JP2018049939A - Bonding material and bonded body - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bonding material capable of forming a bonding layer having high relaxation ability against thermal stress and excellent bonding reliability.SOLUTION: The bonding material includes: at least one inorganic particle selected from a group consisting of metal particles and metal oxide particles; resin particles in which at least one functional group selected from a group consisting of carboxyl group, mercapto group, sulfide group, and amino group is introduced on a surface; metal-coated resin particles including a metal coating layer formed on surfaces of the resin particles; and a solvent.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、例えば半導体素子を絶縁回路基板等に搭載する際に用いることが可能な接合材料、およびこの接合材料を用いて接合された接合体に関するものである。   The present invention relates to a bonding material that can be used, for example, when a semiconductor element is mounted on an insulated circuit board or the like, and a bonded body bonded using the bonding material.

LEDやパワーモジュール等の半導体装置においては、導電材料からなる回路層の上に半導体素子が接合された構造とされている。
風力発電、電気自動車、ハイブリッド自動車等を制御するために用いられる大電力制御用のパワー半導体素子においては、発熱量が多いことから、これを搭載する基板としては、例えばAlN(窒化アルミ)、Al(アルミナ)などからなるセラミックス基板と、このセラミックス基板の一方の面に導電性の優れた金属等を配設することによって形成された回路層と、を備えたパワーモジュール用基板が、従来から広く用いられている。
なお、パワージュール用基板としては、セラミックス基板の他方の面に金属層を形成したものも提供されている。
A semiconductor device such as an LED or a power module has a structure in which a semiconductor element is bonded on a circuit layer made of a conductive material.
In power semiconductor elements for large power control used to control wind power generation, electric vehicles, hybrid vehicles, etc., the amount of heat generated is large. Therefore, for example, AlN (aluminum nitride), Al A power module substrate comprising a ceramic substrate made of 2 O 3 (alumina) and the like, and a circuit layer formed by disposing a metal having excellent conductivity on one surface of the ceramic substrate, Widely used in the past.
In addition, as a power joule substrate, a substrate having a metal layer formed on the other surface of a ceramic substrate is also provided.

ここで、回路層の上に半導体素子を接合するための接合材料として、微細な無機物粒子と溶剤とを含むペースト状の接合材料が知られている。無機物粒子としては、金、銀、銅、錫、ニッケルなどの金属粒子あるいは酸化銀、酸化銅、酸化錫、酸化ニッケルなどの金属酸化物粒子が用いられている。この無機物粒子を含む接合材料では、無機物粒子を焼結させた焼結体によって接合対象物を接合する。   Here, as a bonding material for bonding a semiconductor element on a circuit layer, a paste-like bonding material containing fine inorganic particles and a solvent is known. As the inorganic particles, metal particles such as gold, silver, copper, tin and nickel or metal oxide particles such as silver oxide, copper oxide, tin oxide and nickel oxide are used. In the bonding material including the inorganic particles, the objects to be bonded are bonded by a sintered body obtained by sintering the inorganic particles.

例えば、特許文献1には、第1の金属からなる金属微粒子と、前記金属微粒子よりも粒径が大きな樹脂の粒に前記第1の金属と焼結可能な第2の金属を被覆した金属被覆樹脂粒とを骨材として備えた接合材料が開示されている。この特許文献1に開示された接合材料では、接合材料を焼結させて形成した接合層(金属粒子の焼結体)内に、金属被覆樹脂粒を存在させて、接合層の弾性率を低く抑えることによって、ヒートサイクル時に接合層にかかる熱応力を低減させて、接合層の信頼性を向上させている。   For example, Patent Document 1 discloses a metal coating in which metal fine particles made of a first metal and resin particles having a particle diameter larger than the metal fine particles are coated with a second metal that can be sintered with the first metal. A bonding material including resin particles as an aggregate is disclosed. In the bonding material disclosed in Patent Document 1, metal-coated resin particles are present in a bonding layer (sintered metal particles) formed by sintering the bonding material, and the elastic modulus of the bonding layer is lowered. By suppressing the thermal stress applied to the bonding layer during the heat cycle, the reliability of the bonding layer is improved.

特開2011−198674号公報JP 2011-198674 A

ところで、最近では、パワー半導体素子等の高出力化が進められており、これ伴いパワーモジュールの発熱量が増加する傾向がある。このため、回路層とパワー半導体素子との接合部に対しては、さらに厳しいヒートサイクルが負荷されることになり、従来にも増して、ヒートサイクルに対する接合信頼性に優れた接合材料が要求されている。
特許文献1に開示されている接合材料を焼結させて形成した接合層は、金属微粒子(第1の金属)と金属被覆樹脂粒を被覆している被覆金属(第2の金属)とは高い接着力で接合される。しかしながら、樹脂粒と被覆金属との間の接着力は低いため、厳しいヒートサイクルが負荷されると、樹脂粒と被覆金属との間が剥離して、熱応力の緩和能力を十分に発揮できず、またその剥離した部分が接合層のクラックの起点となり、接合信頼性が低下するおそれがあった。
By the way, recently, higher output of power semiconductor elements and the like has been promoted, and accordingly, the amount of heat generated by the power module tends to increase. For this reason, a more severe heat cycle is applied to the joint between the circuit layer and the power semiconductor element, and a bonding material that is superior in bonding reliability with respect to the heat cycle is required compared to the conventional case. ing.
The bonding layer formed by sintering the bonding material disclosed in Patent Document 1 is high in the metal fine particles (first metal) and the coated metal (second metal) covering the metal-coated resin particles. Bonded with adhesive force. However, since the adhesive force between the resin particles and the coated metal is low, when severe heat cycles are applied, the resin particles and the coated metal are separated from each other, and the ability to relax thermal stress cannot be fully exhibited. Further, the peeled portion becomes a starting point of the crack in the bonding layer, and there is a possibility that the bonding reliability is lowered.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、熱応力に対する緩和能力が高く、接合信頼性が優れた接合層を形成可能な接合材料、この接合材料を用いて接合された接合体を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a bonding material capable of forming a bonding layer having a high ability to relax against thermal stress and having excellent bonding reliability, and a bonded body bonded using this bonding material. The purpose is to provide.

前述の課題を解決するために、本発明の接合材料は、金属粒子及び金属酸化物粒子からなる群より選ばれる少なくとも一つの無機物粒子と、カルボキシル基、メルカプト基、スルフィド基及びアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの官能基が表面に導入されている樹脂粒子、及び前記樹脂粒子の表面に形成されている金属被覆層を含む金属被覆樹脂粒子と、溶剤と、を有することを特徴としている。   In order to solve the above-described problems, the bonding material of the present invention includes at least one inorganic particle selected from the group consisting of metal particles and metal oxide particles, and a group consisting of a carboxyl group, a mercapto group, a sulfide group, and an amino group. It is characterized by having a resin particle in which at least one functional group selected from the surface is introduced, a metal-coated resin particle including a metal coating layer formed on the surface of the resin particle, and a solvent. .

この構成の接合材料によれば、金属被覆樹脂粒子の核となる樹脂粒子の表面に導入されているカルボキシル基、メルカプト基、スルフィド基及びアミノ基などの官能基と金属被覆層とが化学吸着するので、樹脂粒子と金属被覆層との間の接着力が高くなる。このため、この接合材料を焼結させて形成した接合層は、厳しいヒートサイクルが負荷されても、樹脂粒子と金属被覆層とが剥離しにくく、熱応力に対する高い緩和能力が維持され、またクラックが発生しにくくなる。   According to the bonding material of this configuration, the functional group such as carboxyl group, mercapto group, sulfide group, and amino group introduced on the surface of the resin particle serving as the core of the metal-coated resin particle and the metal coating layer are chemically adsorbed. Therefore, the adhesive force between the resin particles and the metal coating layer is increased. For this reason, the bonding layer formed by sintering this bonding material is difficult to peel off the resin particles and the metal coating layer even when a severe heat cycle is applied, and maintains high mitigation ability against thermal stress. Is less likely to occur.

本発明の接合体は、第一の部材と第二の部材とが接合層を介して接合されている接合体であって、前記接合層が、金属粒子及び金属酸化物粒子からなる群より選ばれる少なくとも一つの無機物粒子の焼結体と、カルボキシル基、メルカプト基、スルフィド基及びアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの官能基を表面に有する樹脂粒子と、前記樹脂粒子の表面に形成されている金属被覆層とを含む金属被覆樹脂粒子とを含むことを特徴としている。   The joined body of the present invention is a joined body in which the first member and the second member are joined via a joining layer, and the joining layer is selected from the group consisting of metal particles and metal oxide particles. A sintered body of at least one inorganic particle, resin particles having on the surface thereof at least one functional group selected from the group consisting of a carboxyl group, a mercapto group, a sulfide group and an amino group, and formed on the surface of the resin particle. And metal-coated resin particles including a metal-coated layer.

この構成の接合体によれば、接合層に含まれている金属被覆樹脂粒子は、樹脂粒子と金属被覆層との間の接着力が高いため、厳しいヒートサイクルが負荷されても、樹脂粒子と金属被覆層とが剥離しにくく、熱応力に対する高い緩和能力が維持され、またクラックが発生しにくくなる。このため、第一の部材と第二の部材との接合信頼性が優れたものとなる。   According to the bonded body of this configuration, the metal-coated resin particles contained in the bonding layer have high adhesion between the resin particles and the metal coating layer. It is difficult to peel off from the metal coating layer, high relaxation ability against thermal stress is maintained, and cracks are hardly generated. For this reason, the joining reliability of the first member and the second member is excellent.

本発明によれば、熱応力に対する緩和能力が高く、接合信頼性が優れた接合層を形成可能な接合材料、この接合材料を用いて接合された接合体を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a bonding material capable of forming a bonding layer having high relaxation ability against thermal stress and excellent bonding reliability, and a bonded body bonded using this bonding material.

本発明の実施形態である接合材料に含まれている金属被覆樹脂粒子を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the metal-coated resin particle contained in the joining material which is embodiment of this invention. 本発明の実施形態である接合材料を用いた接合体(パワーモジュール)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conjugate | zygote (power module) using the joining material which is embodiment of this invention. 図2の接合層を示す拡大模式断面図である。FIG. 3 is an enlarged schematic cross-sectional view showing a bonding layer in FIG. 2.

以下、本発明の一実施形態である接合材料、及び、この接合材料を用いた接合体について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。   Hereinafter, a bonding material according to an embodiment of the present invention and a bonded body using the bonding material will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.

