JP2010053377A - Method for joining metallic member and method for producing metallic member-joined body - Google Patents

Method for joining metallic member and method for producing metallic member-joined body Download PDF

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Yasuhiro Kobayashi
靖啓 小林
Yasumasa Kudo
康全 工藤
Ryoko Masuda
涼子 増田
Minoru Isshiki
実 一色
Hidetomo Asami
英知 浅見
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for firmly joining metallic members with the hot-sintered materials of metallic grains free from cracks, and to provide a method for producing a firmly joined metallic member-joined body. <P>SOLUTION: Disclosed are a method for joining metallic members and a method for producing metallic member-joined body wherein a paste-shaped metallic grain composition 2 composed of (A) hot sinterable metal grains with the average grain size of >0.1 to 50 μm and (B) a volatile dispersion medium is interposed between a plurality of metallic members 1, 3, heating is performed at 40 to 200°C in an inert gas, thus 10 to <100% of the volatile dispersion medium (B) in the composition is volatilized, thereafter, heating is performed at 70 to 400°C in an oxidizing gas or in a reducing gas, thus the volatile dispersion medium (B) remaining in the composition is perfectly volatilized, and the hot sinterable metallic grains (A) are sintered each other, so as to join a plurality of the metallic members. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、加熱焼結性金属粒子と揮発性分散媒とからなるペースト状金属粒子組成物を使用する金属製部材の接合方法、および、該ペースト状金属粒子組成物を使用する金属製部材接合体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for joining metal members using a paste-like metal particle composition comprising heat-sinterable metal particles and a volatile dispersion medium, and metal member joining using the paste-like metal particle composition. The present invention relates to a method for manufacturing a body.

銀、銅、ニッケルなどの金属粉末を液状熱硬化性樹脂組成物中に分散させてなる導電性・熱伝導性ペーストは、加熱により硬化して導電性・熱伝導性被膜が形成される。したがって、プリント回路基板上の導電性回路の形成、抵抗器やコンデンサ等の各種電子部品及び各種表示素子の電極の形成、電磁波シールド用導電性被膜の形成、コンデンサ、抵抗、ダイオード、メモリ、演算素子(CPU)等のチップ部品の基板への接着、太陽電池の電極の形成、特に、アモルファスシリコン半導体を用いているために、高温処理のできない太陽電池の電極の形成、積層セラミックコンデンサ、積層セラミックインダクタ、積層セラミックアクチュエータ等のチップ型セラミック電子部品の外部電極の形成等に使用されている。 A conductive / thermal conductive paste obtained by dispersing a metal powder such as silver, copper, or nickel in a liquid thermosetting resin composition is cured by heating to form a conductive / thermal conductive film. Therefore, formation of conductive circuits on printed circuit boards, formation of various electronic components such as resistors and capacitors, and electrodes of various display elements, formation of conductive films for electromagnetic wave shielding, capacitors, resistors, diodes, memories, arithmetic elements (CPU) and other chip components to substrates, formation of solar cell electrodes, especially formation of solar cell electrodes that cannot be processed at high temperatures due to the use of amorphous silicon semiconductors, multilayer ceramic capacitors, multilayer ceramic inductors It is used for forming external electrodes of chip-type ceramic electronic components such as multilayer ceramic actuators.

近年、チップ部品の高性能化により、チップ部品からの発熱量が増え、電気伝導性はもとより、熱伝導性の向上が要求される。したがって、金属粒子の含有率を可能な限り増加することにより電気伝導性、熱伝導性を向上しようとする。ところが、そうすると、ペーストの粘度が上昇し、作業性が著しく低下するという問題がある。 2. Description of the Related Art In recent years, chip components have increased in performance, and the amount of heat generated from the chip components has increased, and improvement in thermal conductivity as well as electrical conductivity is required. Therefore, it tries to improve electrical conductivity and thermal conductivity by increasing the content of metal particles as much as possible. However, when it does so, there exists a problem that the viscosity of a paste rises and workability | operativity falls remarkably.

このような問題を解決するため、本発明者らは、銀粉末と揮発性分散媒とからなるペースト状銀粒子組成物は、加熱すると当該揮発性分散媒が揮発し銀粒子が焼結して、極めて高い導電性と熱伝導性を有する固形状銀となること、および、金属製部材の接合や、導電回路の形成に有用なことを見出して国際出願した(WO2006/126614、WO2007/034833)。また、ペースト状金属粒子組成物、例えばペースト状銀粒子組成物を、複数の金属製部材間に介在させ、加熱により,加圧しつつ超音波振動印加により,または,加圧および加熱しつつ超音波振動印加により、揮発性分散媒を揮散させ,金属粒子、例えば銀粒子(A)同士を焼結させると、複数の金属製部材同士を強固に接合できることを見出して、国際出願した(WO2008/062548)。 In order to solve such a problem, the present inventors have developed a paste-like silver particle composition comprising silver powder and a volatile dispersion medium. When heated, the volatile dispersion medium is volatilized and the silver particles are sintered. Found that it was solid silver having extremely high electrical conductivity and thermal conductivity, and that it was useful for joining metal members and forming conductive circuits (WO2006 / 126614, WO2007 / 034833) . Further, a paste-like metal particle composition, for example, a paste-like silver particle composition is interposed between a plurality of metal members, and ultrasonic waves are applied by applying ultrasonic vibration while applying pressure by heating, or applying ultrasonic waves while applying and heating. The application of vibrations volatilized the volatile dispersion medium and found that when metal particles such as silver particles (A) were sintered together, it was found that a plurality of metal members could be firmly joined together, and an international application was filed (WO2008 / 062548 ).

しかしながら、このようなペースト状銀粒子組成物を、複数の金属製部材間に介在させ、銀粒子の焼結のため大気など酸素ガスを含む酸化性ガス中において加熱した場合、銀粒子の焼結が早いため、場所によっては硬化が不均一となり、また場所によって揮発性分散媒の揮発が均一でなく、その結果、銀粒子が均一に焼結しないため焼結した固体状銀にクラック(亀裂)が生じる問題があることに本発明者らは気づいた。 However, when such a paste-like silver particle composition is interposed between a plurality of metal members and heated in an oxidizing gas containing oxygen gas such as air for sintering of the silver particles, the silver particles are sintered. Because of the rapidity, the curing is uneven in some places, and the volatilization of the volatile dispersion medium is not uniform in some places. As a result, the silver particles do not sinter uniformly, so cracks occur in the sintered solid silver. The present inventors have found that there is a problem that causes

WO2006/126614WO2006 / 126614 WO2007/034833WO2007 / 034833 WO2008/062548WO2008 / 062548

本発明者らは上記の問題点を解決するため鋭意研究した結果、ペースト状金属粒子組成物を複数の金属製部材間の接合剤に用いた場合でも、クラックを発生することなく金属粒子が均一な焼結物となり、金属粒子が十分に焼結して強固に接合する方法を見出した。本発明の目的は、ペースト状金属粒子組成物の焼結による金属製部材の接合において、金属粒子の焼結物がクラックを有することなく、金属製部材を強固に接合する接合方法と、そのような金属製部材接合体の製造方法を提供することにある。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that even when a paste-like metal particle composition is used as a bonding agent between a plurality of metal members, the metal particles are uniform without generating cracks. And a method of joining the metal particles sufficiently by sintering sufficiently. An object of the present invention is to join a metal member by joining the metal member by sintering the paste-like metal particle composition, and to firmly join the metal member without the crack of the sintered product of the metal particle. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a metal member assembly.

この目的は、
「[1] (A)平均粒径が0.1μmより大きく50μm以下である加熱焼結性金属粒子と(B)揮発性分散媒とからなるペースト状金属粒子組成物を、複数の金属製部材間に介在させ、不活性ガス中で40℃以上200℃以下での加熱により、該ペースト状金属粒子組成物中の揮発性分散媒(B)の10重量%以上100重量%未満の量を揮散させた後、酸化性ガス中または還元性ガス中で70℃以上400℃以下での加熱により、該ペースト状金属粒子組成物中に残存する揮発性分散媒(B)を揮散させ、加熱焼結性金属粒子(A)同士を焼結して複数の該金属製部材同士を接合させることを特徴とする、金属製部材の接合方法。
[1-1] 揮発性分散媒(B)の揮散量が20重量%以上98重量%以下であることを特徴とする、[1]に記載の金属製部材接合体の製造方法。
[2] 加熱焼結性金属粒子(A)が還元法で製造された銀粒子または銅粒子であり、揮発性分散媒(B)が親水性溶剤または脂肪族炭化水素系溶剤であり、金属製部材が金、銀、銅、パラジウム、白金、またはそれら各金属の合金であることを特徴とする、[1]に記載の金属製部材の接合方法。
[3] 酸化性ガスが0.1体積%以上40体積%以下の酸素ガスと99.9体積%以下60体積%以上の窒素ガスの混合ガスであり、還元性ガスが1体積%以上40体積%以下の水素ガスと99体積%以下60体積%以上の窒素ガスの混合ガスであることを特徴とする、[1]、[1-1]または[2]に記載の金属製部材の接合方法。
[4] 接合された金属製部材のせん断接着強さが5MPa以上であり、かつ、該加熱焼結性金属粒子(A)同士の焼結物の体積抵抗率が1×10-1Ω・cm以下であることを特徴とする、[1]、[1-1]、[2] または[3]に記載の金属製部材の接合方法。
」により達成される。
This purpose is
“[1] A paste metal particle composition comprising (A) a heat-sinterable metal particle having an average particle diameter of greater than 0.1 μm and less than or equal to 50 μm and (B) a volatile dispersion medium, a plurality of metal members The amount of the volatile dispersion medium (B) in the paste-like metal particle composition is volatilized in an amount of 10 wt% to less than 100 wt% by heating at 40 ° C. or higher and 200 ° C. or lower in an inert gas. After that, the volatile dispersion medium (B) remaining in the paste-like metal particle composition is volatilized by heating at 70 ° C. or higher and 400 ° C. or lower in an oxidizing gas or a reducing gas, and heated and sintered. A method for joining metal members, comprising sintering the conductive metal particles (A) to join a plurality of the metal members.
[1-1] The method for producing a metal member assembly according to [1], wherein the volatile dispersion medium (B) has a volatilization amount of 20 wt% or more and 98 wt% or less.
[2] The heat-sinterable metal particles (A) are silver particles or copper particles produced by a reduction method, the volatile dispersion medium (B) is a hydrophilic solvent or an aliphatic hydrocarbon solvent, and is made of metal. The method for joining metal members according to [1], wherein the member is gold, silver, copper, palladium, platinum, or an alloy of these metals.
[3] The oxidizing gas is a mixed gas of oxygen gas of 0.1 volume% or more and 40 volume% or less and nitrogen gas of 99.9 volume% or less and 60 volume% or more, and the reducing gas is 1 volume% or more and 40 volume%. % Of hydrogen gas and 99% by volume or less and 60% by volume or more of nitrogen gas mixed gas according to [1], [1-1] or [2] .
[4] The bonded metal member has a shear bond strength of 5 MPa or more, and a volume resistivity of a sintered product of the heat-sinterable metal particles (A) is 1 × 10 −1 Ω · cm. The method for joining metal members according to [1], [1-1], [2] or [3], characterized in that:
Is achieved.

この目的は、さらには、
「[5] (A)平均粒径が0.1μmより大きく50μm以下である加熱焼結性金属粒子と(B)揮発性分散媒とからなるペースト状金属粒子組成物を、複数の金属製部材間に介在させ、不活性ガス中で40℃以上200℃以下での加熱により、該ペースト状金属粒子組成物中の揮発性分散媒(B)の10重量%以上100重量%未満の量を揮散させた後、酸化性ガス中または還元性ガス中で70℃以上400℃以下での加熱により、該ペースト状金属粒子組成物中に残存する揮発性分散媒(B)を揮散させ、加熱焼結性金属粒子(A)同士を焼結して複数の該金属製部材同士を接合させることを特徴とする、金属製部材接合体の製造方法。
[5-1] 揮発性分散媒(B)の揮散量が20重量%以上98重量%以下であることを特徴とする、[5]に記載の金属製部材接合体の製造方法。
[6] 加熱焼結性金属粒子(A)が還元法で製造された銀粒子または銅粒子であり、揮発性分散媒(B)が親水性溶剤または脂肪族炭化水素系溶剤であり、金属製部材が金、銀、銅、パラジウム、白金、またはそれら各金属の合金であることを特徴とする、[5]または[5-1]に記載の金属製部材接合体の製造方法。
[7] 酸化性ガスが0.1体積%以上40体積%以下の酸素ガスと99.9体積%以下60体積%以上の窒素ガスの混合ガスであり、還元性ガスが1体積%以上40体積%以下の水素ガスと99体積%以下60体積%以上の窒素ガスの混合ガスであることを特徴とする、[5]、[5-1]または[6]に記載の金属製部材接合体の製造方法。
[8] 金属製部材接合体のせん断接着強さが5MPa以上であり、かつ、該加熱焼結性金属粒子(A)同士の焼結物の体積抵抗率が1×10-1Ω・cm以下であることを特徴とする、[5]、[5-1]、[6] または[7]に記載の金属製部材接合体の製造方法。
[9] 金属製部材が金属系基板または金属部分を有する電子部品であることを特徴とする、[5]、[6]または[7]に記載の金属製部材接合体の製造方法。」により達成される。
This purpose is further
“[5] A paste metal particle composition comprising (A) a heat-sinterable metal particle having an average particle diameter of greater than 0.1 μm and less than or equal to 50 μm and (B) a volatile dispersion medium. The amount of the volatile dispersion medium (B) in the paste-like metal particle composition is volatilized in an amount of 10 wt% to less than 100 wt% by heating at 40 ° C. or higher and 200 ° C. or lower in an inert gas. After that, the volatile dispersion medium (B) remaining in the paste-like metal particle composition is volatilized by heating at 70 ° C. or higher and 400 ° C. or lower in an oxidizing gas or a reducing gas, and heated and sintered. A method for producing a metal member assembly comprising sintering the conductive metal particles (A) to join a plurality of the metal members.
[5-1] The method for producing a metal member assembly according to [5], wherein the volatile dispersion medium (B) has a volatilization amount of 20 wt% or more and 98 wt% or less.
[6] The heat-sinterable metal particles (A) are silver particles or copper particles produced by a reduction method, the volatile dispersion medium (B) is a hydrophilic solvent or an aliphatic hydrocarbon solvent, and is made of metal. The method for producing a metal member assembly according to [5] or [5-1], wherein the member is gold, silver, copper, palladium, platinum, or an alloy of each of these metals.
[7] The oxidizing gas is a mixed gas of oxygen gas of 0.1 volume% or more and 40 volume% or less and nitrogen gas of 99.9 volume% or less and 60 volume% or more, and the reducing gas is 1 volume% or more and 40 volume%. % Of hydrogen gas and 99% by volume or less and 60% by volume or more of nitrogen gas mixed gas, wherein the metal member assembly according to [5], [5-1] or [6] Production method.
[8] The shear bonding strength of the metal member assembly is 5 MPa or more, and the volume resistivity of the sintered product of the heat-sinterable metal particles (A) is 1 × 10 −1 Ω · cm or less. The method for producing a metal member assembly according to [5], [5-1], [6] or [7], wherein
[9] The method for producing a metal member assembly according to [5], [6] or [7], wherein the metal member is a metal substrate or an electronic component having a metal part. Is achieved.

