JP2016162919A - Bonding structure and manufacturing method of same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、接合構造体および接合構造体の製造方法に関する。 The present invention relates to a bonded structure and a method for manufacturing the bonded structure.
複数の部材を互いに一体化させて接合することが知られている。例えば、半導体装置では、半導体チップが基板上に接合層を介して実装される。近年、しばしば高温環境下で使用される半導体素子(特に、パワー半導体素子)を基板に、銀粒子を焼結させた銀接合層を用いて実装することが検討されている(特許文献1参照)。 It is known that a plurality of members are joined together. For example, in a semiconductor device, a semiconductor chip is mounted on a substrate via a bonding layer. In recent years, it has been studied to mount a semiconductor element (particularly a power semiconductor element) often used in a high temperature environment on a substrate using a silver bonding layer obtained by sintering silver particles (see Patent Document 1). .
特許文献1には、銀粒子に加えて、溶剤、分散剤としての2−ブトキシエトキシ酢酸、および、反応抑止剤としてのベンゾトリアゾールを含有した接合材が開示されている。 Patent Document 1 discloses a bonding material containing, in addition to silver particles, a solvent, 2-butoxyethoxyacetic acid as a dispersant, and benzotriazole as a reaction inhibitor.
しかしながら、従来の接合材を用いて作製された接合構造体は、高温環境下で長時間使用すると、接合材の接合強度が著しく低下してしまうことがあった。 However, when a bonded structure manufactured using a conventional bonding material is used for a long time in a high temperature environment, the bonding strength of the bonding material may be significantly reduced.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高温環境下で長時間使用しても接合強度の低下を抑制可能な接合構造体および接合構造体の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a bonded structure and a method for manufacturing the bonded structure that can suppress a decrease in bonding strength even when used under a high temperature environment for a long time. It is in.
本発明による接合構造体は、第1接合対象物と、第2接合対象物と、前記第1接合対象物と前記第2接合対象物とを接合する接合層とを備える。前記接合層は、金属粒子と、前記金属粒子の結晶成長を抑制する抑制粒子とを含有する。 A joining structure according to the present invention includes a first joining object, a second joining object, and a joining layer that joins the first joining object and the second joining object. The bonding layer contains metal particles and suppressing particles that suppress crystal growth of the metal particles.
ある実施形態において、前記金属粒子は多孔体構造を有する。 In one embodiment, the metal particle has a porous structure.
ある実施形態において、前記抑制粒子は、セラミックスまたは金属間化合物を含有する粒子を含む。 In one embodiment, the suppression particles include particles containing ceramics or an intermetallic compound.
ある実施形態において、前記抑制粒子の平均粒径は、前記金属粒子の平均粒径よりも小さい。 In one embodiment, the average particle size of the suppression particles is smaller than the average particle size of the metal particles.
ある実施形態において、前記金属粒子は銀粒子を含む。 In one embodiment, the metal particles include silver particles.
ある実施形態において、前記抑制粒子は炭化ケイ素粒子を含む。 In one embodiment, the suppression particles include silicon carbide particles.
ある実施形態において、前記金属粒子の含有量に対する前記抑制粒子の含有量の比率は0.05質量%以上2.5質量%以下である。 In one embodiment, the ratio of the content of the suppression particles to the content of the metal particles is 0.05% by mass or more and 2.5% by mass or less.
ある実施形態において、前記接合構造体は、前記第1接合対象物および前記第2接合対象物のうちの少なくとも一方の表面に設けられた金属層をさらに備える。 In one embodiment, the joining structure further includes a metal layer provided on a surface of at least one of the first joining object and the second joining object.
ある実施形態において、前記金属層は、前記金属粒子を構成する金属と同じ金属を含む。 In one embodiment, the metal layer contains the same metal as that constituting the metal particles.
本発明による接合構造体の製造方法は、第1接合対象物を用意する工程と、第2接合対象物を用意する工程と、媒体に金属粒子および抑制粒子を添加した粒子含有物を生成する工程と、前記粒子含有物を介して前記第1接合対象物および前記第2接合対象物を積層させた積層体を形成する工程と、前記積層体を加熱することにより、前記第1接合対象物と前記第2接合対象物とを接合する接合層を前記粒子含有物から形成する工程とを包含する。 The method for manufacturing a bonded structure according to the present invention includes a step of preparing a first bonding target, a step of preparing a second bonding target, and a step of generating a particle-containing material obtained by adding metal particles and suppression particles to a medium. And a step of forming a laminated body in which the first joining object and the second joining object are laminated via the particle-containing material, and heating the laminated body, Forming a bonding layer for bonding the second object to be bonded from the particle-containing material.
ある実施形態において、前記粒子含有物を生成する工程は、前記金属粒子および前記抑制粒子を液体に添加して溶液を生成する工程と、前記溶液から前記液体を蒸発させて前記金属粒子および前記抑制粒子の粉末を抽出する工程と、前記媒体に前記粉末を混合してペーストを生成する工程とを含む。 In one embodiment, the step of generating the particle-containing material includes a step of adding the metal particles and the suppression particles to a liquid to generate a solution, and evaporating the liquid from the solution to form the metal particles and the suppression. Extracting a powder of particles and mixing the powder with the medium to produce a paste.
ある実施形態において、前記ペーストを生成する工程では、前記粉末の混合された前記媒体を撹拌する。 In one embodiment, in the step of producing the paste, the medium mixed with the powder is agitated.
ある実施形態において、前記接合構造体の製造方法は、前記第1接合対象物および前記第2接合対象物のうちの少なくとも一方の表面に、金属層を形成する工程をさらに包含する。 In a certain embodiment, the manufacturing method of the said joining structure further includes the process of forming a metal layer in the surface of at least one of the said 1st joining target object and the said 2nd joining target object.
ある実施形態において、前記金属層を形成する工程では、前記金属層は、前記金属粒子を構成する金属と同じ金属を含む。 In one embodiment, in the step of forming the metal layer, the metal layer contains the same metal as that constituting the metal particles.
本発明によれば、接合構造体を高温環境下で長時間使用しても接合構造体の合強度の低下を抑制できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if it uses a joining structure for a long time in a high temperature environment, the fall of the joint strength of a joining structure can be suppressed.
以下、図面を参照して本発明による接合構造体および接合構造体の製造方法の実施形態を説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されない。 Embodiments of a bonded structure and a method of manufacturing the bonded structure according to the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments.
図1に、本実施形態の接合構造体100の模式図を示す。接合構造体100は、接合対象物110と、接合対象物120と、接合層130とを備える。接合層130は、接合対象物110と接合対象物120とを接合する。なお、本明細書の以下の説明において、2つの接合対象物110、120のうち、接合対象物110を第1接合対象物と記載することがあり、接合対象物120を第2接合対象物と記載することがある。 In FIG. 1, the schematic diagram of the joining structure 100 of this embodiment is shown. The bonded structure 100 includes a bonding target object 110, a bonding target object 120, and a bonding layer 130. The bonding layer 130 bonds the bonding target object 110 and the bonding target object 120. In the following description of the present specification, of the two joining objects 110 and 120, the joining object 110 may be described as a first joining object, and the joining object 120 is referred to as a second joining object. May be described.
本実施形態の接合構造体100において、接合層130は、金属粒子132と、抑制粒子134とを含有する。抑制粒子134は、金属粒子132の結晶成長を抑制する。 In the bonded structure 100 of the present embodiment, the bonding layer 130 contains metal particles 132 and suppressing particles 134. The suppression particles 134 suppress the crystal growth of the metal particles 132.
金属粒子132の多くは、サイズの異なる凝集体を構成している。金属粒子132の凝集体の多くは他の凝集体と接触しており、金属粒子132は、粒子自体およびそれらの凝集体がネットワーク状に接続された多孔体構造を有している。 Many of the metal particles 132 constitute aggregates having different sizes. Many of the aggregates of the metal particles 132 are in contact with other aggregates, and the metal particles 132 have a porous structure in which the particles themselves and the aggregates are connected in a network.
抑制粒子134は金属粒子132に分散している。抑制粒子134の一部は、他の抑制粒子134と凝集することなく、他の抑制粒子134から分離された状態で存在している。また、抑制粒子134の他の一部は、サイズの異なる凝集体を構成している。 The suppression particles 134 are dispersed in the metal particles 132. A part of the suppression particles 134 is present in a state separated from the other suppression particles 134 without aggregating with the other suppression particles 134. Further, another part of the suppression particles 134 constitutes aggregates having different sizes.
抑制粒子134は、金属粒子132の凝集体内部に存在している。典型的には、抑制粒子134は、互いに分離しており、ほとんど凝集していない。このような抑制粒子134は金属粒子132の凝集体の内部に存在している。 The suppression particles 134 are present inside the aggregate of the metal particles 132. Typically, the suppression particles 134 are separated from each other and are hardly agglomerated. Such suppression particles 134 are present inside the aggregate of the metal particles 132.
なお、例えば、2つの接合対象物を接合する接合層が抑制粒子を含有することなく金属粒子を含有する場合、一時的に比較的に高い接合強度を実現できても、高温環境下(例えば、200℃以上)で長時間使用すると、金属粒子が結晶成長して肥大化してしまい、接合強度が大きく低下してしまうことがある。また、同様に、このような接合構造体を高温環境下で長時間使用すると、接合層の抵抗率が大きく低下してしまうことがある。 In addition, for example, when the bonding layer for bonding two objects to be bonded contains metal particles without containing inhibitor particles, even if a relatively high bonding strength can be realized temporarily, a high temperature environment (for example, When used at a temperature of 200 ° C. or higher for a long time, the metal particles may grow and grow in size, resulting in a significant decrease in bonding strength. Similarly, when such a bonded structure is used in a high temperature environment for a long time, the resistivity of the bonding layer may be greatly reduced.
