JP2022099238A - Metal particle-containing composition, paste for joining, joined body, and production method of joined body - Google Patents

Metal particle-containing composition, paste for joining, joined body, and production method of joined body Download PDF

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Abstract

To provide a metal particle-containing composition which produces high joining strength at a joined position and of which the lowering of the joining strength due to cooling and heating cycles is suppressed, to provide a paste for joining which, in addition to the above mentioned characteristics, has excellent printability on a part to be joined even when the metal particles are contained with high concentration, and further to provide a joined body which is not degraded by the cooling and heating cycles with a long-term of 1,000 cycles or more.SOLUTION: A metal particle-containing composition is characterized as comprising: metal particles (A) with an average particle diameter of 1-1,000 nm; a multivalent fatty acid (B); and a polyamine (C). In addition, a paste for joining comprises the metal particle-containing composition and a dispersion medium (F). Furthermore, a joined body is formed of a first part to be joined and a second part to be joined which are joined to each other via a joining layer, in which the joining layer is a layer formed of the paste for joining.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、金属粒子含有組成物、接合用ペースト、接合体及び接合体の製造方法に関する。 The present invention relates to a metal particle-containing composition, a paste for joining, a bonded body, and a method for producing the bonded body.

従来、金属部材同士、金属部材と半導体素子、金属部材と発光ダイオード(LED)素子等を接着するための接合材としては、はんだが使用されていた。近年、次世代パワーエレクトロニクスの技術分野では、高温動作可能なSiC等のデバイスが求められている。このようなデバイスを製造するための接合材としては、高温駆動信頼性の観点で、はんだの代替材料が求められており、例えば、特許文献1~4に示すような焼結性を有する金属粒子を用いた接合用ペースト等の接合材が提案されている。 Conventionally, solder has been used as a bonding material for adhering metal members to each other, a metal member to a semiconductor element, a metal member to a light emitting diode (LED) element, or the like. In recent years, in the technical field of next-generation power electronics, devices such as SiC that can operate at high temperatures are required. As a joining material for manufacturing such a device, an alternative material for solder is required from the viewpoint of high temperature drive reliability. For example, metal particles having sinterability as shown in Patent Documents 1 to 4. A joining material such as a joining paste using the above has been proposed.

特許文献1には、平均一次粒径0.5~3.0μmである金属サブミクロン粒子と、平均一次粒子径が1~200nmであって炭素数6~8の有機化合物で被覆された金属ナノ粒子とを含む接合材が開示されている。しかし、接合された箇所の接合強度に乏しく、冷熱サイクルに伴って接合強度が低下するという問題があった。 Patent Document 1 describes metal submicron particles having an average primary particle size of 0.5 to 3.0 μm and metal nanoparticles having an average primary particle size of 1 to 200 nm and coated with an organic compound having 6 to 8 carbon atoms. A bonding material containing particles is disclosed. However, there is a problem that the bonding strength at the bonded portion is poor and the bonding strength decreases with the cooling / heating cycle.

特許文献2には、平均一次粒子径が1~200nmであって、炭素数8以下の有機物質で被覆されている銀ナノ粒子と、少なくともカルボキシル基を二つ有するフラックス成分を含む接合材が開示されている。また、特許文献3には、平均一次粒子径が130nm以下である銀微粒子と、銀微粒子同士の間隔を保持する架橋型粒子間距離保持剤とを含有する接合材が開示されている。 Patent Document 2 discloses a bonding material containing silver nanoparticles having an average primary particle diameter of 1 to 200 nm and being coated with an organic substance having 8 or less carbon atoms and a flux component having at least two carboxyl groups. Has been done. Further, Patent Document 3 discloses a bonding material containing silver fine particles having an average primary particle diameter of 130 nm or less and a crosslinked particle-to-particle distance-preserving agent that maintains the distance between the silver fine particles.

特許文献4には、平均粒子径2~200nmの金属ナノ粒子を含む金属粒子と、側鎖にフェノール性水酸基を有し、炭素数20~60の炭化水素基を有する特定のポリアミドと、前記フェノール性水酸基と反応し得る3官能以上の化合物とを含有する接合材が開示されている。 Patent Document 4 describes metal particles containing metal nanoparticles having an average particle diameter of 2 to 200 nm, specific polyamides having a phenolic hydroxyl group in the side chain and having a hydrocarbon group having 20 to 60 carbon atoms, and the phenol. A bonding material containing a trifunctional or higher functional compound capable of reacting with a phenolic hydroxyl group is disclosed.

しかし、特許文献1~4に記載されている接合材では、接合部にボイド(空隙)等の欠陥が形成されてしまうため、接合された箇所の強度に乏しく、冷熱サイクルに伴って接合強度が低下するという問題があった。さらに、緻密で強固な接合を実現するべく、銀ナノ粒子を高濃度に含有する接合用ペーストを作成した場合、流動性が著しく乏しくなる欠点を有していた。その結果、被接合部に接合用ペーストを印刷する工程において、印刷部分にかすれが生じたり、塗工できない箇所が発生する(非塗工部が形成される)という問題があった。 However, in the joining materials described in Patent Documents 1 to 4, since defects such as voids (voids) are formed in the joining portion, the strength of the joined portion is poor, and the joining strength increases with the thermal cycle. There was the problem of lowering. Further, when a bonding paste containing a high concentration of silver nanoparticles is prepared in order to realize a dense and strong bonding, there is a drawback that the fluidity is significantly poor. As a result, in the process of printing the bonding paste on the bonded portion, there is a problem that the printed portion is blurred or a portion that cannot be coated is generated (a non-coated portion is formed).

特開2011-80147号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-80147 特開2011-240406号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-240406 特開2018-109232号公報JP-A-2018-109232 特開2017-137375号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-137375

したがって、本発明が解決しようとする課題は、接合された箇所の接合強度が高く、冷熱サイクルに伴う接合強度の低下が抑制された金属粒子含有組成物を提供することである。また、前記特性に加えて、高濃度に金属粒子を含有していても被接合部への印刷適性に優れる接合用ペーストを提供することである。さらに、1000サイクル以上の長期の冷熱サイクルによって劣化しない接合体を提供することである。 Therefore, an object to be solved by the present invention is to provide a metal particle-containing composition in which the bonding strength at the bonded portion is high and the decrease in bonding strength due to the thermal cycle is suppressed. Further, in addition to the above-mentioned characteristics, it is an object of the present invention to provide a bonding paste having excellent printability on a bonded portion even if it contains metal particles at a high concentration. Further, it is to provide a bonded body which is not deteriorated by a long-term cooling / heating cycle of 1000 cycles or more.

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明に至った。
すなわち、本発明は、平均粒子径が1nm~1000nmである金属粒子(A)と、多価脂肪酸(B)と、ポリアミン(C)とを含有することを特徴とする金属粒子含有組成物に関する。
The present inventors have reached the present invention as a result of repeated diligent studies to solve the above problems.
That is, the present invention relates to a metal particle-containing composition characterized by containing metal particles (A) having an average particle diameter of 1 nm to 1000 nm, a polyvalent fatty acid (B), and a polyamine (C).

また、本発明は、多価脂肪酸(B)の炭素数が20~80であり、かつ、ポリアミン(C)の炭素数が20~80である上記金属粒子含有組成物に関する。 The present invention also relates to the above-mentioned metal particle-containing composition in which the polyvalent fatty acid (B) has 20 to 80 carbon atoms and the polyamine (C) has 20 to 80 carbon atoms.

また、本発明は、多価脂肪酸(B)が、二価及び/又は三価の脂肪酸を含む上記金属粒子含有組成物に関する。 The present invention also relates to the above metal particle-containing composition in which the polyunsaturated fatty acid (B) contains divalent and / or trivalent fatty acids.

また、本発明は、ポリアミン(C)が、ジアミン及び/又はトリアミンを含む上記金属粒子含有組成物に関する。 The present invention also relates to the above metal particle-containing composition in which the polyamine (C) contains a diamine and / or a triamine.

また、本発明は、多価脂肪酸(B)及び/又はポリアミン(C)が、分岐及び/又は環状構造を有する上記金属粒子含有組成物に関する。 The present invention also relates to the above metal particle-containing composition in which the polyunsaturated fatty acid (B) and / or the polyamine (C) has a branched and / or cyclic structure.

また、本発明は、多価脂肪酸(B)の価数をm、ポリアミン(C)の価数をnとした際、多価脂肪酸(B)がm価の炭化水素基(D)を有するか、ポリアミン(C)がn価の炭化水素基(E)を有する上記金属粒子含有組成物に関する。 Further, in the present invention, when the valence of the polyvalent fatty acid (B) is m and the valence of the polyamine (C) is n, does the polyvalent fatty acid (B) have an m-valent hydrocarbon group (D)? , The metal particle-containing composition in which the polyamine (C) has an n-valent hydrocarbon group (E).

また、本発明は、m価の炭化水素基(D)の炭素数及び/又はn価の炭化水素基(E)の炭素数が、30~60である上記金属粒子含有組成物に関する。 The present invention also relates to the above-mentioned metal particle-containing composition in which the carbon number of the m-valent hydrocarbon group (D) and / or the carbon number of the n-valent hydrocarbon group (E) is 30 to 60.

また、本発明は、金属粒子(A)100質量部に対して、多価脂肪酸(B)0.05質量部~1質量部及び/又はポリアミン(C)0.05質量部~1質量部含有してなる上記金属粒子含有組成物に関する。 Further, the present invention contains 0.05 parts by mass to 1 part by mass of the polyvalent fatty acid (B) and / or 0.05 parts by mass to 1 part by mass of the polyamine (C) with respect to 100 parts by mass of the metal particles (A). The present invention relates to the above-mentioned metal particle-containing composition.

また、本発明は、金属粒子(A)100質量部に対して、多価脂肪酸(B)0.1質量部~0.5質量部及び/又はポリアミン(C)0.1質量部~0.5質量部含有してなる上記金属粒子含有組成物に関する。 Further, in the present invention, with respect to 100 parts by mass of the metal particles (A), 0.1 parts by mass to 0.5 parts by mass of the polyvalent fatty acid (B) and / or 0.1 parts by mass to 0. The present invention relates to the above-mentioned metal particle-containing composition containing 5 parts by mass.

また、本発明は、金属粒子(A)の平均粒子径が、180nm~400nmである上記金属粒子含有組成物に関する。 The present invention also relates to the metal particle-containing composition having an average particle diameter of the metal particles (A) of 180 nm to 400 nm.

