JP5670924B2 - Conductive bonding material, method of bonding ceramic electronic material using the same, and ceramic electronic device - Google Patents

Conductive bonding material, method of bonding ceramic electronic material using the same, and ceramic electronic device Download PDF

Info

Publication number
JP5670924B2
JP5670924B2 JP2012002563A JP2012002563A JP5670924B2 JP 5670924 B2 JP5670924 B2 JP 5670924B2 JP 2012002563 A JP2012002563 A JP 2012002563A JP 2012002563 A JP2012002563 A JP 2012002563A JP 5670924 B2 JP5670924 B2 JP 5670924B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solvent
bonding material
conductive
conductive bonding
ether
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2012002563A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2013143243A (en
Inventor
高橋 洋祐
洋祐 高橋
浩之 犬飼
浩之 犬飼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Noritake Co Ltd
Original Assignee
Noritake Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Noritake Co Ltd filed Critical Noritake Co Ltd
Priority to JP2012002563A priority Critical patent/JP5670924B2/en
Publication of JP2013143243A publication Critical patent/JP2013143243A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5670924B2 publication Critical patent/JP5670924B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/28Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L24/29Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099Material
    • H01L2224/29198Material with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials in the form of a matrix with a filler, i.e. being a hybrid material, e.g. segmented structures, foams
    • H01L2224/29298Fillers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838Bonding techniques
    • H01L2224/8384Sintering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]

Description

本発明は、パワー半導体等のセラミック電子材料の接合に用いる導電性接合材と、これを用いたセラミック電子材料の接合方法およびセラミック電子デバイスに関する。   The present invention relates to a conductive bonding material used for bonding ceramic electronic materials such as power semiconductors, a method for bonding ceramic electronic materials using the same, and a ceramic electronic device.

インバータ等に代表される電力制御技術を通じた地球環境対策、電力消費削減対策が注目されており、SiC(炭化ケイ素)、GaN(窒化ガリウム)、C(ダイヤモンド)等を用いた次世代パワー半導体モジュールの実用化に向けての研究が盛んに行われている。かかるパワー半導体モジュール等のセラミック電子材料としては、例えば図2に示すような、絶縁型半導体装置100が知られている。   The next generation power semiconductor module using SiC (silicon carbide), GaN (gallium nitride), C (diamond), etc. is attracting attention as a measure against global environment and power consumption reduction through power control technology represented by inverters. There is a lot of research on the practical application of. As a ceramic electronic material such as a power semiconductor module, an insulating semiconductor device 100 as shown in FIG. 2 is known, for example.

この絶縁型半導体装置100は、基本的構成部分として、銅(Cu)などで構成されるベース材(冷却板)102の上に接合部101を介してセラミックス絶縁基板104を備え、その表面には、典型的にはスクリーン印刷法等により形成された金属膜の回路配線パターンが描かれている。そしてこの回路つきセラミックス絶縁基板104の上に、接合部101を介して、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)あるいはダイオードなどのパワー半導体デバイス106を複数備えている。これらの半導体デバイス106は、使用目的にあわせて互いに(あるいは電極と)結線され、樹脂にて封止されてパッケージ化されることで、小型軽量化、製造工程の簡略化等を図ることが可能とされる。   The insulating semiconductor device 100 includes, as a basic component, a ceramic insulating substrate 104 on a base material (cooling plate) 102 made of copper (Cu) or the like via a bonding portion 101, and on its surface. Typically, a circuit wiring pattern of a metal film formed by a screen printing method or the like is drawn. A plurality of power semiconductor devices 106 such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), or diodes are provided on the ceramic insulating substrate 104 with a circuit via the joint portion 101. Yes. These semiconductor devices 106 are connected to each other (or with electrodes) in accordance with the purpose of use, and are sealed with a resin and packaged, so that it is possible to reduce the size and weight, simplify the manufacturing process, and the like. It is said.