これに対して、本実施形態の接合構造体100では、金属粒子132を含有する接合層130は、接合対象物110、120のうちの一方の熱を他方に効率的に伝導させることができる。また、金属粒子132を含有する接合層130は、必要に応じて、接合対象物110、120のうちの一方の接触対象物から他方の接触対象物に効率的に電流を流すことができる。さらに、本実施形態の接合構造体100では、接合層130により、接合対象物110の熱膨張率と接合対象物120の熱膨張率との差に起因する熱応力を緩和する。 On the other hand, in the joining structure 100 of the present embodiment, the joining layer 130 containing the metal particles 132 can efficiently conduct the heat of one of the joining objects 110 and 120 to the other. In addition, the bonding layer 130 containing the metal particles 132 can efficiently pass a current from one contact object of the bonding objects 110 and 120 to the other contact object as necessary. Furthermore, in the bonded structure 100 of the present embodiment, the bonding layer 130 relieves thermal stress caused by the difference between the thermal expansion coefficient of the bonding target object 110 and the thermal expansion coefficient of the bonding target object 120.
さらに、本実施形態の接合構造体100では、接合層130が金属粒子132だけでなく抑制粒子134を含有しているため、接合構造体100を長時間高温下で使用しても、金属粒子の結晶成長を抑制する抑制粒子134が金属粒子132の過度な肥大化を抑制し、結果として、接合層130の接合強度の低下が抑制される。 Furthermore, in the bonding structure 100 of the present embodiment, the bonding layer 130 contains not only the metal particles 132 but also the suppression particles 134, so even if the bonding structure 100 is used at a high temperature for a long time, The suppression particles 134 that suppress crystal growth suppress excessive enlargement of the metal particles 132, and as a result, a decrease in the bonding strength of the bonding layer 130 is suppressed.
接合対象物110は、絶縁性部材であってもよく、導電性部材であってもよい。あるいは、接合対象物110は半導体部材であってもよい。 The joining object 110 may be an insulating member or a conductive member. Alternatively, the joining object 110 may be a semiconductor member.
接合対象物120は、絶縁性部材であってもよく、導電性部材であってもよい。あるいは、接合対象物120は半導体部材であってもよい。 The bonding target 120 may be an insulating member or a conductive member. Alternatively, the bonding target 120 may be a semiconductor member.
例えば、接合対象物110は絶縁性基板であり、接合対象物120は半導体チップであってもよい。一例として、半導体チップは、SiCまたはGaNを含有するパワー半導体チップである。 For example, the bonding target 110 may be an insulating substrate, and the bonding target 120 may be a semiconductor chip. As an example, the semiconductor chip is a power semiconductor chip containing SiC or GaN.
金属粒子132は、銀、銅、ニッケルおよび亜鉛からなる群から選択された少なくとも1つを含有することが好ましく、この場合、金属粒子132は、上記金属を主成分として含有することが好ましい。例えば、金属粒子132は、上記金属を50質量%以上含有することが好ましく、上記金属を70質量%以上含有することがさらに好ましく、上記金属を900質量%以上含有することがさらに好ましい。 The metal particles 132 preferably contain at least one selected from the group consisting of silver, copper, nickel, and zinc. In this case, the metal particles 132 preferably contain the metal as a main component. For example, the metal particle 132 preferably contains 50% by mass or more of the metal, more preferably 70% by mass or more, and still more preferably 900% by mass or more of the metal.
また、金属粒子132は、上記金属群のうち、銀または銅を含有することが好ましく、この場合、接合層130は、より高い導電特性および高い放熱特性を実現できる。 Moreover, it is preferable that the metal particle 132 contains silver or copper among the said metal group, and in this case, the joining layer 130 can implement | achieve a higher electroconductivity characteristic and a high heat dissipation characteristic.
また、金属粒子132は銀を含有することがさらに好ましい。銀原子は250〜300℃程度の環境下で酸素と反応しながら表面上を移動する表面反応が発生する特性を有している。このような特性を有する銀を金属粒子132として用いると、抑制粒子134との相互作用により、接合層130の接合強度の低下を抑制すると考えられる。 The metal particles 132 further preferably contain silver. Silver atoms have a characteristic that a surface reaction occurs on the surface while reacting with oxygen in an environment of about 250 to 300 ° C. When silver having such characteristics is used as the metal particles 132, it is considered that the decrease in the bonding strength of the bonding layer 130 is suppressed by the interaction with the suppressing particles 134.
金属粒子132は、球状であってもよい。この場合、金属粒子132の平均粒径は、0.1μm以上3μm以下であることが好ましく、0.2μm以上2μm以下であることがさらに好ましい。 The metal particles 132 may be spherical. In this case, the average particle size of the metal particles 132 is preferably 0.1 μm or more and 3 μm or less, and more preferably 0.2 μm or more and 2 μm or less.
あるいは、金属粒子132は、フレーク状であってもよい。この場合、金属粒子132の平均粒径は、2μm以上15μm以下であることが好ましく、4μm以上10μm以下であることがさらに好ましい。また、金属粒子132の厚さは、50nm以上600nm以下であることが好ましく、100nm以上400nm以下であることがさらに好ましい。 Alternatively, the metal particles 132 may be flaky. In this case, the average particle diameter of the metal particles 132 is preferably 2 μm or more and 15 μm or less, and more preferably 4 μm or more and 10 μm or less. In addition, the thickness of the metal particles 132 is preferably 50 nm or more and 600 nm or less, and more preferably 100 nm or more and 400 nm or less.
抑制粒子134は、金属粒子132に対して充分に分散可能なものであることが好ましい。また、抑制粒子134は、熱伝導率および電気伝導度の比較的高い成分を含有していることが好ましい。 The suppression particles 134 are preferably those that can be sufficiently dispersed in the metal particles 132. Moreover, it is preferable that the suppression particle 134 contains a component having relatively high thermal conductivity and electrical conductivity.
例えば、抑制粒子134は、セラミックスまたは金属間化合物を含有する粒子を含む。抑制粒子134のセラミックスとして、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物などの無機化合物を含有することが好ましく、炭化物または窒化物を含有することが特に好ましい。一例として、抑制粒子134は、Ti、Hf,Cr等の炭化物、窒化物もしくはホウ化物、または、アルミナ、シリカなどの酸化物を含有することが好ましい。また、抑制粒子134として、炭化ケイ素粒子が好適に用いられる。あるいは、抑制粒子134の金属間化合物として、例えば、銀またはニッケルなどを含むスズ含有物、チタンまたはニッケルなどを含むアルミナイド含有物を用いることが好ましい。 For example, the suppression particles 134 include particles containing ceramics or an intermetallic compound. The ceramic of the suppression particles 134 preferably contains an inorganic compound such as an oxide, carbide, nitride, or boride, and particularly preferably contains a carbide or nitride. As an example, the suppression particles 134 preferably contain carbides such as Ti, Hf, and Cr, nitrides or borides, or oxides such as alumina and silica. In addition, silicon carbide particles are preferably used as the suppression particles 134. Alternatively, as the intermetallic compound of the suppression particles 134, for example, a tin-containing material including silver or nickel, or an aluminide-containing material including titanium or nickel is preferably used.
抑制粒子134の平均粒径は、10nm以上3.0μm以下であることが好ましく、20nm以上2.0μm以下であることがさらに好ましい。また、抑制粒子134の平均粒径は、金属粒子132の平均粒径よりも小さいことが好ましい。ここで、平均粒径は、メディアン径であってもよい。あるいは、平均粒径は、モード径であってもよく、あるいは、算術平均径であってもよい。 The average particle size of the suppression particles 134 is preferably 10 nm or more and 3.0 μm or less, and more preferably 20 nm or more and 2.0 μm or less. In addition, the average particle size of the suppression particles 134 is preferably smaller than the average particle size of the metal particles 132. Here, the average particle diameter may be a median diameter. Alternatively, the average particle diameter may be a mode diameter or an arithmetic average diameter.
接合層130内において、金属粒子132の含有量に対する抑制粒子134の含有量の比率は、0.05質量%以上2.5質量%以下であることが好ましく、0.3質量%以上2.0質量%以下であることがさらに好ましい。 In the bonding layer 130, the ratio of the content of the suppression particles 134 to the content of the metal particles 132 is preferably 0.05% by mass or more and 2.5% by mass or less, and 0.3% by mass or more and 2.0% or less. More preferably, it is at most mass%.
本実施形態の接合構造体100では、接合層130内の金属粒子132を構成する金属の融点に達する温度まで、接合対象物110と接合対象物120との接合を維持することができる。 In the bonded structure 100 of the present embodiment, the bonding between the bonding target object 110 and the bonding target object 120 can be maintained up to a temperature that reaches the melting point of the metal constituting the metal particles 132 in the bonding layer 130.
なお、接合層130には、金属粒子132および抑制粒子134のいずれも存在しないミクロポア136が存在していてもよい。この場合、抑制粒子134はミクロポア136中に存在していてもよい。ただし、接合層130の接合強度を向上させるためには、単位体積当たりのミクロポア136の体積および数を低減させることが好ましい。 Note that the bonding layer 130 may include micropores 136 in which neither the metal particles 132 nor the suppression particles 134 exist. In this case, the suppression particles 134 may be present in the micropore 136. However, in order to improve the bonding strength of the bonding layer 130, it is preferable to reduce the volume and number of micropores 136 per unit volume.
また、第1接合対象物110のうち少なくとも接合層130と接する表面には、金属が膜状に存在していることが好ましい。あるいは、第2接合対象物120のうち少なくとも接合層130と接する表面には金属が膜状に存在していることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the metal exists in the form of a film on at least the surface of the first object 110 to be in contact with the bonding layer 130. Or it is preferable that the metal exists in the form of a film on at least the surface in contact with the bonding layer 130 of the second bonding object 120.
ここで、図2を参照して、本実施形態の接合構造体100の製造方法を説明する。 Here, with reference to FIG. 2, the manufacturing method of the joining structure 100 of this embodiment is demonstrated.
図2(a)に示すように、接合対象物110を用意する。接合対象物110は、例えば、絶縁部材であってもよく、導電部材であってもよい。あるいは、接合対象物110は、半導体部材であってもよい。 As shown in FIG. 2A, a bonding object 110 is prepared. The joining object 110 may be, for example, an insulating member or a conductive member. Alternatively, the bonding target object 110 may be a semiconductor member.