また、本発明は、金属粒子(A)の平均粒子径が、200nm~300nmである上記金属粒子含有組成物に関する。 The present invention also relates to the above-mentioned metal particle-containing composition in which the average particle diameter of the metal particles (A) is 200 nm to 300 nm.

また、本発明は、上記金属粒子含有組成物と、分散媒(F)とを含有する接合用ペーストに関する。 The present invention also relates to a bonding paste containing the metal particle-containing composition and the dispersion medium (F).

また、本発明は、金属粒子(A)と多価脂肪酸(B)とポリアミン(C)と分散媒(F)との質量の和に占める金属粒子(A)の質量の割合が、80質量%~95質量%である上記接合用ペーストに関する。 Further, in the present invention, the ratio of the mass of the metal particles (A) to the sum of the masses of the metal particles (A), the polyvalent fatty acid (B), the polyamine (C) and the dispersion medium (F) is 80% by mass. The present invention relates to the above-mentioned bonding paste having an amount of about 95% by mass.

また、本発明は、第一の被接合部と第二の被接合部とが接合層を介して接合された接合体であって、接合層が、上記接合用ペーストによって形成された層である接合体に関する。 Further, the present invention is a bonded body in which a first bonded portion and a second bonded portion are bonded via a bonding layer, and the bonding layer is a layer formed by the above-mentioned bonding paste. Regarding the joint.

また、本発明は、第一の被接合部と第二の被接合部とが接合層を介して接合された接合体の製造方法であって、平均粒子径が1nm~1000nmである金属粒子(A)と、多価脂肪酸(B)と、ポリアミン(C)と、分散媒(F)とを含有する接合用ペーストを第一の被接合部に塗布し、第二の被接合部を載置して焼結を行う工程を含むことを特徴とする接合体の製造方法に関する。 Further, the present invention is a method for manufacturing a bonded body in which a first bonded portion and a second bonded portion are bonded via a bonding layer, and the metal particles having an average particle diameter of 1 nm to 1000 nm ( A bonding paste containing A), a polyvalent fatty acid (B), a polyamine (C), and a dispersion medium (F) is applied to the first bonded portion, and the second bonded portion is placed. The present invention relates to a method for producing a bonded body, which comprises a step of performing sintering.

本発明により、接合された箇所の接合強度が高く、長期の冷熱サイクルに伴って接合強度が低下しない金属粒子含有組成物及び、これらの効果に加えて印刷適性にも優れる接合用ペーストを提供できるようになった。また、冷熱サイクルによって劣化しない接合体を提供できるようになった。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a metal particle-containing composition having high bonding strength at a bonded portion and the bonding strength does not decrease with a long-term cold heat cycle, and a bonding paste having excellent printability in addition to these effects. It became so. In addition, it has become possible to provide a bonded body that does not deteriorate due to the thermal cycle.

本発明の金属粒子含有組成物は、平均粒子径が1nm~1000nmである金属粒子(A)と、多価脂肪酸(B)と、ポリアミン(C)とを含有する。また、本発明の接合用ペーストは、上記金属粒子含有組成物に加えて、分散媒(F)を含有する。金属粒子含有組成物は、接合用ペーストから、接合のためのプロセス中に分散媒(F)の一部又は全部が揮発することによって形成されてもよい。
本明細書では、「平均粒子径が1nm~1000nmである金属粒子(A)」を「金属粒子(A)」と略記することがある。
The metal particle-containing composition of the present invention contains metal particles (A) having an average particle diameter of 1 nm to 1000 nm, a polyvalent fatty acid (B), and a polyamine (C). Further, the bonding paste of the present invention contains a dispersion medium (F) in addition to the metal particle-containing composition. The metal particle-containing composition may be formed from the bonding paste by volatilizing part or all of the dispersion medium (F) during the bonding process.
In the present specification, "metal particles (A) having an average particle diameter of 1 nm to 1000 nm" may be abbreviated as "metal particles (A)".

金属粒子(A)は、特定の平均粒子径の範囲にあることで、加熱又は焼結されると粒子同士が溶融又は結着(以下、焼結ともいう)し、バルクの金属に変化する。その結果、被接合部同士を接合することができる。以下、被接合部の間に存在する金属粒子含有組成物が焼結することで形成される部位を接合層と呼ぶこととする。 The metal particles (A) are in the range of a specific average particle size, and when heated or sintered, the particles melt or bind to each other (hereinafter, also referred to as sintering) and change into bulk metal. As a result, the parts to be joined can be joined to each other. Hereinafter, the portion formed by sintering the metal particle-containing composition existing between the bonded portions is referred to as a bonding layer.

また、本発明の接合用ペーストは、多価脂肪酸(B)とポリアミン(C)を含むことにより、焼結時にボイド(空隙)等の欠陥の少ない接合層が得られるため、接合された箇所の接合強度が高く、長期の冷熱サイクル後も接合強度の低下が抑制されるものと推察される。 Further, since the bonding paste of the present invention contains a polyvalent fatty acid (B) and a polyamine (C), a bonding layer having few defects such as voids (voids) can be obtained at the time of sintering. It is presumed that the bond strength is high and the decrease in bond strength is suppressed even after a long-term cold heat cycle.

金属粒子含有組成物や接合用ペーストを焼結する温度は、特に制限はないが、一般的には200℃~350℃で焼結される場合が多い。焼結を行うことにより、多価脂肪酸(B)とポリアミン(C)との脱水縮合が起こり、焼結時間の後期では、接合層中に多価脂肪酸(B)とポリアミン(C)とが脱水縮合したポリアミドが形成される。このため、製造される接合層中に有機物が残存したとしても、高分子化によって揮発が抑制され、耐熱性が向上していると考えられる。その結果、長期の冷熱サイクル試験による接合強度の低下が抑えられるものと考えられる。 The temperature at which the metal particle-containing composition or the bonding paste is sintered is not particularly limited, but in general, it is often sintered at 200 ° C to 350 ° C. By performing sintering, dehydration condensation of the polyvalent fatty acid (B) and the polyamine (C) occurs, and in the latter stage of the sintering time, the polyvalent fatty acid (B) and the polyamine (C) are dehydrated in the bonding layer. A fused polyamide is formed. Therefore, even if organic substances remain in the produced joint layer, it is considered that volatilization is suppressed by polymerization and heat resistance is improved. As a result, it is considered that the decrease in bonding strength due to the long-term cold cycle test can be suppressed.

<金属粒子(A)>
金属粒子(A)中の金属としては、例えば、金、銀、銅、ニッケル、クロム、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、インジウム、ケイ素、アルミニウム、タングステン、モリブデン、白金及びこれらの合金が挙げられる。また、核体と、前記核体物質とは異なる物質で被覆した微粒子、具体的には、例えば、銅を核体とし、その表面を銀で被覆した銀コート銅粉等が挙げられる。また、酸化銀、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化ルテニウム、ITO(スズドープ酸化インジウム)、AZO(アルミドープ酸化亜鉛)、及びGZO(ガリウムドープ酸化亜鉛)等の金属酸化物の粉末、並びにこれらの金属酸化物で表面被覆した粉末等も挙げられる。使用する金属の種類は1種でもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
<Metal particles (A)>
Examples of the metal in the metal particles (A) include gold, silver, copper, nickel, chromium, palladium, rhodium, ruthenium, indium, silicon, aluminum, tungsten, molybdenum, platinum and alloys thereof. Further, examples thereof include a nucleus and fine particles coated with a substance different from the nucleus substance, specifically, silver-coated copper powder having copper as a nucleus and its surface coated with silver. Further, powders of metal oxides such as silver oxide, indium oxide, tin oxide, zinc oxide, ruthenium oxide, ITO (tin-doped indium oxide), AZO (aluminum-doped zinc oxide), and GZO (gallium-doped zinc oxide), and these. The powder surface-coated with the metal oxide of the above can also be mentioned. The type of metal used may be one type, or two or more types may be used in combination.

特に優れた強度を有する接合体が得られる点で、金属粒子(A)は銅又は銀から選ばれることが好ましい。さらに、幅広い焼成温度に対応することができ、大気圧下、窒素雰囲気、真空中、又は還元雰囲気等の様々な焼成環境にも対応できる点で、金属粒子(A)は銀であることがより好ましい。 The metal particles (A) are preferably selected from copper or silver in that a bonded body having particularly excellent strength can be obtained. Furthermore, the metal particles (A) are more likely to be silver in that they can be used in a wide range of firing temperatures and can be used in various firing environments such as atmospheric pressure, nitrogen atmosphere, vacuum, or reduction atmosphere. preferable.

本発明では、特定の平均粒子径を有する金属粒子(A)を用いることが重要である。本明細書でいう「平均粒子径」とは、実施例に記載した測定方法よって求められた体積基準の50%積算粒子径分布粒子径(d50)を意味する。金属粒子(A)のd50は1~1000nmであり、好ましくは180~400nm、より好ましくは、200~300nmである。 In the present invention, it is important to use metal particles (A) having a specific average particle size. The "average particle size" as used herein means a 50% integrated particle size distributed particle size (d50) based on the volume obtained by the measuring method described in the examples. The d50 of the metal particles (A) is 1 to 1000 nm, preferably 180 to 400 nm, and more preferably 200 to 300 nm.

金属粒子(A)は表面を有機成分(a)で被覆されていることが好ましい。有機成分(a)で被覆されていると、金属粒子含有組成物や接合用ペーストの保存安定性が増すことが期待できる。有機成分(a)としては、脂肪酸、脂肪族アミン、脂肪族アルコール等が挙げられるが、飽和又は不飽和の脂肪酸であることが好ましく、炭素数が3~18の飽和又は不飽和の脂肪酸であることがより好ましく、炭素数が6~18の飽和又は不飽和の脂肪酸であることがさらに好ましい。有機成分(a)は1種又は2種以上含んでいてもよい。 The surface of the metal particles (A) is preferably coated with the organic component (a). When coated with the organic component (a), it can be expected that the storage stability of the metal particle-containing composition and the bonding paste will be increased. Examples of the organic component (a) include fatty acids, aliphatic amines and aliphatic alcohols, but saturated or unsaturated fatty acids are preferable, and saturated or unsaturated fatty acids having 3 to 18 carbon atoms. More preferably, it is a saturated or unsaturated fatty acid having 6 to 18 carbon atoms. The organic component (a) may contain one kind or two or more kinds.

金属粒子(A)は、単独で使用してもよいし、複数組み合わせて使用してもよい。また、必要に応じて、金属粒子(A)以外の金属粒子を併用してもよい。その場合は、平均粒子径1000nmを超える粒子径の金属粒子を組み合わせて使用することが好ましい。 The metal particles (A) may be used alone or in combination of two or more. Further, if necessary, metal particles other than the metal particles (A) may be used in combination. In that case, it is preferable to use a combination of metal particles having a particle size exceeding 1000 nm on average.