<接合材料>
先ず、本発明の一実施形態である接合材料の構成について説明する。本実施形態の接合材料は、無機物粒子と、金属被覆樹脂粒子と、溶媒とを有して概略構成されている。接合材料は、さらに添加剤を含んでいてもよい。
本実施形態の接合材料は、加熱することにより、無機物粒子が焼結して、接合層を形成する。接着したい部分に接合層を形成させることで、第一部材と第二部材とを接合し、接合体を構成することができる。
<Bonding material>
First, the structure of the bonding material which is one embodiment of the present invention will be described. The bonding material of the present embodiment is roughly configured to include inorganic particles, metal-coated resin particles, and a solvent. The bonding material may further contain an additive.
When the bonding material of this embodiment is heated, the inorganic particles are sintered to form a bonding layer. By forming a bonding layer on the portion to be bonded, the first member and the second member can be bonded to form a bonded body.

(無機物粒子)
無機物粒子としては、金属粒子及び金属酸化物粒子からなる群より選ばれる少なくとも一つの粒子が用いられる。
無機物粒子として用いる金属粒子は、金、銀、銅、錫、ニッケルもしくはこれらの金属の合金からなる粒子であることが好ましい。この場合は、接合材料を焼結させると、導電性と熱伝導性とに優れた無機物粒子の焼結体(接合層)が生成するため、接合層に付与された熱は外部に放出され易く、接合層に蓄積されにくい。このため、この接合材料を焼結させて形成した接合層は、厳しいヒートサイクルが負荷されても、熱応力に対する高い緩和能力が維持され、またクラックが発生しにくくなる。
(Inorganic particles)
As the inorganic particles, at least one particle selected from the group consisting of metal particles and metal oxide particles is used.
The metal particles used as the inorganic particles are preferably particles made of gold, silver, copper, tin, nickel, or an alloy of these metals. In this case, when the bonding material is sintered, a sintered body (bonding layer) of inorganic particles excellent in conductivity and thermal conductivity is generated, so that the heat applied to the bonding layer is easily released to the outside. It is difficult to accumulate in the bonding layer. For this reason, the bonding layer formed by sintering this bonding material maintains a high relaxation ability against thermal stress even when a severe heat cycle is applied, and cracks are less likely to occur.

また、無機物粒子として用いる金属酸化物粒子は、酸化銀粒子、酸化銅粒子、酸化錫粒子もしくは酸化ニッケル粒子であることが好ましい。金属酸化物粒子を用いる場合は、接合材料を、還元雰囲気もしくは還元性物質を接合材料中に含む還元状態で焼結させることが好ましい。このような還元状態で焼結させると、金属酸化物粒子の一部もしくは全部が還元されて、導電性と熱伝導性とに優れた焼結体(接合層)が生成するため、接合層に付与された熱が外部に放出され易く、接合層に蓄積されにくい。   The metal oxide particles used as the inorganic particles are preferably silver oxide particles, copper oxide particles, tin oxide particles, or nickel oxide particles. When metal oxide particles are used, it is preferable to sinter the bonding material in a reducing atmosphere or a reduced state in which a reducing substance is contained in the bonding material. When sintered in such a reduced state, some or all of the metal oxide particles are reduced, and a sintered body (bonding layer) excellent in conductivity and thermal conductivity is generated. The applied heat is easily released to the outside and is not easily accumulated in the bonding layer.

無機物粒子は、単独でも複数種の組み合わせでも用いることができる。また、金属粒子と金属酸化物粒子とを組合せて使用してもよい。   The inorganic particles can be used alone or in combination. Moreover, you may use it combining a metal particle and a metal oxide particle.

無機物粒子の平均粒径は、接合層を形成する際の所望する焼結速度、焼結後の強度、空隙率などによって決められ、5nm以上10μm以下の範囲にあることが好ましい。接合材料中には平均粒径が異なる複数種の無機物が含まれてもよいが、無機物粒子は、平均粒径が10nm以上1μm以下の粒子が30質量%以上含まれていることが好ましい。   The average particle diameter of the inorganic particles is determined by a desired sintering speed when forming the bonding layer, strength after sintering, porosity, and the like, and is preferably in the range of 5 nm to 10 μm. The bonding material may include a plurality of types of inorganic substances having different average particle diameters, but the inorganic particles preferably include 30% by mass or more of particles having an average particle diameter of 10 nm to 1 μm.

無機物粒子の平均粒径は、例えば、以下の方法により測定できる。
無機物粒子の平均粒径が500nm以上と予想される場合、無機物粒子をエタノールなどのアルコール中に超音波を用いて分散させて得た分散液を、銅などのグリッドに滴下し、乾燥させることで観察試料を得る。この観察試料を、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて倍率:5000倍で、300個の粒子の直径(粒径)を測定する。次に、この測定した粒径の平均値を算出して平均粒径を得る。
一方、無機物粒子の平均粒径が500nm未満と予想される場合は、TEMの代わりに走査型電子顕微鏡(例えば、日立ハイテクノロジーズ社製、「SU−8000」等)を用いて、ソフトウェア(品名:PC SEM等)により、倍率:50000倍で、300個の粒子の粒径を測定する。次に、上記と同様に測定した粒径の平均値を算出して平均粒径を得る。
The average particle diameter of the inorganic particles can be measured, for example, by the following method.
When the average particle size of inorganic particles is expected to be 500 nm or more, a dispersion obtained by dispersing inorganic particles in alcohol such as ethanol using ultrasonic waves is dropped onto a grid such as copper and dried. An observation sample is obtained. The diameter (particle diameter) of 300 particles of this observation sample is measured at a magnification of 5000 using a transmission electron microscope (TEM). Next, an average value of the measured particle diameters is calculated to obtain an average particle diameter.
On the other hand, when the average particle size of the inorganic particles is expected to be less than 500 nm, the software (product name :) is used by using a scanning electron microscope (for example, “SU-8000” manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) instead of TEM. The particle size of 300 particles is measured at a magnification of 50000 times using a PC SEM or the like. Next, an average value of particle diameters measured in the same manner as described above is calculated to obtain an average particle diameter.

無機物粒子の形状は、所望する接合材料のレオロジー性によって選択され、例えば、完全な球形の粒子、楕円のような球形に近い形状の粒子、表面に若干の凹凸がある粒子、扁平状の粒子、燐片状の粒子、棒状の粒子等が含まれる。   The shape of the inorganic particles is selected depending on the desired rheological properties of the bonding material.For example, a perfect spherical particle, a particle having an almost spherical shape such as an ellipse, a particle having a slight unevenness on the surface, a flat particle, Scalpel-like particles, rod-like particles, and the like are included.

(金属被覆樹脂粒子)
図1に示すように、金属被覆樹脂粒子10は、樹脂粒子11と、この樹脂粒子11の表面に形成されている金属被覆層13とからなる。樹脂粒子11は、カルボキシル基、メルカプト基、スルフィド基及びアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの官能基12を表面に有する。この金属被覆樹脂粒子10は、官能基12と金属被覆層13とが化学吸着するので、樹脂粒子11と金属被覆層13との間の接着力が高い。
(Metal-coated resin particles)
As shown in FIG. 1, the metal-coated resin particles 10 include resin particles 11 and a metal coating layer 13 formed on the surface of the resin particles 11. The resin particle 11 has at least one functional group 12 selected from the group consisting of a carboxyl group, a mercapto group, a sulfide group, and an amino group on the surface. The metal-coated resin particles 10 have a high adhesive force between the resin particles 11 and the metal coating layer 13 because the functional groups 12 and the metal coating layer 13 are chemically adsorbed.

樹脂粒子11の表面に官能基12が導入されていることは、例えば、金属被覆樹脂粒子10の金属被覆層13を、官能基12の分析が可能な厚さとなるまで、アルゴンスパッタあるいはFIBを用いて薄層化した後、X線光電子分光(XPS)や飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF−SIMS)を用いて、有機成分を分析することによって確認することができる。   The introduction of the functional group 12 on the surface of the resin particle 11 means that, for example, argon sputtering or FIB is used until the metal coating layer 13 of the metal-coated resin particle 10 has a thickness capable of analyzing the functional group 12. After thinning, it can be confirmed by analyzing organic components using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) or time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS).

樹脂粒子11としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、アクリル樹脂粒子、スチレン樹脂粒子、フェノール樹脂粒子、シリコーン樹脂粒子、シリコーンゴム粒子、ポリイミド樹脂粒子、フッ素ゴム粒子等が挙げられる。   Although it does not specifically limit as the resin particle 11, Specifically, an acrylic resin particle, a styrene resin particle, a phenol resin particle, a silicone resin particle, a silicone rubber particle, a polyimide resin particle, a fluorine rubber particle etc. are mentioned, for example.

樹脂粒子11の平均粒径は、0.5〜40μmであることが好ましい。樹脂粒子の粒径の粒度分布は所望する接合材料のレオロジー性によって異なり、接合材料にチクソトロピー性を付与するには粒度分布が一定範囲内においてブロードであることが好ましい。
樹脂粒子11の平均粒径を0.5μm以上とすることにより、金属被覆粒子の製造工程や製造後の粒子において凝集が生じにくくなり、また接合体としたときの応力緩和効果も大きくなる。また、樹脂粒子11の平均粒径を40μm以下とすることにより、接合材料を様々な塗布・印刷方法へ応用することが容易となる。
The average particle diameter of the resin particles 11 is preferably 0.5 to 40 μm. The particle size distribution of the resin particles varies depending on the desired rheological properties of the bonding material, and the particle size distribution is preferably broad within a certain range in order to impart thixotropic properties to the bonding material.
By setting the average particle size of the resin particles 11 to 0.5 μm or more, aggregation is less likely to occur in the production process of the metal-coated particles and the particles after production, and the stress relaxation effect when the bonded body is obtained is increased. Moreover, by making the average particle diameter of the resin particles 11 be 40 μm or less, it becomes easy to apply the bonding material to various coating and printing methods.

樹脂粒子11の平均粒径は、以下の方法により測定される。先ず、走査型電子顕微鏡(例えば、日立ハイテクノロジーズ社製、「SU−1500」等)を用いて、ソフトウェア(品名:PC SEM等)により、倍率:5000倍で、300個の粒子の直径(粒径)を測定する。次に、この測定した粒径の平均値を算出して平均粒径を得る。   The average particle diameter of the resin particles 11 is measured by the following method. First, using a scanning electron microscope (for example, “SU-1500” manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation), software (product name: PC SEM, etc.) with a magnification of 5000 times (diameter of 300 particles) Diameter). Next, an average value of the measured particle diameters is calculated to obtain an average particle diameter.