図2(b)に示すように、接合対象物120を用意する。接合対象物120は、例えば、絶縁部材であってもよく、導電部材であってもよい。あるいは、接合対象物120は、半導体部材であってもよい。 As shown in FIG. 2B, a bonding target 120 is prepared. For example, the bonding target 120 may be an insulating member or a conductive member. Alternatively, the bonding target 120 may be a semiconductor member.
図2(c)に示すように、媒体Mに金属粒子132および抑制粒子134を添加した粒子含有物Sを生成する。金属粒子132は、例えば、銀、銅、ニッケルまたは亜鉛を含有する粒子である。金属粒子132の平均粒径は、2μm以上15μm以下であることが好ましく、4μm以上10μm以下であることがさらに好ましい。 As shown in FIG. 2C, a particle containing material S in which the metal particles 132 and the suppression particles 134 are added to the medium M is generated. The metal particles 132 are particles containing, for example, silver, copper, nickel, or zinc. The average particle diameter of the metal particles 132 is preferably 2 μm or more and 15 μm or less, and more preferably 4 μm or more and 10 μm or less.
抑制粒子134は、セラミックスまたは金属間化合物を含有する粒子である。抑制粒子134の平均粒径は、10nm以上3.0μm以下であることが好ましく、20nm以上2.0μm以下であることがさらに好ましい。 The suppression particles 134 are particles containing ceramics or an intermetallic compound. The average particle size of the suppression particles 134 is preferably 10 nm or more and 3.0 μm or less, and more preferably 20 nm or more and 2.0 μm or less.
例えば、媒体Mは溶液またはペーストである。この場合、粒子含有物Sにおいて、金属粒子132および抑制粒子134は媒体M内で充分に分散されていることが好ましい。例えば、金属粒子132および抑制粒子134は、媒体M内、または、媒体Mに添加する前に充分に撹拌されることが好ましい。媒体M内において、金属粒子132の含有量に対する抑制粒子134の含有量の比率は、0.05質量%以上2.5質量%以下であることが好ましく、0.3質量%以上2.0質量%以下であることがさらに好ましい。 For example, the medium M is a solution or a paste. In this case, in the particle content S, it is preferable that the metal particles 132 and the suppression particles 134 are sufficiently dispersed in the medium M. For example, the metal particles 132 and the suppression particles 134 are preferably sufficiently stirred in the medium M or before being added to the medium M. In the medium M, the ratio of the content of the suppression particles 134 to the content of the metal particles 132 is preferably 0.05% by mass or more and 2.5% by mass or less, and 0.3% by mass or more and 2.0% by mass. More preferably, it is% or less.
例えば、粒子含有物Sはペーストであってもよい。例えば、ペーストは以下のように生成される。 For example, the particle containing material S may be a paste. For example, the paste is generated as follows.
まず、液体に金属粒子132および抑制粒子134を添加する。例えば、液体としてアルコールが用いられ、一例として、エタノールが挙げられる。 First, the metal particles 132 and the suppression particles 134 are added to the liquid. For example, alcohol is used as the liquid, and ethanol is an example.
金属粒子132および抑制粒子134を液体に添加して溶液を生成する。金属粒子132および抑制粒子134は溶液に充分溶解しなくてもよく、溶液は懸濁液であってもよい。あるいは、金属粒子132および抑制粒子134が液体に充分に溶解されてもよい。 Metal particles 132 and inhibitor particles 134 are added to the liquid to form a solution. The metal particles 132 and the suppression particles 134 may not be sufficiently dissolved in the solution, and the solution may be a suspension. Alternatively, the metal particles 132 and the suppression particles 134 may be sufficiently dissolved in the liquid.
次に、溶液から上記液体を蒸発させて金属粒子132および抑制粒子134の粉末を抽出する。その後、媒体Mに粉末を混合してペーストを生成する。例えば、媒体Mとしてアルコールが用いられる。一例として、好適な媒体Mとしてエチレングリコールが挙げられる。 Next, the liquid is evaporated from the solution to extract the powder of the metal particles 132 and the suppression particles 134. Thereafter, the medium M is mixed with powder to produce a paste. For example, alcohol is used as the medium M. As an example, a suitable medium M includes ethylene glycol.
なお、ペーストを生成する際には、上記粉末の混合された媒体Mを充分に撹拌することが好ましい。例えば、撹拌は、5分から2時間にわたって行うことが好ましい。 In addition, when producing | generating a paste, it is preferable to fully stir the medium M with which the said powder was mixed. For example, stirring is preferably performed for 5 minutes to 2 hours.
図2(d)に示すように、粒子含有物Sを介して第1接合対象物110および第2接合対象物120を積層させた積層体Lを形成する。例えば、積層体Lは、第1接合対象物110の表面に粒子含有物Sを付着させた後、粒子含有物Sを介して第1接合対象物110と対向するように第2接合対象物120を配置してもよい。あるいは、粒子含有物Sは第2接合対象物120の表面に付着させてもよい。また、積層体Lは、予め所定の間隔だけ離れて主面が対向するように配置された第1接合対象物110と第2接合対象物120との間に粒子含有物Sを注入することによって形成されてもよい。 As shown in FIG. 2D, a laminated body L in which the first joining object 110 and the second joining object 120 are laminated through the particle containing material S is formed. For example, the laminated body L has the particle-containing material S attached to the surface of the first bonding object 110 and then the second bonding object 120 so as to face the first bonding object 110 through the particle-containing material S. May be arranged. Alternatively, the particle-containing material S may be attached to the surface of the second bonding target 120. Moreover, the laminated body L inject | pours the particle | grain containing material S between the 1st joining target object 110 and the 2nd joining target object 120 which were arrange | positioned so that a main surface may oppose at predetermined intervals beforehand. It may be formed.
図2(e)に示すように、積層体Lを加熱することにより、第1接合対象物110と第2接合対象物120とを接合する接合層130を粒子含有物Sから形成する。積層体Lが加熱されると、接合層130が焼結し、接合層130が形成される。 As shown in FIG. 2 (e), the layered product L is heated to form the bonding layer 130 for bonding the first bonding target 110 and the second bonding target 120 from the particle-containing material S. When the stacked body L is heated, the bonding layer 130 is sintered and the bonding layer 130 is formed.
例えば、加熱温度は、150℃以上300℃以下であり、より好ましくは、200℃以上250℃以下である。典型的には、加熱温度は媒体Mの沸点よりも高い温度である。加熱時間は、例えば、10分以上3時間以下であることが好ましく、20分以上2時間以下であることがさらに好ましく、30分以上1時間以下であることがさらに好ましい。 For example, the heating temperature is 150 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. Typically, the heating temperature is higher than the boiling point of the medium M. The heating time is, for example, preferably from 10 minutes to 3 hours, more preferably from 20 minutes to 2 hours, and further preferably from 30 minutes to 1 hour.
加熱により、粒子含有物Sの媒体Mを気化させるとともに、粒子含有物S内の金属粒子132が多孔体構造を形成する。これにより、第1接合対象物110と第2接合対象物120とを接合する接合層130が形成される。 By heating, the medium M of the particle-containing material S is vaporized, and the metal particles 132 in the particle-containing material S form a porous structure. Thereby, the joining layer 130 which joins the 1st joining target object 110 and the 2nd joining target object 120 is formed.
なお、接合層130を形成する際には、第1接合対象物110と第2接合対象物120が接合層130を介して充分な強度で接合するように、積層体Lを加熱する際に積層体Lに圧力を印加してもよい。ただし、積層体Lに圧力を印加することなく、積層体Lを加熱してもよい。 When the bonding layer 130 is formed, the stack L is heated when the stacked body L is heated so that the first bonding target 110 and the second bonding target 120 are bonded with sufficient strength via the bonding layer 130. Pressure may be applied to the body L. However, the laminate L may be heated without applying pressure to the laminate L.
なお、第1接合対象物110のうちの接合層130と接合する接合面に膜状の金属が存在していることが好ましい。また、この金属は、接合層130内の金属粒子132を構成する金属と同じであることが好ましい。 In addition, it is preferable that a film-form metal exists in the joining surface joined to the joining layer 130 in the first joining object 110. In addition, this metal is preferably the same as the metal constituting the metal particles 132 in the bonding layer 130.
また、第2接合対象物120のうちの接合層130と接合する接合面に膜状の金属が存在していることが好ましい。また、この金属は、接合層130内の金属粒子132を構成する金属と同じであることが好ましい。 Moreover, it is preferable that a film-form metal exists in the joining surface joined to the joining layer 130 in the second joining object 120. In addition, this metal is preferably the same as the metal constituting the metal particles 132 in the bonding layer 130.
さらに、接合対象物110、120と接合層130との間に、金属層を別途形成してもよい。 Further, a metal layer may be separately formed between the bonding objects 110 and 120 and the bonding layer 130.
以下、図3を参照して本実施形態の接合構造体100を説明する。図3は、本実施形態の接合構造体100の模式図を示す。 Hereinafter, the bonded structure 100 of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic view of the bonded structure 100 of the present embodiment.
図3に示した接合構造体100は、接合対象物110と接合層130との間に金属層142を備えており、また、接合対象物120と接合層130との間に金属層142を備えている点を除いて、図1を参照して上述した接合構造体100と同様の構成を有している。したがって、冗長を避けるために、重複する記載の一部を省略することがある。 The bonding structure 100 illustrated in FIG. 3 includes a metal layer 142 between the bonding target object 110 and the bonding layer 130, and includes a metal layer 142 between the bonding target object 120 and the bonding layer 130. Except for this point, it has the same configuration as the bonded structure 100 described above with reference to FIG. Therefore, in order to avoid redundancy, some overlapping descriptions may be omitted.
本実施形態の接合構造体100では、接合対象物110と接合層130との間に金属層142が設けられており、接合対象物120と接合層130との間に金属層144が設けられている。 In the bonded structure 100 of the present embodiment, the metal layer 142 is provided between the bonding target object 110 and the bonding layer 130, and the metal layer 144 is provided between the bonding target object 120 and the bonding layer 130. Yes.