本発明の接合方法によると、金属製部材間の接合において、ペースト状金属粒子組成物の加熱により該組成物中の揮発性分散媒(B)が揮散し加熱焼結性金属粒子(A)同士が焼結して固体状となる際に、焼結物にクラックを生じることなく緻密な焼結物となるので、金属製部材を強固に接合させることができる。また酸化して腐食や変色がしやすい金属製部材間の接合であっても、該ペースト状金属粒子組成物の加熱により該組成物中の揮発性分散媒が揮散し、加熱焼結性金属粒子(A)同士が焼結して固体状となる際に、焼結物にクラックを生じることなく、しかも金属製部材が腐食や変色することなく強固に接合させることができる。 According to the joining method of the present invention, in joining between metal members, the volatile dispersion medium (B) in the composition is volatilized by heating the paste-like metal particle composition, and the heat-sinterable metal particles (A) are bonded together. When sintered into a solid state, since the sintered product becomes a dense sintered product without causing cracks, the metal member can be firmly joined. In addition, even when joining metal members that are easily oxidized and corroded or discolored, the volatile dispersion medium in the composition is volatilized by heating the paste-like metal particle composition, and the heat-sinterable metal particles When (A) is sintered and becomes a solid state, the sintered product can be firmly bonded without causing cracks and without causing corrosion or discoloration of the metal member.

本発明の金属製部材接合体の製造方法によると、ペースト状金属粒子組成物の加熱により該組成物中の揮発性分散媒(B)が揮散し加熱焼結性金属粒子(A)同士が焼結して固体状となる際に、焼結物にクラックを生じることなく緻密な焼結物となるので、強固に接合した金属製部材接合体を製造することができる。また酸化して腐食や変色がしやすい金属製部材間の接合であっても、該ペースト状金属粒子組成物の加熱により該組成物中の揮発性分散媒が揮散し、加熱焼結性金属粒子(A)同士が焼結して固体状となる際に、焼結物にクラックを生じることなく、しかも金属製部材が腐食や変色することがなく、強固に接合した金属製部材接合体を製造することができる。 According to the method for producing a metal member assembly of the present invention, the volatile dispersion medium (B) in the composition is volatilized by heating the paste-like metal particle composition, and the heat-sinterable metal particles (A) are sintered together. Since it becomes a dense sintered product without causing cracks in the sintered product when it is solidified, it is possible to manufacture a metal member assembly that is firmly bonded. In addition, even when joining metal members that are easily oxidized and corroded or discolored, the volatile dispersion medium in the composition is volatilized by heating the paste-like metal particle composition, and the heat-sinterable metal particles (A) When sintered together to form a solid state, the sintered product is not cracked, and the metal member is not corroded or discolored. can do.

本発明の金属製部材の接合方法は、(A) 平均粒径が0.1μmより大きく50μm以下である加熱焼結性金属粒子と(B)揮発性分散媒とからなるペースト状金属粒子組成物を、複数の金属製部材間に介在させ、不活性ガス中で、40℃以上200℃以下での加熱により該組成物中に含有される揮発性分散媒(B)の10%以上重量%以上100重量%未満の量を揮散させた後、酸化性ガス中または還元性ガス中で70℃以上400℃以下での加熱により、該組成物中に残存する揮発性分散媒(B)を揮散させ、加熱焼結性金属粒子(A)同士を焼結して複数の金属製部材同士を接合させることを特徴とする。 The metal member joining method of the present invention is a paste-like metal particle composition comprising (A) heat-sinterable metal particles having an average particle size of greater than 0.1 μm and 50 μm or less, and (B) a volatile dispersion medium. Is interposed between a plurality of metal members and heated in an inert gas at a temperature of 40 ° C. or higher and 200 ° C. or lower by 10% or more by weight of the volatile dispersion medium (B) contained in the composition. After volatilizing the amount less than 100% by weight, the volatile dispersion medium (B) remaining in the composition is volatilized by heating at 70 ° C. or higher and 400 ° C. or lower in an oxidizing gas or a reducing gas. The heat-sinterable metal particles (A) are sintered to join together a plurality of metal members.

加熱焼結性金属粒子(A)の平均粒径は0.1μmより大きく50μm以下である。この平均粒径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定法により得られる一次粒子の平均粒径である。平均粒径が50μmを越えると、加熱焼結性金属粒子の焼結性が低下するため平均粒子径は小さい方が好ましい。このため20μm以下であることが好ましく、特には10μm以下であることが好ましい。しかし、平均粒径が0.1μm以下であると表面活性が強すぎて、ペースト状金属粒子組成物の保存安定性が低下し、加熱焼結時の接合強度が不均一になるため、平均粒径は0.1μmより大きい。この観点から平均粒径は0.2μm以上であることが好ましい。すなわち、加熱焼結性金属粒子(A)の平均粒径範囲は0.2〜10μmが好ましい。 The average particle size of the heat-sinterable metal particles (A) is larger than 0.1 μm and not larger than 50 μm. This average particle diameter is an average particle diameter of primary particles obtained by a laser diffraction / scattering particle size distribution measurement method. When the average particle diameter exceeds 50 μm, the sinterability of the heat-sinterable metal particles is lowered, so that the average particle diameter is preferably small. For this reason, it is preferable that it is 20 micrometers or less, and it is especially preferable that it is 10 micrometers or less. However, if the average particle size is 0.1 μm or less, the surface activity is too strong, the storage stability of the paste-like metal particle composition is lowered, and the bonding strength at the time of heat sintering becomes non-uniform. The diameter is greater than 0.1 μm. From this viewpoint, the average particle size is preferably 0.2 μm or more. That is, the average particle size range of the heat-sinterable metal particles (A) is preferably 0.2 to 10 μm.

加熱焼結性金属粒子の材質は、常温で固体であり、加熱により焼結しやすければよく、金、銀、銅、パラジウム、ニッケル、スズ、アルミニウム、および、これら各金属の合金が例示され、さらには金属化合物が例示される。
これらの材質のうちでは、加熱焼結性、焼結物の熱伝導性および導電性の点で、銀、銀合金、銅、銅合金が好ましく、銀または銅が特に好ましい。銀粒子は、表面または内部の一部が酸化銀または過酸化銀であってもよく、表面の全部が酸化銀または過酸化銀であってもよい。銅粒子は、表面または内部の一部が酸化銅であってもよく、表面の全部が酸化銅であってもよい。
The material of the heat-sinterable metal particles is solid at room temperature, and only needs to be easily sintered by heating. Gold, silver, copper, palladium, nickel, tin, aluminum, and alloys of these metals are exemplified. Furthermore, a metal compound is illustrated.
Among these materials, silver, a silver alloy, copper, and a copper alloy are preferable, and silver or copper is particularly preferable in terms of heat-sinterability, thermal conductivity of the sintered product, and conductivity. The silver particles may have a part of the surface or inside thereof that may be silver oxide or silver peroxide, and the entire surface may be silver oxide or silver peroxide. The copper particles may have copper oxide on the surface or part of the inside, or the entire surface may be copper oxide.

また加熱焼結性金属粒子は、通常、単独の材質からなるが、複数の材質の粒子の混合物であってもよい。
加熱焼結性金属粒子は、それら加熱焼結性金属(例えば銀)により表面がメッキされた金属(例えば、銅、ニッケルまたはアルミニウム)粒子、それら加熱焼結性金属(例えば、銀)により表面がメッキされた樹脂(例えば、エポキシ樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂)粒子であってもよい。
The heat-sinterable metal particles are usually made of a single material, but may be a mixture of particles made of a plurality of materials.
Heat-sinterable metal particles are made of metal (for example, copper, nickel, or aluminum) particles whose surfaces are plated with the heat-sinterable metal (for example, silver), and the surface is made of the heat-sinterable metal (for example, silver). Plated resin (for example, epoxy resin, polyethersulfone resin) particles may be used.

加熱焼結性金属粒子の形状は、特に限定されず、球状、楕円球状、紡錘状、粒状、略立方体状、フレーク状、不定形状が例示される。その形状は、保存安定性の点で球状、粒状、球状またはフレーク状が好ましい。好ましい加熱焼結性金属粒子は、還元法で作られた銀粒子、ならびに、還元法で作られた銅粒子である。
なお、還元法による銀粒子の製造方法は多く提案されており、通常、硝酸銀水溶液に水酸化ナトリウム水溶液を加えて酸化銀を調製し、これにホルマリンのような還元剤の水溶液を加えることにより酸化銀を還元して銀粒子分散液とし、分散液をろ過し、ろ過残渣を水洗し、乾燥をおこなうことにより製造される。また、還元法による銅粒子は、通常、硫酸銅水溶液とヒドラジン水溶液を接触反応させて銅粉を還元析出させ、純水で洗浄した後、乾燥して調製される(例えば、特開昭59−11630)。
The shape of the heat-sinterable metal particles is not particularly limited, and examples thereof include a spherical shape, an elliptical spherical shape, a spindle shape, a granular shape, a substantially cubic shape, a flake shape, and an indefinite shape. The shape is preferably spherical, granular, spherical or flaky from the viewpoint of storage stability. Preferred heat-sinterable metal particles are silver particles made by the reduction method and copper particles made by the reduction method.
Many methods for producing silver particles by the reduction method have been proposed. Usually, an aqueous solution of a reducing agent such as formalin is added to an aqueous solution of silver nitrate by adding an aqueous solution of sodium hydroxide to an aqueous solution of silver nitrate. It is produced by reducing silver to form a silver particle dispersion, filtering the dispersion, washing the filtration residue with water, and drying. In addition, copper particles obtained by the reduction method are usually prepared by contact-reacting a copper sulfate aqueous solution and a hydrazine aqueous solution to reduce and precipitate copper powder, washing with pure water, and drying (see, for example, JP-A-59-59). 11630).

加熱焼結性金属粒子(A)は、加熱焼結性金属粒子の表面が有機物で被覆ないし処理されていてもよい。特に有機物が撥水性有機物である場合は潤滑性が優れているため、本発明のペースト状金属粒子組成物中での分散性に優れており好ましい。このような撥水性有機物としては高・中級脂肪酸、高・中級脂肪酸金属塩(ただし、アルカリ金属塩を除く)、高・中級脂肪酸アミド、高・中脂肪酸アミンおよび高・中級脂肪酸エステルが例示される。被覆効果、処理効果の点で特には高・中級脂肪酸が好ましい。 In the heat-sinterable metal particles (A), the surface of the heat-sinterable metal particles may be coated or treated with an organic substance. In particular, when the organic substance is a water-repellent organic substance, the lubricity is excellent, so that the dispersibility in the paste-like metal particle composition of the present invention is excellent, which is preferable. Examples of such water-repellent organic substances include high / intermediate fatty acids, high / intermediate fatty acid metal salts (excluding alkali metal salts), high / intermediate fatty acid amides, high / intermediate fatty acid amines, and high / intermediate fatty acid esters. . High and intermediate fatty acids are particularly preferred in terms of coating effect and treatment effect.