金属被覆層13は、金、銀、銅、パラジウム、白金、錫、ニッケルもしくはこれらの金属の合金からなる層であることが好ましい。これらの金属および合金は、樹脂粒子11の表面の官能基12との親和性が優れているので、これらの金属および合金を用いることによって金属被覆層13と樹脂粒子11との接着性を高めることができる。
金属被覆層13の厚さは、5nm以上10μm以下の範囲にあることが好ましい。金属被覆層13は、単層であっても、複数層であってもよい。金属被覆層13の厚さが薄くなりすぎると、金属被覆層13の表面エネルギーが高くなることで、周辺の無機粒子または金属被覆粒子と凝集や金属拡散を起こしやすくなり、接合材料中での保存安定性が劣化するおそれがある。一方、金属被覆層13の厚さが厚くなりすぎると、金属被覆層13の表面エネルギーが低下し、接合材料の焼結性が損なわれるおそれがある。
The metal coating layer 13 is preferably a layer made of gold, silver, copper, palladium, platinum, tin, nickel, or an alloy of these metals. Since these metals and alloys have excellent affinity with the functional groups 12 on the surface of the resin particles 11, the adhesion between the metal coating layer 13 and the resin particles 11 is enhanced by using these metals and alloys. Can do.
The thickness of the metal coating layer 13 is preferably in the range of 5 nm to 10 μm. The metal coating layer 13 may be a single layer or a plurality of layers. If the thickness of the metal coating layer 13 becomes too thin, the surface energy of the metal coating layer 13 becomes high, which tends to cause aggregation and metal diffusion with surrounding inorganic particles or metal coating particles, and storage in the bonding material. Stability may deteriorate. On the other hand, when the thickness of the metal coating layer 13 becomes too thick, the surface energy of the metal coating layer 13 is lowered, and the sinterability of the bonding material may be impaired.

金属被覆樹脂粒子10は、例えば、下記の方法により、製造することができる。
先ず、樹脂粒子11をアルカリ洗浄液にて表面洗浄を行った後、水洗する。その後、樹脂粒子11を水や有機溶剤に分散させ、次いで、その樹脂粒子分散液に表面改質剤を投入して、樹脂粒子11の表面に官能基12を導入する。必要な場合は、後処理として加熱処理やUV照射などを行ってもよい。
The metal-coated resin particles 10 can be produced, for example, by the following method.
First, the resin particles 11 are subjected to surface cleaning with an alkaline cleaning liquid and then washed with water. Thereafter, the resin particles 11 are dispersed in water or an organic solvent, and then a surface modifier is introduced into the resin particle dispersion to introduce functional groups 12 on the surface of the resin particles 11. If necessary, heat treatment or UV irradiation may be performed as a post-treatment.

表面改質剤としては、樹脂粒子11の表面に、例えば、カルボキシル基を導入する場合は、過マンガン酸カリウム溶液、カルボキシル基含有シランカップリング剤、グリコール酸などのα−ヒドロキシ脂肪酸、チオグリコール酸などのα−チオヒドロキシ脂肪酸及びそれらの塩類等やそれらを含有した溶液を用いることができる。例えば、メルカプト基を導入する場合は、メルカプト基含有シランカップリング剤、ドデカンチオール等のアルカンチオール類、ジチオトレイトールやジチオエリトリトールなどのスルファニルアルキルジオール類、トリアジンチオール、チオ酢酸及びその塩類等を用いることができる。例えば、スルフィド基を導入する場合は、スルフィド基含有シランカップリング剤やオクタデシルジスルフィドなどのアルキルジスルフィド化合物、および事前に不飽和結合が樹脂粒子11に導入されている場合にはチオール全般を用いることができる。例えば、アミノ基を導入する場合は、アミノ基含有シランカップリング剤、ヘキシルアミン等の脂肪族アミン、ヘキサメチレンジアミン等のジアミン類、ガブリエル試薬などのO−(ジフェニルホスフィニル)ヒドロキシルアミンなどの求核アミノ化剤、及び求電子アミノ化剤を用いることができる。なお、ここでいうアミノ基は置換アミノ基を含む。
これらの表面改質剤を用いて官能基12を導入する際には、補助剤としてエポキシ基やアミン基といった反応活性の高い官能基を持つ物質や、ハロゲン化アルキル、微量の酸や塩基を併用してもよい。
As the surface modifier, for example, when introducing carboxyl groups on the surface of the resin particles 11, potassium permanganate solution, carboxyl group-containing silane coupling agent, α-hydroxy fatty acid such as glycolic acid, thioglycolic acid Α-thiohydroxy fatty acid and salts thereof, and solutions containing them can be used. For example, when introducing a mercapto group, a mercapto group-containing silane coupling agent, alkanethiols such as dodecanethiol, sulfanylalkyldiols such as dithiothreitol and dithioerythritol, triazinethiol, thioacetic acid and salts thereof are used. be able to. For example, when a sulfide group is introduced, an alkyl disulfide compound such as a sulfide group-containing silane coupling agent or octadecyl disulfide, or all thiols when an unsaturated bond has been previously introduced into the resin particle 11 is used. it can. For example, when introducing an amino group, an amino group-containing silane coupling agent, aliphatic amines such as hexylamine, diamines such as hexamethylenediamine, O- (diphenylphosphinyl) hydroxylamine such as Gabriel reagent, etc. Nucleophilic aminating agents and electrophilic aminating agents can be used. The amino group here includes a substituted amino group.
When introducing functional groups 12 using these surface modifiers, substances with highly reactive functional groups such as epoxy groups and amine groups, alkyl halides, and trace amounts of acids and bases are used in combination as auxiliary agents. May be.

次に、官能基12を導入した樹脂粒子11の表面に金属被覆層13を形成する。金属被覆層13を形成する方法としては、無電解めっき法を用いることができる。   Next, the metal coating layer 13 is formed on the surface of the resin particle 11 into which the functional group 12 is introduced. As a method of forming the metal coating layer 13, an electroless plating method can be used.

例えば、銀被覆層を形成する方法としては、以下の方法を用いることができる。
先ず、錫化合物の水溶液に官能基を導入した樹脂粒子11を添加し、撹拌する。その後、樹脂粒子11を濾別して水洗する。これにより、樹脂粒子11の表面に錫化合物からなる錫吸着層が設けられる。
For example, as a method for forming the silver coating layer, the following method can be used.
First, the resin particles 11 into which a functional group is introduced are added to an aqueous solution of a tin compound and stirred. Thereafter, the resin particles 11 are separated by filtration and washed with water. Thereby, a tin adsorption layer made of a tin compound is provided on the surface of the resin particle 11.

ここで、錫化合物としては、塩化第一錫、フッ化第一錫、臭化第一錫、ヨウ化第一錫等を用いることができる。塩化第一錫を用いる場合、錫化合物の水溶液中の塩化第一錫の含有量は、30〜100g/dmが好ましい。塩化第一錫の含有量が30g/dm以上であれば、均一な錫吸着層を形成し易い。また塩化第一錫の含有量が100g/dm以下であると、塩化第一錫中の不可避不純物の量を抑制しやすい。なお、塩化第一錫は、飽和になるまで錫化合物の水溶液に含有させることができる。 Here, as the tin compound, stannous chloride, stannous fluoride, stannous bromide, stannous iodide, or the like can be used. When using stannous chloride, the content of stannous chloride in the aqueous solution of the tin compound is preferably 30 to 100 g / dm 3 . If the content of stannous chloride is 30 g / dm 3 or more, it is easy to form a uniform tin adsorption layer. Moreover, it is easy to suppress the amount of inevitable impurities in stannous chloride as the content of stannous chloride is 100 g / dm 3 or less. Note that stannous chloride can be contained in an aqueous solution of a tin compound until saturation.

また、錫化合物の水溶液は、塩化第一錫1gに対して、塩酸0.5〜2cmを含有することが好ましい。塩酸の量が0.5cm以上であると、塩化第一錫の溶解性が向上し、かつ錫の加水分解を抑制することができる。塩酸の量が2cm以下であると、錫化合物の水溶液のpHが低くなり過ぎないので、錫を樹脂粒子11に効率よく吸着させることができる。さらに、錫化合物の水溶液は、パラジウム塩を含有していてもよい。パラジウム塩としては、塩化パラジウムを用いることができる。パラジウムは触媒として錫吸着層の表面に析出する。 Moreover, it is preferable that the aqueous solution of a tin compound contains 0.5-2 cm < 3 > of hydrochloric acid with respect to 1 g of stannous chloride. When the amount of hydrochloric acid is 0.5 cm 3 or more, the solubility of stannous chloride can be improved and the hydrolysis of tin can be suppressed. When the amount of hydrochloric acid is 2 cm 3 or less, the pH of the aqueous solution of the tin compound does not become too low, so that tin can be efficiently adsorbed to the resin particles 11. Furthermore, the aqueous solution of the tin compound may contain a palladium salt. As the palladium salt, palladium chloride can be used. Palladium is deposited on the surface of the tin adsorption layer as a catalyst.

また、錫化合物の水溶液の温度は、20〜45℃であってもよく、20〜35℃が好ましく、25〜35℃がより好ましく、27〜35℃が最も好ましい。
錫化合物の水溶液の温度を20℃以上とすることにより、水溶液の活性が低くなることを抑制し、樹脂粒子11に錫化合物を十分に付着させることができる。一方、錫化合物の水溶液の温度を45℃以下とすることにより、錫化合物の酸化を抑制でき、水溶液が安定し、樹脂粒子11に錫化合物を十分に付着させることができる。20〜45℃の水溶液で樹脂粒子11に錫化合物を付着させることによって、銀との密着性が低いアクリル系樹脂やスチレン系樹脂及びシリコーン樹脂等からなる樹脂粒子11に対しても、適切な結晶子径の銀の結晶粒子を析出させることができる。このため、密着性・緻密性に優れた銀被覆層を形成できる。さらに、銀被覆層が密着性・緻密性に優れるため、一方向に、粒径の10%を圧縮したときの圧縮方向の抵抗値を低減できる。
Moreover, 20-45 degreeC may be sufficient as the temperature of the aqueous solution of a tin compound, 20-35 degreeC is preferable, 25-35 degreeC is more preferable, and 27-35 degreeC is the most preferable.
By setting the temperature of the aqueous solution of the tin compound to 20 ° C. or higher, the activity of the aqueous solution can be suppressed and the tin compound can be sufficiently adhered to the resin particles 11. On the other hand, by setting the temperature of the aqueous solution of the tin compound to 45 ° C. or less, the oxidation of the tin compound can be suppressed, the aqueous solution is stabilized, and the tin compound can be sufficiently adhered to the resin particles 11. By attaching a tin compound to the resin particles 11 with an aqueous solution at 20 to 45 ° C., suitable crystals can be obtained even for the resin particles 11 made of an acrylic resin, a styrene resin, a silicone resin, or the like having low adhesion to silver. Small diameter silver crystal particles can be deposited. For this reason, the silver coating layer excellent in adhesiveness / denseness can be formed. Furthermore, since the silver coating layer is excellent in adhesion and denseness, the resistance value in the compression direction when 10% of the particle diameter is compressed in one direction can be reduced.