このような従来の絶縁型半導体装置100においては、一般的には、上記の半導体デバイス106、セラミックス絶縁基板104およびベース材102等の電子材料同士を、先ず高温はんだにより高温(例えば800℃)で接合した後、それらを中温または低温はんだにて低温(例えば500℃以下)で接合している。
一方で、次世代パワー半導体モジュール用の半導体材料の更なる小型化、高機能化、高集積化に伴い、基板と半導体チップを一体化させることが提案されており、例えば500℃以下の低温でパワー半導体モジュールを一括して焼成接合し、集積化することが検討されている。
In such a conventional insulating semiconductor device 100, generally, the electronic materials such as the semiconductor device 106, the ceramic insulating substrate 104, and the base material 102 are first heated at a high temperature (for example, 800 ° C.) with high-temperature solder. After joining, they are joined at a low temperature (for example, 500 ° C. or less) with a medium temperature or low temperature solder.
On the other hand, with further miniaturization, higher functionality, and higher integration of semiconductor materials for next-generation power semiconductor modules, it has been proposed to integrate a substrate and a semiconductor chip, for example, at a low temperature of 500 ° C. or lower. It has been studied to integrate power semiconductor modules by firing and bonding together.

そしてこのような次世代パワー半導体モジュールにおける各半導体材料を接合する材料として、ナノメートルサイズの導電性粒子(典型的には、金属ナノ粒子)の量子サイズ効果による低温焼結現象および高い表面活性を利用した低温焼成型の導電性接合材を用いることが提案されている。金属ナノ粒子を含む導電性接合材による接合界面は、金属結合による接合が行われていることから、高い耐熱性と信頼性および高放熱性を有することから、次世代パワー半導体モジュールの導電性接合材料として望ましいとされている。   And as a material to join each semiconductor material in such next-generation power semiconductor module, low temperature sintering phenomenon and high surface activity due to quantum size effect of nanometer-sized conductive particles (typically metal nanoparticles) It has been proposed to use a low-temperature firing type conductive bonding material. Since the bonding interface by the conductive bonding material containing metal nanoparticles is bonded by metal bonding, it has high heat resistance, reliability and high heat dissipation, so conductive bonding of next-generation power semiconductor modules It is desirable as a material.

特開2008−208442号公報JP 2008-208442 A 特開2008−161907号公報JP 2008-161907 A 特開2010−257880号公報JP 2010-257880 A

しかしながら、平均粒径が100nm以下と非常に微細な金属ナノ粒子は凝集を起こしやすく、この金属ナノ粒子を安定化させるためには該金属ナノ粒子の表面に有機物の保護膜を形成する必要があった。この有機物の保護膜は接合時には除去する必要があるが、低温での加熱で保護膜を完全に除去することが難しく、十分な接合強度を得ることが困難となっていた。また、金属粒子の有機物の保護膜を低温で分解するように分子設計を行うことも提案されているが、20℃〜30℃の室温下でこのような金属粒子を作製した際には直ちに金属ナノ粒子同士の凝集が起こることから、低温で焼結可能な金属ナノ粒子の作製は困難とされていた。そしてこのような有機物の保護膜を備えない金属ナノ粒子については直ちに凝集が起こり、例えば印刷等で接合部を形成する場合などに成形体密度が低くなりやすく、結果として、焼結体密度についても低くなりやすいという問題があった。なお、焼結体密度が低くなると空隙部が多く存在するため、放熱性の低下、電気抵抗の増大、接合強度の低下といった問題も生じてしまう。   However, very fine metal nanoparticles with an average particle size of 100 nm or less are likely to agglomerate. In order to stabilize the metal nanoparticles, it is necessary to form an organic protective film on the surface of the metal nanoparticles. It was. This organic protective film must be removed at the time of bonding, but it is difficult to completely remove the protective film by heating at a low temperature, and it has been difficult to obtain sufficient bonding strength. In addition, it has been proposed to perform molecular design so that the organic protective film of the metal particles is decomposed at a low temperature, but when such metal particles are produced at room temperature of 20 ° C. to 30 ° C., the metal is immediately used. Since nanoparticle aggregation occurs, it has been difficult to produce metal nanoparticles that can be sintered at low temperatures. And for such metal nanoparticles that do not have an organic protective film, agglomeration occurs immediately, and for example, when forming joints by printing or the like, the compact density tends to be low. There was a problem that it tends to be low. Note that when the sintered body density is low, there are many voids, which causes problems such as a decrease in heat dissipation, an increase in electrical resistance, and a decrease in bonding strength.