高級脂肪酸は、炭素原子数15以上の脂肪酸であり、ペンタデカン酸、ヘキサデカン酸(パルミチン酸)、ヘプタデカン酸、オクタデカン酸(ステアリン酸)、12−ヒドロキシオクタデカン酸(12−ヒドロキシステアリン酸)、エイコサン酸(アラキン酸)、ドコサン酸(ベヘン酸)、テトラコサン酸(リグノセリン酸)、ヘキサコサン酸(セロチン酸)、オクタコサン酸(モンタン酸)等の直鎖飽和脂肪酸;2−ペンチルノナン酸、2−ヘキシルデカン酸、2−ヘプチルドデカン酸、イソステアリン酸等の分枝飽和脂肪酸;パルミトレイン酸、オレイン酸、イソオレイン酸、エライジン酸、リノール酸、リノレン酸、リシノール酸、ガドレン酸、エルカ酸、セラコレイン酸等の不飽和脂肪酸が例示される。 A higher fatty acid is a fatty acid having 15 or more carbon atoms, such as pentadecanoic acid, hexadecanoic acid (palmitic acid), heptadecanoic acid, octadecanoic acid (stearic acid), 12-hydroxyoctadecanoic acid (12-hydroxystearic acid), eicosanoic acid ( Linear saturated fatty acids such as arachidic acid), docosanoic acid (behenic acid), tetracosanoic acid (lignoceric acid), hexacosanoic acid (serotic acid), octacosanoic acid (montanic acid); 2-pentylnonanoic acid, 2-hexyldecanoic acid, 2- Examples include branched saturated fatty acids such as heptyldodecanoic acid and isostearic acid; unsaturated fatty acids such as palmitoleic acid, oleic acid, isooleic acid, elaidic acid, linoleic acid, linolenic acid, ricinoleic acid, gadrenic acid, erucic acid, and ceracoleic acid The

中級脂肪酸は、炭素原子数が6〜14の脂肪酸であり、ヘキサン酸(カプロン酸)、ヘプタン酸、オクタン酸(カプリル酸)、ノナン酸(ペラルゴン酸)、デカン酸(カプリン酸)、ウンデカン酸、ドデカン酸(ラウリン酸)、トリデカン酸、テトラデカン酸(ミリスチン酸)等の直鎖飽和脂肪酸;イソヘキサン酸、イソヘプタン酸、2−エチルヘキサン酸、イソオクタン酸、イソノナン酸、2−プロピルヘプタン酸、イソデカン酸、イソウンデカン酸、2−ブチルオクタン酸、イソドデカン酸、イソトリデカン酸等の分枝飽和脂肪酸;10−ウンデセン酸等の不飽和脂肪酸が例示される。 Intermediate fatty acids are fatty acids having 6 to 14 carbon atoms, such as hexanoic acid (caproic acid), heptanoic acid, octanoic acid (caprylic acid), nonanoic acid (pelargonic acid), decanoic acid (capric acid), undecanoic acid, Linear saturated fatty acids such as dodecanoic acid (lauric acid), tridecanoic acid, tetradecanoic acid (myristic acid); isohexanoic acid, isoheptanoic acid, 2-ethylhexanoic acid, isooctanoic acid, isononanoic acid, 2-propylheptanoic acid, isodecanoic acid, Illustrative examples include branched saturated fatty acids such as isoundecanoic acid, 2-butyloctanoic acid, isododecanoic acid and isotridecanoic acid; and unsaturated fatty acids such as 10-undecenoic acid.

有機物の被覆量は、金属粒子の粒径、比表面積、形状などにより変わるが、加熱焼結性金属粒子(A)の0.01〜3重量%が好ましく、0.1〜2重量%がより好ましい。少なすぎると加熱焼結性金属粒子(A)が凝集しやすくなって保存安定性が低下し、ひいては加熱焼結時の接合強度が不均一になり、多すぎると加熱焼結性金属粒子(A)の加熱焼結性が低下するからである。 The coating amount of the organic matter varies depending on the particle size, specific surface area, shape, etc. of the metal particles, but is preferably 0.01 to 3% by weight, more preferably 0.1 to 2% by weight of the heat-sinterable metal particles (A). preferable. If the amount is too small, the heat-sinterable metal particles (A) tend to agglomerate and the storage stability is lowered.As a result, the bonding strength at the time of heat-sintering becomes non-uniform. This is because the heat sinterability of) decreases.

有機物の付着量は通常の方法で測定できる。例えば、窒素ガス中で有機物を高温(例えば沸点以上)に加熱して重量減少を測定する方法、加熱焼結性金属粒子(A)を酸素気流中で加熱して加熱焼結性金属粒子(A)に付着していた有機物中の炭素を炭酸ガスに変え、赤外線吸収スペクトル法により定量分析する方法が例示される。 The amount of organic matter attached can be measured by an ordinary method. For example, a method of measuring weight loss by heating an organic substance to a high temperature (for example, higher than the boiling point) in nitrogen gas, or heating sinterable metal particles (A) by heating them in an oxygen stream. ), Carbon in the organic matter adhering to the carbon dioxide is changed to carbon dioxide, and quantitative analysis is performed by infrared absorption spectroscopy.

有機物が付着したフレーク状加熱焼結性金属粒子は、例えば、ボールミル中に球状のような形状の金属粒子と有機物を投入して、ボールにより金属粒子を殴打することにより製造することができる(特公昭40−6971、特開2000−234107の[0004]参照)。
具体的には、粒状の加熱焼結性金属粒子と、高・中級脂肪酸、高・中級脂肪酸金属塩(ただし、アルカリ金属塩を除く)、高・中級脂肪酸エステル、高・中級脂肪酸アミド、高・中脂肪酸アミン系有機物等とを、セラミック製のボールとともに、回転式ドラム装置(例えばボールミル)に投入し、ボールで金属粒子を殴打することにより、有機物が付着したフレーク状加熱焼結性金属粒子を製造することができる。この際、高・中級脂肪酸、高・中級脂肪酸金属塩(ただし、アルカリ金属塩を除く)、高・中級脂肪酸エステル、高・中級脂肪酸アミド、高・中脂肪酸アミン等の有機物が、フレーク状加熱焼結性金属粒子表面に付着する。
The flaky heat-sinterable metal particles to which organic substances are attached can be produced, for example, by putting spherical metal particles and organic substances into a ball mill and striking the metal particles with a ball (special features). No. 40-6971 and JP-A 2000-234107 [0004]).
Specifically, granular heat-sinterable metal particles, high / intermediate fatty acids, high / intermediate fatty acid metal salts (except alkali metal salts), high / intermediate fatty acid esters, high / intermediate fatty acid amides, The medium fatty acid amine organic substance and the like are put into a rotary drum device (for example, a ball mill) together with a ceramic ball, and the metal particles are beaten with the ball, whereby the flaky heat-sinterable metal particles to which the organic substance is adhered are obtained. Can be manufactured. At this time, organic substances such as high / intermediate fatty acids, high / intermediate fatty acid metal salts (except alkali metal salts), high / intermediate fatty acid esters, high / intermediate fatty acid amides, high / intermediate fatty acid amines, etc. It adheres to the surface of the conductive metal particles.

加熱焼結性金属粒子(A)表面は、このような高・中級脂肪酸等により半分以上が被覆されておればよいが、全部が被覆されていることが好ましい。このように金属粒子表面が撥水性有機物により被覆された場合には加熱焼結性金属粒子(A)は、撥水性を示す。
表面を有機物で被覆した加熱焼結性金属粒子(A)は、有機物の溶液中に加熱焼結性金属粒子を浸漬した後、該金属粒子を取り出して乾燥することにより製造することもできる。
The surface of the heat-sinterable metal particles (A) may be covered with more than half of such high / intermediate fatty acid, but it is preferable that the surface is covered entirely. Thus, when the surface of the metal particles is coated with a water-repellent organic material, the heat-sinterable metal particles (A) exhibit water repellency.
The heat-sinterable metal particles (A) whose surfaces are coated with an organic material can also be produced by immersing the heat-sinterable metal particles in an organic material solution and then taking out and drying the metal particles.

揮発性分散媒(B)は、粉状である金属粒子をペースト状にするために配合される。なお、ペースト状はクリーム状やスラリー状を含むものである。加熱時に加熱焼結性金属粒子が焼結可能とするため、あるいは、ペースト状金属粒子組成物を加熱による接合剤として使用可能にするためには、非揮発性ではなく、揮発性であることが必要である。特に、加熱焼結性金属粒子(A)が銀粒子や銅粒子の場合、焼結する際に分散媒が揮散すると、銀粒子や銅粒子が焼結しやすくなり、接合剤として利用しやすくなるからである。揮発性分散媒の沸点は、60℃〜300℃であることが好ましい。沸点が60℃未満であると、ペースト状金属粒子組成物を調製する作業中に溶媒が揮散しやすく、沸点が300℃より大であると、加熱後も揮発性分散媒(B)が残留しかねないからである。 The volatile dispersion medium (B) is blended in order to make powdery metal particles into a paste. The paste form includes a cream form and a slurry form. In order to make the heat-sinterable metal particles sinterable during heating, or to make the paste-like metal particle composition usable as a bonding agent by heating, it must be volatile rather than non-volatile. is necessary. In particular, when the heat-sinterable metal particles (A) are silver particles or copper particles, if the dispersion medium is volatilized during sintering, the silver particles and copper particles are easily sintered and can be easily used as a bonding agent. Because. The boiling point of the volatile dispersion medium is preferably 60 ° C to 300 ° C. When the boiling point is less than 60 ° C., the solvent easily evaporates during the preparation of the paste-like metal particle composition, and when the boiling point is higher than 300 ° C., the volatile dispersion medium (B) remains even after heating. Because it might be.

そのような揮発性分散媒(B)は、炭素原子および水素原子からなる揮発性炭化水素化合物、炭素原子、水素原子および酸素原子からなる揮発性有機化合物、炭素原子、水素原子および窒素原子からなる揮発性有機化合物、炭素原子、水素原子、酸素原子および窒素原子からなる揮発性有機化合物、前記揮発性有機化合物のうちの親水性揮発性有機化合物と水との混合物などから選択される。これらはいずれも常温において液状である。
水は純水が好ましく、その電気伝導度は100μS/cm以下が好ましく、10μS/cm以下がより好ましい。純水の製造方法は、通常の方法で良く、イオン交換法、逆浸透法、蒸留法が例示される。
Such a volatile dispersion medium (B) is composed of a volatile hydrocarbon compound composed of carbon atoms and hydrogen atoms, a volatile organic compound composed of carbon atoms, hydrogen atoms and oxygen atoms, carbon atoms, hydrogen atoms and nitrogen atoms. It is selected from volatile organic compounds, volatile organic compounds composed of carbon atoms, hydrogen atoms, oxygen atoms and nitrogen atoms, a mixture of hydrophilic volatile organic compounds of the volatile organic compounds and water, and the like. These are all liquid at room temperature.
The water is preferably pure water, and its electric conductivity is preferably 100 μS / cm or less, more preferably 10 μS / cm or less. The pure water production method may be a normal method, and examples include an ion exchange method, a reverse osmosis method, and a distillation method.

具体的には、炭素原子、水素原子および酸素原子からなる揮発性有機化合物として、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、ペンチルアルコール、ヘキシルアルコール、ヘプチルアルコール、オクチルアルコール、ノニルアルコール、デシルアルコール等の揮発性一価アルコール;エチレングリコールモノメチルエーテル(メチルセロソルブ、メチルカルビトール)、エチレングリコールモノエチルエーテル(エメチルセロソルブ、エチルカルビトール)、エチレングリコールモノプロピルエーテル(プロピルセロソルブ、プロピルカルビトール)、エチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ、ブチルカルビトール)、プロピレングリコールモノメチルエーテル、メチルメトキシブタノール等のエーテル結合を有する揮発性一価アルコール;ベンジルアルコール、2−フェニルエチルアルコールなどの揮発性アラルキルアルコール;エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどの揮発性多価脂肪族アルコールが例示される。 Specifically, as volatile organic compounds composed of carbon atoms, hydrogen atoms and oxygen atoms, volatilization of ethyl alcohol, propyl alcohol, butyl alcohol, pentyl alcohol, hexyl alcohol, heptyl alcohol, octyl alcohol, nonyl alcohol, decyl alcohol, etc. Monohydric alcohol: ethylene glycol monomethyl ether (methyl cellosolve, methyl carbitol), ethylene glycol monoethyl ether (emethyl cellosolve, ethyl carbitol), ethylene glycol monopropyl ether (propyl cellosolve, propyl carbitol), ethylene glycol mono Ethers such as butyl ether (butyl cellosolve, butyl carbitol), propylene glycol monomethyl ether, methylmethoxybutanol Volatile monohydric alcohols having binding; benzyl alcohol, volatile aralkyl alcohols such as 2-phenylethyl alcohol, ethylene glycol, propylene glycol, volatile polyhydric aliphatic alcohols such as glycerin are exemplified.

さらにはアセトン、メチルエチルケトン、メチルイゾブチルケトン、シクロヘキサノン、ジアセトンアルコール(4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン)、2−オクタノン、イソホロン(3、5、5−トリメチル−2−シクロヘキセン−1−オン)、ジイブチルケトン(2、6−ジメチル−4−ヘプタノン)等の揮発性脂肪族ケトン;酢酸エチル(エチルアセテート)、酢酸ブチル、アセトキシエタン、酪酸メチル、ヘキサン酸メチル、オクタン酸メチル、デカン酸メチル、メチルセロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートのような揮発性脂肪族カルボン酸エステル;テトラヒドロフラン、ジプロピルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、エトキシエチルエーテル等の揮発性脂肪族エーテルが例示される。 Furthermore, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, diacetone alcohol (4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone), 2-octanone, isophorone (3,5,5-trimethyl-2-cyclohexene-1- ON), volatile aliphatic ketones such as dibutylketone (2,6-dimethyl-4-heptanone); ethyl acetate (ethyl acetate), butyl acetate, acetoxyethane, methyl butyrate, methyl hexanoate, methyl octoate, decane Volatile aliphatic carboxylic acid esters such as methyl acid, methyl cellosolve acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate; tetrahydrofuran, dipropyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, ethylene Glycol dibutyl ether, propylene glycol dimethyl ether, volatile aliphatic ethers such as ethoxyethyl ether, and the like.