また、撹拌時間は、錫化合物の水溶液の温度及び錫化合物の含有量によって適宜決定されるが、0.5〜24時間が好ましい。   Moreover, although stirring time is suitably determined by the temperature of the aqueous solution of a tin compound and content of a tin compound, 0.5 to 24 hours are preferable.

次に、無電解めっき法により、錫吸着層の表面に銀被覆層を形成する。無電解めっき法としては、(1)錯化剤、還元剤等を含む水溶液中に、錫吸着層を設けた樹脂粒子11を浸漬し、銀塩水溶液を滴下する方法、(2)銀塩、錯化剤を含む水溶液中に、錫吸着層を設けた樹脂粒子11を浸漬し、還元剤水溶液を滴下する方法、(3)銀塩、錯化剤、還元剤等を含む水溶液に、錫吸着層を設けた樹脂粒子11を浸漬し、苛性アルカリ水溶液を滴下する方法、が挙げられる。   Next, a silver coating layer is formed on the surface of the tin adsorption layer by electroless plating. As the electroless plating method, (1) a method in which resin particles 11 provided with a tin adsorption layer are immersed in an aqueous solution containing a complexing agent, a reducing agent, etc., and a silver salt aqueous solution is dropped, (2) a silver salt, A method of immersing the resin particles 11 provided with a tin adsorption layer in an aqueous solution containing a complexing agent and dropping the reducing agent aqueous solution, (3) tin adsorption to an aqueous solution containing a silver salt, a complexing agent, a reducing agent, etc. A method in which the resin particles 11 provided with a layer are immersed and a caustic aqueous solution is dropped.

ここで、銀塩としては、硝酸銀あるいは銀を硝酸に溶解したもの等を用いることができる。錯化剤としては、アンモニア、エチレンジアミン四酢酸、エチレンジアミン四酢酸四ナトリウム、ニトロ三酢酸、トリエチレンテトラアンミン六酢酸、チオ硫酸ナトリウム、コハク酸塩、コハク酸イミド、クエン酸塩又はヨウ化物塩等の塩類を用いることができる。還元剤としては、ホルマリン、ブドウ糖、イミダゾール、ロッシェル塩(酒石酸ナトリウムカリウム)、ヒドラジン及びその誘導体、ヒドロキノン、L−アスコルビン酸又はギ酸等を用いることができる。還元剤としては、ホルムアルデヒドが好ましく、少なくともホルムアルデヒドを含む2種以上の還元剤の混合物がより好ましく、ホルムアルデヒドとブドウ糖を含む還元剤の混合物が最も好ましい。   Here, as the silver salt, silver nitrate or silver nitrate dissolved in nitric acid can be used. Complexing agents include salts such as ammonia, ethylenediaminetetraacetic acid, tetrasodium ethylenediaminetetraacetic acid, nitrotriacetic acid, triethylenetetraamminehexaacetic acid, sodium thiosulfate, succinate, succinimide, citrate or iodide salt Can be used. As the reducing agent, formalin, glucose, imidazole, Rochelle salt (sodium potassium tartrate), hydrazine and its derivatives, hydroquinone, L-ascorbic acid or formic acid can be used. As the reducing agent, formaldehyde is preferable, a mixture of two or more reducing agents including at least formaldehyde is more preferable, and a mixture of reducing agent including formaldehyde and glucose is most preferable.

金被覆層を形成する場合は、金塩としてシアン化金及びその塩、塩化金、塩化金酸、亜硫酸金及びその塩、チオ硫酸金及びその塩等が挙げられる。また、金塩の錯化剤としては、シアン化合物、アンモニア、チオ硫酸塩、チオ尿素、ロッシェル塩、エチレンジアミン、エチレンジアミン四酢酸、エチレンジアミン四酢酸四ナトリウム、トリエチレンテトラアンミン六酢酸、クエン酸塩などが挙げられる。還元剤としては、ヒドラジン及びその塩、水素化ホウ酸塩、ホスフィン酸塩、グリシン、ジメチルアミンボラン、ホルムアルデヒド等を用いることができる。   In the case of forming a gold coating layer, examples of the gold salt include gold cyanide and its salt, gold chloride, chloroauric acid, gold sulfite and its salt, gold thiosulfate and its salt, and the like. Examples of complexing agents for gold salts include cyanide, ammonia, thiosulfate, thiourea, Rochelle salt, ethylenediamine, ethylenediaminetetraacetic acid, tetrasodium ethylenediaminetetraacetate, triethylenetetraamminehexaacetic acid, citrate, and the like. It is done. As the reducing agent, hydrazine and its salt, borohydride, phosphinate, glycine, dimethylamine borane, formaldehyde and the like can be used.

銅被覆層を形成する場合は、銅塩として一価または二価の硫酸銅、塩化銅、硝酸銅、水酸化銅、スルファミン酸銅、炭酸銅、酸化銅及びこれらの水和物等が挙げられる。これらの中で二価の硫酸銅、塩化銅が好ましい。錯化剤としては、ロッシェル塩、エチレンジアミン、エチレンジアミン四酢酸、エチレンジアミン四酢酸四ナトリウム、トリエチレンテトラアンミン六酢酸、イミダゾール、イミダゾール誘導体等が挙げられる。還元剤としては、ホルムアルデヒド、ヒドラジン及びその誘導体、二価コバルト塩、二価クロム塩等が挙げられる。還元剤としては、還元力の強さから、ホルムアルデヒドが好ましい。また安定化剤として、シアン化ナトリウム、シアン化カリウム、チオシアン化カリウム、2,2’−ビピリジル、2,2’−ジピリジン、グルコン酸ナトリウム、2,2’−ビキノリン、ジチゾン、ジフェニルカルバジド、ニコチン酸、チオ尿素等を加えてもよい。   When forming the copper coating layer, examples of the copper salt include monovalent or divalent copper sulfate, copper chloride, copper nitrate, copper hydroxide, copper sulfamate, copper carbonate, copper oxide, and hydrates thereof. . Of these, divalent copper sulfate and copper chloride are preferred. Examples of the complexing agent include Rochelle salt, ethylenediamine, ethylenediaminetetraacetic acid, tetrasodium ethylenediaminetetraacetic acid, triethylenetetraamminehexaacetic acid, imidazole, and imidazole derivatives. Examples of the reducing agent include formaldehyde, hydrazine and derivatives thereof, divalent cobalt salt, and divalent chromium salt. As the reducing agent, formaldehyde is preferred because of its strong reducing power. As stabilizers, sodium cyanide, potassium cyanide, potassium thiocyanide, 2,2′-bipyridyl, 2,2′-dipyridine, sodium gluconate, 2,2′-biquinoline, dithizone, diphenylcarbazide, nicotinic acid, thio Urea or the like may be added.

パラジウム被覆層を形成する場合は、パラジウム塩として塩化パラジウム、硝酸パラジウム、硫酸パラジウム、テトラアンミンパラジウム塩又は酢酸パラジウム等を用いることができる。また、パラジウム塩の錯化剤には、アンモニア、エタノールアミン、メチルアミン、ジメチルアミン、メチレンジアミン、エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ジエチレントリアミン又はEDTA塩を用いることができる。また、還元剤には、ギ酸、次亜リン酸塩又はヒドラジン等を用いることができる。   In the case of forming the palladium coating layer, palladium chloride, palladium nitrate, palladium sulfate, tetraammine palladium salt, palladium acetate, or the like can be used as the palladium salt. Further, ammonia, ethanolamine, methylamine, dimethylamine, methylenediamine, ethylenediamine, tetramethylenediamine, diethylenetriamine, or EDTA salt can be used as the complexing agent for the palladium salt. As the reducing agent, formic acid, hypophosphite, hydrazine, or the like can be used.

白金被覆層を形成する場合は、白金塩として硫酸白金、塩化白金、ジニトロジアミノ白金、ジニトロジアンミン白金、ヘキサアンミン白金、ヘキサヒドロキシ白金酸ナトリウム等を用いることができる。また、白金塩の錯化剤には、アンモニア、塩化物イオン含有塩、エチレンジアミン、エチレンアミン、ピペリジン等を用いることができる。還元剤として水素化ホウ素ナトリウム、ヒドラジン及びその水和物、硫酸ヒドラジン、ジメチルアミンボラン等を用いることができる。   In the case of forming a platinum coating layer, platinum sulfate, platinum chloride, dinitrodiaminoplatinum, dinitrodiammine platinum, hexaammineplatinum, sodium hexahydroxyplatinate, etc. can be used as the platinum salt. Further, ammonia, chloride ion-containing salt, ethylenediamine, ethyleneamine, piperidine and the like can be used as the platinum salt complexing agent. As the reducing agent, sodium borohydride, hydrazine and its hydrate, hydrazine sulfate, dimethylamine borane and the like can be used.

錫被覆層を形成する場合は、錫塩として塩化錫、硫酸錫、硝酸錫及びそれらの水和物塩を用いることができ、これらの塩は二価及び四価のどちらも用いることができるが、二価の塩を用いることが好ましい。錫塩の錯化剤には、クエン酸及びその塩、酢酸及びその塩、ベンゼンスルホン酸、エチレンジアミン四酢酸四ナトリウム、ニトリロー3−酢酸等を用いることができる。還元剤としては、塩化チタン、錫塩(不均化反応剤として)等を用いることができる。   In the case of forming a tin coating layer, tin chloride, tin sulfate, tin nitrate and hydrate salts thereof can be used as tin salts, and these salts can be used in both divalent and tetravalent forms. It is preferable to use a divalent salt. As the complexing agent of tin salt, citric acid and its salt, acetic acid and its salt, benzenesulfonic acid, ethylenediaminetetraacetic acid tetrasodium, nitrilo 3-acetic acid and the like can be used. As the reducing agent, titanium chloride, tin salt (as a disproportionation reagent) and the like can be used.