一方で、特許文献1には、平均粒径が1nm以上50μm以下の金属化合物粒子(金属マイクロ粒子)に対して、有機物からなる還元剤を添加することによって、金属化合物粒子単体を加熱分解するよりも低温で金属化合物粒子が還元されて平均粒径が100nm以下の金属粒子(金属ナノ粒子)が作製され、これを接合用材料として用いることが開示されている。しかしながら、この手法によると、接合前に予め接合面に酸化物層を生成させ、その層に酸化処理を施して自然酸化膜厚以上の厚さの酸化層を生成させておくことが必要であり、接合方法が煩雑なものとなってしまっていた。
また、このようなナノ粒子の取り扱いの困難さから、平均粒径が100μm以下の金属粒子を用いた導電性接合材料が提案されてもいる(例えば特許文献2および3参照)。
On the other hand, in Patent Document 1, by adding a reducing agent made of an organic substance to metal compound particles (metal microparticles) having an average particle diameter of 1 nm to 50 μm, the metal compound particles are thermally decomposed. In addition, it is disclosed that metal compound particles are reduced at a low temperature to produce metal particles (metal nanoparticles) having an average particle size of 100 nm or less and used as a bonding material. However, according to this method, it is necessary to generate an oxide layer on the bonding surface in advance before bonding, and perform an oxidation treatment on the layer to generate an oxide layer with a thickness greater than the natural oxide film thickness. The joining method has become complicated.
In addition, due to the difficulty in handling such nanoparticles, a conductive bonding material using metal particles having an average particle size of 100 μm or less has been proposed (see, for example, Patent Documents 2 and 3).

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ナノメートルサイズの導電性粒子の凝集を抑制し安定して分散した状態を維持し得る導電性接合材を提供することを目的とする。また、かかる導電性接合材を用いて形成されたパワー半導体モジュール等のセラミック電子デバイスを提供することを他の目的とする。   This invention is made | formed in view of this point, and it aims at providing the electroconductive joining material which can suppress the aggregation of electroconductive particle of nanometer size, and can maintain the state disperse | distributed stably. Another object of the present invention is to provide a ceramic electronic device such as a power semiconductor module formed using such a conductive bonding material.

本発明者らは、上記目的を実現するべく鋭意研究を重ねた結果、ナノメートルサイズの粒子の凝集を抑え、溶媒に安定して分散させるには、溶媒自体を安定した良溶媒の状態に整えることが極めて重要であり、該ナノメートルサイズの粒子に対して良好な溶媒は、バインダとしての樹脂と、溶剤とを特別な組み合わせおよび配合にすることが極めて有効であることを見出し、本発明を想到するに至ったものである。
すなわち、本発明が提供する導電性接合材は、セラミック電子材料を接合する導電性接合材であって、平均粒径が100nm以下の導電性粒子と、バインダとしての樹脂と、少なくとも2種類の溶剤からなる混合溶剤とを包含し、これらがペースト状(スラリー状、インク状を包含する。以下同じ。)に調製されている。ここで、上記樹脂はセルロース系樹脂であり、上記混合溶剤は、少なくともアルコール系溶剤とエーテル系溶剤とを含んでいる。そして、かかるアルコール系溶剤とエーテル系溶剤は、上記アルコール系溶剤が20質量%〜80質量%、上記エーテル系溶剤が80質量%〜20質量%の割合で配合されていることを特徴としている。
また、アルコール系溶剤≧エーテル系溶剤を具備する割合、すなわち、アルコール系溶剤が全体の50質量%以上であることが好ましい。
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have adjusted the solvent itself to a stable good solvent state in order to suppress aggregation of nanometer-sized particles and stably disperse them in the solvent. It is extremely important that a good solvent for the nanometer-sized particles is found to be extremely effective when a resin as a binder and a solvent are combined and formulated in a special combination. This is what I came up with.
That is, the conductive bonding material provided by the present invention is a conductive bonding material for bonding ceramic electronic materials, the conductive particles having an average particle size of 100 nm or less, a resin as a binder, and at least two kinds of solvents. These are prepared in the form of a paste (including slurry and ink. The same shall apply hereinafter). Here, the resin is a cellulose resin, and the mixed solvent contains at least an alcohol solvent and an ether solvent. The alcohol solvent and the ether solvent are characterized in that the alcohol solvent is blended in a proportion of 20% by mass to 80% by mass and the ether solvent is blended in a proportion of 80% by mass to 20% by mass.
Moreover, it is preferable that the ratio which comprises alcohol solvent> ether solvent, ie, alcohol solvent is 50 mass% or more of the whole.