金属層142は、金属粒子132を構成する金属と同じ金属を含有することが好ましい。この場合、接合対象物110が任意の材料から形成されていても、接合対象物110を接合層130に好適に接着させることができる。 The metal layer 142 preferably contains the same metal as the metal constituting the metal particles 132. In this case, even if the bonding target object 110 is formed of an arbitrary material, the bonding target object 110 can be suitably bonded to the bonding layer 130.
また、金属層144は、金属粒子132を構成する金属と同じ金属を含有することが好ましい。この場合、接合対象物120が任意の材料から形成されていても、接合対象物120を接合層130に好適に接着させることができる。 The metal layer 144 preferably contains the same metal as that constituting the metal particles 132. In this case, even if the bonding target 120 is formed of an arbitrary material, the bonding target 120 can be suitably bonded to the bonding layer 130.
なお、接合層と接触する金属層を構成する金属が接合層内の金属粒子を構成する金属と同じである場合、接合層が抑制粒子を含有しなければ、接合層内の金属粒子が結晶成長して肥大化するとともに金属層内の金属が接合層内に拡散してしまい、金属層の強度が低下することがある。 In addition, when the metal constituting the metal layer in contact with the bonding layer is the same as the metal constituting the metal particles in the bonding layer, the metal particles in the bonding layer grow crystal if the bonding layer does not contain suppression particles. As a result, the metal in the metal layer diffuses into the bonding layer, and the strength of the metal layer may decrease.
これに対して、本実施形態の接合構造体100では、接合層130は金属粒子132とともに抑制粒子134を含有しているため、接合層130内の金属粒子132の結晶成長および肥大化を抑制できる。したがって、金属層142、144から接合層130に向かう金属の拡散を抑制し、結果として、金属層142、144の強度の低下を抑制できる。 On the other hand, in the bonding structure 100 of the present embodiment, the bonding layer 130 contains the suppression particles 134 together with the metal particles 132, so that crystal growth and enlargement of the metal particles 132 in the bonding layer 130 can be suppressed. . Therefore, diffusion of the metal from the metal layers 142 and 144 toward the bonding layer 130 can be suppressed, and as a result, a decrease in strength of the metal layers 142 and 144 can be suppressed.
なお、金属層142は積層構造を有してもよい。例えば、金属層142は、第1接合対象物110の主面と直接接触する下地膜と、上記下地膜を覆う導電膜とを有してもよい。例えば、下地膜は、ニッケルおよび/またはパラジウムを含有する。また、導電膜は、接合層130内の金属粒子132を構成する金属と同じ金属を含む。 Note that the metal layer 142 may have a stacked structure. For example, the metal layer 142 may include a base film that is in direct contact with the main surface of the first object 110 and a conductive film that covers the base film. For example, the base film contains nickel and / or palladium. In addition, the conductive film contains the same metal as the metal that forms the metal particles 132 in the bonding layer 130.
同様に、金属層144は積層構造を有してもよい。例えば、金属層142は、第1接合対象物110の主面と直接接触する下地膜と、上記下地膜を覆う導電膜とを有してもよい。例えば、下地膜は、ニッケルおよび/またはパラジウムを含有する。また、導電膜は、接合層130内の金属粒子132を構成する金属と同じ金属を含む。 Similarly, the metal layer 144 may have a stacked structure. For example, the metal layer 142 may include a base film that is in direct contact with the main surface of the first object 110 and a conductive film that covers the base film. For example, the base film contains nickel and / or palladium. In addition, the conductive film contains the same metal as the metal that forms the metal particles 132 in the bonding layer 130.
以上のように、第1接合対象物110と接合層130との間に金属層142が存在し、第2接合対象物120と接合層130との間に金属層144が存在するため、接合層130と金属層142、144とがより強く結合することになり、接合構造体100の接合強度を増大させることができる。 As described above, since the metal layer 142 exists between the first object 110 and the bonding layer 130 and the metal layer 144 exists between the second object 120 and the bonding layer 130, the bonding layer 130 and the metal layers 142 and 144 are bonded more strongly, and the bonding strength of the bonded structure 100 can be increased.
なお、接合対象物110および金属層142の材料として、金属層142の熱膨張率が接合対象物110の熱膨張率よりも大きく、両者の熱膨張率の差が大きくなるような材料を選択することにより、金属層142においてストレスマイグレーションを発生させて、接合層130と金属層142との間の接合を実現してもよい。ストレスマイグレーションとは、異なる熱膨張率を有する材料を接触させた状態で温度が変化した場合に、温度変化に伴う熱膨張の違いから材料内部に応力勾配が生じた結果、熱膨張率の高い材料の元素が移動する現象である。 In addition, as a material of the bonding target object 110 and the metal layer 142, a material is selected in which the thermal expansion coefficient of the metal layer 142 is larger than the thermal expansion coefficient of the bonding target object 110 and the difference between the two is larger. As a result, stress migration may be generated in the metal layer 142 to realize bonding between the bonding layer 130 and the metal layer 142. Stress migration is a material that has a high coefficient of thermal expansion as a result of a stress gradient generated in the material due to the difference in thermal expansion caused by the temperature change when the temperature changes while materials with different coefficients of thermal expansion are in contact with each other. This is a phenomenon in which these elements move.
本実施形態の接合構造体100は、このようなストレスマイグレーションを敢えて利用することにより、良好な接合を実現できる。具体的には、熱膨張率の差が大きい2種類の材料を接触させた状態で温度を変化させると、金属層142に応力勾配が発生する。この勾配によりストレスマイグレーションが生じて、金属層142の金属が表面から溢れ出すように拡散する。金属層142の金属が拡散すると、金属は、接合層130と金属層142との界面、又は、金属層142の内部の界面の凹凸の空隙を埋めて一体化し、金属層142によって接合対象物110と接合層130とが良好に接合される。なお、ストレスマイグレーションの発生は、接合断面を走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)などの装置を用いて撮影することで確認できる。また、接合部形成においては、接合雰囲気中の表面反応により、ナノ粒子やアモルファス状ナノ組織を形成させ、接合ネッキングの成長を促進させることもできる。 The bonded structure 100 according to the present embodiment can realize good bonding by intentionally using such stress migration. Specifically, when the temperature is changed while two kinds of materials having a large difference in thermal expansion coefficient are in contact with each other, a stress gradient is generated in the metal layer 142. This gradient causes stress migration, and the metal of the metal layer 142 diffuses so as to overflow from the surface. When the metal of the metal layer 142 is diffused, the metal is integrated by filling the voids of the unevenness at the interface between the bonding layer 130 and the metal layer 142 or the interface inside the metal layer 142. And the bonding layer 130 are bonded satisfactorily. Note that the occurrence of stress migration can be confirmed by photographing the junction cross section using an apparatus such as a scanning electron microscope (SEM). Further, in the formation of the bonding portion, the growth of the bonding necking can be promoted by forming nanoparticles or an amorphous nanostructure by a surface reaction in the bonding atmosphere.
なお、金属層142と同様に、金属層144においてもストレスマイグレーションを発生させて、接合層130と金属層144との間の接合を実現してもよい。 Note that, similarly to the metal layer 142, stress migration may be generated in the metal layer 144 to realize bonding between the bonding layer 130 and the metal layer 144.
図3に示した接合構造体100は以下のように製造できる。以下、図4を参照して、本実施形態の接合構造体100の製造方法を説明する。 The joint structure 100 shown in FIG. 3 can be manufactured as follows. Hereinafter, with reference to FIG. 4, the manufacturing method of the joining structure 100 of this embodiment is demonstrated.
図4(a)に示すように、主面に金属層142の設けられた接合対象物110を用意する。例えば、接合対象物110を用意し、接合対象物110の主面に金属層142を形成してもよい。一例として、金属層142はメッキ処理によって形成される。あるいは、金属層142は、スパッタリングによって形成されてもよい。 As shown in FIG. 4A, a bonding object 110 provided with a metal layer 142 on the main surface is prepared. For example, the joining object 110 may be prepared, and the metal layer 142 may be formed on the main surface of the joining object 110. As an example, the metal layer 142 is formed by a plating process. Alternatively, the metal layer 142 may be formed by sputtering.
図4(b)に示すように、主面に金属層144の設けられた接合対象物120を用意する。例えば、接合対象物120を用意し、接合対象物120の主面に金属層144を形成する。一例として、金属層144はメッキ処理によって形成される。あるいは、金属層144は、スパッタリングによって形成されてもよい。 As shown in FIG. 4B, a bonding target 120 having a metal layer 144 provided on the main surface is prepared. For example, the joining target 120 is prepared, and the metal layer 144 is formed on the main surface of the joining target 120. As an example, the metal layer 144 is formed by a plating process. Alternatively, the metal layer 144 may be formed by sputtering.
図4(c)に示すように、媒体Mに金属粒子132および抑制粒子134を添加した粒子含有物Sを生成する。金属粒子132は、例えば、銀、銅、ニッケルまたは亜鉛を含む粒子である。抑制粒子134は、セラミックスまたは金属間化合物を含有する粒子である。 As shown in FIG. 4C, a particle containing material S in which the metal particles 132 and the suppression particles 134 are added to the medium M is generated. The metal particles 132 are particles containing, for example, silver, copper, nickel, or zinc. The suppression particles 134 are particles containing ceramics or an intermetallic compound.
図4(d)に示すように、粒子含有物Sを介して、第1接合対象物110および第2接合対象物120を積層させた積層体Lを形成する。例えば、積層体Lは、第1接合対象物110の表面に粒子含有物Sを付着させた後、粒子含有物Sを介して第1接合対象物110と対向するように第2接合対象物120を配置してもよい。あるいは、積層体Lは、予め所定の間隔だけ離れて主面が対向するように配置された第1接合対象物110と第2接合対象物120との間に粒子含有物Sを注入してもよい。 As illustrated in FIG. 4D, a stacked body L in which the first bonding target object 110 and the second bonding target object 120 are stacked is formed via the particle-containing material S. For example, the laminated body L has the particle-containing material S attached to the surface of the first bonding object 110 and then the second bonding object 120 so as to face the first bonding object 110 through the particle-containing material S. May be arranged. Or the laminated body L inject | pours the particle | grain content S between the 1st joining target object 110 and the 2nd joining target object 120 which were arrange | positioned so that it may leave | separate a predetermined space | interval previously, and a main surface may oppose. Good.