ニッケル被覆層を形成する場合は、ニッケル塩として硫酸ニッケル、炭酸ニッケル、塩化ニッケル、硝酸ニッケル、クエン酸ニッケル、スルファミン酸ニッケル等を用いることができる。ニッケル塩の錯化剤には、乳酸、プロピオン酸、酢酸及びその塩、コハク酸及びその塩、リンゴ酸及びその塩、クエン酸及びその塩、マレイン酸及びその塩、マロン酸及びその塩、酒石酸及びその塩、エチレンジアミン、エチレンアミン、ピペリジン、エチレンジアミン四酢酸、エチレンジアミン四酢酸四ナトリウム、トリエチレンテトラアンミン六酢酸等を用いることができる。還元剤としてはテトラヒドロホウ酸ナトリウム、ジメチルアミンボラン、ホスフィン酸塩等を用いることができ、添加剤としてホウ酸や鉛化合物を添加してもよい。   When the nickel coating layer is formed, nickel sulfate, nickel carbonate, nickel chloride, nickel nitrate, nickel citrate, nickel sulfamate, or the like can be used as the nickel salt. Nickel salt complexing agents include lactic acid, propionic acid, acetic acid and salts thereof, succinic acid and salts thereof, malic acid and salts thereof, citric acid and salts thereof, maleic acid and salts thereof, malonic acid and salts thereof, tartaric acid And salts thereof, ethylenediamine, ethyleneamine, piperidine, ethylenediaminetetraacetic acid, tetrasodium ethylenediaminetetraacetic acid, triethylenetetraamminehexaacetic acid and the like can be used. As the reducing agent, sodium tetrahydroborate, dimethylamine borane, phosphinic acid salt or the like can be used, and boric acid or a lead compound may be added as an additive.

(溶剤)
溶剤としては、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコ−ルモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル等のエーテルアルコール系溶剤及びそれらの酢酸エステル系溶剤、エチレングリコール、プロピレングリコール、テルピネオール、ミネラルスピリット、トルエン等の芳香族炭化水素系溶剤、ドデカン等の脂肪族炭化水素系溶剤、ギ酸、ジメチルホルムアミド、N−メチル―2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、ジアセトンアルコール、ジメチルアセトアミド、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。これらの溶媒は所望する揮発速度や、添加剤及び、接合材中の粒子表面に保護層が存在する場合はそれらとの相性によって決められる。また、接合材中に金属酸化物粒子が含有される場合は、アルコールなどの還元性を有する溶媒を選択することが好ましい。これらの溶媒は単独でも複数種の組み合わせでも用いることができる。
(solvent)
As the solvent, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol mono-n-butyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, Ether alcohol solvents such as dipropylene glycol monobutyl ether and tripropylene glycol monomethyl ether and their acetate solvents, ethylene hydrocarbon, propylene glycol, terpineol, mineral spirits, aromatic hydrocarbon solvents such as toluene, fats such as dodecane, etc. Group hydrocarbon solvents, formic acid, dimethylformamide, N-methyl 2-pyrrolidone, dimethyl sulfoxide, diacetone alcohol, dimethylacetamide, .gamma.-butyrolactone. These solvents are determined by a desired volatilization rate, additives, and compatibility with a protective layer on the surface of the particles in the bonding material. Further, when metal oxide particles are contained in the bonding material, it is preferable to select a reducing solvent such as alcohol. These solvents can be used alone or in combination of two or more.

(添加剤)
接合材料には、導電性、密着性、形状保持性を阻害しない範囲で添加剤を混合することができる。添加剤としては、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、増粘剤、分散剤、難燃剤、消泡剤、還元剤、焼結促進剤及び酸化防止剤等が挙げられる。
(Additive)
Additives can be mixed in the bonding material as long as conductivity, adhesion, and shape retention are not impaired. Examples of the additive include a silane coupling agent, a titanium coupling agent, a thickener, a dispersant, a flame retardant, an antifoaming agent, a reducing agent, a sintering accelerator, and an antioxidant.

<接合材料の製造方法>
次に、本実施形態の接合材料の製造方法について詳細に説明する。
本実施形態の接合材料は、無機物粒子と金属被覆樹脂粒子と溶剤、そして必要に応じて添加剤を混合して、三本ロールミル等で混練することによって製造することができる。
接合材料中の無機物粒子と金属被覆樹脂粒子は、体積比で10:90〜90:10であることが好ましい。金属被覆樹脂粒子の含有割合がこの範囲より少ない場合、接合体中の樹脂含有量が不十分となり、応力緩和性が損なわれるおそれがある。一方、金属被覆樹脂粒子の含有割合がこの範囲を超えた場合、接合力を有する成分が不足することで、接合強度が損なわれるおそれがある。溶剤の含有量は所望する接合材料の粘度によって調整され、接合材料に対して5〜30質量%であることが好ましい。含有量が5質量%よりも少ないと、接合材料の流動性が損なわれ、ディスペンスや印刷に不適な材料となるおそれがある。含有量が30質量%を超えると粘度が必要以上に低下し、粒子が沈降分離しやすくなるおそれがある。添加剤の添加量は所望する接合材料の物性によって調整され、接合材料に対して0.001〜5質量%であることが好ましい。添加量が0.001質量%より少ない場合、所望の物性を得られないおそれがあり、5質量%よりも多い場合、接合体作製時に、接合材料の焼結を阻害するといった不良が発生するおそれがある。
<Manufacturing method of bonding material>
Next, the manufacturing method of the bonding material of this embodiment will be described in detail.
The joining material of this embodiment can be manufactured by mixing inorganic particles, metal-coated resin particles, a solvent, and additives as necessary, and kneading them with a three-roll mill or the like.
The inorganic particles and the metal-coated resin particles in the bonding material are preferably 10:90 to 90:10 by volume ratio. When the content ratio of the metal-coated resin particles is less than this range, the resin content in the joined body becomes insufficient, and the stress relaxation property may be impaired. On the other hand, when the content ratio of the metal-coated resin particles exceeds this range, the bonding strength may be impaired due to insufficient components having bonding strength. The content of the solvent is adjusted according to the desired viscosity of the bonding material, and is preferably 5 to 30% by mass with respect to the bonding material. When the content is less than 5% by mass, the fluidity of the bonding material is impaired, and there is a possibility that the material becomes unsuitable for dispensing or printing. When the content exceeds 30% by mass, the viscosity is unnecessarily lowered, and the particles may be easily precipitated and separated. The addition amount of the additive is adjusted according to the desired physical properties of the bonding material, and is preferably 0.001 to 5% by mass with respect to the bonding material. If the amount added is less than 0.001% by mass, desired physical properties may not be obtained. If the amount added is more than 5% by mass, defects such as inhibiting the sintering of the joining material may occur during the production of the joined body. There is.

<接合体(パワーモジュール)>
次に、本実施形態である接合材料を用いた接合体の一例であるパワーモジュールについて、図2と図3を用いて説明する。
図2は、本発明の実施形態である接合材料を用いた接合体(パワーモジュール)を示す断面図である。図3は、図2の接合層を示す拡大模式断面図である。
<Joint body (power module)>
Next, a power module as an example of a joined body using the joining material according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a joined body (power module) using a joining material according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is an enlarged schematic cross-sectional view showing the bonding layer of FIG.

このパワーモジュール20は、回路層32が配設されたパワーモジュール用基板30と、回路層32の表面に接合層40を介して接合された半導体素子50と、冷却器70とを備えている。   The power module 20 includes a power module substrate 30 on which a circuit layer 32 is disposed, a semiconductor element 50 bonded to the surface of the circuit layer 32 via a bonding layer 40, and a cooler 70.

パワーモジュール用基板30は、絶縁層を構成するセラミックス基板31と、このセラミックス基板31の一方の面(図2において上面)に配設された回路層32と、セラミックス基板31の他方の面(図2において下面)に配設された金属層33とを備えている。
セラミックス基板31は、回路層32と金属層33との間の電気的接続を防止するものであって、絶縁性の高いAlN(窒化アルミ)で構成されている。また、セラミックス基板31の厚さは、0.2〜1.5mmの範囲内に設定されており、本実施形態では、0.635mmに設定されている。
The power module substrate 30 includes a ceramic substrate 31 constituting an insulating layer, a circuit layer 32 disposed on one surface of the ceramic substrate 31 (upper surface in FIG. 2), and the other surface of the ceramic substrate 31 (FIG. 2 and a metal layer 33 disposed on the lower surface.
The ceramic substrate 31 prevents electrical connection between the circuit layer 32 and the metal layer 33, and is made of highly insulating AlN (aluminum nitride). Further, the thickness of the ceramic substrate 31 is set in a range of 0.2 to 1.5 mm, and in this embodiment, is set to 0.635 mm.

回路層32は、セラミックス基板31の一方の面に、導電性を有する金属板が接合されることにより形成されている。本実施形態においては、回路層32は、純度が99.99mass%以上のアルミニウム(いわゆる4Nアルミニウム)の圧延板からなるアルミニウム板がセラミックス基板31に接合されることにより形成されている。回路層32を形成するアルミニウム板の表面には、接合材料との親和性が高い金属の薄膜が形成されていてもよい。接合材料との親和性が高い金属としては、金、銀、銅、ニッケルを挙げることができる。また、これら金属の薄膜の形成方法としては、めっき法やスパッタ法などの通常の成膜方法を用いることができる。   The circuit layer 32 is formed by bonding a conductive metal plate to one surface of the ceramic substrate 31. In the present embodiment, the circuit layer 32 is formed by joining an aluminum plate made of a rolled plate of aluminum (so-called 4N aluminum) having a purity of 99.99 mass% or more to the ceramic substrate 31. On the surface of the aluminum plate forming the circuit layer 32, a metal thin film having a high affinity with the bonding material may be formed. Gold, silver, copper, and nickel can be mentioned as a metal with high affinity with a joining material. In addition, as a method for forming these metal thin films, a normal film forming method such as a plating method or a sputtering method can be used.