<多価脂肪酸(B)>
次に、多価脂肪酸(B)について説明する。多価脂肪酸(B)とは、分子内にカルボキシ基を複数個有し、炭化水素を基本骨格とする化合物を指す。多価脂肪酸(B)の炭素数は、20~80であることが好ましい。多価脂肪酸(B)の炭素数は、分子内にあるカルボキシ炭素も多価脂肪酸(B)の炭素数とみなす。
<Polyunsaturated fatty acid (B)>
Next, the polyunsaturated fatty acid (B) will be described. The polyunsaturated fatty acid (B) refers to a compound having a plurality of carboxy groups in the molecule and having a hydrocarbon as a basic skeleton. The polyunsaturated fatty acid (B) preferably has 20 to 80 carbon atoms. Regarding the carbon number of the polyunsaturated fatty acid (B), the carboxycarbon in the molecule is also regarded as the carbon number of the polyunsaturated fatty acid (B).

多価脂肪酸(B)は、焼結時に金属粒子含有組成物を流動性のある液状に維持する作用があると考えられ、被接合部との接合界面における濡れ性を増加させると推察される。そのため、仮に接合層中に空隙が生じても、欠陥部に流入し、欠陥の少なく接合強度の高い接合層を得ることが可能であると考えられる。 The polyunsaturated fatty acid (B) is considered to have an effect of maintaining the metal particle-containing composition in a fluid liquid state at the time of sintering, and is presumed to increase the wettability at the bonding interface with the bonded portion. Therefore, even if voids are generated in the bonding layer, it is considered possible to flow into the defective portion and obtain a bonding layer having few defects and high bonding strength.

多価脂肪酸(B)の性状は、特に限定されないが、本発明の金属粒子含有組成物が焼成される通常の温度領域である200℃~350℃において、液状であることが好ましい。多価脂肪酸(B)は、常温(25℃)で固体状でも液状でもよいが、金属粒子含有組成物中に均一に分散して、効果的に作用しうる点で、常温で液状であることがより好ましい。 The properties of the polyunsaturated fatty acid (B) are not particularly limited, but are preferably liquid in a normal temperature range of 200 ° C. to 350 ° C. in which the metal particle-containing composition of the present invention is fired. The polyunsaturated fatty acid (B) may be solid or liquid at room temperature (25 ° C.), but is liquid at room temperature in that it can be uniformly dispersed in the metal particle-containing composition and can act effectively. Is more preferable.

多価脂肪酸(B)の価数、すなわち、カルボキシ基の数は、2又は3であることが好ましい。 The valence of the polyunsaturated fatty acid (B), that is, the number of carboxy groups is preferably 2 or 3.

多価脂肪酸(B)は、直鎖構造でもよいし、分岐及び/又は環状構造を有していてもよいが、分岐及び/又は環状構造を有することが好ましい。分岐及び/又は環状構造を有する場合、結晶性が低く、良好な流動性を有する液状となりやすい点で、好ましい。また、多価脂肪酸(B)とポリアミン(C)とから形成されるポリアミドの柔軟性が高まると、接合強度の向上と低下抑制に繋がる点でも、分岐及び/又は環状構造であることが好ましい。 The polyunsaturated fatty acid (B) may have a linear structure or a branched and / or cyclic structure, but preferably has a branched and / or cyclic structure. When it has a branched and / or cyclic structure, it is preferable in that it has low crystallinity and tends to become a liquid having good fluidity. Further, the branched and / or cyclic structure is preferable in that increasing the flexibility of the polyamide formed from the polyunsaturated fatty acid (B) and the polyamine (C) leads to an improvement in the bonding strength and suppression of a decrease in the bonding strength.

多価脂肪酸(B)の価数をmとした場合、多価脂肪酸(B)はm価の炭化水素基(D)を有することが好ましい。多価脂肪酸(B)において、カルボキシ基を除いた骨格は、m価の炭化水素のみからなることがより好ましい。 When the valence of the polyunsaturated fatty acid (B) is m, the polyunsaturated fatty acid (B) preferably has an m-valent hydrocarbon group (D). In the polyunsaturated fatty acid (B), the skeleton excluding the carboxy group is more preferably composed of only m-valent hydrocarbons.

m価の炭化水素基(D)の炭素数が30~60である場合、初期及びサイクル試験後の接合強度が特に高くなる点でより好ましい。 When the number of carbon atoms of the m-valent hydrocarbon group (D) is 30 to 60, it is more preferable in that the bonding strength at the initial stage and after the cycle test is particularly high.

多価脂肪酸(B)の具体例としては、直鎖構造としては、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、ヘキサデカン二酸、オクタデカン二酸、エイコサン二酸、ヘネイコサン二酸、ドコサン二酸、テトラコサン二酸、トリアコンタン二酸、ドトリアコンタン二酸、テトラコンタン二酸、ペンタコンタン二酸、ヘキサコンタン二酸等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 Specific examples of the polyvalent fatty acid (B) include malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, maleic acid, fumaric acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, and dodecanedi as linear structures. Acid, Hexadecanedioic acid, Octadecandioic acid, Eikosandioic acid, Heneicosandioic acid, Docosandioic acid, Tetracosandioic acid, Triacontanedioic acid, Dotoriacontanedioic acid, Tetracontandioic acid, Pentacontanedioic acid, Hexacontandi Examples thereof include, but are not limited to, acids.

また、分岐及び/又は環状構造としては、メチルマロン酸、ダイマー酸、トリマー酸、テトラマー酸等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 Further, examples of the branched and / or cyclic structure include, but are not limited to, methylmalonic acid, dimer acid, trimer acid, tetramer acid and the like.

これらの具体例の中で、多価脂肪酸(B)は、ダイマー酸及び/又はトリマー酸を含むことがより好ましい。 Among these specific examples, the polyunsaturated fatty acid (B) more preferably contains dimer acid and / or trimer acid.

ダイマー酸、トリマー酸及びテトラマー酸は、不飽和脂肪酸の多量化反応で製造することができる。例えば、オレイン酸(炭素数18)とリノール酸(炭素数18)とのDiels-Alder反応や、ラジカル反応によって製造することができる。ダイマー酸、トリマー酸及びテトラマー酸は、炭素数がそれぞれ、36若しくは44、54及び72であることが好ましい。また、原料となる不飽和脂肪酸の炭素数を適宜変更することで、上記以外の炭素数を有する多価脂肪酸(B)を製造することが可能である。
尚、本明細書では、炭素数12以上の不飽和脂肪酸の二量体、三量体及び四量体を、それぞれダイマー酸、トリマー酸及びテトラマー酸と呼称するものとする。
Dimeric acid, trimer acid and tetramer acid can be produced by a quantification reaction of unsaturated fatty acids. For example, it can be produced by a Diels-Alder reaction between oleic acid (18 carbon atoms) and linoleic acid (18 carbon atoms) or a radical reaction. The dimer acid, trimer acid and tetramer acid preferably have 36 or 44, 54 and 72 carbon atoms, respectively. Further, by appropriately changing the carbon number of the unsaturated fatty acid as a raw material, it is possible to produce a polyunsaturated fatty acid (B) having a carbon number other than the above.
In this specification, the dimer, trimer and tetramer of unsaturated fatty acids having 12 or more carbon atoms are referred to as dimer acid, trimer acid and tetramer acid, respectively.

多価脂肪酸(B)は、製法上、多量化度が異なる化合物の混合物である場合があるが、異なる多量体の混合物として使用してもよいし、特定の単一化合物を使用してもよい。 The polyunsaturated fatty acid (B) may be a mixture of compounds having different degrees of massification due to the production method, but may be used as a mixture of different multimers, or a specific single compound may be used. ..

<ポリアミン(C)>
次に、ポリアミン(C)について説明する。ポリアミン(C)は分子中に、複数個のアミノ基(-NH2基)を有する化合物を意味する。ポリアミン(C)の炭素数は、20~80であることが好ましい。
<Polyamine (C)>
Next, the polyamine (C) will be described. Polyamine (C) means a compound having a plurality of amino groups (-NH 2 groups) in the molecule. The polyamine (C) preferably has 20 to 80 carbon atoms.

ポリアミン(C)において、アミノ基を除いた骨格(部分構造)は、有機残基であるが、炭化水素基又は炭化水素基がヘテロ原子を含んでもよい連結基で結合された基であることが好ましい。このようなヘテロ原子を含む連結基としては、例えば、-O-基(エーテル基)、-C(=O)-基(カルボニル基)、-C(=O)-O-基(エステル基、オキシカルボニル基ともいう)、-C(=O)-NH-基(アミド基、イミノカルボニル基ともいう)が挙げられる。また、フェニレン基、ナフチレン基等のアリーレン基も連結基に含まれる。 In the polyamine (C), the skeleton (partial structure) excluding the amino group is an organic residue, but the hydrocarbon group or the hydrocarbon group may be a group bonded with a linking group which may contain a hetero atom. preferable. Examples of the linking group containing such a hetero atom include an —O— group (ether group), an —C (= O) − group (carbonyl group), and an —C (= O) —O— group (ester group, Examples thereof include an oxycarbonyl group) and a -C (= O) -NH- group (also referred to as an amide group and an iminocarbonyl group). Further, an arylene group such as a phenylene group and a naphthylene group is also included in the linking group.

ポリアミン(C)は、多価脂肪酸(B)と同様、金属粒子含有組成物を焼結時に流動性のある液状に維持する作用があると考えられ、被接合部との接合界面における濡れ性を増加させると推察される。そのため、仮に接合層中に空隙が生じても、金属粒子欠陥部に流入し、欠陥の少なく接合強度の高い接合層を得ることが可能であると考えられる。 Similar to the polyunsaturated fatty acid (B), the polyamine (C) is considered to have an effect of maintaining the metal particle-containing composition in a fluid liquid state at the time of sintering, and has a wettability at the bonding interface with the bonded portion. It is presumed to increase. Therefore, even if voids are generated in the bonding layer, it is considered that it is possible to obtain a bonding layer having few defects and high bonding strength by flowing into the metal particle defect portion.