図4(e)に示すように、積層体Lを加熱することにより、第1接合対象物110と第2接合対象物120とを接合する接合層130を粒子含有物Sから形成する。例えば、加熱温度は、150℃以上300℃以下であり、より好ましくは、200℃以上250℃以下である。 As shown in FIG. 4 (e), the laminated body L is heated to form the bonding layer 130 for bonding the first bonding target 110 and the second bonding target 120 from the particle-containing material S. For example, the heating temperature is 150 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or higher and 250 ° C. or lower.
なお、図3および図4を参照した上述の説明では、第1接合対象物110および第2接合対象物120の対向する2つの主面に金属層142、144が設けられており、第1接合対象物110および第2接合対象物120は、金属層142、接合層130および金属層144を介して接合されていたが、本発明はこれに限定されない。第1接合対象物110および第2接合対象物120の対向する2つの主面のうちの一方に、金属層142、144の一方が設けられており、第1接合対象物110および第2接合対象物120は、接合層130および金属層142または金属層144を介して接合されてもよい。 In the above description with reference to FIG. 3 and FIG. 4, the metal layers 142 and 144 are provided on the two opposing main surfaces of the first joining object 110 and the second joining object 120, and the first joining is performed. Although the object 110 and the second bonding object 120 are bonded via the metal layer 142, the bonding layer 130, and the metal layer 144, the present invention is not limited to this. One of the two main surfaces of the first joining object 110 and the second joining object 120 facing each other is provided with one of the metal layers 142 and 144, and the first joining object 110 and the second joining object. The object 120 may be bonded through the bonding layer 130 and the metal layer 142 or the metal layer 144.
[加熱時間に伴う金属粒子の構造の変化]
以下のようにして、加熱時間に伴う金属粒子の構造の変化を測定した。
[Change in structure of metal particles with heating time]
The change in the structure of the metal particles with heating time was measured as follows.
(粒子含有物aの作製)
100質量部のフレーク状の銀粒子(福田金属箔粉工業株式会社製、製品名「AgC−239」)、および、2質量部のSiC粒子(Superior Graphite社製、製品名「HSC059」)を100mlのエタノール液に一部溶かした。銀粒子は、メディアン径6.0μmおよび厚さ260mmであり、比表面積は5.0m2/gであった。SiC粒子は、メディアン径0.6μmの多角形状であった。生成した懸濁液を10分間撹拌し、超音波処理を30分間行った。
(Preparation of particle-containing material a)
100 ml of 100 parts by mass of flaky silver particles (manufactured by Fukuda Metal Foil Powder Co., Ltd., product name “AgC-239”) and 2 parts by mass of SiC particles (manufactured by Superior Graphite, product name “HSC059”) Was partially dissolved in ethanol solution. The silver particles had a median diameter of 6.0 μm and a thickness of 260 mm, and a specific surface area of 5.0 m 2 / g. The SiC particles had a polygonal shape with a median diameter of 0.6 μm. The resulting suspension was stirred for 10 minutes and sonicated for 30 minutes.
その後、50℃で5時間放置することにより、懸濁液からエタノール液を充分に気化させて乾燥させて粉末を取り出した。この粉末をエチレングリコールに混合し、10分間撹拌してペーストを生成した。ペーストの粘度は300±100Pa・Sであった。以上のようにして、ペースト状の粒子含有物aを作製した。 Then, by leaving it at 50 ° C. for 5 hours, the ethanol solution was sufficiently evaporated from the suspension and dried to take out the powder. This powder was mixed with ethylene glycol and stirred for 10 minutes to produce a paste. The viscosity of the paste was 300 ± 100 Pa · S. As described above, a paste-like particle-containing material a was produced.
(焼結体aの作製)
長さ76mm、幅26mmのガラス基板に、長さ76mm、幅3mmおよび厚さ0.04mmのシート状になるように粒子含有物aを塗布した。その後、粒子含有物aをホットプレート上で大気中において250℃30分間加熱して粒子含有物aを焼結させた後、温度を室温まで低下させて焼結体aを複数作製した。なお、説明するまでなく、焼結体aは、実施例の接合構造体の接合層に相当するものである。
(Preparation of sintered body a)
The particle-containing material a was applied to a glass substrate having a length of 76 mm and a width of 26 mm so as to form a sheet having a length of 76 mm, a width of 3 mm, and a thickness of 0.04 mm. Thereafter, the particle-containing material a was heated on the hot plate in the atmosphere at 250 ° C. for 30 minutes to sinter the particle-containing material a, and then the temperature was lowered to room temperature to produce a plurality of sintered bodies a. Needless to say, the sintered body a corresponds to the bonding layer of the bonding structure of the example.
(撮像)
電界放出形走査電子顕微鏡(株式会社日立ハイテクノロジーズ社製、製品名「SU8200」)を用いて1つの焼結体aを撮像した。また、別の焼結体aを250℃で50時間、100時間、200時間それぞれ加熱して同様に撮像した。また、別の焼結体aの加熱温度を250℃から200℃に変更して50時間、100時間、200時間それぞれ加熱して同様に撮像した。さらに別の焼結体aの加熱温度を250℃から150℃に変更して50時間、100時間、200時間それぞれ加熱して同様に撮像した。
(Imaging)
One sintered body a was imaged using a field emission scanning electron microscope (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, product name “SU8200”). Further, another sintered body a was heated at 250 ° C. for 50 hours, 100 hours, and 200 hours, respectively, and imaged in the same manner. In addition, the heating temperature of another sintered body a was changed from 250 ° C. to 200 ° C. and heated for 50 hours, 100 hours, and 200 hours, respectively. Further, the heating temperature of another sintered body a was changed from 250 ° C. to 150 ° C. and heated for 50 hours, 100 hours, and 200 hours, respectively.
また、比較のために、エタノール液にSiC粒子を添加しなかったことを除いて、粒子含有物aと同様にペースト状の粒子含有物hを作製した。また、粒子含有物hから、焼結体aと同様に焼結体hを複数作製し、焼結体aと同様に焼結体hを撮像した。また、別の焼結体hを250℃で50時間、100時間、200時間それぞれ加熱して同様に撮像した。 For comparison, a paste-like particle-containing material h was prepared in the same manner as the particle-containing material a, except that no SiC particles were added to the ethanol solution. Further, a plurality of sintered bodies h were produced from the particle-containing material h similarly to the sintered body a, and the sintered body h was imaged in the same manner as the sintered body a. Further, another sintered body h was heated at 250 ° C. for 50 hours, 100 hours, and 200 hours, respectively, and imaged in the same manner.
図5(a)〜図5(d)は比較のための焼結体hの写真を示す図である。図5(a)は、加熱しなかった焼結体hの写真を示す図であり、図5(b)は、50時間加熱した焼結体hの写真を示す図であり、図5(c)は、100時間加熱した焼結体hの写真を示す図であり、図5(d)は、200時間加熱した焼結体hの写真を示す図である。 FIGS. 5A to 5D are photographs showing a sintered body h for comparison. FIG. 5A is a view showing a photograph of the sintered body h that was not heated, and FIG. 5B is a view showing a photograph of the sintered body h that was heated for 50 hours, and FIG. ) Is a view showing a photograph of the sintered body h heated for 100 hours, and FIG. 5D is a view showing a photograph of the sintered body h heated for 200 hours.
図5(a)〜図5(d)から明らかなように、焼結体hが抑制粒子を含有しない場合、加熱時間の増加とともに焼結体h内の銀粒子の粒径が大きくなった。 As is apparent from FIGS. 5A to 5D, when the sintered body h does not contain the suppression particles, the particle size of the silver particles in the sintered body h increases as the heating time increases.
図6(a)〜図6(d)は、実施例の接合構造体における接合層に相当する焼結体の写真を示す図である。図6(a)は、加熱前の焼結体aの写真を示す図であり、図6(b)は、50時間加熱した後の焼結体aの写真を示す図であり、図6(c)は、100時間加熱した後の焼結体aの写真を示す図であり、図6(d)は、200時間加熱した後の焼結体aの写真を示す図である。 FIG. 6A to FIG. 6D are photographs showing a sintered body corresponding to the bonding layer in the bonding structure of the example. 6A is a view showing a photograph of the sintered body a before heating, and FIG. 6B is a view showing a photograph of the sintered body a after being heated for 50 hours. (c) is a figure which shows the photograph of the sintered compact a after heating for 100 hours, FIG.6 (d) is a figure which shows the photograph of the sintered compact a after heating for 200 hours.
図6(a)〜図6(d)から明らかなように、焼結体aが銀粒子とともにSiC粒子を含有する場合、加熱時間が増加しても、焼結体a内の銀粒子の粒径はほとんど変化しなかった。 As apparent from FIGS. 6A to 6D, when the sintered body a contains SiC particles together with the silver particles, the particles of the silver particles in the sintered body a even if the heating time is increased. The diameter hardly changed.
図7(a)は、比較のための焼結体hにおける銀粒子の平均粒径増加量の加熱時間変化を示すグラフである。なお、銀粒子の粒径増加量は、撮像した銀粒子の粒径を粒子含有物hの作製時に添加した銀粒子の平均粒径と比較して求めた。 FIG. 7A is a graph showing changes in heating time of the average increase in the average particle diameter of silver particles in a sintered body h for comparison. In addition, the particle diameter increase amount of silver particle was calculated | required by comparing the particle diameter of the imaged silver particle with the average particle diameter of the silver particle added at the time of preparation of the particle content h.
図7(a)のグラフにおいて、線T1は、加熱温度が150℃の場合の銀粒子の粒径増加量の加熱時間変化を示し、線T2は、加熱温度が200℃の場合の銀粒子の粒径増加量の加熱時間変化を示し、線T3は、加熱温度が250℃の場合の銀粒子の粒径増加量の加熱時間変化を示す。 In the graph of FIG. 7A, a line T1 indicates a change in the heating time of the particle size increase amount of the silver particles when the heating temperature is 150 ° C., and a line T2 indicates the silver particles when the heating temperature is 200 ° C. A change in the heating time of the particle size increase amount is shown, and a line T3 shows a change in the heating time of the particle size increase amount of the silver particles when the heating temperature is 250 ° C.