炭素原子および水素原子からなる揮発性炭化水素化合物として、n−パラフィン、イソパラフィン等の揮発性脂肪族炭化水素;トルエン、キシレン等の揮発性芳香族炭化水素が例示される。 Examples of volatile hydrocarbon compounds composed of carbon atoms and hydrogen atoms include volatile aliphatic hydrocarbons such as n-paraffin and isoparaffin; and volatile aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene.

炭素原子、水素原子および窒素原子からなる揮発性有機化合物として、アセトニトリル、プロピオニトリルのような揮発性アルキルニトリルが例示される。
炭素原子、水素原子、酸素原子および窒素原子からなる揮発性有機化合物として、アセトアミド、N、N-ジメチルホルムアミドのような揮発性カルボン酸アミドが例示される。その他に、低分子量の揮発性シリコーンオイルおよび揮発性有機変成シリコーンオイルが例示される。
Examples of volatile organic compounds composed of carbon atoms, hydrogen atoms and nitrogen atoms include volatile alkyl nitriles such as acetonitrile and propionitrile.
Examples of volatile organic compounds composed of carbon atoms, hydrogen atoms, oxygen atoms and nitrogen atoms include volatile carboxylic acid amides such as acetamide and N, N-dimethylformamide. Other examples include low molecular weight volatile silicone oils and volatile organic modified silicone oils.

揮発性分散媒(B)の配合量は、加熱焼結性金属粒子(A)を常温においてペースト状にするのに十分な量である。加熱焼結性金属粒子(A)の粒径、表面積、形状など、および、揮発性分散媒(B)の種類、粘度などにより、ペースト状にするのに十分な量は変動するが、具体的には、例えば、加熱焼結性金属粒子(A)100重量部当たり3〜30重量部である。
本発明の金属製部材の接合方法で使用するペースト状金属粒子組成物には、本発明の目的に反しない限り、加熱焼結性金属粒子(A)以外の非金属系の粉体、金属化合物、金属錯体、チクソ剤、安定剤、着色剤等の添加物を少量ないし微量配合しても良い。
The blending amount of the volatile dispersion medium (B) is an amount sufficient to make the heat-sinterable metal particles (A) into a paste at room temperature. Depending on the particle size, surface area, shape, etc. of the heat-sinterable metal particles (A), and the type, viscosity, etc. of the volatile dispersion medium (B), the amount sufficient to make a paste varies, but the specific For example, it is 3 to 30 parts by weight per 100 parts by weight of the heat-sinterable metal particles (A).
The paste-like metal particle composition used in the method for joining metal members of the present invention includes non-metallic powders other than the heat-sinterable metal particles (A), metal compounds, unless the object of the present invention is contrary to Additives such as metal complexes, thixotropic agents, stabilizers, colorants and the like may be incorporated in small or trace amounts.

本発明の金属製部材の接合方法で使用するペースト状金属粒子組成物は、(A)平均粒径が0.1μmより大きく50μm以下である加熱焼結性金属粒子と、(B)揮発性分散媒を、ミキサーに投入し、均一なペースト状になるまで撹拌混合することにより、容易に製造することができる。 The paste-like metal particle composition used in the method for joining metallic members of the present invention comprises (A) heat-sinterable metal particles having an average particle size of greater than 0.1 μm and not more than 50 μm, and (B) volatile dispersion. The medium can be easily produced by adding it to a mixer and stirring and mixing it until it becomes a uniform paste.

本発明の金属製部材の接合方法で使用するペースト状金属粒子組成物は、加熱焼結性金属粒子(A)と揮発性分散媒(B)との混合物であり、常温でペースト状である。なお、ペースト状はクリーム状やスラリー状を含む。ペースト化することによりシリンダーやノズルから細い線状に吐出でき、また、メタルマスクによる印刷塗布が容易である。複数の金属製部材間に介在させるペースト状金属粒子組成物の厚さは、加熱焼結性金属粒子(A)の加熱焼結により必要な接合強度が発現する厚さであれば、特に限定されない。通常、5μm以上、1200μm以下である。 The paste-like metal particle composition used in the method for joining metal members of the present invention is a mixture of heat-sinterable metal particles (A) and a volatile dispersion medium (B) and is paste-like at room temperature. The paste form includes a cream form and a slurry form. By making it into a paste, it can be discharged in a thin line from a cylinder or nozzle, and printing with a metal mask is easy. The thickness of the paste-like metal particle composition interposed between a plurality of metal members is not particularly limited as long as the necessary bonding strength is exhibited by heat sintering of the heat sinterable metal particles (A). . Usually, it is 5 μm or more and 1200 μm or less.

本発明の金属製部材の接合方法で使用する金属製部材は、塗布されたペースト状金属粒子組成物が加熱により該組成物中の揮発性分散媒が揮発し、加熱焼結性金属粒子同士(A)が焼結して接合する被接合体である。金属製部材の材質としては、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、スズ、アルミニウム、および、これら各金属の合金が例示される。これらのうちでは導電性、接合性の点で、銅、銀、金、白金、パラジウムまたはこれら各金属の合金が好ましい。金属製部材は前記金属でメッキされたものであってもよい。金属製部材としては、全体または一部が金属で形成されたリードフレーム、プリント基板、半導体チップ、放熱板が例示される。 In the metal member used in the method for joining metal members of the present invention, the applied paste-like metal particle composition volatilizes the volatile dispersion medium in the composition by heating, and the heat-sinterable metal particles ( A) is an object to be joined by sintering. Examples of the material of the metal member include gold, silver, copper, platinum, palladium, nickel, tin, aluminum, and alloys of these metals. Among these, copper, silver, gold, platinum, palladium, or an alloy of these metals is preferable in terms of conductivity and bondability. The metal member may be plated with the metal. Examples of the metal member include a lead frame, a printed circuit board, a semiconductor chip, and a heat sink, all or part of which is made of metal.

本発明の金属製部材の接合方法は、上記ペースト状金属粒子組成物を複数の金属製部材間に介在させ、不活性ガス中で、40℃以上200℃以下での加熱により、該ペースト状金属粒子組成物に含有されている揮発性分散媒(B)の10重量%以上100重量%未満の量を揮散させた後、酸化性ガスまたは還元性ガスのような活性ガス中で70℃以上400℃以下での加熱により、該ペースト状金属粒子組成物中に残存する揮発性分散媒(B)を揮散し、加熱焼結性金属粒子(A)同士が焼結して複数の金属製部材同士を接合する方法である。この際、加熱焼結性金属粒子(A)の種類と活性ガスの種類は特に限定されないが、加熱焼結性金属粒子(A)が銀粒子の場合は酸化性ガスであることが好ましく、加熱焼結性金属粒子(A)が銅粒子の場合は還元性ガスであることが好ましい。 The metal member joining method of the present invention comprises the paste-like metal particle composition interposed between a plurality of metal members and heated in an inert gas at 40 ° C. or more and 200 ° C. or less. After volatilizing an amount of 10% by weight or more and less than 100% by weight of the volatile dispersion medium (B) contained in the particle composition, it is 70 ° C. or more and 400 ° C. in an active gas such as an oxidizing gas or a reducing gas. The volatile dispersion medium (B) remaining in the paste-like metal particle composition is volatilized by heating at a temperature of ℃ or less, and the heat-sinterable metal particles (A) are sintered together to form a plurality of metal members. It is the method of joining. At this time, the type of heat-sinterable metal particles (A) and the type of active gas are not particularly limited, but when the heat-sinterable metal particles (A) are silver particles, it is preferably an oxidizing gas, When the sinterable metal particles (A) are copper particles, it is preferably a reducing gas.

ペースト状金属粒子組成物は不活性ガス中で加熱しても、加熱焼結性金属粒子(A)の焼結性は乏しい。一方、該ペースト状金属粒子組成物を酸化性ガスまたは還元性ガス中で加熱した場合は、加熱焼結性金属粒子(A)は焼結性に優れるため短時間で焼結するが、複数の金属製部材間で介在した状態では熱の加わり方が均一でないため焼結性にムラが出やすく、また同様に揮発性分散媒(B)の揮発も均一でないため、加熱焼結性金属粒子(A)が均一に焼結しにくく、その結果加熱焼結性金属粒子(A)の焼結物にはクラックが発生しやすい。 Even when the paste-like metal particle composition is heated in an inert gas, the sinterability of the heat-sinterable metal particles (A) is poor. On the other hand, when the paste-like metal particle composition is heated in an oxidizing gas or a reducing gas, the heat-sinterable metal particles (A) sinter in a short time because they have excellent sinterability. In the state of being interposed between metal members, the method of applying heat is not uniform, so uneven sinterability is likely to occur, and similarly, the volatilization of the volatile dispersion medium (B) is not uniform, so that the heat-sinterable metal particles ( A) is difficult to sinter uniformly, and as a result, cracks are likely to occur in the sintered product of the heat-sinterable metal particles (A).

本発明の金属製部材の接合方法は、上記のような該ペースト状金属粒子組成物中の加熱焼結性金属粒子(A)が不活性ガス中での加熱では焼結性が悪く、酸化性ガスや還元性ガス中での加熱では焼結性に優れる性質を利用して、クラックがない加熱焼結性金属粒子(A)の焼結物を得ている。すなわち加熱焼結性金属粒子(A)が焼結する前に、40℃以上200℃以下の温度で加熱することにより、クラックの原因となる該ペースト状金属粒子組成物中の揮発性分散媒(B)の量を低減させるものである。具体的には揮発性分散媒(B)の10%以上100重量%未満の量をこの加熱により揮散させることを特徴とする。 The metal member joining method of the present invention is such that the heat-sinterable metal particles (A) in the paste-like metal particle composition as described above have poor sinterability when heated in an inert gas, and are oxidizable. By utilizing the property of excellent sinterability when heated in a gas or reducing gas, a sintered product of heat-sinterable metal particles (A) free from cracks is obtained. That is, before the heat-sinterable metal particles (A) are sintered, by heating at a temperature of 40 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, the volatile dispersion medium in the paste-like metal particle composition that causes cracking ( The amount of B) is reduced. Specifically, an amount of 10% or more and less than 100% by weight of the volatile dispersion medium (B) is volatilized by this heating.

加熱温度が40℃未満であると、揮発性分散媒(B)の揮散が起こりにくく、200℃を越えると加熱焼結性金属粒子(A)が不均一に焼結を始めるため、焼結物にクラックが発生しやすい。また揮発性分散媒(B)の揮発量が10%未満であるとこの加熱の効果がないので揮発量を10%以上とするが、好ましくは20重量%以上である。
一方、揮発性分散媒(B)を100%揮発させると、振動によりペースト状金属粒子組成物が金属製部材から取れやすいので揮発量を100%未満とするが、好ましくは98%以下である。
When the heating temperature is less than 40 ° C., the volatile dispersion medium (B) hardly volatilizes. When the heating temperature exceeds 200 ° C., the heat-sinterable metal particles (A) start to sinter unevenly. Cracks are likely to occur. If the volatilization amount of the volatile dispersion medium (B) is less than 10%, the heating effect is not obtained, so the volatilization amount is 10% or more, but preferably 20% by weight or more.
On the other hand, when 100% of the volatile dispersion medium (B) is volatilized, the paste-like metal particle composition is easily removed from the metal member by vibration, so the volatilization amount is less than 100%, but preferably 98% or less.

本発明の金属製部材の接合方法では、加熱焼結性金属粒子(A)の不均一な焼結の原因となる揮発性分散媒(B)の10%以上100重量%未満の量を揮散させた後、加熱焼結性金属粒子(A)を酸化性ガス中または還元性ガス中で加熱するので、加熱焼結性金属粒子(A)は均一な焼結が可能となり、その結果、クラックの少ない焼結物を得ることができる。 In the method for joining metal members of the present invention, an amount of 10% or more and less than 100% by weight of the volatile dispersion medium (B) that causes non-uniform sintering of the heat-sinterable metal particles (A) is volatilized. After that, the heat-sinterable metal particles (A) are heated in an oxidizing gas or a reducing gas, so that the heat-sinterable metal particles (A) can be uniformly sintered. A small amount of sintered product can be obtained.

この際、加熱焼結性金属粒子(A)が銅粒子である場合には、酸化性ガス中で加熱すると銅粒子が酸化され焼結物の導電性が低下する問題があるため還元性ガス中で加熱することが好ましい。銅は還元性ガス中で加熱した場合は、金属製部材の酸化による腐食、変色等の問題がなく、十分に焼結して接合強度が優れている。また酸化銅は還元性ガス中で加熱した場合は、還元されて銅となるため、金属製部材の酸化による腐食、変色等の問題がなく、十分に焼結して導電性が優れている。 At this time, when the heat-sinterable metal particles (A) are copper particles, there is a problem in that when heated in an oxidizing gas, the copper particles are oxidized and the conductivity of the sintered product is lowered. It is preferable to heat with. When copper is heated in a reducing gas, there is no problem of corrosion or discoloration due to oxidation of the metal member, and it is sufficiently sintered and has excellent bonding strength. Further, since copper oxide is reduced to copper when heated in a reducing gas, there is no problem of corrosion or discoloration due to oxidation of the metal member, and it is sufficiently sintered and excellent in conductivity.

同様の理由により金属製部材が銅の場合は加熱焼結性金属粒子(A)の材質によらず還元性ガス中で加熱することが好ましい。 For the same reason, when the metal member is copper, it is preferable to heat in a reducing gas regardless of the material of the heat-sinterable metal particles (A).