ポリアミン(C)の性状は、特に限定されないが、本発明の金属粒子含有組成物が焼成される通常の温度領域である200℃~350℃において、液状であることが好ましい。ポリアミン(C)は、常温(25℃)で固体でも液状でもよいが、金属粒子含有組成物中に均一に分散して、効果的に作用しうる点で、常温で液状であることがより好ましい。 The properties of the polyamine (C) are not particularly limited, but are preferably liquid in a normal temperature range of 200 ° C. to 350 ° C. in which the metal particle-containing composition of the present invention is fired. The polyamine (C) may be solid or liquid at room temperature (25 ° C.), but is more preferably liquid at room temperature in that it can be uniformly dispersed in the metal particle-containing composition and can act effectively. ..

ポリアミン(C)中のアミノ基(-NH2)の数は、2又は3であることが好ましい。ポリアミン(C)は、ジアミン及び/又はトリアミンを含むことが好ましい。 The number of amino groups (-NH 2 ) in the polyamine (C) is preferably 2 or 3. The polyamine (C) preferably contains a diamine and / or a triamine.

ポリアミン(C)は、直鎖構造を有してもよいし、分岐及び/又は環状構造を有していてもよいが、分岐及び/又は環状構造を有することが好ましい。分岐及び/又は環状構造を有する場合、結晶性が低く、良好な流動性を有する液状となりやすい点で、好ましい。 The polyamine (C) may have a linear structure, a branched and / or a cyclic structure, but preferably has a branched and / or a cyclic structure. When it has a branched and / or cyclic structure, it is preferable in that it has low crystallinity and tends to become a liquid having good fluidity.

ポリアミン(C)のアミノ基(-NH2)の数をnとした場合、ポリアミン(C)はn価の炭化水素基(E)を有することが好ましい。ポリアミン(C)において、アミノ基(-NH2)を除いた骨格はn価の炭化水素のみからなることがより好ましい。n価の炭化水素基(E)の炭素数が30~60である場合、初期及びサイクル試験後の接合強度が特に高くなる点でより好ましい。 When the number of amino groups (-NH 2 ) of the polyamine (C) is n, the polyamine (C) preferably has an n-valent hydrocarbon group (E). In the polyamine (C), it is more preferable that the skeleton excluding the amino group (-NH 2 ) consists of only n-valent hydrocarbons. When the n-valent hydrocarbon group (E) has 30 to 60 carbon atoms, it is more preferable in that the bonding strength at the initial stage and after the cycle test is particularly high.

ポリアミン(C)の内、直鎖構造を有するポリアミンとしては、例えば、エチレンジアミン、1,3-プロパンジアミン、1,4-ブタンジアミン、1,6-ヘキサンジアミン、1,7-ヘプタンジアミン、1,9-ノナンジアミン、1,12-ジアミノドデカンが挙げられ、分岐及び/又は環状構造を有するポリアミンとしては、例えば、メタキシレンジアミン、イソホロンジアミン、ノルボルナンジアミン、1,2-シクロヘキサンジアミン、1,3-シクロヘキサンジアミン、1,4-シクロヘキサンジアミン、4,4’―ジアミノジシクロヘキシルメタン、ピペラジン等が挙げられる。また、ダイマージアミン、トリマートリアミン、テトラマーテトラミンもポリアミン(C)に含まれる。これらの具体例の中で、ポリアミン(C)は、ダイマージアミン及び/又はトリマートリアミンを含むことがより好ましい。 Among the polyamines (C), examples of the polyamine having a linear structure include ethylenediamine, 1,3-propanediamine, 1,4-butanediamine, 1,6-hexanediamine, 1,7-heptanediamine, and 1, Examples of polyamines having a branched and / or cyclic structure include 9-nonanediamine and 1,12-diaminododecane, and examples thereof include metaxylenediamine, isophoronediamine, norbornandiamine, 1,2-cyclohexanediamine, and 1,3-cyclohexane. Examples thereof include diamine, 1,4-cyclohexanediamine, 4,4'-diaminodicyclohexylmethane, piperazine and the like. In addition, diamine diamine, trimer triamine, and tetramer tetramine are also contained in the polyamine (C). Among these specific examples, the polyamine (C) more preferably contains a diamine diamine and / or a trimer triamine.

なお、ダイマージアミンはダイマー酸のカルボキシ基を、トリマートリアミンはトリマー酸のカルボキシ基を、テトラマーテトラミンはテトラマー酸のカルボキシ基を、それぞれ、アミノ基に官能基変換した構造を有している。ダイマージアミン、トリマートリアミン及びテトラマーテトラミンは、炭素数がそれぞれ、36、54及び72であることが好ましい。 Dimer diamine has a structure in which a carboxy group of dimer acid, trimer triamine has a carboxy group of trimer acid, and tetramer tetramine has a structure in which a carboxy group of tetramer acid is functionally converted into an amino group. The diamine diamine, trimertriamine and tetramertetramine preferably have 36, 54 and 72 carbon atoms, respectively.

多価脂肪酸(B)とポリアミン(C)との組み合わせは限定されないが、多価脂肪酸(B)がダイマー酸及び/又はトリマー酸を含み、ポリアミン(C)がダイマージアミン及び/又はトリマートリアミンを含む組み合わせであることがより好ましい。 The combination of the polyunsaturated fatty acid (B) and the polyamine (C) is not limited, but the polyunsaturated fatty acid (B) contains a dimer acid and / or a trimer acid, and the polyamine (C) contains a diamine diamine and / or a trimer triamine. A combination is more preferable.

本発明の金属粒子含有組成物は、金属粒子(A)100質量部に対して、多価脂肪酸(B)の配合量が0.05質量部~1質量部であることが好ましく、0.1質量部~0.5質量部であることがより好ましい。また、金属粒子(A)100質量部に対して、ポリアミン(C)の配合量は、0.05質量部~1質量部であることが好ましく、さらに、0.1質量部~0.5質量部であることがより好ましい。この配合量の範囲にあると、焼結時の流動性が増すことが期待できるため、初期及び長期のサイクル耐性に優れた接合体が得られやすい点で好ましい。 The metal particle-containing composition of the present invention preferably contains 0.05 parts by mass to 1 part by mass of the polyvalent fatty acid (B) with respect to 100 parts by mass of the metal particles (A), preferably 0.1. It is more preferably parts by mass to 0.5 parts by mass. Further, the blending amount of the polyamine (C) is preferably 0.05 part by mass to 1 part by mass, and further 0.1 part by mass to 0.5 part by mass with respect to 100 parts by mass of the metal particles (A). It is more preferable that it is a part. When the blending amount is within this range, the fluidity at the time of sintering can be expected to increase, which is preferable in that a bonded body having excellent initial and long-term cycle resistance can be easily obtained.

多価脂肪酸(B)とポリアミン(C)の配合比率は限定されないが、ポリアミドが形成されやすい点で、多価脂肪酸(B)/ポリアミン(C)の質量比が、0.1/0.9~0.9/0.1であることが好ましく、0.3/0.7~0.7/0.3であることがより好ましい。 The mixing ratio of the polyvalent fatty acid (B) and the polyamine (C) is not limited, but the mass ratio of the polyvalent fatty acid (B) / polyamine (C) is 0.1 / 0.9 in that polyamide is easily formed. It is preferably ~ 0.9 / 0.1, and more preferably 0.3 / 0.7 to 0.7 / 0.3.

<分散媒(F)>
本発明の接合用ペーストは、分散媒(F)を含有する。分散媒(F)は、金属粒子(A)、多価脂肪酸(B)、ポリアミン(C)を分散する機能を担う。
分散媒(F)は、金属粒子(A)、多価脂肪酸(B)、ポリアミン(C)を分散することできればよく、具体例としては、ターピネオール、ジヒドロターピネオール、ジヒドロターピニルアセテート、テルソルブMTPH(日本テルペン株式会社製)、テキサノール(2,2,4-トリメチルペンタン―1,3-ジオールモノイソブチラート)、カルビトール、カルビトールアセテート、ブチルカルビトール、イソホロン、γ-ブチルラクトン、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メチル-n-プロピルエーテル、3-メトキシ-3-メチルブチルアセテート、エチレングリコール、ヘキサン酸、プロピレングリコールジアセテート、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、1,3-ブチレングリコール、炭化水素系溶剤に含まれるイソパラフィン系溶剤等が挙げられるが、これらに限定されない。
<Dispersion medium (F)>
The bonding paste of the present invention contains a dispersion medium (F). The dispersion medium (F) has a function of dispersing the metal particles (A), the polyunsaturated fatty acid (B), and the polyamine (C).
The dispersion medium (F) may be capable of dispersing metal particles (A), polyvalent fatty acid (B), and polyamine (C), and specific examples thereof include tarpineol, dihydroterpineol, dihydroterpinyl acetate, and tersolve MTPH ( Nippon Terupen Co., Ltd.), Texanol (2,2,4-trimethylpentane-1,3-diol monoisobutyrate), carbitol, carbitol acetate, butyl carbitol, isophorone, γ-butyl lactone, dipropylene glycol Monomethyl Ether, Dipropylene Glycol Methyl-n-propyl Ether, 3-methoxy-3-Methylbutyl Acetate, Ethylene Glycol, Hexic Acid, Propylene Glycol Diacetate, Dipropylene Glycol Methyl Ether Acetate, 1,3-butylene Glycol, Hydrocarbons Examples thereof include isoparaffin solvents contained in the solvent, but the solvent is not limited thereto.

これら分散媒(F)の中で、ターピネオール、ジヒドロターピネオール、テルソルブMTPH、テキサノール、カルビトール、カルビトールアセテート、ブチルカルビトール、イソホロン、γ-ブチルラクトン、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、イソパラフィン系溶剤が、より好ましく用いられる。これら分散媒(F)は、単独又は複数を組み合わせて用いることができる。 Among these dispersion media (F), tarpineol, dihydroterpineol, tersolve MTPH, texanol, carbitol, carbitol acetate, butyl carbitol, isophorone, γ-butyl lactone, dipropylene glycol monomethyl ether, and isoparaffin solvent are more suitable. It is preferably used. These dispersion media (F) can be used alone or in combination of two or more.

本発明の接合用ペーストは、多価脂肪酸(B)とポリアミン(C)とが共存することで、分散媒(F)の一部又は全部が揮発した後も、被接合部と密着性が良好な接合界面を形成することができる。 The bonding paste of the present invention has good adhesion to the bonded portion even after a part or all of the dispersion medium (F) is volatilized due to the coexistence of the polyunsaturated fatty acid (B) and the polyamine (C). It is possible to form a flexible bonding interface.