本発明者らの種々の検討によると、セルロース系樹脂は、少なくともアルコール系溶剤とエーテル系溶剤とを含む混合溶剤との相性が良く、かかる混合溶剤に良好に溶解して均一な溶媒系を形成し得る。すなわち、セルロース系樹脂に対して、アルコール系溶剤あるいはエーテル系溶剤は、単独では最良の良溶媒の一つとはなり難いが、アルコール系溶剤およびエーテル系溶剤を適切な配合比で組み合わせて混合溶媒を調製することでより溶解性の高い良溶媒へと転換することができる。そして、このように相性の良い混合溶剤に樹脂が溶解されてなる溶媒系は、平均粒径が100nm以下の導電性粒子(以下、単に「ナノ導電性粒子」という場合もある。)に対しても良好な良溶媒となり得る。したがって、該導電性接合材をペースト状に調製した場合であっても、該ナノ導電性粒子の凝集を抑制して安定して分散した状態を維持し得る。かかる導電性接合材を用いることで、密度に偏りがなく、高密度の成形体(接合層)を形成することができる。また、この成形体を焼成することで、緻密で均質な高強度の接合部が得られると同時に、高い耐熱性と信頼性および高放熱性をも備える接合部を形成することができる。   According to various studies by the present inventors, the cellulose resin has a good compatibility with a mixed solvent containing at least an alcohol solvent and an ether solvent, and dissolves well in the mixed solvent to form a uniform solvent system. Can do. In other words, alcohol-based solvents or ether-based solvents are unlikely to be one of the best good solvents alone for cellulosic resins, but alcohol-based solvents and ether-based solvents are combined at an appropriate blending ratio. By preparing it, it can be converted to a good solvent with higher solubility. A solvent system in which a resin is dissolved in a mixed solvent having good compatibility as described above is used for conductive particles having an average particle size of 100 nm or less (hereinafter, sometimes simply referred to as “nanoconductive particles”). Can also be a good good solvent. Therefore, even when the conductive bonding material is prepared in a paste form, it is possible to suppress the aggregation of the nanoconductive particles and maintain a stably dispersed state. By using such a conductive bonding material, there is no unevenness in density, and a high-density molded body (bonding layer) can be formed. In addition, by firing the molded body, a dense and uniform high-strength joint can be obtained, and at the same time, a joint having high heat resistance, reliability, and high heat dissipation can be formed.

また、ここに開示される導電性接合材の好ましい一態様では、上記樹脂と上記混合溶剤とのハンセン溶解度パラメータの距離が5.0MPa0.5以下となるように、上記樹脂と、上記アルコール系溶剤および上記エーテル系溶剤ならびにその配合比が決定されていることを特徴とする。
ハンセンの溶解度パラメータ(HSP)は、ある物質が他のある物質にどのくらい溶けるのかという溶解性を表す指標である。このHSPは、溶剤ハンドブックなどにおいて採用されているヒルデブランドのSP値とはその思想が異なり、溶解性を多次元(典型的には、3次元)のベクトルで表す。このベクトルは、代表的には、分散項、極性項、水素結合項で表すことができる。そしてベクトルが似ているもの同士は溶解性が高いと判断でき、ベクトルの類似度をハンセン溶解度パラメータの距離(HSP距離)で判断し得る。また、ハンセンの溶解度パラメータは、溶解性の判断だけではなく、ある物質が他のある物質中にどの程度存在しやすいか、すなわち分散性がどの程度良いかの判断の指標ともなり得る。
そこで、ここに開示する発明においては、上記樹脂と上記混合溶剤とのHSP距離が5.0MPa0.5以下となるように、上記樹脂と、上記アルコール系溶剤および上記エーテル系溶剤の組み合わせならびにその配合比を決定するようにしている。HSP距離が5.0MPa0.5以下であると、この溶媒系が十分に安定したものとなり、ナノ導電性粒子をも安定して分散し得る。これにより、HSP距離という明確な指標を以て、平均粒径が100nm以下の導電性粒子を高分散させたペースト状の導電性接合材料を簡便に構成することができる。
Moreover, in one preferable aspect of the conductive bonding material disclosed herein, the resin and the alcohol-based resin are mixed so that the Hansen solubility parameter distance between the resin and the mixed solvent is 5.0 MPa 0.5 or less. The solvent, the ether solvent and the blending ratio thereof are determined.
Hansen's solubility parameter (HSP) is an index representing the solubility of how much a certain substance dissolves in another certain substance. This HSP has a different concept from the Hildebrand SP value employed in solvent handbooks and the like, and represents solubility as a multi-dimensional (typically three-dimensional) vector. This vector can typically be represented by a dispersion term, a polar term, and a hydrogen bond term. Those having similar vectors can be determined to have high solubility, and the similarity of vectors can be determined by the Hansen solubility parameter distance (HSP distance). In addition, Hansen's solubility parameter can be used not only as a judgment of solubility, but also as an index for judging how easily a certain substance is present in another certain substance, that is, how good the dispersibility is.
Therefore, in the invention disclosed herein, the combination of the resin, the alcohol solvent, and the ether solvent, and its combination so that the HSP distance between the resin and the mixed solvent is 5.0 MPa 0.5 or less. The mixing ratio is determined. When the HSP distance is 5.0 MPa 0.5 or less, this solvent system is sufficiently stable, and nano-conductive particles can be dispersed stably. Thus, a paste-like conductive bonding material in which conductive particles having an average particle diameter of 100 nm or less are highly dispersed can be easily configured with a clear index of HSP distance.