なお、接合に使用するペースト状金属粒子組成物中の加熱焼結性金属粒子(A)と金属製部材の表面金属は、同一金属もしくは金属合金であっても良く、また合金を形成しやすい金属同士であっても良い。 The heat-sinterable metal particles (A) in the paste-like metal particle composition used for joining and the surface metal of the metal member may be the same metal or a metal alloy, or a metal that easily forms an alloy. It may be between each other.

本発明の金属製部材の接合方法において、揮発性分散媒(B)を揮発させるときの不活性ガスとしては、ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガスが例示されるが、窒素ガスが好ましい。また、これらの不活性ガスの純度は99.99体積%以上であることが好ましい。 In the metal member joining method of the present invention, examples of the inert gas for volatilizing the volatile dispersion medium (B) include helium gas, argon gas, and nitrogen gas, with nitrogen gas being preferred. Moreover, it is preferable that the purity of these inert gas is 99.99 volume% or more.

酸化性ガスは酸素ガスを含有することが好ましい。酸素ガス以外の成分としてはヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガスが例示されるが、経済性の点で窒素ガスであることが好ましい。酸素ガスと不活性ガスの比率は限定されないが、酸素ガスが0.1〜40体積%であり、残余が不活性ガスであることが好ましい。酸化性ガスは空気であってもよい。 The oxidizing gas preferably contains oxygen gas. Examples of components other than oxygen gas include helium gas, argon gas, and inert gas such as nitrogen gas, but nitrogen gas is preferable from the viewpoint of economy. The ratio of the oxygen gas and the inert gas is not limited, but it is preferable that the oxygen gas is 0.1 to 40% by volume and the remainder is the inert gas. The oxidizing gas may be air.

還元性ガスは、純品である必要はなく、不活性ガスとの混合物であってもよい。還元性ガスとして、水素ガス、一酸化炭素、アンモニア分解ガスが例示されるが、水素ガスが好ましい。還元性ガスにおける還元性ガス成分と不活性ガス成分の比率は限定されないが、還元性ガス成分が水素ガスである場合は1〜40体積%であり、残余が不活性ガスであることがより好ましい。水素ガスの比率が1体積%未満であると、銅、銅合金などの酸化されやすい金属製部材の表面の酸化物を還元する効果が乏しく、また、ペースト状金属粒子組成物中の加熱焼結性金属粒子(A)の加熱焼結性が十分でなく接合強度が低下し、水素ガスの比率が40体積%を越えると、可燃性ガスとして取り扱い上の危険性が増すためである。最も好ましくは、水素ガスが5〜25体積%と窒素ガス95〜75体積%とからなるフォーミングガスと称される還元性ガスである。 The reducing gas need not be a pure product, and may be a mixture with an inert gas. Examples of the reducing gas include hydrogen gas, carbon monoxide, and ammonia decomposition gas, but hydrogen gas is preferable. The ratio of the reducing gas component to the inert gas component in the reducing gas is not limited, but when the reducing gas component is hydrogen gas, it is 1 to 40% by volume, and the remainder is more preferably an inert gas. . When the ratio of hydrogen gas is less than 1% by volume, the effect of reducing oxides on the surface of easily oxidized metal members such as copper and copper alloys is poor, and heat sintering in the paste-like metal particle composition This is because if the heat-sinterability of the flammable metal particles (A) is not sufficient and the bonding strength is reduced and the hydrogen gas ratio exceeds 40% by volume, the danger of handling as flammable gas increases. Most preferably, the reducing gas is a reducing gas called a forming gas composed of 5 to 25% by volume of hydrogen gas and 95 to 75% by volume of nitrogen gas.

還元性ガスは、酸素ガスを含有しないことが好ましいが、含有するとしても金属製部材の酸化防止と危険防止のため少ないほど好ましく、特に100ppm以下であることが好ましい。このような還元性ガス中でペースト状金属粒子組成物を金属製部材間で加熱することにより、金属製部材が酸化による腐食や変色することなく、かつ、ペースト状金属粒子組成物中の加熱焼結性金属粒子(A)が十分に焼結して金属製部材を強固に接合することができる。 The reducing gas preferably does not contain oxygen gas, but even if it is contained, the reducing gas is preferably as small as possible to prevent oxidation and danger of the metal member, and particularly preferably 100 ppm or less. By heating the paste-like metal particle composition between metal members in such a reducing gas, the metal member does not corrode or discolor due to oxidation, and the paste-like metal particle composition is heated and fired in the paste-like metal particle composition. The cohesive metal particles (A) can be sufficiently sintered to firmly join the metal members.

本発明で使用するペースト状金属粒子組成物は、加熱することにより揮発性分散媒が揮散する。この際、ペースト状金属粒子組成物は、不活性ガス雰囲気中においては加熱焼結性金属粒子(A)の焼結性が低いので焼結を抑えながら揮発性分散媒を揮発することができる。しかる後に、酸化性ガスまたは還元性ガス中で加熱焼結性金属粒子(A)の焼結温度以上の温度に加熱することにより、残存していた揮発性分散媒(B)が揮散して、金属粒子同士(A)が焼結し、クラックがない導電性の優れた固形状の金属となり、金属製部材同士を強固に接合する。接合体のせん断接着強さは5MPa以上であることが好ましい。また該焼結物の体積抵抗率は1×10−1Ω・cm以下であることが好ましい。なお酸化性ガスまたは還元性ガス中での加熱時にペースト状金属粒子組成物に圧力や超音波振動を加えても良い。 The paste-like metal particle composition used in the present invention volatilizes the volatile dispersion medium by heating. At this time, since the paste-like metal particle composition has low sinterability of the heat-sinterable metal particles (A) in an inert gas atmosphere, the volatile dispersion medium can be volatilized while suppressing sintering. After that, by heating to a temperature equal to or higher than the sintering temperature of the heat-sinterable metal particles (A) in an oxidizing gas or a reducing gas, the remaining volatile dispersion medium (B) is volatilized, The metal particles (A) are sintered to form a solid metal having excellent conductivity without cracks, and the metal members are strongly bonded to each other. The shear bond strength of the joined body is preferably 5 MPa or more. The volume resistivity of the sintered product is preferably 1 × 10 −1 Ω · cm or less. Note that pressure or ultrasonic vibration may be applied to the paste-like metal particle composition during heating in an oxidizing gas or a reducing gas.

酸化性ガスまたは還元性ガス中での加熱の際、残存している揮発性分散媒(B)が揮散し、ついで加熱焼結性金属粒子(A)同士が焼結してもよく、残存している揮発性分散媒(B)の揮散と共に加熱焼結性金属粒子(A)同士が焼結してもよい。特に加熱焼結性金属粒子(A)が銀粒子または銅粒子の場合は、銀または銅が本来大きな強度と極めて高い電気伝導性と熱伝導性を有するため、銀粒子または銅粒子同士の焼結物も、大きな強度ときわめて高い電気伝導性と熱伝導性を有する。 When heated in an oxidizing gas or a reducing gas, the remaining volatile dispersion medium (B) is volatilized, and then the heat-sinterable metal particles (A) may be sintered together and remain. The heat-sinterable metal particles (A) may be sintered together with the volatilization of the volatile dispersion medium (B). In particular, when the heat-sinterable metal particles (A) are silver particles or copper particles, the silver or copper inherently has high strength and extremely high electrical and thermal conductivity, so the silver particles or copper particles are sintered together. Objects also have great strength and very high electrical and thermal conductivity.

酸化性ガスまたは還元性ガス中での加熱温度は、残存している揮発性分散媒(B)が揮散し、加熱焼結性金属粒子(A)が焼結できる温度であればよく、通常70℃以上であり、150℃以上がより好ましい。しかし、400℃を越えると残存している揮発性分散媒が突沸的に蒸発して、固形状金属の形状に悪影響が出る可能性があるため、400℃以下であることが必要であり、より好ましくは300℃以下である。 The heating temperature in the oxidizing gas or the reducing gas may be any temperature as long as the remaining volatile dispersion medium (B) can be volatilized and the heat-sinterable metal particles (A) can be sintered. It is more than 150 degreeC, and 150 degreeC or more is more preferable. However, if the temperature exceeds 400 ° C., the remaining volatile dispersion medium may suddenly evaporate, and the shape of the solid metal may be adversely affected. Preferably it is 300 degrees C or less.

本発明で使用するペースト状金属粒子組成物は、加熱により揮発性分散媒(B)が揮散し、加熱焼結性金属粒子(A)同士が焼結する。複数の金属製部材間の接合に用いた場合、接触していた金属製部材、例えば金メッキ基板、銀基板、銀メッキ金属基板、銅基板等の金属系基板へ強固に接着し、また電気絶縁性基板上の電極等金属部分へ強固に接着するので、本発明の金属製部材の接合方法は、金属系基板や金属部分を有する電子部品、電子装置、電気部品、電気装置等の接合に有用である。 In the paste-like metal particle composition used in the present invention, the volatile dispersion medium (B) is volatilized by heating, and the heat-sinterable metal particles (A) are sintered together. When used for bonding between metal members, it adheres firmly to metal members that have been in contact, such as gold-plated substrates, silver substrates, silver-plated metal substrates, copper substrates, etc. Since it adheres firmly to a metal part such as an electrode on a substrate, the metal member joining method of the present invention is useful for joining a metal-based substrate or an electronic component, electronic device, electric component, electric device or the like having a metal portion. is there.

そのような接合として、コンデンサ、抵抗等のチップ部品と回路基板との接合、ダイオード、メモリ、IC、CPU等の半導体チップとリードフレームもしくは回路基板との接合、高発熱のCPUチップと冷却板との接合が例示される。 Such bonding includes bonding of chip parts such as capacitors and resistors and circuit boards, bonding of semiconductor chips such as diodes, memories, ICs, and CPUs to lead frames or circuit boards, and high-heat generation CPU chips and cooling plates. Are exemplified.

本発明の金属製部材接合体の製造方法は、(A)平均粒径が0.1μmより大きく50μm以下である加熱焼結性金属粒子と(B)揮発性分散媒とからなるペースト状金属粒子組成物を、複数の金属製部材間に介在させ、不活性ガス中で40℃以上200℃以下での加熱により、該ペースト状金属粒子組成物中の揮発性分散媒(B)の10重量%以上100重量%未満の量を揮散させた後、酸化性ガス中または還元性ガス中で70℃以上400℃以下での加熱により、該ペースト状金属粒子組成物中に残存する揮発性分散媒(B)を揮散させ、加熱焼結性金属粒子(A)同士を焼結して複数の該金属製部材同士を接合させることを特徴とする。 The method for producing a metal member assembly according to the present invention comprises: (A) heat-sinterable metal particles having an average particle size of greater than 0.1 μm and 50 μm or less; and (B) paste-like metal particles comprising a volatile dispersion medium. 10% by weight of the volatile dispersion medium (B) in the paste-like metal particle composition by interposing the composition between a plurality of metal members and heating in an inert gas at 40 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. After volatilizing the amount less than 100% by weight, the volatile dispersion medium remaining in the paste-like metal particle composition by heating at 70 ° C. or more and 400 ° C. or less in an oxidizing gas or a reducing gas ( B) is volatilized, the heat-sinterable metal particles (A) are sintered together, and a plurality of the metal members are joined together.

金属製部材、平均粒径が0.1μmより大きく50μm以下である加熱焼結性金属粒子(A) 、揮発性分散媒(B)、揮発性分散媒(B)の揮散条件、不活性ガス、酸化性ガス、還元性ガス、加熱焼結条件などについては、金属製部材の接合方法に関して説明したとおりである。複数の金属製部材間に介在している加熱焼結した金属層の厚さは、必要な接合強度が発現する厚さであればよく、特に限定されない。通常、3μm以上、1000μm以下である。かくして得られた金属製部材の接合体は接合強度が大きい。そのせん断接着強さは5MPa以上であることが好ましく、該焼結物の体積抵抗率は1×10−1Ω・cm以下であることが好ましい。 Metal member, heat-sinterable metal particles (A) having an average particle size greater than 0.1 μm and 50 μm or less, volatile dispersion medium (B), volatilization conditions of volatile dispersion medium (B), inert gas, The oxidizing gas, reducing gas, heat sintering conditions, and the like are as described for the method for joining metal members. The thickness of the heat-sintered metal layer interposed between the plurality of metal members is not particularly limited as long as the necessary bonding strength is exhibited. Usually, it is 3 μm or more and 1000 μm or less. The joined body of metal members thus obtained has a high joining strength. The shear bond strength is preferably 5 MPa or more, and the volume resistivity of the sintered product is preferably 1 × 10 −1 Ω · cm or less.

そのような金属製部材接合体として、コンデンサ、抵抗等のチップ部品と回路基板との接合体、ダイオード、メモリ、IC、CPU等の半導体チップとリードフレームもしくは回路基板との接合体、高発熱のCPUチップと冷却板との接合体が例示される。 As such a metal member joined body, a joined body of a chip component such as a capacitor or a resistor and a circuit board, a joined body of a semiconductor chip such as a diode, memory, IC, or CPU and a lead frame or a circuit board, a high heat generating body A joined body of a CPU chip and a cooling plate is exemplified.