図7(a)のグラフから理解されるように、加熱温度が150℃および200℃の場合、加熱時間が変化しても粒径増加量はほとんど変動しなかった。一方、加熱温度が250℃の場合、加熱時間が長くなるほど、粒径増加量は著しく増大した。 As understood from the graph of FIG. 7A, when the heating temperature was 150 ° C. and 200 ° C., the increase in the particle size hardly changed even when the heating time was changed. On the other hand, when the heating temperature was 250 ° C., the amount of increase in the particle size significantly increased as the heating time increased.
図7(b)は、実施例の接合構造体における接合層に相当する焼結体における銀粒子の平均粒径増加量の加熱時間変化を示すグラフである。なお、銀粒子の粒径増加量は、撮像した銀粒子の粒径を粒子含有物aの作製時に添加した銀粒子の平均粒径と比較して求めた。 FIG.7 (b) is a graph which shows the heating time change of the average particle diameter increase amount of the silver particle in the sintered compact corresponding to the joining layer in the joining structure of an Example. In addition, the particle diameter increase amount of silver particle was calculated | required by comparing the particle diameter of the imaged silver particle with the average particle diameter of the silver particle added at the time of preparation of the particle containing material a.
図7(b)のグラフにおいて、線T1は、加熱温度が150℃の場合の銀粒子の粒径増加量の加熱時間変化を示し、線T2は、加熱温度が200℃の場合の銀粒子の粒径増加量の加熱時間変化を示し、線T3は、加熱温度が250℃の場合の銀粒子の粒径増加量の加熱時間変化を示す。 In the graph of FIG. 7B, the line T1 shows the change in the heating time of the increase in the particle size of the silver particles when the heating temperature is 150 ° C., and the line T2 shows the silver particles when the heating temperature is 200 ° C. A change in the heating time of the particle size increase amount is shown, and a line T3 shows a change in the heating time of the particle size increase amount of the silver particles when the heating temperature is 250 ° C.
図7(b)のグラフから理解されるように、加熱温度が150℃、200℃および250℃のいずれであっても、加熱時間の増加にもかかわらず粒径増加量はほとんど変動しなかった。 As can be seen from the graph of FIG. 7B, the increase in the particle size hardly changed despite the increase in the heating time, regardless of whether the heating temperature was 150 ° C., 200 ° C., or 250 ° C. .
[接合構造体の剪断強度の測定]
以下のようにして、接合構造体の剪断強度を測定した。
[Measurement of shear strength of bonded structure]
The shear strength of the bonded structure was measured as follows.
(接合構造体aの作製)
厚さ0.8mmの銅板の表面に無電解Ni/Agメッキ処理を行い、その後、銅板から、長さ30mm、幅30mmおよび厚さ0.8mmの基板と、長さ3mm、幅3mmおよび厚さ0.8mmのチップとを取り出した。次に、基板の表面に粒子含有物aを塗布し、粒子含有物aの上にチップを搭載した積層体を作製した。その後、スチール製の重りを用いて、積層体に約0.4MPaの圧力を印加し、ホットプレート上で大気中において250℃30分間加熱した。以上のようにして実施例の接合構造体aを複数製造した。
(Preparation of bonded structure a)
An electroless Ni / Ag plating process is performed on the surface of a copper plate having a thickness of 0.8 mm, and then a substrate having a length of 30 mm, a width of 30 mm and a thickness of 0.8 mm, a length of 3 mm, a width of 3 mm and a thickness of the copper plate. A 0.8 mm chip was taken out. Next, the particle-containing material a was applied to the surface of the substrate, and a laminate in which a chip was mounted on the particle-containing material a was produced. Thereafter, a pressure of about 0.4 MPa was applied to the laminate using a steel weight, and the laminate was heated on the hot plate in the atmosphere at 250 ° C. for 30 minutes. As described above, a plurality of bonded structures a of the example were manufactured.
(接合構造体a1の作製)
SiC粒子の添加量を2質量部から0.3質量部に変更した以外は、粒子含有物aと同様に粒子含有物a1を作製した。粒子含有物aを粒子含有物a1に変更した以外は、接合構造体aと同様に、実施例の接合構造体a1を複数作製した。
(Preparation of joined structure a1)
A particle-containing material a1 was produced in the same manner as the particle-containing material a except that the addition amount of SiC particles was changed from 2 parts by mass to 0.3 parts by mass. Except for changing the particle-containing material a to the particle-containing material a1, a plurality of bonded structures a1 of Examples were produced in the same manner as the bonded structure a.
(接合構造体a2の作製)
SiC粒子の添加量を2質量部から5質量部に変更した以外は、粒子含有物aと同様に粒子含有物a2を作製した。粒子含有物aを粒子含有物a2に変更した以外は、接合構造体aと同様に、実施例の接合構造体a2を複数作製した。
(Preparation of joined structure a2)
A particle-containing material a2 was produced in the same manner as the particle-containing material a except that the addition amount of SiC particles was changed from 2 parts by mass to 5 parts by mass. Except for changing the particle-containing material a to the particle-containing material a2, a plurality of bonded structures a2 of Examples were produced in the same manner as the bonded structure a.
(接合構造体hの作製)
粒子含有物aを粒子含有物hに変更した以外は、接合構造体aと同様に、比較例の接合構造体hを複数作製した。
(Preparation of bonded structure h)
Except for changing the particle-containing material a to the particle-containing material h, a plurality of bonded structures h of comparative examples were produced in the same manner as the bonded structure a.
(剪断試験)
接合構造体aに対して、剪断試験機(Dage社、製品名「XD−7500」)を用いて剪断試験を行った。剪断試験は、同様に作製した少なくとも5つのサンプルについて行い、それらの平均を求めた。
(Shear test)
A shear test was performed on the bonded structure a using a shear tester (Dage, product name “XD-7500”). The shear test was performed on at least five samples prepared in the same manner, and an average of them was obtained.
また、別の接合構造体aを250℃で50時間加熱して同様に剪断試験を行った。さらに別の接合構造体aを250℃で100時間加熱して同様に剪断試験を行った。さらに別の接合構造体aを250℃で200時間加熱して同様に剪断試験を行った。 Further, another joint structure a was heated at 250 ° C. for 50 hours, and a shear test was performed in the same manner. Further, another bonded structure a was heated at 250 ° C. for 100 hours, and a shear test was performed in the same manner. Further, another bonded structure a was heated at 250 ° C. for 200 hours, and a shear test was performed in the same manner.
また、接合構造体a1に対しても、剪断試験を行った。また、接合構造体a1を250℃で50時間、100時間および200時間それぞれ加熱して同様に剪断試験を行った。 A shear test was also performed on the bonded structure a1. Further, the bonded structure a1 was heated at 250 ° C. for 50 hours, 100 hours, and 200 hours, respectively, and a shear test was similarly performed.
さらには、接合構造体a2に対しても、剪断試験を行った。また、接合構造体a2を250℃で50時間、100時間および200時間それぞれ加熱して同様に剪断試験を行った。 Further, a shear test was performed on the bonded structure a2. Further, the joining structure a2 was heated at 250 ° C. for 50 hours, 100 hours, and 200 hours, respectively, and a shear test was similarly performed.
また、接合構造体hに対しても、剪断試験を行った。また、接合構造体hを250℃で50時間、100時間および200時間それぞれ加熱して同様に剪断試験を行った。 A shear test was also performed on the bonded structure h. Further, the bonded structure h was heated at 250 ° C. for 50 hours, 100 hours, and 200 hours, respectively, and a shear test was performed in the same manner.
図8は、実施例の接合構造体a、a1、a2および比較例の接合構造体hの剪断強度の加熱時間変化を示すグラフである。図8のグラフにおいて、線Cは、接合構造体hの剪断強度の加熱時間変化を示し、線S1は、接合構造体aの剪断強度の加熱時間変化を示し、線S2は、接合構造体a1の剪断強度の加熱時間変化を示し、線S3は、接合構造体a2の剪断強度の加熱時間変化を示す。 FIG. 8 is a graph showing the heating time change of the shear strength of the joining structures a, a1, a2 of the example and the joining structure h of the comparative example. In the graph of FIG. 8, a line C indicates a change in the heating time of the shear strength of the bonded structure h, a line S1 indicates a change in the heat strength of the bonded structure a, and a line S2 indicates the bonded structure a1. A change in the shearing time of the heating strength is shown, and a line S3 shows a change in the heating time of the shearing strength of the bonded structure a2.
図8の線Cから明らかであるように、接合構造体hでは、接合層が金属粒子を含有したが、抑制粒子を含有しなかったため、加熱時間の増加とともに剪断強度が大きく低下した。これに対して、図8の線S1、S2、S3から明らかであるように、接合構造体a、a1、a2では、接合層が金属粒子及び抑制粒子を含有したため、加熱時間が増加した際の剪断強度の低下が抑制されていた。特に、接合構造体aでは、加熱時間が50時間のときに剪断強度が一旦低下するものの、加熱時間がさらに増加すると、剪断強度が増加し、比較的高い剪断強度を維持できた。 As apparent from the line C in FIG. 8, in the bonded structure h, the bonding layer contained metal particles, but did not contain suppression particles, so that the shear strength was greatly reduced as the heating time was increased. On the other hand, as is clear from the lines S1, S2, and S3 in FIG. 8, in the bonding structures a, a1, and a2, the bonding layer contains metal particles and suppression particles, so that the heating time increases. The decrease in shear strength was suppressed. In particular, in the bonded structure a, the shear strength once decreased when the heating time was 50 hours, but when the heating time was further increased, the shear strength increased and a relatively high shear strength could be maintained.
[SiC粒子添加量に応じた剪断強度の測定]
以下のようにして、SiC粒子の添加量に応じて剪断強度を測定した。
[Measurement of shear strength according to the amount of SiC particles added]
The shear strength was measured according to the amount of SiC particles added as follows.