本発明の接合用ペーストは、金属粒子(A)と多価脂肪酸(B)とポリアミン(C)とを組み合わせて用いることにより、金属粒子(A)を高濃度に含有しても、すなわち分散媒(F)の含有比率が少ない場合であっても、優れた流動性を有しているため、被接合部への印刷適性に優れている。また、本発明の接合用ペーストは、ポリアミド樹脂を添加する場合に比較して、成分の相溶性が低下して不均一化したり、流動性が損なわれたりする恐れもない。その結果、より欠陥の少ない強固な接合体を得ることが可能である。 By using the metal particles (A), the polyvalent fatty acid (B), and the polyamine (C) in combination, the bonding paste of the present invention contains the metal particles (A) in a high concentration, that is, a dispersion medium. Even when the content ratio of (F) is small, it has excellent fluidity, so that it is excellent in printability on the bonded portion. In addition, the bonding paste of the present invention does not have a possibility that the compatibility of the components is lowered to make it non-uniform or the fluidity is impaired as compared with the case where the polyamide resin is added. As a result, it is possible to obtain a strong joint with fewer defects.

接合用ペーストは、金属粒子(A)と多価脂肪酸(B)とポリアミン(C)と分散媒(F)との質量の和に占める金属粒子(A)の質量の割合が、80質量%~95質量%であることが好ましく、85質量%~94質量%であることがより好ましい。上記範囲で含むことにより、接合用ペーストとして良好な印刷適性を確保できる。さらに、上記範囲で含むことにより、接合体中での分散媒(F)の残留を抑制でき、分散媒(F)由来の空隙(ボイド)が発生し難いため、良好な接合強度を発現できる。 In the bonding paste, the ratio of the mass of the metal particles (A) to the sum of the masses of the metal particles (A), the polyvalent fatty acid (B), the polyamine (C) and the dispersion medium (F) is 80% by mass or more. It is preferably 95% by mass, more preferably 85% by mass to 94% by mass. By including it in the above range, good printability as a bonding paste can be ensured. Further, by including the content in the above range, the residue of the dispersion medium (F) in the bonded body can be suppressed, and voids derived from the dispersion medium (F) are unlikely to occur, so that good bonding strength can be exhibited.

<その他成分>
本発明の接合用ペーストは、さらに添加剤等のその他成分を含むことができる。上記その他成分としては、例えば、焼結促進剤、バインダー樹脂、低分子の分散剤や樹脂型分散剤等の分散剤が挙げられる。
本発明の接合用ペーストが含んでもよい分散剤としては、分子量が150~600である低分子の分散剤が好ましく、炭素数18~22の不飽和脂肪酸、又は、炭素数18~22の不飽和脂肪酸アミドであることがより好ましい。不飽和脂肪酸は不飽和結合を有する1価の脂肪酸であり、具体例としては、オレイン酸、エライジン酸、リノール酸、リノレン酸、リシノール酸、エルカ酸等が挙げられる。不飽和脂肪酸アミドは不飽和結合を有する1価の脂肪酸アミドであり、具体例としては、オレアミド(オレイン酸アミド)、エルカ酸アミド等を挙げることができる。これらの分散剤を含有することで、接合ペースト中の金属粒子(A)がより均一にほぐれ、さらに空隙(ボイド)の偏りの少ない強固な接合体を得ることが可能となるため好ましい。
低分子の分散剤の量は限定されないが、金属粒子(A)の良好な分散と接合層の緻密化を両立てきる点で、好ましくは金属粒子(A)100質量部に対して、好ましくは0.1~5質量部、より好ましくは0.1~3質量部、さらに好ましくは、0.2~2質量部である。
<Other ingredients>
The bonding paste of the present invention may further contain other components such as additives. Examples of the other components include a sintering accelerator, a binder resin, a dispersant such as a small molecule dispersant and a resin type dispersant.
As the dispersant that may be contained in the bonding paste of the present invention, a low molecular weight dispersant having a molecular weight of 150 to 600 is preferable, and an unsaturated fatty acid having 18 to 22 carbon atoms or an unsaturated fatty acid having 18 to 22 carbon atoms is preferable. More preferably, it is a fatty acid amide. Unsaturated fatty acids are monovalent fatty acids having unsaturated bonds, and specific examples thereof include oleic acid, elaidic acid, linolenic acid, linolenic acid, ricinoleic acid, and erucic acid. The unsaturated fatty acid amide is a monovalent fatty acid amide having an unsaturated bond, and specific examples thereof include oleamide (oleic acid amide) and erucic acid amide. By containing these dispersants, the metal particles (A) in the bonding paste can be loosened more uniformly, and a strong bonded body with less bias of voids can be obtained, which is preferable.
Although the amount of the low-molecular-weight dispersant is not limited, it is preferable with respect to 100 parts by mass of the metal particles (A) in terms of achieving both good dispersion of the metal particles (A) and densification of the bonding layer. It is 0.1 to 5 parts by mass, more preferably 0.1 to 3 parts by mass, and even more preferably 0.2 to 2 parts by mass.

金属粒子(A)、化合物(B)及び分散媒(C)とから接合用ペーストを調製する装置としては、ディスパー、3本ロール、ビーズミル、超音波分散機、自公転式撹拌機等が挙げられる。 Examples of the apparatus for preparing the bonding paste from the metal particles (A), the compound (B) and the dispersion medium (C) include a disper, three rolls, a bead mill, an ultrasonic disperser, a self-revolving stirrer and the like. ..

<接合体>
本発明の接合用ペーストによって、第一の被接合部と第二の被接合部とを接合し、接合体を得ることができる。詳細には、本発明の接合体は、第一の被接合部と第二の被接合部とが接合層を介して接合された接合体であって、該接合体は、例えば、平均粒子径が1nm~1000nmである金属粒子(A)と、多価脂肪酸(B)と、ポリアミン(C)と、分散媒(F)とを含有する接合用ペーストを第一の被接合部に塗布し、第二の被接合部を載置して焼結を行う工程を含む製造方法により製造できる。
接合用ペーストを被接合部に塗布する方法としては、部材上に均一に塗布できる方法であれば特に限定されるものではない。例えば、スクリーン印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、メタルマスク印刷、グラビアオフセット印刷等の各種印刷法、ディスペンサーを使用した吐出法等が挙げられ、本発明の接合用ペーストは、高濃度で金属粒子を含有していても流動性に優れているため、特にメタルマスク印刷と組み合わせて用いることが好ましい。
<Joint body>
With the bonding paste of the present invention, the first bonded portion and the second bonded portion can be bonded to obtain a bonded body. Specifically, the bonded body of the present invention is a bonded body in which a first bonded portion and a second bonded portion are bonded via a bonding layer, and the bonded body is, for example, an average particle diameter. A bonding paste containing metal particles (A) having a diameter of 1 nm to 1000 nm, a polyvalent fatty acid (B), a polyamine (C), and a dispersion medium (F) is applied to the first bonded portion. It can be manufactured by a manufacturing method including a step of placing a second bonded portion and performing sintering.
The method of applying the bonding paste to the bonded portion is not particularly limited as long as it can be uniformly applied on the member. Examples thereof include various printing methods such as screen printing, flexo printing, offset printing, gravure printing, metal mask printing, and gravure offset printing, and ejection methods using a dispenser. The bonding paste of the present invention has a high concentration of metal. Even if it contains particles, it has excellent fluidity, so it is particularly preferable to use it in combination with metal mask printing.

本発明の接合用ペーストを塗布した第一の被接合部に第二の被接合部を載置させる際に、圧力をかけながら載置させる事もできる。圧力としては、接合用ペーストの粘度やペーストの乾燥状態により適宜設定されるが、好ましくは0.1~40MPa、更に好ましくは0.3~30MPaである。 When the second bonded portion is placed on the first bonded portion to which the bonding paste of the present invention is applied, the second bonded portion can be placed while applying pressure. The pressure is appropriately set depending on the viscosity of the bonding paste and the dry state of the paste, but is preferably 0.1 to 40 MPa, more preferably 0.3 to 30 MPa.

第一の被接合部に第二の被接合部を載置した積層体を接合するための焼結の条件は、適宜変更されるが、例えば、大気圧下、窒素雰囲気、真空中、又は還元雰囲気で200~350℃等の条件を挙げることができる。焼成装置としては、熱風オーブン、赤外線オーブン、リフローオーブン、マイクロウエーブオーブン、ホットプレート、光焼成装置等が挙げられる。これら装置を適宜、単独で又は複数用いることができる。また、焼結を行いながら圧力を加えてもよい。圧力としては、接合用ペーストの粘度やペーストの乾燥状態により適宜設定されるが、好ましくは0.1~40MPa、更に好ましくは0.3~30MPaである。 The sintering conditions for joining the laminate in which the second bonded portion is placed on the first bonded portion are appropriately changed, and are, for example, under atmospheric pressure, nitrogen atmosphere, vacuum, or reduction. Conditions such as 200 to 350 ° C. can be mentioned in the atmosphere. Examples of the firing device include a hot air oven, an infrared oven, a reflow oven, a microwave oven, a hot plate, a light firing device, and the like. These devices may be used individually or in combination as appropriate. Further, pressure may be applied while sintering. The pressure is appropriately set depending on the viscosity of the bonding paste and the dry state of the paste, but is preferably 0.1 to 40 MPa, more preferably 0.3 to 30 MPa.

焼成工程の前に、接合塗膜中の有機成分を取り除く目的で、適宜予備乾燥工程を入れることもできる。例えば、焼成装置と同様な装置を用いて60~220℃の範囲での条件が挙げられる。 Prior to the firing step, a pre-drying step may be appropriately added for the purpose of removing organic components in the bonded coating film. For example, a condition in the range of 60 to 220 ° C. can be mentioned using a device similar to the firing device.

2つの被接合部を接合する好ましい方法としては、本発明の接合用ペーストを、第一の被接合部に塗布した後、第二の被接合部を載置し、300℃程度まで、2℃/分程度の昇温速度で昇温し焼結を行う方法が挙げられる。昇温終了後、昇温終了時の温度よりも高い温度で10分間~2時間程度維持することが好ましい。 As a preferable method for joining two bonded portions, the bonding paste of the present invention is applied to the first bonded portion, then the second bonded portion is placed, and the temperature is up to about 300 ° C. at 2 ° C. A method of raising the temperature at a heating rate of about / minute and performing sintering can be mentioned. After the temperature rise is completed, it is preferable to maintain the temperature at a temperature higher than the temperature at the end of the temperature rise for about 10 minutes to 2 hours.

被接合部の種類は特に限定されず、金属材料、半導体材料、プラスチック材料、セラミック材料等を挙げることができる。また、電子素子を挙げることができる。 The type of the bonded portion is not particularly limited, and examples thereof include metal materials, semiconductor materials, plastic materials, and ceramic materials. Moreover, the electronic element can be mentioned.