本発明の実施例と比較例を掲げる。実施例と比較例中、部と記載されているのは、重量部を意味する。ペースト状金属粒子組成物における揮発性分散媒の揮発量、金属製部材のせん断接着強さ、加熱焼結性金属粒子の焼結物の体積抵抗率、加熱焼結性金属粒子の焼結物中のクラックの数、接合後の金属製部材として銅の酸化、および、雰囲気ガス中の酸素ガス濃度は下記のとおり測定、評価した。なお、特に記載のない場合の温度は23℃である。 Examples and comparative examples of the present invention will be given. In the examples and comparative examples, “parts” means “parts by weight”. Volatile amount of volatile dispersion medium in paste-like metal particle composition, shear adhesive strength of metal member, volume resistivity of sintered product of heat-sinterable metal particles, in sintered product of heat-sinterable metal particles The number of cracks, the oxidation of copper as a metal member after joining, and the oxygen gas concentration in the atmosphere gas were measured and evaluated as follows. In addition, the temperature in case there is no description in particular is 23 degreeC.

[揮発性分散媒の揮発量]
幅25mm×長さ70mm、厚さ1.0mmの銀基板または銅基板(無酸素銅製)上に、10mmの間隔をおいて4つの開口部(2.5mm×2.5mm)を有する100μm厚のメタルマスクを用いて、ペースト状金属粒子組成物を印刷塗布し、その上にサイズが2.5mm×2.5mm×0.5mmの銀チップまたは銅チップ(無酸素銅製)を搭載した。この銀チップまたは銅チップを搭載した銀基板または銅基板を常温のガス流通炉に入れ、実施例で用いたガスにより雰囲気を置換後、流量1リットル/分で流しながら常温から昇温速度1℃/秒で80℃まで昇温し、80℃で実施例における所定の時間を保持後、常温まで冷却してペースト状金属粒子組成物中の揮発性分散媒量を低減させた。このとき加熱前のペースト状金属粒子組成物の正味重量に対する加熱後のペースト状金属粒子組成物の正味重量から、加熱により揮散した揮発性分散媒の重量比率を下記の式により算出した。
[Volatilization amount of volatile dispersion medium]
100 μm thick having four openings (2.5 mm × 2.5 mm) at intervals of 10 mm on a silver substrate or copper substrate (made of oxygen-free copper) having a width of 25 mm × length of 70 mm and a thickness of 1.0 mm The paste-like metal particle composition was printed and applied using a metal mask, and a silver chip or a copper chip (made of oxygen-free copper) having a size of 2.5 mm × 2.5 mm × 0.5 mm was mounted thereon. The silver substrate or copper substrate on which this silver chip or copper chip is mounted is placed in a gas circulation furnace at room temperature, the atmosphere is replaced with the gas used in the examples, and the temperature rising rate is 1 ° C. from normal temperature while flowing at a flow rate of 1 liter / min. The temperature was raised to 80 ° C./sec, and after maintaining the predetermined time in the examples at 80 ° C., the mixture was cooled to room temperature to reduce the amount of volatile dispersion medium in the paste-like metal particle composition. At this time, from the net weight of the paste-like metal particle composition after heating to the net weight of the paste-like metal particle composition before heating, the weight ratio of the volatile dispersion medium volatilized by heating was calculated by the following formula.

揮発性分散媒の揮発量(%)=(S−T)×100/(S×U)
S=加熱前のペースト状金属粒子組成物の正味量(g)
T=加熱後のペースト状金属粒子組成物の正味量(g)
U=加熱前のペースト状金属粒子組成物中の揮発性分散媒の含有率
=揮発性分散媒重量/(加熱焼結性金属粒子重量+揮発性分散媒重量)
Volatile amount of volatile dispersion medium (%) = (ST) × 100 / (S × U)
S = Net amount of paste-like metal particle composition before heating (g)
T = Net amount of paste-like metal particle composition after heating (g)
U = content of volatile dispersion medium in paste-like metal particle composition before heating = volatile dispersion medium weight / (heat-sinterable metal particle weight + volatile dispersion medium weight)

[金属製部材のせん断接着強さ]
幅25mm×長さ70mm、厚さ1.0mmの銀基板または銅基板(無酸素銅製)上に、10mmの間隔をおいて4つの開口部(2.5mm×2.5mm)を有する100μm厚のメタルマスクを用いて、ペースト状金属粒子組成物を印刷塗布した。印刷塗布したペースト状金属粒子組成物上に、サイズが2.5mm×2.5mm×0.5mmの銀チップまたは銅チップ(無酸素銅製)を搭載した。この銀チップまたは銅チップを搭載した銀基板または銅基板を常温のガス流通炉に入れ、実施例で用いたガスにより雰囲気を置換後、流量1リットル/分で流しながら常温から昇温速度1℃/秒で80℃まで昇温し、80℃で実施例における所定の時間を保持後、常温まで冷却してペースト状金属粒子組成物中の揮発性分散媒量を低減させた。
[Shear bond strength of metal parts]
100 μm thick having four openings (2.5 mm × 2.5 mm) at intervals of 10 mm on a silver substrate or copper substrate (made of oxygen-free copper) having a width of 25 mm × length of 70 mm and a thickness of 1.0 mm The paste-like metal particle composition was printed and applied using a metal mask. A silver chip or a copper chip (made of oxygen-free copper) having a size of 2.5 mm × 2.5 mm × 0.5 mm was mounted on the paste-like metal particle composition applied by printing. The silver substrate or copper substrate on which this silver chip or copper chip is mounted is placed in a gas circulation furnace at room temperature, the atmosphere is replaced with the gas used in the examples, and the temperature rising rate is 1 ° C. from normal temperature while flowing at a flow rate of 1 liter / min. The temperature was raised to 80 ° C./sec, and after maintaining the predetermined time in the examples at 80 ° C., the mixture was cooled to room temperature to reduce the amount of volatile dispersion medium in the paste-like metal particle composition.

次に、実施例で用いたガスにより雰囲気を置換後、流量1リットル/分で流しながら常温から昇温速度1℃/秒で250℃まで昇温し、250℃で1時間保持後、常温まで冷却した。その間に残存している揮発性分散媒が完全に揮発し、ペースト状金属粒子組成物中の加熱焼結性金属粒子同士が焼結して銀基板または銅基板(無酸素銅製)と銀チップまたは銅チップ(無酸素銅製)の接合体が形成された。加熱焼結性金属粒子同士の焼結物の厚さは70〜80μm程度であった。 Next, after replacing the atmosphere with the gas used in the examples, the temperature was raised from room temperature to 250 ° C. at a heating rate of 1 ° C./second while flowing at a flow rate of 1 liter / minute, held at 250 ° C. for 1 hour, and then to room temperature. Cooled down. The remaining volatile dispersion medium is completely volatilized, and the heat-sinterable metal particles in the paste-like metal particle composition are sintered to form a silver substrate or a copper substrate (made of oxygen-free copper) and a silver chip or A joined body of copper chips (made of oxygen-free copper) was formed. The thickness of the sintered product between the heat-sinterable metal particles was about 70 to 80 μm.

かくして得られた接合体、すなわち、試験体を接着強さ試験機の試験体取付け具にセットし、該銀チップまたは銅チップの側面を接着強さ試験機の押圧棒により押厚速度23mm/分で押圧し、接合部がせん断破壊したときの荷重をもってせん断接着強さ(単位;MPa)とした。 The bonded body thus obtained, that is, the test body was set on a test body mounting tool of an adhesive strength tester, and the side surface of the silver chip or copper chip was pressed by a pressing bar of the adhesive strength tester at a thickness rate of 23 mm / min. And the load at the time when the joint portion was sheared and broken was defined as the shear bond strength (unit: MPa).

[焼結物の体積抵抗率]
幅50mm×長さ50mm×厚さ1.0mmのポリテトラフルオロエチレン樹脂板上に、幅10mm×長さ10mmの開口部を有する500μm厚のメタルマスクを用いて、ペースト状金属粒子組成物を塗布した。実施例で用いたガスにより雰囲気を置換後、流量1リットル/分で流しながら常温から昇温速度1℃/秒で80℃まで昇温し、80℃で実施例における所定の時間を保持後、常温まで冷却してペースト状金属粒子組成物の加熱焼結性金属粒子を焼結した。
[Volume resistivity of sintered product]
A paste-like metal particle composition is applied on a polytetrafluoroethylene resin plate having a width of 50 mm, a length of 50 mm, and a thickness of 1.0 mm using a metal mask having a thickness of 10 mm and a length of 10 mm and a thickness of 10 μm. did. After replacing the atmosphere with the gas used in the example, the temperature was increased from room temperature to 80 ° C. at a rate of temperature increase of 1 ° C./second while flowing at a flow rate of 1 liter / min, and after maintaining the predetermined time in the example at 80 ° C., After cooling to room temperature, the heat-sinterable metal particles of the paste-like metal particle composition were sintered.

引き続き残存している揮発性分散媒を完全に揮散させ、ペースト状金属粒子組成物中の加熱焼結性金属粒子を焼結させるため、実施例で用いたガスにより雰囲気を置換後、流量1リットル/分で流しながら常温から昇温速度1℃/秒で250℃まで昇温し、250℃で1時間保持後、常温まで冷却した。
かくして得られた板状の銅についてJIS K 7194に準じた方法により体積抵抗率(単位;Ω・cm)を測定した。
Subsequently, in order to completely volatilize the remaining volatile dispersion medium and sinter the heat-sinterable metal particles in the paste-like metal particle composition, the atmosphere is replaced with the gas used in the examples, and then the flow rate is 1 liter. The temperature was raised from room temperature to 250 ° C. at a rate of temperature rise of 1 ° C./second while flowing at a rate of 1 minute, and kept at 250 ° C. for 1 hour, and then cooled to room temperature.
The plate-like copper thus obtained was measured for volume resistivity (unit: Ω · cm) by a method according to JIS K 7194.

[焼結物中のクラックの数]
金属製部材のせん断接着強さ測定用試験体の接合部の焼結物を株式会社ソフテックス製のX線透過撮影装置(型番SJV−2000。出力60kV)により観察し、焼結体中のクラックを観察し、2.5mm×2.5mm当たりの、長さ0.1mm以上のクラックの数を計測した。
[Number of cracks in sintered product]
The sintered product of the joint part of the specimen for measuring the shear bond strength of the metal member was observed with an X-ray transmission imaging apparatus (model number SJV-2000, output 60 kV) manufactured by Softex Co., Ltd., and cracks in the sintered body were observed. And the number of cracks with a length of 0.1 mm or more per 2.5 mm × 2.5 mm was measured.

[銅の酸化]
目視により、金属製部材のせん断接着強さ測定用試験体の銅基板と、試験体作成用の銅基板とを比較観察して、色の変化で評価した。
[Oxidation of copper]
By visual observation, the copper substrate of the test body for measuring the shear bond strength of the metal member was compared with the copper substrate for preparing the test body, and the change in color was evaluated.

[雰囲気ガス中の酸素ガス濃度]
加熱焼結時の雰囲気中の酸素ガス濃度を、酸素濃度計(東レエンジニアリング株式会社製、KF−400)により測定した。
[Concentration of oxygen gas in atmospheric gas]
The oxygen gas concentration in the atmosphere during the heating and sintering was measured with an oxygen concentration meter (KF-400, manufactured by Toray Engineering Co., Ltd.).

[実施例1]
市販の、還元法で製造され表面がステアリン酸で被覆された銀粒子(形状:粒状、1次粒子の平均粒径:1.1μm、ステアリン酸量:0.3重量%)100部に、揮発性分散媒として酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチル(和光純薬工業株式会社製、試薬特級)8部を添加し、ヘラを用いて均一に混合することによりペースト状銀粒子組成物を調製した。
[Example 1]
Volatile in 100 parts of commercially available silver particles produced by the reduction method and coated with stearic acid on the surface (shape: granular, average particle size of primary particles: 1.1 μm, amount of stearic acid: 0.3 wt%) 8 parts of 2- (2-butoxyethoxy) ethyl acetate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade reagent) is added as an aqueous dispersion medium, and a paste-like silver particle composition is prepared by uniformly mixing with a spatula did.

このペースト状銀粒子組成物について揮発性分散媒である酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチルを揮発させるため、不活性ガスである窒素ガス(純度99.99%)中で80℃で20分間加熱し、このときの揮発性分散媒の揮発量を測定した。次に酸化性ガスである空気中で加熱して残存している揮発性分散媒を完全に揮散させ、銀粒子を焼結させることにより、せん断接着強さ測定用の試験体および体積抵抗率測定用の試験体を作製した。 In order to volatilize the volatile dispersion medium 2- (2-butoxyethoxy) ethyl acetate in this paste-like silver particle composition, it is 20 minutes at 80 ° C. in nitrogen gas (purity 99.99%) as an inert gas. It heated and measured the volatilization amount of the volatile dispersion medium at this time. Next, the remaining volatile dispersion medium is completely volatilized by heating in air, which is an oxidizing gas, and the silver particles are sintered, so that a specimen for measuring shear bond strength and volume resistivity measurement are obtained. A test specimen was prepared.

これらの試験体について、使用した基板およびチップの材質、金属製部材のせん断接着強さ、焼結物の体積抵抗率、焼結物中のクラックの数および銅の酸化の測定をして、測定結果を表1にまとめて示した。以上の結果より、この接合方法が、ペースト状銀粒子組成物中の銀粒子の加熱焼結物にクラックがなく、金属製部材を強固に接合するのに有用なことがわかった。 For these specimens, measurement was made by measuring the material of the substrate and chip used, the shear bonding strength of the metal member, the volume resistivity of the sintered product, the number of cracks in the sintered product, and the oxidation of copper. The results are summarized in Table 1. From the above results, it was found that this joining method is useful for strongly joining metal members without cracks in the sintered silver particles in the paste-like silver particle composition.