ここに開示される導電性接合材の好ましい一態様では、上記ナノ導電性粒子として、銀(Ag)粒子、銅(Cu)粒子、アルミニウム(Al)粒子または白金族に属するいずれかの金属の粒子を含む。かかる構成によると、焼成によりナノ導電性粒子の金属結合による接合部を形成することができ、より導電性等に優れた接合部を形成することが可能となる。   In a preferred embodiment of the conductive bonding material disclosed herein, as the nano conductive particles, silver (Ag) particles, copper (Cu) particles, aluminum (Al) particles, or particles of any metal belonging to the platinum group including. According to such a configuration, it is possible to form a joint portion by metal bonding of the nano-conductive particles by firing, and it is possible to form a joint portion that is more excellent in conductivity and the like.

ここに開示される導電性接合材の好ましい一態様では、上記エーテル系溶剤がジプロピレングリコールメチル−n−プロピルエーテル(DPMNP)である。DPMNPのHSPは、エーテル系溶剤の中でも、アルコール系溶剤と混合したときに混合溶剤のHSPをセルロース系樹脂のHSPに対して近くなる(すなわち、良溶媒となる)方向へと導きやすいもの(ベクトル)となっている。また、DPMNPは、HSP以外の沸点、粘度等の特性も、この導電性接合材における溶媒として適している。したがって、エーテル系溶剤としてかかるDPMNPを用いることで、ナノ導電性粒子が良好に分散されている導電性接合材料を実現し得る。   In a preferred embodiment of the conductive bonding material disclosed herein, the ether solvent is dipropylene glycol methyl-n-propyl ether (DPMNP). The DPMNP HSP is an ether solvent that is easy to guide the HSP of the mixed solvent closer to the HSP of the cellulose resin (that is, a good solvent) when mixed with an alcohol solvent (vector) ). Further, DPMNP is suitable as a solvent in the conductive bonding material because of characteristics such as boiling point and viscosity other than HSP. Therefore, by using such DPMNP as an ether solvent, a conductive bonding material in which nano conductive particles are well dispersed can be realized.

ここに開示される導電性接合材の好ましい一態様では、上記セルロース系樹脂がエチルセルロースである。エチルセルロースは、高沸点溶剤への溶解性に優れるとともに、各種材料の分散性や燃焼分解特性に優れており、焼成ペーストのバインダとして適した性質を有する。これにより、導電性粒子の分散性に優れ、焼成後の樹脂成分の残留が少ない、高品質な導電性接合材料が提供される。   In a preferred embodiment of the conductive bonding material disclosed herein, the cellulosic resin is ethyl cellulose. Ethyl cellulose is excellent in solubility in a high boiling point solvent, and is excellent in dispersibility and combustion decomposition characteristics of various materials, and has properties suitable as a binder for a baked paste. This provides a high-quality conductive bonding material that is excellent in dispersibility of conductive particles and has little residual resin component after firing.

ここに開示される導電性接合材の好ましい一態様では、上記セルロース系樹脂がエチルセルロースであり、上記アルコール系溶剤がテルピネオールであり、上記エーテル系溶剤がジプロピレングリコールメチル−n−プロピルエーテルである。これらの樹脂、アルコール系溶剤およびエーテル系溶剤の組み合わせは溶解性に関する相性が良く、極めて良好な良溶媒を構築し得る。したがって、かかる溶媒系にナノ導電性粒子を分散させることで、ナノ導電性粒子が安定して高分散した導電性接合材料が提供される。   In a preferred embodiment of the conductive bonding material disclosed herein, the cellulose resin is ethyl cellulose, the alcohol solvent is terpineol, and the ether solvent is dipropylene glycol methyl-n-propyl ether. The combination of these resins, alcohol solvents and ether solvents has a good compatibility with respect to solubility, and can build a very good good solvent. Therefore, by dispersing nano conductive particles in such a solvent system, a conductive bonding material in which nano conductive particles are stably highly dispersed is provided.