金属としては、例えば、銅、金、アルミニウム等を挙げることができる。
半導体材料としては、シリコン(ケイ素)、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、硫化カドミウム、窒化珪素、黒鉛、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、炭化ケイ素、窒化ガリウム、酸化ガリウム等を挙げることができる。
プラスチック材料としては、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート等を挙げることができる。
セラミック材料としては、例えば、ガラス、シリコン等を挙げることができる。
また、電子素子としては、半導体素子、LED素子、パワーデバイス素子等を挙げることができる。
Examples of the metal include copper, gold, aluminum and the like.
Examples of the semiconductor material include silicon (silicon), germanium, gallium arsenide, gallium phosphide, cadmium sulfide, silicon nitride, graphite, yttrium oxide, magnesium oxide, silicon carbide, gallium nitride, gallium oxide and the like.
Examples of the plastic material include polyimide, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polyethylene naphthalate and the like.
Examples of the ceramic material include glass, silicon and the like.
Further, examples of the electronic element include a semiconductor element, an LED element, a power device element, and the like.

第一の被接合部及び第二の被接合部は、同じ種類だけではなく、異なる種類の部材であってもよい。被接合部は、接合された箇所の接合強度を大きくするため、被接合部の表面をコロナ処理、メッキ処理等で施されていてもよい。 The first joined portion and the second joined portion may be not only the same type but also different types of members. The surface of the bonded portion may be subjected to corona treatment, plating treatment, or the like in order to increase the bonding strength of the bonded portion.

本発明の金属粒子含有組成物や接合用ペーストで被接合部を接合した際に形成される接合層の膜厚に制限はないが、3μm~500μmが好ましく、10μm~200μmがより好ましく、20μm~100μmがさらに好ましい。 The film thickness of the bonding layer formed when the bonded portion is bonded with the metal particle-containing composition or the bonding paste of the present invention is not limited, but is preferably 3 μm to 500 μm, more preferably 10 μm to 200 μm, and 20 μm to 20 μm. 100 μm is more preferable.

以下、実施例及び比較例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない。尚、例中、特に断りがない限り「部」とは「質量部」を、「%」とは「質量%」をそれぞれ表し、表中の数値は、特に断りがない限り「部」を表す。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the technical scope of the present invention is not limited thereto. In the example, "part" means "part by mass" and "%" means "% by mass" unless otherwise specified, and the numerical values in the table represent "part" unless otherwise specified. ..

<金属粒子の製造>
(製造例1)金属粒子A1
窒素雰囲気下、25℃で攪拌しながらトルエン200部及びヘキサン酸銀22.3部を混合し、0.5Mの溶液とした後に、分散剤としてジエチルアミノエタノール1.6部、オレイン酸0.28部を添加し溶解させた。その後、還元剤として濃度20%のコハク酸ジヒドラジド(以下、SUDH)水溶液73.1部を滴下すると液色が淡黄色から濃茶色に変化した。さらに反応を促進させるために40℃に昇温し、反応を進行させた。静置、分離した後、水相を取り出すことで過剰の還元剤や不純物を除去し、さらにトルエン層に数回蒸留水を加え、洗浄、分離を繰り返した後、トルエンを加え遠心分離後に上澄み液を除去する工程を2回繰り返した。沈殿物を乾燥させて、銀粒子がヘキサン酸及びオレイン酸で被覆された金属粒子A1を得た。金属粒子A1の粒子径を後述する方法で求めたところ、d50は210nmであった。
<Manufacturing of metal particles>
(Manufacturing Example 1) Metal Particle A1
Under a nitrogen atmosphere, 200 parts of toluene and 22.3 parts of silver hexanoate were mixed with stirring at 25 ° C. to prepare a 0.5 M solution, and then 1.6 parts of diethylaminoethanol and 0.28 parts of oleic acid were used as dispersants. Was added and dissolved. Then, when 73.1 parts of an aqueous solution of succinic acid dihydrazide (hereinafter referred to as SUDH) having a concentration of 20% was added dropwise as a reducing agent, the liquid color changed from pale yellow to dark brown. The temperature was raised to 40 ° C. to further promote the reaction, and the reaction was allowed to proceed. After standing and separating, excess reducing agent and impurities are removed by taking out the aqueous phase, distilled water is added to the toluene layer several times, washing and separation are repeated, then toluene is added and the supernatant is separated. The step of removing the above was repeated twice. The precipitate was dried to give metal particles A1 in which the silver particles were coated with caproic acid and oleic acid. When the particle size of the metal particles A1 was determined by the method described later, d50 was 210 nm.

(製造例2)金属粒子A2
ジエチルアミノエタノール1.8部、オレイン酸の量を0.31部とした以外は、製造例1と同様にして、金属粒子A2を得た。d50は185nmであった。
(製造例3)金属粒子A3
ジエチルアミノエタノール1.2部、オレイン酸の量を0.18部とした以外は、製造例1と同様にして、金属粒子A3を得た。d50は290nmであった。
(製造例4)金属粒子A4
ジエチルアミノエタノール1.0部、オレイン酸の量を0.14部とした以外は、製造例1と同様にして、金属粒子A4を得た。d50は390nmであった。
(製造例5)金属粒子A5
ジエチルアミノエタノール2.1部、オレイン酸の量を0.71部とした以外は、製造例1と同様にして、金属粒子A5を得た。d50は85nmであった。
(製造例6)金属粒子A6
ジエチルアミノエタノール0.6部、オレイン酸の量を0.070部とした以外は、製造例1と同様にして、金属粒子A6を得た。d50は1100nmであった。
上記の方法で製造された金属粒子の内、金属粒子A1~A5が金属粒子(A)に該当し、金属粒子A6が金属粒子(A)ではない金属粒子に該当する。
(Manufacturing Example 2) Metal Particle A2
Metal particles A2 were obtained in the same manner as in Production Example 1 except that the amount of diethylaminoethanol was 1.8 parts and the amount of oleic acid was 0.31 parts. d50 was 185 nm.
(Manufacturing Example 3) Metal Particle A3
Metal particles A3 were obtained in the same manner as in Production Example 1 except that the amount of diethylaminoethanol was 1.2 parts and the amount of oleic acid was 0.18 parts. d50 was 290 nm.
(Manufacturing Example 4) Metal Particle A4
Metal particles A4 were obtained in the same manner as in Production Example 1 except that the amount of diethylaminoethanol was 1.0 part and the amount of oleic acid was 0.14 part. d50 was 390 nm.
(Manufacturing Example 5) Metal Particle A5
Metal particles A5 were obtained in the same manner as in Production Example 1 except that the amount of diethylaminoethanol was 2.1 parts and the amount of oleic acid was 0.71 parts. d50 was 85 nm.
(Manufacturing Example 6) Metal Particle A6
Metal particles A6 were obtained in the same manner as in Production Example 1 except that the amount of diethylaminoethanol was 0.6 part and the amount of oleic acid was 0.070 part. d50 was 1100 nm.
Among the metal particles produced by the above method, the metal particles A1 to A5 correspond to the metal particles (A), and the metal particles A6 correspond to the metal particles other than the metal particles (A).

[粒子径の測定]
各金属粒子(A)にイソプロピルアルコールを加え超音波分散機にて分散し、0.5質量%の分散液を得た。得られた分散液をナノトラックUPA-EX150(日機装社製)を用いて、分散液中の金属粒子(A)の粒子径を測定し、平均粒子径(d50)を求めた。
[Measurement of particle size]
Isopropyl alcohol was added to each metal particle (A) and dispersed by an ultrasonic disperser to obtain a dispersion liquid of 0.5% by mass. Using Nanotrack UPA-EX150 (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.), the particle size of the metal particles (A) in the dispersion was measured, and the average particle size (d50) was determined.

[脂肪酸、アミン及びその他成分]
実施例及び比較例に用いた脂肪酸及びアミン等の材料は下記の通りである。括弧内に、炭素数、材料名、25℃での性状を示す。下記の内、プリポール及びプリアミンは、クローダジャパン株式会社製、オレイン酸アミドは東京化成工業株式会社製の試薬、その他の材料は、Sigma-Aldrich社製の試薬を使用した。なお、脂肪酸B1~B3、B5及びB6は多価脂肪酸(B)に相当し、アミンC1~C3はポリアミン(C)に相当する。脂肪酸B4及び脂肪酸アミドG1は、本発明に添加してもよい分散剤に相当する。
[Fatty acids, amines and other ingredients]
Materials such as fatty acids and amines used in Examples and Comparative Examples are as follows. The number of carbon atoms, material name, and properties at 25 ° C are shown in parentheses. Of the following, prepol and preamine used were reagents manufactured by Croda Japan Co., Ltd., oleic acid amide was manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., and other materials were reagents manufactured by Sigma-Aldrich. The fatty acids B1 to B3, B5 and B6 correspond to the polyunsaturated fatty acid (B), and the amines C1 to C3 correspond to the polyamine (C). Fatty acid B4 and fatty acid amide G1 correspond to dispersants that may be added to the present invention.