[実施例2]
市販の、還元法で製造され表面がステアリン酸で被覆された銀粒子(形状:粒状、1次粒子の平均粒径:1.1μm、ステアリン酸量:0.3重量%)100部に、揮発性分散媒として蒸留範囲が210℃から260℃で脂肪族炭化水素であるイソパラフィン(新日本石油化学株式会社製、商品名アイソゾール400)8部を添加し、ヘラを用いて均一に混合することによりペースト状銀粒子組成物を調製した。
[Example 2]
Volatile in 100 parts of commercially available silver particles produced by the reduction method and coated with stearic acid on the surface (shape: granular, average particle size of primary particles: 1.1 μm, amount of stearic acid: 0.3 wt%) By adding 8 parts of an isoparaffin (trade name Isosol 400, manufactured by Nippon Petrochemical Co., Ltd.), an aliphatic hydrocarbon having a distillation range of 210 ° C. to 260 ° C., and mixing uniformly using a spatula A pasty silver particle composition was prepared.

このペースト状銀粒子組成物について揮発性分散媒であるイソパラフィンを揮発させるため、不活性ガスである窒素ガス(純度99.99%)中で80℃で20分間加熱し、このときの揮発性分散媒の揮発量を測定した。次に還元性ガスである水素ガス10体積%と窒素ガス90体積%の混合ガス中で加熱して残存している揮発性分散媒を完全に揮散させ、銀粒子を焼結させることにより、せん断接着強さ測定用の試験体および体積抵抗率測定用の試験体を作製した。 In order to volatilize the isoparaffin which is a volatile dispersion medium for this paste-like silver particle composition, it is heated at 80 ° C. for 20 minutes in nitrogen gas (purity 99.99%) as an inert gas, and the volatile dispersion at this time The volatilization amount of the medium was measured. Next, the remaining volatile dispersion medium is completely volatilized by heating in a mixed gas of 10% by volume of hydrogen gas, which is a reducing gas, and 90% by volume of nitrogen gas, and the silver particles are sintered. A test specimen for measuring adhesive strength and a test specimen for measuring volume resistivity were prepared.

これらの試験体について、使用した基板およびチップの材質、金属製部材のせん断接着強さ、焼結物の体積抵抗率、焼結物中のクラックの数および銅の酸化の測定をして、測定結果を表1にまとめて示した。以上の結果より、この接合方法が、ペースト状銀粒子組成物中の銀粒子の加熱焼結物にはクラックがなく、金属製部材を強固に接合するのに有用なことがわかった。 For these specimens, measurement was made by measuring the material of the substrate and chip used, the shear bonding strength of the metal member, the volume resistivity of the sintered product, the number of cracks in the sintered product, and the oxidation of copper. The results are summarized in Table 1. From the above results, it was found that this joining method is useful for strongly joining metal members without cracks in the sintered silver particles in the paste-like silver particle composition.

[実施例3]
実施例1において、ペースト状銀粒子組成物中の揮発性分散媒である酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチルを揮発させるため、不活性ガスである窒素ガス(純度99.99%)中で80℃で40分間加熱し、このときの揮発性分散媒の揮発量を測定した。次に酸化性ガスである空気中で加熱して残存している揮発性分散媒を完全に揮散させ、銀粒子を焼結させることにより、せん断接着強さ測定用の試験体および体積抵抗率測定用の試験体を作製した。
[Example 3]
In Example 1, in order to volatilize 2- (2-butoxyethoxy) ethyl acetate, which is a volatile dispersion medium in the paste-like silver particle composition, in nitrogen gas (purity 99.99%), which is an inert gas. The mixture was heated at 80 ° C. for 40 minutes, and the volatilization amount of the volatile dispersion medium at this time was measured. Next, the remaining volatile dispersion medium is completely volatilized by heating in air, which is an oxidizing gas, and the silver particles are sintered, so that a specimen for measuring shear bond strength and volume resistivity measurement are obtained. A test specimen was prepared.

これらの試験体について、使用した基板およびチップの材質、金属製部材のせん断接着強さ、焼結物の体積抵抗率、焼結物中のクラックの数および銅の酸化の測定をして、測定結果を表1にまとめて示した。以上の結果より、この接合方法が、ペースト状銀粒子組成物中の銀粒子の加熱焼結物にはクラックがなく、金属製部材を強固に接合するのに有用なことがわかった。 For these specimens, measurement was made by measuring the material of the substrate and chip used, the shear bonding strength of the metal member, the volume resistivity of the sintered product, the number of cracks in the sintered product, and the oxidation of copper. The results are summarized in Table 1. From the above results, it was found that this joining method is useful for strongly joining metal members without cracks in the sintered silver particles in the paste-like silver particle composition.

[実施例4]
市販の、還元法で製造され表面がステアリン酸で被覆された銅粒子(形状:粒状、1次粒子の平均粒径:1.0μm、ステアリン酸量:0.7重量%)100部に、揮発性分散媒として酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチル(和光純薬工業株式会社製、試薬特級)10部を添加し、ヘラを用いて均一に混合することによりペースト状銅粒子組成物を調製した。
[Example 4]
Volatilized in 100 parts of commercially available copper particles produced by the reduction method and coated on the surface with stearic acid (shape: granular, average particle size of primary particles: 1.0 μm, amount of stearic acid: 0.7% by weight) 10 parts of 2- (2-butoxyethoxy) ethyl acetate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade reagent) is added as a conductive dispersion medium, and a paste-like copper particle composition is prepared by uniformly mixing with a spatula did.

このペースト状銅粒子組成物について揮発性分散媒である酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチルを揮発させるため、不活性ガスである窒素ガス(純度99.99%)中で80℃で20分間加熱し、このときの揮発性分散媒の揮発量を測定した。次に還元性ガスである水素ガス10体積%と窒素ガス90体積%の混合ガス中で加熱して残存している揮発性分散媒を完全に揮散させ、銅粒子を焼結させることにより、せん断接着強さ測定用の試験体および体積抵抗率測定用の試験体を作製した。 In order to volatilize the volatile dispersion medium 2- (2-butoxyethoxy) ethyl acetate in the paste-like copper particle composition, it is 20 minutes at 80 ° C. in nitrogen gas (purity 99.99%) as an inert gas. It heated and measured the volatilization amount of the volatile dispersion medium at this time. Next, the remaining volatile dispersion medium is completely volatilized by heating in a mixed gas of 10% by volume of hydrogen gas and 90% by volume of nitrogen gas as a reducing gas, and the copper particles are sintered, thereby shearing. A test specimen for measuring adhesive strength and a test specimen for measuring volume resistivity were prepared.

これらの試験体について、使用した基板およびチップの材質、金属製部材のせん断接着強さ、焼結物の体積抵抗率、焼結物中のクラックの数および銅の酸化の測定をして、測定結果を表1にまとめて示した。以上の結果より、この接合方法が、ペースト状銅粒子組成物中の銅粒子の加熱焼結物にはクラックがなく、金属製部材を強固に接合するのに有用なことがわかった。 For these specimens, measurement was made by measuring the material of the substrate and chip used, the shear bonding strength of the metal member, the volume resistivity of the sintered product, the number of cracks in the sintered product, and the oxidation of copper. The results are summarized in Table 1. From the above results, it was found that this joining method is useful for strongly joining metal members without cracks in the heat-sintered copper particles in the paste-like copper particle composition.

[比較例1]
実施例1において、ペースト状銀粒子組成物中の揮発性分散媒である酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチルを揮発させるため、不活性ガスである窒素ガス(純度99.99%)中で80℃で2分間加熱し、このときの揮発性分散媒の揮発量を測定した。次に酸化性ガスである空気中で加熱して残存している揮発性分散媒を完全に揮散させ、銀粒子を焼結させることにより、せん断接着強さ測定用の試験体および体積抵抗率測定用の試験体を作製した。
[Comparative Example 1]
In Example 1, in order to volatilize 2- (2-butoxyethoxy) ethyl acetate, which is a volatile dispersion medium in the paste-like silver particle composition, in nitrogen gas (purity 99.99%), which is an inert gas. The mixture was heated at 80 ° C. for 2 minutes, and the volatilization amount of the volatile dispersion medium at this time was measured. Next, the remaining volatile dispersion medium is completely volatilized by heating in air, which is an oxidizing gas, and the silver particles are sintered, so that a specimen for measuring shear bond strength and volume resistivity measurement are obtained. A test specimen was prepared.

これらの試験体について、使用した基板およびチップの材質、金属製部材のせん断接着強さ、焼結物の体積抵抗率、焼結物中のクラックの数および銅の酸化の測定をして、測定結果を表2にまとめて示した。以上の結果より、ペースト状銀粒子組成物中の銀粒子の焼結物にはクラックが多く発生していることがわかった。 For these specimens, measurement was made by measuring the material of the substrate and chip used, the shear bonding strength of the metal member, the volume resistivity of the sintered product, the number of cracks in the sintered product, and the oxidation of copper. The results are summarized in Table 2. From the above results, it was found that many cracks were generated in the sintered product of silver particles in the paste-like silver particle composition.

[比較例2]
実施例1において、ペースト状銀粒子組成物中の揮発性分散媒である酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチルを揮発させるため、酸化性ガスである空気中で80℃で20分間加熱し、このときの揮発性分散媒の揮発量を測定した。次に酸化性ガスである空気中で加熱して残存している揮発性分散媒を完全に揮散させ、銀粒子を焼結させることにより、せん断接着強さ測定用の試験体および体積抵抗率測定用の試験体を作製した。
[Comparative Example 2]
In Example 1, in order to volatilize 2- (2-butoxyethoxy) ethyl acetate, which is a volatile dispersion medium in the paste-like silver particle composition, heating is performed at 80 ° C. for 20 minutes in air as an oxidizing gas, The volatilization amount of the volatile dispersion medium at this time was measured. Next, the remaining volatile dispersion medium is completely volatilized by heating in air, which is an oxidizing gas, and the silver particles are sintered, so that a specimen for measuring shear bond strength and volume resistivity measurement are obtained. A test specimen was prepared.

これらの試験体について、使用した基板およびチップの材質、金属製部材のせん断接着強さ、焼結物の体積抵抗率、焼結物中のクラックの数および銅の酸化の測定をして、測定結果を表2にまとめて示した。以上の結果より、ペースト状銀粒子組成物中の銀粒子の焼結物にはクラックが多く発生していることがわかった。 For these specimens, measurement was made by measuring the material of the substrate and chip used, the shear bonding strength of the metal member, the volume resistivity of the sintered product, the number of cracks in the sintered product, and the oxidation of copper. The results are summarized in Table 2. From the above results, it was found that many cracks were generated in the sintered product of silver particles in the paste-like silver particle composition.

[比較例3]
実施例1において、ペースト状銀粒子組成物中の揮発性分散媒である酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチルを揮発させるため、不活性ガスである窒素ガス(純度99.99%)中で80℃で20分間加熱し、このときの揮発性分散媒の揮発量を測定した。次に不活性ガスである窒素ガス(純度99.99%)中で加熱して残存している揮発性分散媒を完全に揮散させ、銀粒子を焼結させることにより、せん断接着強さ測定用の試験体および体積抵抗率測定用の試験体を作製した。
[Comparative Example 3]
In Example 1, in order to volatilize 2- (2-butoxyethoxy) ethyl acetate, which is a volatile dispersion medium in the paste-like silver particle composition, in nitrogen gas (purity 99.99%), which is an inert gas. The mixture was heated at 80 ° C. for 20 minutes, and the volatilization amount of the volatile dispersion medium at this time was measured. Next, by heating in an inert gas, nitrogen gas (purity 99.99%), the remaining volatile dispersion medium is completely volatilized and the silver particles are sintered to measure the shear bond strength. And a specimen for measuring volume resistivity were prepared.

これらの試験体について、使用した基板およびチップの材質、金属製部材のせん断接着強さ、焼結物の体積抵抗率、焼結物中のクラックの数および銅の酸化の測定をして、測定結果を表2にまとめて示した。以上の結果より、ペースト状銀粒子組成物中のクラックの発生はなかったが、銀粒子の焼結性が低く、十分なせん断接着強さと体積抵抗率が得られないことがわかった。 For these specimens, measurement was made by measuring the material of the substrate and chip used, the shear bonding strength of the metal member, the volume resistivity of the sintered product, the number of cracks in the sintered product, and the oxidation of copper. The results are summarized in Table 2. From the above results, it was found that cracks were not generated in the paste-like silver particle composition, but the sinterability of silver particles was low and sufficient shear bond strength and volume resistivity could not be obtained.

[比較例4]
実施例4において、ペースト状銅粒子組成物中の揮発性分散媒である酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチルを揮発させるため、酸化性ガスである空気中で80℃で20分間加熱し、このときの揮発性分散媒の揮発量を測定した。次に還元性ガスである水素ガス10体積%と窒素ガス90体積%の混合ガス中で加熱して残存している揮発性分散媒を完全に揮散させ、銅粒子を焼結させることにより、せん断接着強さ測定用の試験体および体積抵抗率測定用の試験体を作製した。
これらの試験体について、使用した基板およびチップの材質、金属製部材のせん断接着強さ、焼結物の体積抵抗率、焼結物中のクラックの数および銅の酸化の測定をして、測定結果を表3にまとめて示した。以上の結果より、ペースト状銅粒子組成物中の銅粒子の焼結物にはクラックが多く発生していることがわかった。
[Comparative Example 4]
In Example 4, in order to volatilize 2- (2-butoxyethoxy) ethyl acetate, which is a volatile dispersion medium in the paste-like copper particle composition, it is heated at 80 ° C. for 20 minutes in air as an oxidizing gas, The volatilization amount of the volatile dispersion medium at this time was measured. Next, the remaining volatile dispersion medium is completely volatilized by heating in a mixed gas of 10% by volume of hydrogen gas and 90% by volume of nitrogen gas as a reducing gas, and the copper particles are sintered, thereby shearing. A test specimen for measuring adhesive strength and a test specimen for measuring volume resistivity were prepared.
For these specimens, measurement was made by measuring the material of the substrate and chip used, the shear bonding strength of the metal member, the volume resistivity of the sintered product, the number of cracks in the sintered product, and the oxidation of copper. The results are summarized in Table 3. From the above results, it was found that many cracks occurred in the sintered product of the copper particles in the paste-like copper particle composition.