かかる導電性接合材料において、テルピネオールとジプロピレングリコールメチル−n−プロピルエーテルの質量割合が、テルピネオール:ジプロピレングリコールメチル−n−プロピルエーテルとして、50:50〜70:30であることが好ましい。混合溶媒を上記配合とすることで、例えば樹脂成分であるエチルセルロースと混合溶媒とのHSP距離を5.0MPa0.5以下とすることができ、良好な溶媒系を調製することができる。 In such a conductive bonding material, the mass ratio of terpineol and dipropylene glycol methyl-n-propyl ether is preferably 50:50 to 70:30 as terpineol: dipropylene glycol methyl-n-propyl ether. By setting the mixed solvent to the above composition, for example, the HSP distance between ethyl cellulose as the resin component and the mixed solvent can be set to 5.0 MPa 0.5 or less, and a good solvent system can be prepared.

また上記目的を解決する他の側面として、ここに開示される発明は、セラミック電子デバイスを提供する。かかるセラミック電子デバイスは、セラミック電子材料を含む少なくとも二つの電子材料が、上記のいずれか1つに記載の導電性接合材の焼成物(接合部)によって相互に接合されていることを特徴としている。上記のナノ導電性粒子を含む導電性接合材によると、上記接合部には有機物の保護膜等が残存し難く、典型的にはナノ導電性粒子同士が金属結合により接合するため、接合部は高い導電性を有し、さらに高耐熱性および高放熱性を備え得る。また、導電性接合材中のナノ導電性粒子は互いの凝集が抑制されて被接合材である電子材料の表面に特定の方位を以て緻密に配列し得るため、得られる接合部は緻密で高強度となり得る。さらに、被接合材である電子材料の構成材料によっては、例えば、該構成材料に対してエピタキシャルな接合界面を形成し得るため、より高い接合強度および導電特性を備え得る。   As another aspect for solving the above object, the invention disclosed herein provides a ceramic electronic device. Such a ceramic electronic device is characterized in that at least two electronic materials including a ceramic electronic material are bonded to each other by the fired product (bonded portion) of the conductive bonding material according to any one of the above. . According to the conductive bonding material including the nano conductive particles, an organic protective film or the like hardly remains in the bonding portion. Typically, the nano conductive particles are bonded to each other by a metal bond. It has high conductivity and can have high heat resistance and high heat dissipation. In addition, the nano-conductive particles in the conductive bonding material can be closely aligned with a specific orientation on the surface of the electronic material that is the material to be bonded because the aggregation of each other is suppressed. Can be. Furthermore, depending on the constituent material of the electronic material that is the material to be joined, for example, an epitaxial joint interface can be formed with respect to the constituent material, so that higher joint strength and conductive characteristics can be provided.

さらに、上記目的を解決する他の側面として、ここに開示される発明は、セラミック電子材料の接合方法を提供する。かかる接合方法は、セラミック電子材料を含む少なくとも二つの電子材料を上記のいずれか1つに記載の導電性接合材を介して相互に接着し、500℃以下の温度範囲で焼成することで、上記導電性接合材の焼成物からなる接合部材により上記少なくとも二つの電子材料を接合することを特徴としている。
ナノ導電性粒子は、その高い表面活性からその焼結温度を低下し得ることが知られている。また上記導電性接合材において、導電性ナノ粒子は凝集が抑制されており、凝集している導電性ナノ粒子よりも低温での焼結が可能となる。したがって、かかる接合方法においては、500℃以下(好ましくは400℃以下、例えば、300℃以下)の温度範囲で焼成するようにしており、接合部以外の他の電子材料への影響を最小限にとどめることが可能となる。
Furthermore, as another aspect for solving the above object, the invention disclosed herein provides a method for joining ceramic electronic materials. Such a bonding method includes bonding at least two electronic materials including a ceramic electronic material to each other via the conductive bonding material according to any one of the above, and firing at a temperature range of 500 ° C. or less. The at least two electronic materials are joined by a joining member made of a fired product of a conductive joining material.
It is known that nano-conductive particles can lower their sintering temperature due to their high surface activity. In the conductive bonding material, aggregation of the conductive nanoparticles is suppressed, and sintering at a lower temperature than that of the aggregated conductive nanoparticles becomes possible. Therefore, in such a bonding method, firing is performed at a temperature range of 500 ° C. or lower (preferably 400 ° C. or lower, for example, 300 ° C. or lower), and the influence on other electronic materials other than the bonded portion is minimized. It is possible to stay.