金属層33は、セラミックス基板31の他方の面に、金属板が接合されることにより形成されている。本実施形態においては、金属層33は、回路層32と同様に、純度が99.99mass%以上のアルミニウム(いわゆる4Nアルミニウム)の圧延板からなるアルミニウム板がセラミックス基板31に接合されることで形成されている。   The metal layer 33 is formed by bonding a metal plate to the other surface of the ceramic substrate 31. In the present embodiment, the metal layer 33 is formed by joining an aluminum plate made of a rolled plate of aluminum (so-called 4N aluminum) having a purity of 99.99 mass% or more, like the circuit layer 32, to the ceramic substrate 31. Has been.

半導体素子50は、細線が形成されたシリコンウェハを矩形にダイシングされたものが主に用いられる。この半導体素子50の接合面には、接合材料との親和性が高い金属の薄膜が形成されていてもよい。接合材料との親和性が高い金属としては、金、銀、銅、ニッケルを挙げることができる。また、これら金属の薄膜の形成方法としては、めっき法やスパッタ法などの通常の成膜方法を用いることができる。   The semiconductor element 50 is mainly used by dicing a silicon wafer on which fine lines are formed into a rectangle. A thin metal film having a high affinity with the bonding material may be formed on the bonding surface of the semiconductor element 50. Gold, silver, copper, and nickel can be mentioned as a metal with high affinity with a joining material. In addition, as a method for forming these metal thin films, a normal film forming method such as a plating method or a sputtering method can be used.

冷却器70は、前述のパワーモジュール用基板30を冷却するためのものであり、パワーモジュール用基板30と接合される天板部71と、この天板部71から下方に向けて垂設された放熱フィン72と、冷却媒体(例えば冷却水)を流通するための流路73とを備えている。冷却器70(天板部71)は、熱伝導性が良好な材質で構成されることが望ましく、本実施形態においては、A6063(アルミニウム合金)で構成されている。   The cooler 70 is for cooling the power module substrate 30 described above, and the top plate portion 71 to be joined to the power module substrate 30 and the top plate portion 71 are suspended downward. The heat dissipating fins 72 and a flow path 73 for circulating a cooling medium (for example, cooling water) are provided. The cooler 70 (top plate portion 71) is preferably made of a material having good thermal conductivity, and is made of A6063 (aluminum alloy) in the present embodiment.

また、本実施形態においては、冷却器70の天板部71と金属層33との間には、アルミニウム又はアルミニウム合金若しくはアルミニウムを含む複合材(例えばAlSiC等)からなる緩衝層60が設けられている。   In the present embodiment, a buffer layer 60 made of aluminum, an aluminum alloy, or a composite material containing aluminum (for example, AlSiC) is provided between the top plate 71 of the cooler 70 and the metal layer 33. Yes.

そして、図2に示すパワーモジュール20においては、回路層32と半導体素子50との間に、上述した本実施形態である接合材料によって接合層40が形成されている。
接合層40は、図3に示すように、無機物粒子の焼結体41と、金属被覆樹脂粒子10とを含む。無機物粒子としては、金属粒子及び金属酸化物粒子からなる群より選ばれる少なくとも一つの粒子が用いられる。金属被覆樹脂粒子10は、カルボキシル基、メルカプト基、スルフィド基及びアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの官能基を表面に有する樹脂粒子11と、樹脂粒子11の表面に形成されている金属被覆層13とを含む。金属被覆樹脂粒子10の金属被覆層13は、一部もしくは全部が無機物粒子の焼結体41と焼結している。無機物粒子の焼結体41は、無機物粒子及びその還元体同士、金属被覆樹脂粒子10の金属被覆層13、及び半導体素子50と回路層32と焼結している。
In the power module 20 illustrated in FIG. 2, the bonding layer 40 is formed between the circuit layer 32 and the semiconductor element 50 using the bonding material according to the present embodiment described above.
As shown in FIG. 3, the bonding layer 40 includes a sintered body 41 of inorganic particles and metal-coated resin particles 10. As the inorganic particles, at least one particle selected from the group consisting of metal particles and metal oxide particles is used. The metal-coated resin particle 10 includes a resin particle 11 having at least one functional group selected from the group consisting of a carboxyl group, a mercapto group, a sulfide group, and an amino group on the surface, and a metal coating formed on the surface of the resin particle 11. Layer 13. A part or all of the metal coating layer 13 of the metal-coated resin particles 10 is sintered with the sintered body 41 of inorganic particles. The sintered body 41 of inorganic particles is sintered with the inorganic particles and their reduced bodies, the metal coating layer 13 of the metal-coated resin particles 10, and the semiconductor element 50 and the circuit layer 32.

接合層40は、回路層32の表面に、本実施形態である接合材料をディスペンサやスクリーン印刷機を用いて厚さ10〜100μmで塗布した後、半導体素子50を積層し、温度100〜300℃、保持時間0.1〜2.0時間の条件で焼成することにより形成され、回路層32と半導体素子50とが接合されることになる。   The bonding layer 40 is formed by applying the bonding material according to the present embodiment on the surface of the circuit layer 32 with a thickness of 10 to 100 μm using a dispenser or a screen printer, and then laminating the semiconductor elements 50, and the temperature is 100 to 300 ° C. The circuit layer 32 and the semiconductor element 50 are bonded to each other by firing under conditions of a holding time of 0.1 to 2.0 hours.

以上のような構成とされた本実施形態である接合材料によれば、金属被覆樹脂粒子10の核となる樹脂粒子11の表面に導入されているカルボキシル基、メルカプト基、スルフィド基及びアミノ基などの官能基12と金属被覆層13とが化学吸着するので、樹脂粒子と金属被覆層13との間の接着力が高くなる。   According to the bonding material of the present embodiment configured as described above, a carboxyl group, a mercapto group, a sulfide group, an amino group, and the like introduced on the surface of the resin particle 11 serving as the nucleus of the metal-coated resin particle 10. Since the functional group 12 and the metal coating layer 13 are chemically adsorbed, the adhesive force between the resin particles and the metal coating layer 13 is increased.

また、本実施形態であるパワーモジュール20(接合体)によれば、本実施形態である接合材料を用いて接合層40を形成し、回路層32と半導体素子50とを接合しているので、このパワーモジュール20にヒートサイクルを負荷した場合であっても、接合層40は熱応力に対する高い緩和能力が維持され、またクラックが発生しにくくなるので、半導体素子50とパワーモジュール用基板30との接合信頼性に優れている。   Moreover, according to the power module 20 (joined body) which is this embodiment, since the joining layer 40 is formed using the joining material which is this embodiment, the circuit layer 32 and the semiconductor element 50 are joined. Even when this power module 20 is subjected to a heat cycle, the bonding layer 40 maintains a high mitigation capability against thermal stress, and cracks are less likely to occur. Therefore, the bonding between the semiconductor element 50 and the power module substrate 30 is difficult. Excellent bonding reliability.

以上、この発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
例えば、接合する対象物は半導体素子に限定されることはなく、任意の第一の部材と第二の部材とを上述の接合材料を用いて接合し、接合体を構成してもよい。
また、本実施形態では、接合体としてパワーモジュールを例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、LED等の他の半導体装置であってもよい。
The embodiment of the present invention has been described in detail above, but the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes a design and the like within a range not departing from the gist of the present invention.
For example, the objects to be joined are not limited to semiconductor elements, and any first member and second member may be joined using the joining material described above to form a joined body.
In the present embodiment, the power module is described as an example of the joined body, but the present invention is not limited to this, and other semiconductor devices such as LEDs may be used.

また、回路層をアルミニウムで構成したものとして説明したが、これに限定されることはなく、銅等の他の導電材料で構成されていてもよい。
さらに、絶縁層としてAlNからなるセラミックス基板を例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、Al、Si、絶縁樹脂等の他の絶縁体で構成されていてもよい。
Moreover, although demonstrated as what comprised the circuit layer with aluminum, it is not limited to this, You may be comprised with other electrically-conductive materials, such as copper.
Furthermore, the ceramic substrate made of AlN has been described as an example of the insulating layer, but the present invention is not limited to this, and the insulating layer is made of other insulators such as Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , and insulating resin. May be.

以下、本発明の効果を実施例及び比較例を用いて詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, although the effect of the present invention is explained in detail using an example and a comparative example, the present invention is not limited to the following example.

[本発明例1]
<接合材料の作製>
(1)銀被覆樹脂粒子の作製
平均粒径2.0μmのシリコーン樹脂粒子20gをアルカリ洗浄液にて表面洗浄を行い、水洗・濾過した後、エタノール溶液中に分散させた。得られた分散液にメルカプト基含有シランカップリング剤(KBM403、信越化学社)を1g添加し、再び水洗・濾過することで樹脂粒子表面にメルカプト基を導入して、メルカプト基導入樹脂粒子を得た。
なお、樹脂粒子表面にメルカプト基が導入されていることは、樹脂粒子表面をTOF−SIMSで分析することで確認した。
[Invention Example 1]
<Preparation of bonding material>
(1) Production of silver-coated resin particles 20 g of silicone resin particles having an average particle diameter of 2.0 μm were subjected to surface cleaning with an alkali cleaning solution, washed with water and filtered, and then dispersed in an ethanol solution. 1 g of a mercapto group-containing silane coupling agent (KBM403, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) is added to the resulting dispersion, followed by washing with water and filtering again to introduce mercapto groups on the surface of the resin particles to obtain mercapto group-introduced resin particles. It was.
In addition, it confirmed that the mercapto group was introduce | transduced into the resin particle surface by analyzing the resin particle surface by TOF-SIMS.

次に、塩化第一錫15g、35%塩酸15mLを、容量500mLのメスフラスコを用いて水で500mLに希釈(メスアップ)し、25℃に保温した。この水溶液に、メルカプト基導入樹脂粒子10gを添加し、1時間撹拌した。その後、メルカプト基導入樹脂粒子を濾別して水洗した。これにより、メルカプト基導入樹脂粒子の表面に錫吸着層を設けた。   Next, 15 g of stannous chloride and 15 mL of 35% hydrochloric acid were diluted to 500 mL with water using a 500 mL volumetric flask and kept at 25 ° C. To this aqueous solution, 10 g of mercapto group-introduced resin particles were added and stirred for 1 hour. Thereafter, the mercapto group-introduced resin particles were separated by filtration and washed with water. This provided the tin adsorption layer on the surface of the mercapto group-introduced resin particles.