[比較例5]
実施例1において、ペースト状銀粒子組成物中の揮発性分散媒である酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチルを揮発させるための不活性ガスである窒素ガス(純度99.99%)中での80℃で20分間加熱をしないで、直ちに雰囲気を空気で置換後、空気中で加熱して揮発性分散媒を完全に揮散させ、銀粒子を焼結させることにより、せん断接着強さ測定用の試験体および体積抵抗率測定用の試験体を作製した。
[Comparative Example 5]
In Example 1, in nitrogen gas (purity 99.99%), which is an inert gas for volatilizing 2- (2-butoxyethoxy) ethyl acetate, which is a volatile dispersion medium in the paste-like silver particle composition. Without heating at 80 ° C for 20 minutes, immediately replace the atmosphere with air, then heat in air to completely volatilize the volatile dispersion medium and sinter silver particles to measure shear bond strength And a specimen for measuring volume resistivity were prepared.

これらの試験体について、使用した基板およびチップの材質、金属製部材のせん断接着強さ、焼結物の体積抵抗率、焼結物中のクラックの数および銅の酸化の測定をして、測定結果を表3にまとめて示した。以上の結果より、ペースト状銀粒子組成物中の銀粒子の焼結物にはクラックが多く発生していることがわかった。 For these specimens, measurement was made by measuring the material of the substrate and chip used, the shear bonding strength of the metal member, the volume resistivity of the sintered product, the number of cracks in the sintered product, and the oxidation of copper. The results are summarized in Table 3. From the above results, it was found that many cracks were generated in the sintered product of silver particles in the paste-like silver particle composition.

[比較例6]
実施例4において、ペースト状銀粒子組成物中の揮発性分散媒である酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチルを揮発させるための不活性ガスである窒素ガス(純度99.99%)中での80℃で20分間加熱をしないで、直ちに還元性ガスである水素ガス10体積%と窒素ガス90体積%の混合ガスで雰囲気を置換後、該混合ガス中で加熱して揮発性分散媒を完全に揮散させ銅粒子を焼結させることにより、せん断接着強さ測定用の試験体および体積抵抗率測定用の試験体を作製した。
[Comparative Example 6]
In Example 4, in nitrogen gas (purity 99.99%) which is an inert gas for volatilizing 2- (2-butoxyethoxy) ethyl acetate, which is a volatile dispersion medium in the paste-like silver particle composition. Without heating at 80 ° C. for 20 minutes, immediately replace the atmosphere with a mixed gas of 10% by volume of hydrogen gas and 90% by volume of nitrogen gas as a reducing gas, and then heat in the mixed gas to remove the volatile dispersion medium. By completely evaporating and sintering the copper particles, a test body for measuring shear bond strength and a test body for measuring volume resistivity were prepared.

これらの試験体について、使用した基板およびチップの材質、金属製部材のせん断接着強さ、焼結物の体積抵抗率、焼結物中のクラックの数および銅の酸化の測定をして、測定結果を表3にまとめて示した。以上の結果より、ペースト状銀粒子組成物中の銀粒子の焼結物にはクラックが多く発生していることがわかった。 For these specimens, measurement was made by measuring the material of the substrate and chip used, the shear bonding strength of the metal member, the volume resistivity of the sintered product, the number of cracks in the sintered product, and the oxidation of copper. The results are summarized in Table 3. From the above results, it was found that many cracks were generated in the sintered product of silver particles in the paste-like silver particle composition.

本発明の金属製部材の接合方法は、金属製部材同士をクラックのない金属粒子の焼結物で接合できるので、コンデンサ、抵抗、ダイオード、メモリ、演算素子(CPU)等のチップ部品の基板への接合、放熱用部材の接合などに有用である。
本発明の金属製部材接合体の製造方法は、金属製部材同士がクラックのない金属粒子の焼結物で接合された接合体を製造するのに有用である。
In the metal member joining method of the present invention, the metal members can be joined with a sintered product of metal particles without cracks, so that the substrate of a chip component such as a capacitor, resistor, diode, memory, arithmetic element (CPU) or the like can be used. This is useful for bonding of heat sinks and heat dissipation members.
The method for producing a metal member joined body of the present invention is useful for producing a joined body in which metal members are joined with a sintered product of metal particles having no cracks.

実施例におけるせん断接着強さ測定用試験体Aの平面図である。銀基板または銅基板1と銀チップ3または銅チップ3とが、銀粒子または銅粒子の加熱焼結物である固体状銀または固体状銅2により接合されている。It is a top view of the test body A for shear bond strength measurement in an Example. A silver substrate or copper substrate 1 and a silver chip 3 or copper chip 3 are joined by solid silver or solid copper 2 that is a heat-sintered product of silver particles or copper particles. 図1におけるX−X線断面図である。It is the XX sectional view taken on the line in FIG. 実施例1における接合部の銀焼結物を、株式会社ソフテックス製のX線透過撮影装置(型番SJV−2000。出力60kV)により撮影した写真である。白っぽい線が存在しない。It is the photograph which image | photographed the silver sintered compact of the junction part in Example 1 with the X-ray transmission imaging device (model number SJV-2000. Output 60kV) made from Softex Corporation. There are no whitish lines. 比較例2における接合部の銀焼結物を、株式会社ソフテックス製のX線透過撮影装置(型番SJV−2000。出力60kV)により撮影した写真である。白っぽい線がクラックである。It is the photograph which image | photographed the silver sintered compact of the junction part in the comparative example 2 with the X-ray transmissive imaging device (model number SJV-2000. Output 60kV) by Softex Corporation. A whitish line is a crack.

符号の説明Explanation of symbols

A せん断接着強さ測定用試験体
1 銀基板または銅基板
2 ペースト状銀粒子組成物またはペースト状銅粒子組成物(加熱焼結後は固体状銀または固体状銅)
3 銀チップまたは銅チップ
A Test specimen for measuring shear bond strength 1 Silver substrate or copper substrate 2 Paste-like silver particle composition or paste-like copper particle composition (solid silver or solid copper after heat sintering)
3 Silver chip or copper chip

Claims (9)

(A)平均粒径が0.1μmより大きく50μm以下である加熱焼結性金属粒子と(B)揮発性分散媒とからなるペースト状金属粒子組成物を、複数の金属製部材間に介在させ、不活性ガス中で40℃以上200℃以下での加熱により、該ペースト状金属粒子組成物中の揮発性分散媒(B)の10重量%以上100重量%未満の量を揮散させた後、酸化性ガス中または還元性ガス中で70℃以上400℃以下での加熱により、該ペースト状金属粒子組成物中に残存する揮発性分散媒(B)を揮散させ、加熱焼結性金属粒子(A)同士を焼結して複数の該金属製部材同士を接合させることを特徴とする、金属製部材の接合方法。 A paste-like metal particle composition comprising (A) a heat-sinterable metal particle having an average particle size greater than 0.1 μm and not more than 50 μm and (B) a volatile dispersion medium is interposed between a plurality of metal members. After volatilizing the amount of the volatile dispersion medium (B) in the paste-like metal particle composition from 10% by weight to less than 100% by heating in an inert gas at 40 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, By heating at 70 ° C. or more and 400 ° C. or less in an oxidizing gas or a reducing gas, the volatile dispersion medium (B) remaining in the paste-like metal particle composition is volatilized, and heat-sinterable metal particles ( A) A method for joining metal members, characterized in that the metal members are sintered together and joined to each other. 加熱焼結性金属粒子(A)が還元法で製造された銀粒子または銅粒子であり、揮発性分散媒(B)が親水性溶剤または脂肪族炭化水素系溶剤であり、金属製部材が金、銀、銅、パラジウム、白金、またはそれら各金属の合金であることを特徴とする請求項1に記載の金属製部材の接合方法。 The heat-sinterable metal particles (A) are silver particles or copper particles produced by a reduction method, the volatile dispersion medium (B) is a hydrophilic solvent or an aliphatic hydrocarbon solvent, and the metal member is gold. The metal member joining method according to claim 1, wherein the metal member is made of silver, copper, palladium, platinum, or an alloy of these metals. 酸化性ガスが0.1体積%以上40体積%以下の酸素ガスと99.9体積%以下60体積%以上の窒素ガスの混合ガスであり、還元性ガスが1体積%以上40体積%以下の水素ガスと99体積%以下60体積%以上の窒素ガスの混合ガスであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の金属製部材の接合方法。 The oxidizing gas is a mixed gas of oxygen gas of 0.1 volume% to 40 volume% and nitrogen gas of 99.9 volume% to 60 volume%, and the reducing gas is 1 volume% to 40 volume%. 3. The method for joining metal members according to claim 1, wherein the metal member is a mixed gas of hydrogen gas and 99% by volume or less and 60% by volume or more of nitrogen gas. 接合された金属製部材のせん断接着強さが5MPa以上であり、かつ、該加熱焼結性金属粒子(A)同士の焼結物の体積抵抗率が1×10-1Ω・cm以下であることを特徴とする、請求項1、請求項2または請求項3に記載の金属製部材の接合方法。 The bonded metal member has a shear bond strength of 5 MPa or more, and the volume resistivity of the sintered product of the heat-sinterable metal particles (A) is 1 × 10 −1 Ω · cm or less. The metal member joining method according to claim 1, 2, or 3. (A)平均粒径が0.1μmより大きく50μm以下である加熱焼結性金属粒子と(B)揮発性分散媒とからなるペースト状金属粒子組成物を、複数の金属製部材間に介在させ、不活性ガス中で40℃以上200℃以下での加熱により、該ペースト状金属粒子組成物中の揮発性分散媒(B)の10重量%以上100重量%未満の量を揮散させた後、酸化性ガス中または還元性ガス中で70℃以上400℃以下での加熱により、該ペースト状金属粒子組成物中に残存する揮発性分散媒(B)を揮散させ、加熱焼結性金属粒子(A)同士を焼結して複数の該金属製部材同士を接合させることを特徴とする、金属製部材接合体の製造方法。 A paste-like metal particle composition comprising (A) a heat-sinterable metal particle having an average particle size greater than 0.1 μm and not more than 50 μm and (B) a volatile dispersion medium is interposed between a plurality of metal members. After volatilizing the amount of the volatile dispersion medium (B) in the paste-like metal particle composition from 10% by weight to less than 100% by heating in an inert gas at 40 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, By heating at 70 ° C. or more and 400 ° C. or less in an oxidizing gas or a reducing gas, the volatile dispersion medium (B) remaining in the paste-like metal particle composition is volatilized, and heat-sinterable metal particles ( A) A method for producing a metal member assembly, comprising sintering a plurality of metal members to join each other. 加熱焼結性金属粒子(A)が還元法で製造された銀粒子または銅粒子であり、揮発性分散媒(B)が親水性溶剤または脂肪族炭化水素系溶剤であり、金属製部材が金、銀、銅、パラジウム、白金、またはそれら各金属の合金であることを特徴とする、請求項5に記載の金属製部材接合体の製造方法。 The heat-sinterable metal particles (A) are silver particles or copper particles produced by a reduction method, the volatile dispersion medium (B) is a hydrophilic solvent or an aliphatic hydrocarbon solvent, and the metal member is gold. 6. The method for producing a metal member assembly according to claim 5, wherein the metal member assembly is silver, copper, palladium, platinum, or an alloy of each of these metals. 酸化性ガスが0.1体積%以上40体積%以下の酸素ガスと99.9体積%以下60体積%以上の窒素ガスの混合ガスであり、還元性ガスが1体積%以上40体積%以下の水素ガスと99体積%以下60体積%以上の窒素ガスの混合ガスであることを特徴とする、請求項5または請求項6に記載の金属製部材接合体の製造方法。 The oxidizing gas is a mixed gas of oxygen gas of 0.1 volume% to 40 volume% and nitrogen gas of 99.9 volume% to 60 volume%, and the reducing gas is 1 volume% to 40 volume%. The method for producing a metal member assembly according to claim 5 or 6, wherein the gas is a mixed gas of hydrogen gas and 99% by volume or less and 60% by volume or more of nitrogen gas. 接合された金属製部材のせん断接着強さが5MPa以上であり、かつ、該加熱焼結性金属粒子(A)同士の焼結物の体積抵抗率が1×10-1Ω・cm以下であることを特徴とする、請求項5、請求項6または請求項7に記載の金属製部材接合体の製造方法。 The bonded metal member has a shear bond strength of 5 MPa or more, and the volume resistivity of the sintered product of the heat-sinterable metal particles (A) is 1 × 10 −1 Ω · cm or less. The method for producing a metal member assembly according to claim 5, 6, or 7. 金属製部材が金属系基板または金属部分を有する電子部品であることを特徴とする、請求項5、請求項6または請求項7に記載の金属製部材接合体の製造方法。 The method for producing a metal member assembly according to claim 5, 6 or 7, wherein the metal member is a metal substrate or an electronic component having a metal part.
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