本発明の実施形態に係るセラミック電子デバイスの構造の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example of the structure of the ceramic electronic device which concerns on embodiment of this invention. 従来のセラミック電子デバイスの構造の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example of the structure of the conventional ceramic electronic device.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事項であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、導電性粒子の製造方法、導電性粒子と溶媒とを混合する方法、導電性接合材の基板への供給方法等)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. It should be noted that matters other than those specifically mentioned in the present specification and matters necessary for carrying out the present invention (for example, a method for producing conductive particles, a method for mixing conductive particles and a solvent, conductive bonding) The method for supplying the material to the substrate, etc.) can be grasped as a design matter of those skilled in the art based on the prior art in the field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.

<セラミック電子デバイス>
なお、ここで開示される導電性接合材を用いて製造されるセラミック電子デバイスは、従来のセラミック電子デバイスと同様であってよく、特段異ならしめる構成は含んでいない。かかるセラミック電子デバイスの一実施形態としての絶縁型半導体装置10を図1に示した。図1に示される絶縁型半導体装置10の構造自体は図2に示される従来の絶縁型半導体装置100と同様であり、かかる構造自体に異なるところはなく、同様の断面図で示している。即ち、本実施形態に係るセラミック電子デバイスは、典型的には、図1に例示した構成を備える絶縁型半導体装置10等であってよい。
<Ceramic electronic devices>
In addition, the ceramic electronic device manufactured using the electroconductive joining material disclosed here may be the same as that of the conventional ceramic electronic device, and does not include a configuration that makes it particularly different. An insulating semiconductor device 10 as an embodiment of such a ceramic electronic device is shown in FIG. The structure itself of the insulated semiconductor device 10 shown in FIG. 1 is the same as that of the conventional insulated semiconductor device 100 shown in FIG. 2, and there is no difference in the structure itself. That is, the ceramic electronic device according to the present embodiment may typically be an insulating semiconductor device 10 having the configuration illustrated in FIG.

この絶縁型半導体装置10は、基本的構成部分として、ベース材(典型的には、銅(Cu)で構成される冷却板であり得る。)2の上に、セラミックス絶縁基板(代表的には、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素)4を備え、その表面には、典型的にはスクリーン印刷法等により形成された金属膜の回路配線パターンが描かれている。そしてこの回路つきセラミックス絶縁基板4の上に、パワー半導体デバイス6を複数備えている。なお、図1においてパワー半導体デバイス6間の配線の表示は省略しているが、半導体デバイス6は使用目的にあわせて互いに(あるいは電極と)結線され、樹脂にて封止されパッケージ化されたものとすることができる。   The insulating semiconductor device 10 includes a ceramic insulating substrate (typically, typically a cooling plate made of copper (Cu)) 2 as a basic component. , Alumina, aluminum nitride, silicon nitride) 4, and a circuit wiring pattern of a metal film typically formed by a screen printing method or the like is drawn on the surface thereof. A plurality of power semiconductor devices 6 are provided on the ceramic insulating substrate 4 with circuit. In FIG. 1, the display of wiring between the power semiconductor devices 6 is omitted, but the semiconductor devices 6 are connected to each other (or with electrodes) according to the purpose of use, sealed with resin, and packaged. It can be.

<導電性接合材>
そしてここに開示される導電性接合材は、セラミック電子材料同士、あるいはセラミック電子材料とその他の素材からなる電子材料とを接合するのに用いる導電性接合材である。電子材料は、導電性接合材が焼成されてなる焼成物で構成される接合部1によって相互に接合されている。ここで、電子材料は、例えば、上記のセラミックス絶縁基板4や、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)あるいはダイオードなどの各種のパワー半導体デバイス6等に代表されるセラミック電子材料と、例えば上記のベース材2等に代表される電子材料とを接合する導電性接合材であり得る。
<Conductive bonding material>
The conductive bonding material disclosed herein is a conductive bonding material used for bonding ceramic electronic materials to each other or between an electronic material made of a ceramic electronic material and another material. The electronic materials are joined to each other by a joint 1 composed of a fired product obtained by firing a conductive joining material. Here, the electronic material is typified by, for example, the ceramic insulating substrate 4 described above, and various power semiconductor devices 6 such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), or a diode. For example, a conductive bonding material for bonding a ceramic electronic material and an electronic material typified by the above-described base material 2 or the like.