次に、水5Lに、エチレンジアミン四酢酸四ナトリウム(錯化剤)250g、水酸化ナトリウム100g、ホルマリン(還元剤)200mLを溶解し、錯化剤及び還元剤を含む水溶液を作製した。また、硝酸銀63g、25%アンモニア水65mL、水400mLを混合し、硝酸銀を含む水溶液を作製した。   Next, 250 g of ethylenediaminetetraacetic acid tetrasodium (complexing agent), 100 g of sodium hydroxide and 200 mL of formalin (reducing agent) were dissolved in 5 L of water to prepare an aqueous solution containing the complexing agent and the reducing agent. In addition, 63 g of silver nitrate, 65 mL of 25% ammonia water, and 400 mL of water were mixed to prepare an aqueous solution containing silver nitrate.

次に、錯化剤及び還元剤を含む水溶液中に、錫吸着層を設けたメルカプト基導入樹脂粒子を浸漬させた。その後、水溶液を撹拌しながら、硝酸銀を含む水溶液を滴下し、錫吸着層を設けたメルカプト基導入樹脂粒子を銀で被覆して銀含有量が80質量%の銀被覆樹脂粒子を作製した。その後、銀被覆樹脂粒子を水洗して乾燥した。得られた銀被覆樹脂粒子の銀被覆層の層厚を、下記の方法により測定した。その結果を表1に示す。   Next, the mercapto group-introduced resin particles provided with a tin adsorption layer were immersed in an aqueous solution containing a complexing agent and a reducing agent. Thereafter, while stirring the aqueous solution, an aqueous solution containing silver nitrate was dropped, and the mercapto group-introduced resin particles provided with the tin adsorption layer were coated with silver to produce silver-coated resin particles having a silver content of 80% by mass. Thereafter, the silver-coated resin particles were washed with water and dried. The layer thickness of the silver coating layer of the obtained silver-coated resin particles was measured by the following method. The results are shown in Table 1.

(銀被覆層の層厚の測定方法)
銀被覆樹脂粒子100個をエポキシ樹脂に埋め込んで切断し、その切断面を研磨した。そして、その切断面を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察して、各銀被覆樹脂粒子の銀被覆層の層厚を測定し、その層厚の平均を算出した。
(Method for measuring the thickness of the silver coating layer)
100 silver-coated resin particles were embedded in an epoxy resin and cut, and the cut surface was polished. And the cut surface was observed with the transmission electron microscope (TEM), the layer thickness of the silver coating layer of each silver coating resin particle was measured, and the average of the layer thickness was computed.

(2)接合材料の調製
(1)にて作製した銀被覆樹脂粒子20gと、酸化銀粒子5.0gと、エチレングリコール5.0gと、カルボン酸系分散剤0.5gとを、泡取り練太郎(シンキー社)にて混合した。得られた混合物を、三本ロールミル(EXAKT社)にて混練して、ペースト状の接合材料を得た。
(2) Preparation of bonding material 20 g of the silver-coated resin particles prepared in (1), 5.0 g of silver oxide particles, 5.0 g of ethylene glycol, and 0.5 g of a carboxylic acid-based dispersant were bubble-milled. Mix in Taro (Sinky Corporation). The obtained mixture was kneaded with a three-roll mill (EXAKT) to obtain a paste-like bonding material.

<信頼性試験>
作製した接合材料に対して信頼性試験を行った。具体的には、先ず、純度99.9%以上の銀からなる平滑な銀板上に、作製した接合材料を1mm四方、厚さ50μmのマスクを用いて印刷して印刷膜を形成した後、300nmの厚みで銀めっきを施した1mm角のシリコン基板を前記印刷膜上に静置し、加熱前試験片とした。この加熱前試験片に対し、3MPaの圧力を加えた状態で輻射式加熱炉中300℃、15分間加熱し、接合を行うことでこれを試験片とした。次に、この試験片を、冷熱サイクル試験機を用いて、−45℃〜150℃の範囲で冷熱サイクル試験を500サイクル実施した。サイクル試験前後の試験片に対して接合率を評価した。この評価結果を、接合材料の成分と共に表1に示す。
<Reliability test>
A reliability test was performed on the manufactured bonding material. Specifically, first, on a smooth silver plate made of silver having a purity of 99.9% or more, the produced bonding material was printed using a 1 mm square, 50 μm thick mask to form a printed film, A 1 mm square silicon substrate plated with silver with a thickness of 300 nm was allowed to stand on the printed film to obtain a test piece before heating. This pre-heating test piece was heated in a radiant heating furnace at 300 ° C. for 15 minutes in a state where a pressure of 3 MPa was applied, and this was used as a test piece. Next, this test piece was subjected to 500 cycles of the thermal cycle test in the range of −45 ° C. to 150 ° C. using a thermal cycle tester. The joining rate was evaluated for the test pieces before and after the cycle test. The evaluation results are shown in Table 1 together with the components of the bonding material.

なお、接合率の評価は、超音波探傷像にて冷熱サイクル試験前後の試験片の接合界面を観察し、画像解析により接合面積及び剥離面積を測定することにより行った。接合率(単位:%)は下記式により求めた。
冷熱サイクル試験前の接合率=冷熱サイクル試験前の接合面積/シリコン基板の面積×100
冷熱サイクル試験後の接合率=(冷熱サイクル試験前の接合面積−冷熱サイクル試験後の剥離面積)/冷熱サイクル試験前の接合面積×100
The evaluation of the bonding rate was performed by observing the bonding interface of the test piece before and after the thermal cycle test with an ultrasonic flaw detection image and measuring the bonding area and the peeling area by image analysis. The joining rate (unit:%) was determined by the following formula.
Bonding ratio before cooling cycle test = bonding area before cooling cycle test / area of silicon substrate × 100
Bonding rate after cooling cycle test = (bonding area before cooling cycle test−peeling area after cooling cycle test) / bonding area before cooling cycle test × 100

[本発明例2]
本発明例1の(1)銀被覆樹脂粒子の作製において、シリコーン樹脂粒子の代わりに、平均粒径3.0μmのアクリル樹脂粒子20gを用い、このアクリル樹脂粒子をアルカリ洗浄液にて表面洗浄を行い、水洗・濾過した後、エタノール溶液中に分散させた。得られた分散液にスルフィド基含有シランカップリング剤(KBE846、信越化学社)を1g添加し、再び水洗・濾過することで樹脂粒子表面にスルフィド基を導入した。得られたスルフィド基導入樹脂粒子に対し、銀含有率が70質量%となるように銀被覆層を形成したこと以外は本発明例1と同様にして銀被覆樹脂粒子を作製した。次いで、本発明例1の(2)接合材料の調製において、酸化銀粒子の代わりに平均粒径が100nmの銀粒子5.0gを用いたこと以外は本発明例1と同様にして、接合材料を作製し、作製した接合材料の信頼性試験を行なった。この信頼性試験の結果を、接合材料の成分と共に表1に示す。
[Invention Example 2]
In the production of (1) silver-coated resin particles in Invention Example 1, 20 g of acrylic resin particles having an average particle size of 3.0 μm were used instead of silicone resin particles, and the surface of the acrylic resin particles was washed with an alkaline cleaning liquid. After washing with water and filtering, it was dispersed in an ethanol solution. 1 g of a sulfide group-containing silane coupling agent (KBE846, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was added to the obtained dispersion, washed again with water and filtered to introduce sulfide groups on the surface of the resin particles. Silver-coated resin particles were produced in the same manner as in Invention Example 1, except that a silver coating layer was formed so that the silver content was 70% by mass with respect to the obtained sulfide group-introduced resin particles. Next, in the preparation of the bonding material of Example 1 of the present invention (2), in the same manner as in Example 1 of the present invention, except that 5.0 g of silver particles having an average particle diameter of 100 nm were used instead of the silver oxide particles, A reliability test was performed on the manufactured bonding material. The results of this reliability test are shown in Table 1 together with the components of the bonding material.

[本発明例3]
本発明例1の(1)銀被覆樹脂粒子の作製において、シリコーン樹脂粒子の代わりに、平均粒径1.0μmのスチレン樹脂粒子20gを用い、このスチレン樹脂粒子を界面活性剤及びアルカリ洗浄液にて表面洗浄を行い、水洗・濾過した後、再び水中に分散させた。得られた分散液に、濃度が0.5%となるように過マンガン酸カリウム溶液(強酸性)を添加し、40℃に保温した状態で30分撹拌し、表面酸化によりカルボキシル基をスチレン樹脂粒子表面に導入した。次いで、本発明例1の(2)接合材料の調製において、酸化銀粒子の代わりに平均粒径が50nmの銀粒子5.0gを用いたこと以外は本発明例1と同様にして、接合材料を作製し、作製した接合材料の信頼性試験を行なった。この信頼性試験の結果を、接合材料の成分と共に表1に示す。
[Invention Example 3]
In production of (1) silver-coated resin particles in Invention Example 1, 20 g of styrene resin particles having an average particle diameter of 1.0 μm were used in place of silicone resin particles, and the styrene resin particles were used with a surfactant and an alkaline cleaning solution. The surface was washed, washed with water and filtered, and then dispersed again in water. To the obtained dispersion, a potassium permanganate solution (strongly acidic) was added so that the concentration was 0.5%, and the mixture was stirred for 30 minutes while being kept at 40 ° C., and the carboxyl group was converted to a styrene resin by surface oxidation. It was introduced on the particle surface. Next, in the preparation of the bonding material of Example 1 of the present invention (2), in the same manner as in Example 1 of the present invention, except that 5.0 g of silver particles having an average particle diameter of 50 nm were used instead of the silver oxide particles, A reliability test was performed on the manufactured bonding material. The results of this reliability test are shown in Table 1 together with the components of the bonding material.

[本発明例4]
本発明例1の(1)銀被覆樹脂粒子の作製において、シリコーン樹脂粒子の代わりに、平均粒径30.0μmのシリコーンゴム粒子20gを用い、このシリコーンゴム粒子を界面活性剤及びアルカリ洗浄液にて表面洗浄を行い、水洗・濾過した後、60℃大気中にて乾燥した。乾燥後の粒子に対して粉体用大気プラズマ装置にて15分間プラズマを照射し、樹脂粒子を活性化した後、エタノール溶液中に分散させた。得られた分散液にアミノ基含有シランカップリング剤(KBM903、信越化学社)を1g添加し、再び水洗・濾過することで樹脂粒子表面にアミノ基を導入した。得られたアミノ基導入樹脂粒子に対し、銀含有率が50質量%となるように銀被覆層を形成したこと以外は本発明例1と同様にして銀被覆樹脂粒子を得た。
[Invention Example 4]
In the production of (1) silver-coated resin particles of Example 1 of the present invention, 20 g of silicone rubber particles having an average particle size of 30.0 μm were used in place of the silicone resin particles, and the silicone rubber particles were used with a surfactant and an alkaline cleaning solution. The surface was washed, washed with water and filtered, and then dried in the atmosphere at 60 ° C. The dried particles were irradiated with plasma for 15 minutes in an air plasma device for powder to activate the resin particles, and then dispersed in an ethanol solution. 1 g of amino group-containing silane coupling agent (KBM903, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was added to the obtained dispersion, and the amino groups were introduced to the resin particle surfaces by washing and filtering again. Silver-coated resin particles were obtained in the same manner as in Example 1 except that the silver coating layer was formed so that the silver content was 50% by mass with respect to the obtained amino group-introduced resin particles.

