリスチン酸銀銀結晶体、ミリスチン酸ナノ銀の含有比率を変えたときの、被接合部材同士の接合強度を、図表としてまとめている。
ここで実施された引っ張り強度試験は、図６（ａ）に示されるように、１００ｍｍ×１０ｍｍの矩形銅板を試験片１０Ａとし、接合材料１２を、５ｍｍ×５ｍｍの矩形にスクリーン印刷し、更に試験片１０Ａに対し、図６（ｂ）に示されるように、１００ｍｍ×１０ｍｍの矩形銅板の試験片１０Ｂを１０ｍｍオーバーラップさせ、ヒータプレスを使用し加圧力２０ＭＰａ、接合温度２５０℃にて１０分間加圧した。かかる試験片を、オートグラフにセットし、矢印Ｆで示されるように、各試験片１０Ａ、１０Ｂを被接合面と平行に、試験速度６．０ｍ／分で引っ張るものである。

図７には、図６の図表の各データを統計処理して、銀量Ａｇｍ及びミリスチン酸量Ｍｙｍの関係を、接合材料の強度毎に等高線で示している。又、図８は、図６、図７の測定結果に基づき、銀ナノ粒子表面の保護膜を構成するミリスチン酸銀の含有比率Ｍｙ_ｎａ及びミリスチン酸銀結晶体の含有比率Ｍｙ_ｃｒの関係を、接合材料の強度毎に等高線で示したものである。
当初、本引っ張り強度試験で、接合強度３０ＭＰａを目標強度に設定していたところ、図８から読み取れるように、銀ナノ粒子表面の保護膜を構成するミリスチン酸銀の含有比率Ｍｙ_ｎａが２．０ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下、ミリスチン酸銀結晶体の含有比率Ｍｙ_ｃｒの含有比率が０．５ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下（その他のカルボン酸類の含有比率が２ｗｔ％以下）であるとき、被接合部材同士の接合強度として、少なくとも３７．５Ｍｐａが確保されることが確認された。更に、銀ナノ粒子表面の保護膜を構成するミリスチン酸銀の含有比率Ｍｙ_ｎａが３．７ｗｔ％以上４．５ｗｔ％以下、ミリスチン酸銀結晶体の含有比率Ｍｙ_ｃｒの含有比率が１．３ｗｔ％以上１．８ｗｔ％以下であるとき、被接合部材同士の接合強度として、７５．０Ｍｐａ以上が確保されることが確認され、当初の目標を大きく上回る接合強度を、より短い接合時間で達成されることが実証された。

しかも、図７と図８に示される等高線は、接合材料の強度に高い相関関係を有している。従って、本発明の実施の形態に係る接合材料の成分算出方法によれば、算出対象となる材料ロットに係る、銀ナノ粒子１８表面の保護膜を構成するミリスチン酸銀１６の含有比率と、ミリスチン酸銀結晶体２６の含有比率とを正確に求め、接合時間が短く、接合強度を安定させることが可能な接合材料１２を得ることができることが理解されるであろう。

１０、１０Ａ、１０Ｂ：被接合部材、１２：接合材料、１６：有機保護膜、１８：金属ナノ粒子、２０：バインダー、２２：溶剤、２４：炭酸銀、２６：ミリスチン酸銀結晶体、２８：酸化銀、３０：銀

Claims (7)

1. 被接合部材間に保持され加熱・焼成されることにより被接合部材同士を接合する接合材料であって、
   銀ナノ粒子と、炭酸銀あるいは酸化銀と、結晶体を含むカルボン酸類とが成分に含まれることを特徴とする接合材料。
2. 前記銀ナノ粒子の含有比率が１０〜４０ｗｔ％、前記結晶体を含むカルボン酸類の含有比率が１〜６ｗｔ％であり、その他の含有成分が前記炭酸銀あるいは酸化銀であることを特徴とする請求項１記載の接合材料。
3. 前記結晶体を含むカルボン酸類のうち、前記銀ナノ粒子表面の保護膜を構成するカルボン酸銀の含有比率が２．０ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下、カルボン酸銀結晶体の含有比率が０．５ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下、その他のカルボン酸類の含有比率が２ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の接合材料。
4. 前記結晶体を含むカルボン酸類のうち、前記銀ナノ粒子表面の保護膜を構成するカルボン酸銀の含有比率が３．７ｗｔ％以上４．２ｗｔ％以下、カルボン酸銀結晶体の含有比率が１．３ｗｔ％以上１．８ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項３記載の接合材料。
5. 前記カルボン酸類が、Ｃ１２〜Ｃ２０の１価の長鎖飽和カルボン酸であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の接合材料。
6. 前記銀ナノ粒子の粒径が１ｎｍ〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の接合材料。
7. 請求項１から６記載の接合材料に含まれる銀量及びカルボン酸量を検出し、これらの値に基づいて、前記銀ナノ粒子表面の保護膜を構成するカルボン酸銀の割合と、前記カルボン酸銀結晶体の割合とを把握することを特徴とする接合材料の成分算出方法。