(接合構造体a3の作製)
接合構造体製造時の加熱時間を30分から60分間に変更した以外は、接合構造体aと同様に実施例の接合構造体a3を作製した。
(Preparation of bonded structure a3)
Except for changing the heating time at the time of manufacturing the bonded structure from 30 minutes to 60 minutes, the bonded structure a3 of the example was manufactured in the same manner as the bonded structure a.
(接合構造体a4の作製)
SiC粒子の添加量を2質量部から1質量部に変更した以外は、接合構造体a3と同様に実施例の接合構造体a4を作製した。
(Preparation of bonded structure a4)
Except having changed the addition amount of SiC particle | grains from 2 mass parts to 1 mass part, the junction structure a4 of the Example was produced similarly to the junction structure a3.
(接合構造体a5の作製)
SiC粒子の添加量を2質量部から0.3質量部に変更した以外は、接合構造体a3と同様に実施例の接合構造体a5を作製した。
(Preparation of bonded structure a5)
Except having changed the addition amount of SiC particle from 2 mass parts to 0.3 mass part, the junction structure a5 of the Example was produced similarly to the junction structure a3.
(接合構造体a6の作製)
SiC粒子の添加量を2質量部から0.1質量部に変更した以外は、接合構造体a3と同様に実施例の接合構造体a6を作製した。
(Preparation of joined structure a6)
Except having changed the addition amount of SiC particle from 2 mass parts to 0.1 mass part, the junction structure a6 of the Example was produced similarly to the junction structure a3.
(接合構造体b3の作製)
SiC粒子の種類を製品名「HSC059」から製品名「HSC007」(Superior Graphite社製:メディアン径1.3μmの多角形状)に変更した以外は、接合構造体a3と同様に実施例の接合構造体b3を作製した。
(Preparation of bonded structure b3)
Except for changing the type of the SiC particles from the product name “HSC059” to the product name “HSC007” (manufactured by Superior Graphite, Inc .: polygonal shape with a median diameter of 1.3 μm), the junction structure of the example is similar to the junction structure a3. b3 was produced.
(接合構造体b4の作製)
SiC粒子の添加量を2質量部から1質量部に変更した以外は、接合構造体b3と同様に実施例の接合構造体b4を作製した。
(Preparation of bonded structure b4)
Except for changing the addition amount of SiC particles from 2 parts by mass to 1 part by mass, the junction structure b4 of the example was produced in the same manner as the junction structure b3.
(接合構造体b5の作製)
SiC粒子の添加量を2質量部から0.3質量部に変更した以外は、接合構造体b3と同様に実施例の接合構造体b5を作製した。
(Preparation of bonded structure b5)
Except having changed the addition amount of SiC particle from 2 mass parts to 0.3 mass part, the junction structure b5 of the Example was produced similarly to the junction structure b3.
(接合構造体b6の作製)
SiC粒子の添加量を2質量部から0.1質量部に変更した以外は、接合構造体b3と同様に実施例の接合構造体b6を作製した。
(Preparation of bonded structure b6)
Except having changed the addition amount of SiC particle from 2 mass parts to 0.1 mass part, the junction structure b6 of the Example was produced similarly to the junction structure b3.
(接合構造体c3の作製)
SiC粒子の種類を製品名「HSC059」から製品名「SiC−35」(CEA(フランス原子力・代替エネルギー庁製):メディアン径0.035μmの球状)に変更した以外は、接合構造体a3と同様に実施例の接合構造体c3を作製した。
(Preparation of joined structure c3)
Except for changing the type of SiC particles from the product name “HSC059” to the product name “SiC-35” (CEA (manufactured by the French Atomic Energy and Alternative Energy Agency): spherical with a median diameter of 0.035 μm), the same as the bonded structure a3 The junction structure c3 of Example was prepared.
(接合構造体c4の作製)
SiC粒子の添加量を2質量部から1質量部に変更した以外は、接合構造体c3と同様に実施例の接合構造体c4を作製した。
(Preparation of bonded structure c4)
Except for changing the addition amount of SiC particles from 2 parts by mass to 1 part by mass, the junction structure c4 of the example was produced in the same manner as the junction structure c3.
(接合構造体c5の作製)
SiC粒子の添加量を2質量部から0.3質量部に変更した以外は、接合構造体c3と同様に実施例の接合構造体c5を作製した。
(Preparation of bonded structure c5)
Except having changed the addition amount of SiC particle from 2 mass parts to 0.3 mass part, the junction structure c5 of the Example was produced similarly to the junction structure c3.
(接合構造体c6の作製)
SiC粒子の添加量を2質量部から0.1質量部に変更した以外は、接合構造体c3と同様に実施例の接合構造体c6を作製した。
(Preparation of bonded structure c6)
Except having changed the addition amount of SiC particle from 2 mass parts to 0.1 mass part, the junction structure c6 of the Example was produced similarly to the junction structure c3.
(接合構造体h1の作製)
加熱時間を30分から60分間に変更した以外は、接合構造体hと同様に比較例の接合構造体h1を作製した。
(Preparation of bonded structure h1)
A bonded structure h1 of a comparative example was produced in the same manner as the bonded structure h except that the heating time was changed from 30 minutes to 60 minutes.
(剪断試験)
接合構造体a3〜a6、b3〜b6、c3〜c6、h1に対して、剪断試験機(Dage社、製品名「XD−7500」)を用いて剪断試験を行った。剪断試験は、同様に作製した少なくとも5つのサンプルについて行い、それらの結果の平均を求めた。
(Shear test)
A shear test was performed on the bonded structures a3 to a6, b3 to b6, c3 to c6, and h1 using a shear tester (Dage, product name “XD-7500”). The shear test was performed on at least 5 samples prepared in the same manner, and the average of the results was obtained.
図9(a)は接合構造体a3〜a6、b3〜b6、c3〜c6、h1の剪断強度のSiC添加量変化を示すグラフである。図9(a)のグラフにおいて、点Cは、接合構造体h1の剪断強度を示し、線S1は、接合構造体a3〜a6の剪断強度のSiC添加量変化を示し、線S2は、接合構造体b3〜b6の接合構造体の剪断強度のSiC添加量変化を示し、線S3は、接合構造体c3〜c6の剪断強度のSiC添加量変化を示す。 FIG. 9A is a graph showing changes in the amount of SiC added to the shear strength of the joined structures a3 to a6, b3 to b6, c3 to c6, and h1. In the graph of FIG. 9A, the point C indicates the shear strength of the bonded structure h1, the line S1 indicates a change in the amount of SiC added to the shear strength of the bonded structures a3 to a6, and the line S2 indicates the bonded structure. The change in the SiC addition amount of the shear strength of the joined structures of the bodies b3 to b6 is shown, and the line S3 shows the change of the SiC addition amount of the shear strength of the joined structures c3 to c6.
図9(a)の点Cから明らかであるように、接合構造体h1では、接合層が金属粒子を含有したが、抑制粒子を含有しなった場合、接合構造体h1は、比較的高い剪断強度を有していた。これに対して、図9(a)の線S1、S2、S3から明らかであるように、接合構造体a3〜a6、b3〜b6、c3〜c6では、SiC添加量が増加すると、接合構造体の剪断強度は若干低下する傾向を示した。 As is clear from the point C in FIG. 9A, in the bonding structure h1, the bonding layer contains metal particles. However, when the bonding layer does not contain suppression particles, the bonding structure h1 has a relatively high shear. Had strength. On the other hand, as is clear from the lines S1, S2, and S3 in FIG. 9A, in the bonded structures a3 to a6, b3 to b6, and c3 to c6, the bonding structure increases when the SiC addition amount increases. The shear strength of tended to decrease slightly.
詳細には、SiC粒子の粒径が0.6μm、1.3μmの場合、SiC粒子添加量の変化に関わらず、接合構造体の剪断強度はあまり変化しなかった。一方、SiC粒子の粒径が0.035μmの場合、SiC粒子添加量の増加に伴い剪断強度は大きく低下した。これは、粒径の小さいSiC粒子は、撹拌したものの充分には分散されず、その結果、銀粒子の肥大化を抑制できなったからと考えられる。 Specifically, when the particle diameter of the SiC particles is 0.6 μm and 1.3 μm, the shear strength of the bonded structure did not change much regardless of the change in the addition amount of the SiC particles. On the other hand, when the particle size of the SiC particles was 0.035 μm, the shear strength was greatly reduced as the amount of SiC particles added increased. This is presumably because the SiC particles having a small particle diameter were not sufficiently dispersed although they were stirred, and as a result, the enlargement of the silver particles could not be suppressed.
[SiC粒子添加量に応じた抵抗率の測定]
以下のようにして、SiC粒子の添加量に応じて抵抗率を測定した。
[Measurement of resistivity according to the amount of SiC particles added]
The resistivity was measured according to the amount of SiC particles added as follows.
(焼結体a3の作製)
焼結体作製時の加熱時間を30分から60分間に変更した以外は、焼結体aと同様に焼結体a3を作製した。
(Preparation of sintered body a3)
A sintered body a3 was produced in the same manner as the sintered body a, except that the heating time for producing the sintered body was changed from 30 minutes to 60 minutes.
(焼結体a4の作製)
SiC粒子の添加量を2質量部から1質量部に変更した以外は、焼結体a3と同様に焼結体a4を作製した。
(Preparation of sintered body a4)
A sintered body a4 was produced in the same manner as the sintered body a3 except that the addition amount of SiC particles was changed from 2 parts by mass to 1 part by mass.
(焼結体a5の作製)
SiC粒子の添加量を2質量部から0.3質量部に変更した以外は、焼結体a3と同様に焼結体a5を作製した。
(Preparation of sintered body a5)
A sintered body a5 was produced in the same manner as the sintered body a3 except that the addition amount of SiC particles was changed from 2 parts by mass to 0.3 parts by mass.
(焼結体a6の作製)
SiC粒子の添加量を2質量部から0.1質量部に変更した以外は、焼結体a3と同様に焼結体a6を作製した。
(Preparation of sintered body a6)
A sintered body a6 was produced in the same manner as the sintered body a3 except that the addition amount of SiC particles was changed from 2 parts by mass to 0.1 parts by mass.