脂肪酸B1:プリポール1009(炭素数36の水添ダイマー酸、2つのカルボキシ基と、分岐及び環状構造を有する二価の炭化水素基とからなる。液状の多価脂肪酸)
脂肪酸B2:プリポール1040(炭素数54のトリマー酸、3つのカルボキシ基と、分岐及び環状構造を有する三価の炭化水素基とからなる。液状の多価脂肪酸)
脂肪酸B3:直鎖2塩基酸(炭素数22、ドコサン二酸、2つのカルボキシ基と、直鎖構造を有する二価の炭化水素とからなる。固体状の多価脂肪酸)
脂肪酸B4:オレイン酸(炭素数18の一価の直鎖脂肪酸。液状の1価不飽和脂肪酸)
脂肪酸B5:マロン酸(炭素数3の直鎖二塩基酸。固体状の多価脂肪酸)
脂肪酸B6:プリポール1004(炭素数44の水添ダイマー酸、2つのカルボキシ基と、分岐及び環状構造を有する二価の炭化水素基とからなる。液状の多価脂肪酸)
アミンC1:プリアミン1071[炭素数36のダイマージアミン(2つのアミノ基と分岐及び環状構造を有する二価の炭化水素基とからなる、液状のポリアミン)と炭素数54のトリマートリアミン(3つのアミノ基と分岐及び環状構造を有する三価の炭化水素基とからなる、液状のポリアミン)との混合物]
アミンC2:プリアミン1075(炭素数36のダイマージアミン、2つのアミノ基と、分岐及び環状構造を有する二価の炭化水素基とからなる。液状のポリアミン)
アミンC3:1,12-ジアミノドデカン(炭素数12、2つのアミノ基と、直鎖構造を有する二価の炭化水素基とからなる、固体状のポリアミン)
アミンC4:オレイルアミン(炭素数18の一価の直鎖モノアミン。液状)
脂肪酸アミドG1:オレイン酸アミド(個体の1価不飽和脂肪酸アミド)
Fatty acid B1: Pripol 1009 (hydrogenated dimer acid having 36 carbon atoms, consisting of two carboxy groups and a divalent hydrocarbon group having a branched and cyclic structure. Liquid polyvalent fatty acid).
Fatty acid B2: Pripol 1040 (trimeric acid having 54 carbon atoms, consisting of three carboxy groups and a trivalent hydrocarbon group having a branched and cyclic structure. A liquid polyvalent fatty acid).
Fatty acid B3: Linear dibasic acid (consisting of 22 carbon atoms, docosanedioic acid, two carboxy groups, and a divalent hydrocarbon having a linear structure. Solid polyvalent fatty acid)
Fatty acid B4: Oleic acid (monovalent linear fatty acid with 18 carbon atoms. Liquid monovalent unsaturated fatty acid)
Fatty acid B5: Malonic acid (straight-chain dibasic acid with 3 carbon atoms. Solid polyunsaturated fatty acid)
Fatty acid B6: Pripol 1004 (hydrogenated dimer acid having 44 carbon atoms, consisting of two carboxy groups and a divalent hydrocarbon group having a branched and cyclic structure. Liquid polyvalent fatty acid).
Amine C1: Preamine 1071 [Dimerdiamine with 36 carbon atoms (a liquid polyamine consisting of two amino groups and a divalent hydrocarbon group having a branched and cyclic structure) and trimertriamine with 54 carbon atoms (three amino groups). A mixture of a liquid polyamine) consisting of a trivalent hydrocarbon group having a branched and cyclic structure)]
Amine C2: Priamine 1075 (diamine diamine having 36 carbon atoms, consisting of two amino groups and a divalent hydrocarbon group having a branched and cyclic structure. A liquid polyamine).
Amine C3: 1,12-diaminododecane (a solid polyamine consisting of an amino group having 12 carbon atoms and two amino groups and a divalent hydrocarbon group having a linear structure).
Amine C4: Oleylamine (monoamine linear monoamine with 18 carbon atoms, liquid)
Fatty acid amide G1: Oleic acid amide (individual monounsaturated fatty acid amide)

(製造例7)フェノール性水酸基を含有するポリアミド(ポリアミドP1)
ポリアミドP1は、特開2017-137375号公報を参考に下記のように合成した。撹拌機、還流冷却管、窒素導入管、導入管、温度計を備えた4口フラスコに、プリポール1009を202.9g(二塩基酸換算で0.35mol)、5-ヒドロキシイソフタル酸を25.7g(0.14mol)、テレフタル酸35.1g(0.21mol)、炭素数36のポリアミン化合物としてプリアミン1074(クローダジャパン株式会社製)を313.9g(ジアミン換算で0.59mol)、水を100g仕込み、発熱の温度が一定になるまで撹拌した。温度が安定したら110℃ まで昇温し、水の流出を確認してから、30分後に温度を120℃に昇温し、その後、30分ごとに10℃ずつ昇温しながら脱水反応を続けた。温度が230℃になったら、そのままの温度で3時間反応を続け、約2kPaの真空下で1時間保持した後、放冷し、重量平均分子量9,800のフェノール性水酸基を含有するポリアミドP1を得た。
(Production Example 7) Polyamide containing a phenolic hydroxyl group (polyamide P1)
Polyamide P1 was synthesized as follows with reference to JP-A-2017-137375. 202.9 g of prepol 1009 (0.35 mol in terms of dibasic acid) and 25.7 g of 5-hydroxyisophthalic acid in a 4-necked flask equipped with a stirrer, a reflux cooling tube, a nitrogen introduction tube, an introduction tube, and a thermometer. (0.14 mol), 35.1 g (0.21 mol) of terephthalic acid, 313.9 g (0.59 mol in terms of diamine) of preamine 1074 (manufactured by Croder Japan Co., Ltd.) as a polyamine compound having 36 carbon atoms, and 100 g of water. , Stirred until the temperature of the heat generation became constant. When the temperature became stable, the temperature was raised to 110 ° C, and after confirming the outflow of water, the temperature was raised to 120 ° C 30 minutes later, and then the dehydration reaction was continued while raising the temperature by 10 ° C every 30 minutes. .. When the temperature reached 230 ° C., the reaction was continued at the same temperature for 3 hours, held under a vacuum of about 2 kPa for 1 hour, and then allowed to cool to obtain a polyamide P1 containing a phenolic hydroxyl group having a weight average molecular weight of 9,800. Obtained.

(製造例8)フェノール性水酸基を含有するポリアミド(ポリアミドP2)
製造例7において、202.9gのプリポール1009(二塩基酸換算で0.35mol)を、243.1gのプリポール1004(二塩基換算で0.35mol)に置き換えた他は同一の手順で、重量平均分子量11,700のフェノール性水酸基を含有するポリアミドP2を得た。
(Production Example 8) Polyamide containing a phenolic hydroxyl group (polyamide P2)
In Production Example 7, 202.9 g of prepol 1009 (0.35 mol in terms of dibasic acid) was replaced with 243.1 g of prepole 1004 (0.35 mol in terms of dibasic acid), and the weight average was the same. Polyamide P2 containing a phenolic hydroxyl group having a molecular weight of 11,700 was obtained.

[分散媒(F)]
分散媒(F)としては、下記の材料を使用した。括弧内に入手したメーカー名、補足情報を記載した。
分散媒F1:ジヒドロターピネオール(日本テルペン化学株式会社製)
分散媒F2:イソボルニルシクロヘキサノール(日本テルペン化学株式会社製)
分散媒F3:アイソパーL(安藤パラケミー株式会社製)
分散媒F4:テキサノール(東京化成工業株式会社製、試薬)
[Dispersion medium (F)]
The following materials were used as the dispersion medium (F). The manufacturer name and supplementary information obtained are listed in parentheses.
Dispersion medium F1: Dihydroterpineol (manufactured by Nippon Terpene Chemical Co., Ltd.)
Dispersion medium F2: Isobornylcyclohexanol (manufactured by Nippon Terpene Chemical Co., Ltd.)
Dispersion medium F3: Isopar L (manufactured by Ando Parachemy Co., Ltd.)
Dispersion medium F4: Texanol (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., reagent)

<接合用ペーストの製造>
[実施例1]
金属粒子A1(92部)とジヒドロターピネオール(8部)と脂肪酸B1(0.15部)とアミンC2(0.15部)とを自公転式攪拌機を用いて混合し、接合用ペーストを調製した。その後、後述する方法で接合体を作製して評価した。結果を表1に示した。
<Manufacturing of bonding paste>
[Example 1]
Metal particles A1 (92 parts), dihydroterpineol (8 parts), fatty acid B1 (0.15 parts) and amine C2 (0.15 parts) were mixed using a self-revolving stirrer to prepare a bonding paste. .. Then, a bonded body was prepared and evaluated by the method described later. The results are shown in Table 1.

[実施例2~39]、[比較例1~8]
表1に記載の組成に従い、材料の種類と配合量を変更した以外は、実施例1と同様にして接合用ペースト及び接合体を得た後、評価した。結果を表1に示した。
[Examples 2 to 39], [Comparative Examples 1 to 8]
After obtaining a bonding paste and a bonded body in the same manner as in Example 1 except that the type and blending amount of the materials were changed according to the composition shown in Table 1, evaluation was performed. The results are shown in Table 1.

<接合用ペーストの評価>
[接合体の作製]
下記の被接合部1のメッキ処理された面に各接合用ペーストをそれぞれ、下記の印刷条件にて1回印刷した後、下記被接合部2(チップ)のメッキ処理面を接合ペースト面に向けて載置し、下記焼結条件にて加熱し、接合体をそれぞれ得た。
<被接合部1>
・金メッキ処理銅基材:20×20×3mm
<被接合部2>
・金メッキ処理SiCチップ:5×5×0.3mm
<印刷条件(メタルマスク印刷)>
・メタルマスク:開口部4mm角、板厚50μm(セリアコーポレーション社製)
・メタルスキージ:40mm×250mm、厚み1mm(セリアコーポレーション社製)<焼結条件>
熱風オーブンに焼結前の接合体を入れ、25℃から300℃まで2℃/分の条件にて昇温し、300℃に達した後、300℃で2時間保持した。
[評価基準(印刷適性)]
○:被接合部1に印刷することができた。
×:被接合部1に印刷することができなかった。
<Evaluation of bonding paste>
[Preparation of bonded body]
After printing each of the bonding pastes on the plated surface of the bonded portion 1 below once under the printing conditions below, the plated surface of the bonded portion 2 (chip) described below is directed toward the bonded paste surface. And heated under the following sintering conditions to obtain a bonded body.
<Jointed part 1>
-Gold-plated copper base material: 20 x 20 x 3 mm
<Jointed part 2>
-Gold-plated SiC chip: 5 x 5 x 0.3 mm
<Printing conditions (metal mask printing)>
-Metal mask: Opening 4 mm square, plate thickness 50 μm (manufactured by Celia Corporation)
-Metal squeegee: 40 mm x 250 mm, thickness 1 mm (manufactured by Celia Corporation) <Sintering conditions>
The bonded body before sintering was placed in a hot air oven, the temperature was raised from 25 ° C. to 300 ° C. under the condition of 2 ° C./min, and after reaching 300 ° C., the temperature was maintained at 300 ° C. for 2 hours.
[Evaluation criteria (printability)]
◯: Printing was possible on the bonded portion 1.
X: Printing could not be performed on the bonded portion 1.