次いで、本発明例1の(2)接合材料の調製において、上記のようにして作製した銀被覆樹脂粒子20gと、平均粒径100nmmの酸化銀粒子4.2g、2−ブトキシ―エトキシエタノール6.0g、アミン系分散剤0.5gを泡取り練太郎(シンキー社)にて混合した後、三本ロールミル(EXAKT社)で混練することでペースト状の接合材料を得た。作製した接合材料について、本発明例1と同様にして、信頼性試験を行なった。この信頼性試験の結果を、接合材料の成分と共に表1に示す。   Next, in (2) preparation of the bonding material of Invention Example 1, 20 g of the silver-coated resin particles produced as described above, 4.2 g of silver oxide particles having an average particle diameter of 100 nm, 2-butoxy-ethoxyethanol, and 6. After mixing 0 g and 0.5 g of an amine-based dispersant with Foaming Netaro (Sinky), a paste-like bonding material was obtained by kneading with a three-roll mill (EXAKT). About the produced joining material, it carried out similarly to this invention example 1, and performed the reliability test. The results of this reliability test are shown in Table 1 together with the components of the bonding material.

[本発明例5]
<接合材料の作製>
(1)銅被覆樹脂粒子の作製
平均粒径2.0μmのシリコーン樹脂粒子20gをアルカリ洗浄液にて表面洗浄を行い、水洗・濾過した後、エタノール溶液中に再分散させた。この分散液にメルカプト基含有シランカップリング剤(KBM403、信越化学社)を1g添加し、再び水洗・濾過することで樹脂粒子表面にメルカプト基を導入した。これを水中に再分散し3Lのスラリーとした。このスラリーを500rpmの回転速度にて撹拌しながら、このスラリーに塩化パラジウム0.3g、塩化第一錫20g及び塩酸(濃度35質量%)200gを添加し、ウォーターバスにて30℃で15分保持した後、このスラリーを水洗した。これにより、メルカプト基導入樹脂粒子の表面にパラジウム触媒が付与された錫パラジウム吸着層を設けた。
[Invention Example 5]
<Preparation of bonding material>
(1) Preparation of copper-coated resin particles 20 g of silicone resin particles having an average particle diameter of 2.0 μm were subjected to surface cleaning with an alkali cleaning solution, washed with water and filtered, and then redispersed in an ethanol solution. 1 g of a mercapto group-containing silane coupling agent (KBM403, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was added to this dispersion, followed by washing with water and filtering again to introduce mercapto groups on the surface of the resin particles. This was redispersed in water to give a 3 L slurry. While stirring this slurry at a rotation speed of 500 rpm, 0.3 g of palladium chloride, 20 g of stannous chloride and 200 g of hydrochloric acid (concentration 35% by mass) are added to this slurry and kept at 30 ° C. for 15 minutes in a water bath. Then, the slurry was washed with water. This provided the tin palladium adsorption layer to which the palladium catalyst was provided on the surface of the mercapto group-introduced resin particles.

次いで、錫パラジウム吸着層を設けたシリコーン樹脂粒子をイオン交換水に分散してスラリーを調製した。このスラリーに還元剤としてホルムアルデヒド(濃度37質量%)200mL、界面活性剤としてポリエチレングリコール100mgを添加し、撹拌しながら、ウォーターバスにて50℃まで昇温した。また銅塩として硫酸銅五水和物230g、錯化剤としてエチレンジアミン四酢酸ナトリウム500g、安定化剤としてシアン化ナトリウム50mgをイオン交換水600gに撹拌溶解し、銅めっき液を調製した。上記昇温したスラリーに上記銅めっき液を滴下し、錫パラジウム吸着層を設けたシリコーン樹脂粒子に銅めっきを施すことで銅被覆樹脂粒子を得た。   Next, silicone resin particles provided with a tin-palladium adsorption layer were dispersed in ion-exchanged water to prepare a slurry. 200 mL of formaldehyde (concentration: 37% by mass) as a reducing agent and 100 mg of polyethylene glycol as a surfactant were added to this slurry, and the temperature was raised to 50 ° C. in a water bath while stirring. Further, 230 g of copper sulfate pentahydrate as a copper salt, 500 g of sodium ethylenediaminetetraacetate as a complexing agent, and 50 mg of sodium cyanide as a stabilizing agent were stirred and dissolved in 600 g of ion-exchanged water to prepare a copper plating solution. The copper plating solution was dropped into the heated slurry, and copper coated resin particles were obtained by performing copper plating on the silicone resin particles provided with a tin-palladium adsorption layer.

(2)接合材料の調製
(1)にて作製した銅被覆樹脂粒子18gと、平均粒径50nmの酸化銀粒子3.5gと、エチレングリコール2.5gと、ギ酸1.0gと、カルボン酸系分散剤0.5gとを、泡取り練太郎(シンキー社)にて混合した。得られた混合物を、三本ロールミル(EXAKT社)にて混練して、ペースト状の接合材料を得た。
(2) Preparation of bonding material 18 g of the copper-coated resin particles prepared in (1), 3.5 g of silver oxide particles having an average particle diameter of 50 nm, 2.5 g of ethylene glycol, 1.0 g of formic acid, and a carboxylic acid series 0.5 g of a dispersant was mixed with Foamer Nitaro (Sinky Corporation). The obtained mixture was kneaded with a three-roll mill (EXAKT) to obtain a paste-like bonding material.

作製した接合材料について、本発明例1と同様にして、信頼性試験を行なった。この信頼性試験の結果を、接合材料の成分と共に表1に示す。   About the produced joining material, it carried out similarly to this invention example 1, and performed the reliability test. The results of this reliability test are shown in Table 1 together with the components of the bonding material.

[比較例1]
本発明例1の(1)銀被覆樹脂粒子の作製において、分散液にメルカプト基含有シランカップリング剤を添加せずに、シリコーン樹脂粒子の表面にメルカプト基を導入しなかったこと以外は、本発明例1と同様にして、接合材料を作製し、作製した接合材料の信頼性試験を行なった。この信頼性試験の結果を、接合材料の成分と共に表1に示す。
[Comparative Example 1]
In the production of (1) silver-coated resin particles of Invention Example 1, the present invention except that no mercapto group-containing silane coupling agent was added to the dispersion and no mercapto group was introduced on the surface of the silicone resin particles. In the same manner as in Invention Example 1, a joining material was produced, and a reliability test of the produced joining material was performed. The results of this reliability test are shown in Table 1 together with the components of the bonding material.

Figure 2018049939
Figure 2018049939

表面に特定の官能基が導入された樹脂粒子を用いて作製された本発明例1〜5の接合材料は、冷熱サイクル試験後も良好な接合率が維持されることが確認された。これに対して、表面に特定の官能基が導入されていない樹脂粒子を用いて作製された比較例1の接合材料は、樹脂粒子と銀被覆層との接着力が低いために、応力緩和が十分になされず、冷熱サイクル試験後の接合率が60%を下回った。   It was confirmed that the bonding materials of Examples 1 to 5 of the present invention manufactured using resin particles having a specific functional group introduced on the surface maintained a good bonding rate even after the thermal cycle test. On the other hand, since the bonding material of Comparative Example 1 produced using resin particles in which a specific functional group is not introduced on the surface has low adhesive force between the resin particles and the silver coating layer, stress relaxation is achieved. Not enough, the joining rate after the thermal cycle test was less than 60%.

10 金属被覆樹脂粒子
11 樹脂粒子
12 官能基
13 金属被覆層
20 パワーモジュール
30 パワーモジュール用基板
31 セラミックス基板
32 回路層
33 金属層
40 接合層
41 無機物粒子の焼結体
50 半導体素子
60 緩衝層
70 冷却器
71 天板部
72 放熱フィン
73 流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Metal-coated resin particle 11 Resin particle 12 Functional group 13 Metal coating layer 20 Power module 30 Power module substrate 31 Ceramic substrate 32 Circuit layer 33 Metal layer 40 Bonding layer 41 Sintered body of inorganic particles 50 Semiconductor element 60 Buffer layer 70 Cooling Unit 71 Top plate part 72 Radiating fin 73 Flow path

Claims (2)

金属粒子及び金属酸化物粒子からなる群より選ばれる少なくとも一つの無機物粒子と、
カルボキシル基、メルカプト基、スルフィド基及びアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの官能基が表面に導入されている樹脂粒子、及び前記樹脂粒子の表面に形成されている金属被覆層を含む金属被覆樹脂粒子と、
溶剤と、を有することを特徴とする接合材料。
At least one inorganic particle selected from the group consisting of metal particles and metal oxide particles;
Metal coating comprising resin particles having at least one functional group selected from the group consisting of a carboxyl group, mercapto group, sulfide group and amino group introduced on the surface, and a metal coating layer formed on the surface of the resin particles Resin particles,
And a solvent.
第一の部材と第二の部材とが接合層を介して接合されている接合体であって、
前記接合層が、金属粒子及び金属酸化物粒子からなる群より選ばれる少なくとも一つの無機物粒子の焼結体と、
カルボキシル基、メルカプト基、スルフィド基及びアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの官能基を表面に有する樹脂粒子と、前記樹脂粒子の表面に形成されている金属被覆層とを含む金属被覆樹脂粒子とを含むことを特徴とする接合体。
A joined body in which the first member and the second member are joined via a joining layer,
The bonding layer is a sintered body of at least one inorganic particle selected from the group consisting of metal particles and metal oxide particles;
Metal-coated resin particles comprising resin particles having on the surface at least one functional group selected from the group consisting of a carboxyl group, a mercapto group, a sulfide group and an amino group, and a metal coating layer formed on the surface of the resin particles And a joined body characterized by comprising:
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