(焼結体a7の作製)
SiC粒子の添加量を2質量部から5質量部に変更した以外は、焼結体a3と同様に焼結体a7を作製した。
(Preparation of sintered body a7)
A sintered body a7 was produced in the same manner as the sintered body a3 except that the addition amount of SiC particles was changed from 2 parts by mass to 5 parts by mass.
(焼結体b3の作製)
SiC粒子の種類を製品名「HSC059」から製品名「HSC007」(Superior Graphite社製:メディアン径1.3μmの多角形状:比表面積14−18.5)に変更した以外は、焼結体a3と同様に焼結体b3を作製した。
(Preparation of sintered body b3)
Except for changing the type of SiC particles from the product name “HSC059” to the product name “HSC007” (supplied by Superior Graphite: polygon shape with median diameter of 1.3 μm: specific surface area 14-18.5), the sintered body a3 and Similarly, a sintered body b3 was produced.
(焼結体b4の作製)
SiC粒子の添加量を2質量部から1質量部に変更した以外は、焼結体b3と同様に焼結体b4を作製した。
(Preparation of sintered body b4)
A sintered body b4 was produced in the same manner as the sintered body b3 except that the addition amount of SiC particles was changed from 2 parts by mass to 1 part by mass.
(焼結体b5の作製)
SiC粒子の添加量を2質量部から0.3質量部に変更した以外は、焼結体b3と同様に焼結体b5を作製した。
(Preparation of sintered body b5)
A sintered body b5 was produced in the same manner as the sintered body b3 except that the addition amount of SiC particles was changed from 2 parts by mass to 0.3 parts by mass.
(焼結体b6の作製)
SiC粒子の添加量を2質量部から0.1質量部に変更した以外は、焼結体b3と同様に焼結体b6を作製した。
(Preparation of sintered body b6)
A sintered body b6 was produced in the same manner as the sintered body b3 except that the addition amount of SiC particles was changed from 2 parts by mass to 0.1 parts by mass.
(焼結体b7の作製)
SiC粒子の添加量を2質量部から5質量部に変更した以外は、焼結体b3と同様に焼結体b7を作製した。
(Preparation of sintered body b7)
A sintered body b7 was produced in the same manner as the sintered body b3 except that the addition amount of SiC particles was changed from 2 parts by mass to 5 parts by mass.
(焼結体c3の作製)
SiC粒子の種類を製品名「HSC059」から製品名「SiC−35」(CEA(フランス原子力・代替エネルギー庁製):メディアン径0.035μmの球状)に変更した以外は、焼結体a3と同様に焼結体c3を作製した。
(Preparation of sintered body c3)
Same as sintered body a3, except that the type of SiC particles is changed from the product name “HSC059” to the product name “SiC-35” (CEA (manufactured by the French Nuclear and Alternative Energy Agency): spherical with a median diameter of 0.035 μm). A sintered body c3 was prepared.
(焼結体c4の作製)
SiC粒子の添加量を2質量部から1質量部に変更した以外は、焼結体c3と同様に焼結体c4を作製した。
(Preparation of sintered body c4)
A sintered body c4 was produced in the same manner as the sintered body c3 except that the addition amount of SiC particles was changed from 2 parts by mass to 1 part by mass.
(焼結体c5の作製)
SiC粒子の添加量を2質量部から0.3質量部に変更した以外は、焼結体c3と同様に焼結体c5を作製した。
(Preparation of sintered body c5)
A sintered body c5 was produced in the same manner as the sintered body c3 except that the addition amount of SiC particles was changed from 2 parts by mass to 0.3 parts by mass.
(焼結体c6の作製)
SiC粒子の添加量を2質量部から0.1質量部に変更した以外は、焼結体c3と同様に焼結体c6を作製した。
(Preparation of sintered body c6)
A sintered body c6 was produced in the same manner as the sintered body c3 except that the addition amount of SiC particles was changed from 2 parts by mass to 0.1 parts by mass.
(焼結体c7の作製)
SiC粒子の添加量を2質量部から5質量部に変更した以外は、焼結体c3と同様に焼結体c7を作製した。
(Preparation of sintered body c7)
A sintered body c7 was produced in the same manner as the sintered body c3 except that the addition amount of SiC particles was changed from 2 parts by mass to 5 parts by mass.
(焼結体h1の作製)
加熱時間を30分から60分間に変更した以外は、焼結体hと同様に比較のための焼結体h1を作製した。
(Preparation of sintered body h1)
A sintered body h1 for comparison was produced in the same manner as the sintered body h, except that the heating time was changed from 30 minutes to 60 minutes.
(電気抵抗率の測定)
抵抗率計(株式会社三菱アナリテック社製、製品名「Loresta−GP」)を用いて焼結体a3〜a7、b3〜b7、c3〜c7、h1の抵抗率をそれぞれ測定した。
(Measurement of electrical resistivity)
The resistivity of each of the sintered bodies a3 to a7, b3 to b7, c3 to c7, and h1 was measured using a resistivity meter (product name “Loresta-GP” manufactured by Mitsubishi Analytech Co., Ltd.).
図9(b)は焼結体a3〜a6、b3〜b6、c3〜c6、h1の抵抗率のSiC添加量変化を示すグラフである。図9(b)のグラフにおいて、点Cは、焼結体h1の抵抗率を示し、線S1は、焼結体a3〜a7の抵抗率のSiC添加量変化を示し、線S2は、焼結体b3〜b7の抵抗率のSiC添加量変化を示し、線S3は、焼結体c3〜c7の抵抗率のSiC添加量変化を示す。 FIG. 9B is a graph showing changes in the amount of SiC added to the resistivity of the sintered bodies a3 to a6, b3 to b6, c3 to c6, and h1. In the graph of FIG. 9B, the point C indicates the resistivity of the sintered body h1, the line S1 indicates a change in the amount of SiC added to the resistivity of the sintered bodies a3 to a7, and the line S2 indicates the sintered body. The SiC addition amount change of the resistivity of the bodies b3 to b7 is shown, and the line S3 shows the SiC addition amount change of the resistivity of the sintered bodies c3 to c7.
図9(b)の点Cから明らかであるように、焼結体h1では、接合層が金属粒子を含有していたが、抑制粒子を含有していなかった。焼結体h1は、比較的低い抵抗率を示した。これに対して、図9(a)の線S1、S2、S3から明らかであるように、焼結体a3〜a7、b3〜b7、c3〜c7では、SiC添加量が増加すると、焼結体の剪断強度は若干増加する傾向を示した。 As is clear from the point C in FIG. 9B, in the sintered body h1, the bonding layer contained metal particles, but did not contain suppression particles. The sintered body h1 exhibited a relatively low resistivity. On the other hand, in the sintered bodies a3 to a7, b3 to b7, and c3 to c7, as is clear from the lines S1, S2, and S3 in FIG. The shear strength of tended to increase slightly.
詳細には、SiC粒子の粒径が0.6μm、1.3μmの場合は、SiC粒子添加量が増加しても、焼結体の抵抗率はほとんど変化しなかった。一方、SiC粒子の粒径が0.035μmの場合、SiC粒子添加量の増加に伴い焼結体の抵抗率は著しく増加した。これは、粒径の小さいSiC粒子は、単純に撹拌したのみでは、充分に分散されず、その結果、銀粒子の肥大化を抑制できなったからと考えられる。 Specifically, when the particle diameter of the SiC particles is 0.6 μm and 1.3 μm, the resistivity of the sintered body hardly changed even when the addition amount of the SiC particles was increased. On the other hand, when the particle size of the SiC particles was 0.035 μm, the resistivity of the sintered body significantly increased as the amount of SiC particles added increased. This is presumably because the SiC particles having a small particle diameter were not sufficiently dispersed by simply stirring, and as a result, the enlargement of the silver particles could not be suppressed.
本発明によれば、高温環境下に長時間曝されても、接合強度の低下が抑制される。 According to the present invention, even when exposed to a high temperature environment for a long time, a decrease in bonding strength is suppressed.
100 接合構造体
110 第1接合対象物
120 第2接合対象物
130 接合層
132 金属粒子
134 抑制粒子
136 ミクロポア
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Joining structure 110 1st joining object 120 2nd joining object 130 Joining layer 132 Metal particle 134 Suppression particle 136 Micropore
Claims (14)
第2接合対象物と、
前記第1接合対象物と前記第2接合対象物とを接合する接合層と
を備える、接合構造体であって、
前記接合層は、金属粒子と、前記金属粒子の結晶成長を抑制する抑制粒子とを含有する、接合構造体。 A first object to be joined;
A second object to be joined;
A bonding structure comprising a bonding layer for bonding the first bonding object and the second bonding object,
The bonding layer is a bonded structure including metal particles and suppressing particles that suppress crystal growth of the metal particles.
第2接合対象物を用意する工程と、
媒体に金属粒子および抑制粒子を添加した粒子含有物を生成する工程と、
前記粒子含有物を介して前記第1接合対象物および前記第2接合対象物を積層させた積層体を形成する工程と、
前記積層体を加熱することにより、前記第1接合対象物と前記第2接合対象物とを接合する接合層を前記粒子含有物から形成する工程と
を包含する、接合構造体の製造方法。 Preparing a first object to be joined;
Preparing a second joining object;
Producing a particle-containing material obtained by adding metal particles and inhibitor particles to a medium;
Forming a laminate in which the first joining object and the second joining object are laminated via the particle-containing material;
The manufacturing method of a joining structure including the process of forming the joining layer which joins the 1st joined object and the 2nd joined object from the particle content by heating the layered product.
前記金属粒子および前記抑制粒子を液体に添加して溶液を生成する工程と、
前記溶液から前記液体を蒸発させて前記金属粒子および前記抑制粒子の粉末を抽出する工程と、
前記媒体に前記粉末を混合してペーストを生成する工程と
を含む、請求項10に記載の接合構造体の製造方法。 The step of generating the particle-containing material includes:
Adding the metal particles and the suppression particles to a liquid to form a solution;
Evaporating the liquid from the solution to extract powders of the metal particles and the suppression particles;
The manufacturing method of the joining structure of Claim 10 including the process of mixing the said powder with the said medium and producing | generating a paste.
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