[接合強度(初期、冷熱サイクル試験後]
得られた接合体について、下記測定装置、試験条件にて接合強度(ダイシェア強度)を測定した。なお、表1中の※(米印)は、印刷することができなかったため、本評価を実施していないことを示す。
測定装置:万能型ボンドテスタ( デイジ・ジャパン株式会社製、4000シリーズ)
<試験条件>
・測定高さ:100μm
・測定スピード:500μm/s
[Joint strength (initial, after thermal cycle test]
The joint strength (die shear strength) of the obtained joint was measured with the following measuring device and test conditions. In addition, * (US mark) in Table 1 indicates that this evaluation was not carried out because it could not be printed.
Measuring device: Universal bond tester (4000 series manufactured by Daiji Japan Co., Ltd.)
<Test conditions>
・ Measurement height: 100 μm
・ Measurement speed: 500 μm / s

具体的には、接合体を被接合部1の部位で固定し、被接合部1と接合層との界面を起点として被接合部2に向かって高さ100μmの位置を、500μm/sの速度で押し、接合が破壊される接合強度を求めた。接合体を作製した直後の接合強度(初期強度)と下記サイクル試験後の接合強度について測定し、下記評価基準に基づいて評価した。接着強度の数値が大きいものほど良好であり、15MPa以上が実用範囲内である。評価基準の数値の大きいものほど良好であり、評価基準の数値が2以下のものは不良であることを示す。 Specifically, the bonded body is fixed at the site of the bonded portion 1, and the position at a height of 100 μm toward the bonded portion 2 from the interface between the bonded portion 1 and the bonded layer is at a speed of 500 μm / s. The joint strength was obtained by pressing with. The joint strength (initial strength) immediately after the joint was prepared and the joint strength after the following cycle test were measured and evaluated based on the following evaluation criteria. The larger the value of the adhesive strength, the better, and 15 MPa or more is within the practical range. The larger the value of the evaluation standard, the better, and the value of the evaluation standard of 2 or less indicates that it is defective.

6: 40MPa以上
5: 30MPa以上40MPa未満
4: 20MPa以上30MPa未満
3: 15MPa以上20MPa未満
2: 5MPa以上15MPa未満
1: 5MPa未満
6: 40 MPa or more 5: 30 MPa or more and less than 40 MPa 4: 20 MPa or more and less than 30 MPa 3: 15 MPa or more and less than 20 MPa 2: 5 MPa or more and less than 15 MPa 1: less than 5 MPa

<冷熱サイクル試験>
接合体を-40℃で30分間保持した後、25℃で15分間保持し、150℃で30分間保持する工程を1サイクルとし、500サイクルの保管を実施した。その後、前述の接合強度評価法と同一の手順及び基準にて評価をした。さらに、長期耐性試験として、1000サイクル後の同様の評価を実施した。
<Cold heat cycle test>
After holding the bonded body at −40 ° C. for 30 minutes, holding it at 25 ° C. for 15 minutes, and holding it at 150 ° C. for 30 minutes was defined as one cycle, and 500 cycles of storage were carried out. After that, evaluation was performed using the same procedure and criteria as the above-mentioned bonding strength evaluation method. Furthermore, as a long-term resistance test, a similar evaluation after 1000 cycles was performed.

比較例の接合用ペーストでは、高濃度に金属粒子を含む場合(比較例1、5、7)に印刷することができなかった。金属粒子濃度を低減することにより、印刷が可能となったが、得られた接合体の接合強度は著しく低く、ダイシェア試験後に破壊されたサンプルを観察すると、金メッキ処理SiCチップと接合層との界面で破壊されていた。
一方、実施例の接合用ペーストでは、高濃度に金属粒子を含有する場合であっても印刷適性に優れ、得られた接合体の接合強度が非常に高く、冷熱サイクル試験を実施した後も、接合強度の低下が抑止されていることが確認された。なお、実施例1~39において、接合強度の評価を実施した後のサンプルをトルエンに浸して、残存する有機物を抽出して濃縮し、IRを測定したところ、いずれのサンプルからもアミド結合に帰属されるピークが検出され、接合体中に多価脂肪酸(B)とポリアミン(C)とが縮合したポリアミドが生成していることが確認された。
The bonding paste of Comparative Example could not be printed when the metal particles were contained in a high concentration (Comparative Examples 1, 5, and 7). Printing became possible by reducing the metal particle concentration, but the bonding strength of the obtained bonded body was extremely low, and when observing the sample destroyed after the die shear test, the interface between the gold-plated SiC chip and the bonded layer was observed. Was destroyed in.
On the other hand, the bonding paste of the example has excellent printability even when the metal particles are contained in a high concentration, the bonding strength of the obtained bonded body is very high, and even after the thermal cycle test is performed. It was confirmed that the decrease in joint strength was suppressed. In Examples 1 to 39, the samples after the evaluation of the bonding strength were immersed in toluene, the remaining organic substances were extracted and concentrated, and the IR was measured. As a result, they belonged to the amide bond from all the samples. The peak was detected, and it was confirmed that a polyamide obtained by condensing the polyvalent fatty acid (B) and the polyamine (C) was formed in the conjugate.

Figure 2022099238000001
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Figure 2022099238000002
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Figure 2022099238000003
Figure 2022099238000003

Claims (15)

平均粒子径が1nm~1000nmである金属粒子(A)と、多価脂肪酸(B)と、ポリアミン(C)とを含有することを特徴とする金属粒子含有組成物。 A metal particle-containing composition comprising metal particles (A) having an average particle diameter of 1 nm to 1000 nm, a polyunsaturated fatty acid (B), and a polyamine (C). 多価脂肪酸(B)の炭素数が20~80であり、かつ、ポリアミン(C)の炭素数が20~80であることを特徴とする請求項1記載の金属粒子含有組成物。 The metal particle-containing composition according to claim 1, wherein the polyvalent fatty acid (B) has 20 to 80 carbon atoms and the polyamine (C) has 20 to 80 carbon atoms. 多価脂肪酸(B)が、二価及び/又は三価の脂肪酸を含むことを特徴とする請求項1又は2記載の金属粒子含有組成物。 The metal particle-containing composition according to claim 1 or 2, wherein the polyunsaturated fatty acid (B) contains divalent and / or trivalent fatty acids. ポリアミン(C)が、ジアミン及び/又はトリアミンを含むことを特徴とする請求項1~3いずれか記載の金属粒子含有組成物。 The metal particle-containing composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the polyamine (C) contains a diamine and / or a triamine. 多価脂肪酸(B)及び/又はポリアミン(C)が、分岐及び/又は環状構造を有することを特徴とする請求項1~4いずれか記載の金属粒子含有組成物。 The metal particle-containing composition according to any one of claims 1 to 4, wherein the polyunsaturated fatty acid (B) and / or the polyamine (C) has a branched and / or cyclic structure. 多価脂肪酸(B)の価数をm、ポリアミン(C)の価数をnとした際、多価脂肪酸(B)がm価の炭化水素基(D)を有するか、ポリアミン(C)がn価の炭化水素基(E)を有することを特徴とする請求項1~5いずれか記載の金属粒子含有組成物。 When the valence of the polyvalent fatty acid (B) is m and the valence of the polyamine (C) is n, either the polyvalent fatty acid (B) has an m-valent hydrocarbon group (D) or the polyamine (C) has a valence of m. The metal particle-containing composition according to any one of claims 1 to 5, which has an n-valent hydrocarbon group (E). m価の炭化水素基(D)の炭素数及び/又はn価の炭化水素基(E)の炭素数が、30~60であることを特徴とする請求項6記載の金属粒子含有組成物。 The metal particle-containing composition according to claim 6, wherein the m-valent hydrocarbon group (D) has 30 to 60 carbon atoms and / or the n-valent hydrocarbon group (E) has 30 to 60 carbon atoms. 金属粒子(A)100質量部に対して、多価脂肪酸(B)0.05質量部~1質量部及び/又はポリアミン(C)0.05質量部~1質量部を含有してなることを特徴とする請求項1~7いずれか記載の金属粒子含有組成物。 The metal particles (A) contain 0.05 parts by mass to 1 part by mass of the polyvalent fatty acid (B) and / or polyamine (C) 0.05 parts by mass to 1 part by mass with respect to 100 parts by mass. The metal particle-containing composition according to any one of claims 1 to 7. 金属粒子(A)100質量部に対して、多価脂肪酸(B)0.1質量部~0.5質量部及び/又はポリアミン(C)0.1質量部~0.5質量部を含有してなることを特徴とする請求項8記載の金属粒子含有組成物。 Contains 0.1 part by mass to 0.5 part by mass of polyvalent fatty acid (B) and / or 0.1 part by mass to 0.5 part by mass of polyamine (C) with respect to 100 parts by mass of metal particles (A). The metal particle-containing composition according to claim 8, wherein the composition comprises. 金属粒子(A)の平均粒子径が、180nm~400nmであることを特徴とする請求項1~9いずれか記載の金属粒子含有組成物。 The metal particle-containing composition according to any one of claims 1 to 9, wherein the metal particles (A) have an average particle size of 180 nm to 400 nm. 金属粒子(A)の平均粒子径が、200nm~300nmであることを特徴とする請求項10記載の金属粒子含有組成物。 The metal particle-containing composition according to claim 10, wherein the metal particles (A) have an average particle size of 200 nm to 300 nm. 請求項1~11いずれか記載の金属粒子含有組成物と、分散媒(F)とを含有する接合用ペースト。 A bonding paste containing the metal particle-containing composition according to any one of claims 1 to 11 and the dispersion medium (F). 金属粒子(A)と多価脂肪酸(B)とポリアミン(C)と分散媒(F)との質量の和に占める金属粒子(A)の質量の割合が、80質量%~95質量%である請求項12記載の接合用ペースト。 The ratio of the mass of the metal particles (A) to the sum of the masses of the metal particles (A), the polyvalent fatty acid (B), the polyamine (C), and the dispersion medium (F) is 80% by mass to 95% by mass. The bonding paste according to claim 12. 第一の被接合部と第二の被接合部とが接合層を介して接合された接合体であって、接合層が、請求項12又は13記載の接合用ペーストによって形成された層である接合体。 A bonded body in which a first bonded portion and a second bonded portion are bonded via a bonding layer, and the bonding layer is a layer formed by the bonding paste according to claim 12 or 13. Joined body. 第一の被接合部と第二の被接合部とが接合層を介して接合された接合体の製造方法であって、平均粒子径が1nm~1000nmである金属粒子(A)と、多価脂肪酸(B)と、ポリアミン(C)と、分散媒(F)とを含有する接合用ペーストを第一の被接合部に塗布し、第二の被接合部を載置して焼結を行う工程を含むことを特徴とする接合体の製造方法。 A method for manufacturing a bonded body in which a first bonded portion and a second bonded portion are bonded via a bonding layer, and the metal particles (A) having an average particle diameter of 1 nm to 1000 nm are multivalent. A bonding paste containing a fatty acid (B), a polyamine (C), and a dispersion medium (F) is applied to the first bonded portion, and the second bonded portion is placed and sintered. A method for manufacturing a bonded body, which comprises a step.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024106298A1 (en) * 2022-11-17 2024-05-23 artience株式会社 Bonding paste, bonded body, and method for producing bonded body

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