このように、ここに開示される発明において、セラミック電子材料とは、電子素子等を構成する電子材料のうち、少なくとも一部がセラミックで構成されている電子材料である。また、セラミックとは、基本成分が金属酸化物からなる酸化物系のセラミックス、または、基本成分が金属の炭化物、窒化物、ホウ化物あるいはフッ化物からなる非酸化物系セラミックスのいずれをも含むことができる。このようなセラミック電子材料を構成するセラミックスとしては、例えば、代表的には、アルミナ(Al)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ケイ素(Si)およびサイアロン(Sialon、Si−AlN−Al固溶体)、炭化ケイ素(SiC)、窒化ホウ素(BN)、GaN(窒化ガリウム)等を例示することができる。 Thus, in the invention disclosed herein, the ceramic electronic material is an electronic material in which at least a part of the electronic material constituting the electronic element or the like is made of ceramic. In addition, the term “ceramic” includes both oxide ceramics whose basic component is a metal oxide, or non-oxide ceramics whose basic component is a metal carbide, nitride, boride or fluoride. Can do. As ceramics constituting such a ceramic electronic material, for example, typically, alumina (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si 3 N 4 ), and sialon (Sialon, Si 3 N) are used. 4- AlN—Al 2 O 3 solid solution), silicon carbide (SiC), boron nitride (BN), GaN (gallium nitride), and the like.

<ナノ導電性粒子>
そしてかかる導電性接合材は、平均粒径が100nm以下の導電性粒子、いわゆるナノ導電性粒子を主体として構成され、これを電子材料に最適な状態で供給し得るように溶媒に分散させてペースト状に調製したものとして提供される。ここで溶媒は、典型的には、バインダとしての樹脂と、少なくとも2種類の溶剤からなる混合溶剤とを包んでいる。そして、これら樹脂と混合溶媒とからなる溶媒(以下、樹脂および混合溶媒からなる溶媒を、ここの材料の相関を考慮して「溶媒系」という場合もある。)において、上記樹脂がセルロース系樹脂であり、上記混合溶剤が、アルコール系溶剤が20質量%〜80質量%、エーテル系溶剤が80質量%〜20質量%の割合で配合されている混合溶媒であることにより特徴づけられている。
<Nano conductive particles>
The conductive bonding material is mainly composed of conductive particles having an average particle diameter of 100 nm or less, that is, so-called nano conductive particles, which are dispersed in a solvent so as to be supplied in an optimum state for an electronic material, and paste It is provided as a prepared product. Here, the solvent typically wraps a resin as a binder and a mixed solvent composed of at least two kinds of solvents. In the solvent composed of these resins and a mixed solvent (hereinafter, the solvent composed of the resin and the mixed solvent may be referred to as a “solvent system” in consideration of the correlation of the materials here), the resin is a cellulosic resin. The mixed solvent is characterized in that it is a mixed solvent in which an alcohol-based solvent is blended in an amount of 20% by mass to 80% by mass and an ether-based solvent is blended in an amount of 80% by mass to 20% by mass.

このような導電性接合材の主成分として含まれるナノ導電性粒子は、上記のとおり、平均粒子径(一次粒子)が100nm以下のものを用いるようにしている。該平均粒径については、より詳細には、例えば、1nm以上50nm以下であることが好ましく、より好適には2nm以上30nm以下であり、例えば20nm±5nmである。導電性接合材が焼成されることで、このナノ導電性粒子が焼結されて、上記電子材料を接合する接合部を形成するが、このようなサイズの導電性粒子を用いることで、より低温での焼成および焼結を可能とする導電性接合材が実現される。   As described above, the nano conductive particles contained as the main component of such a conductive bonding material are those having an average particle diameter (primary particles) of 100 nm or less. More specifically, the average particle diameter is preferably, for example, 1 nm to 50 nm, more preferably 2 nm to 30 nm, for example, 20 nm ± 5 nm. When the conductive bonding material is baked, the nano conductive particles are sintered to form a bonding portion for bonding the electronic material. By using the conductive particles of such a size, the temperature is lower. Thus, a conductive bonding material that can be fired and sintered is realized.

なお、本明細書において、平均粒径とは、例えば、動的光散乱法(DLS)に基づく粒度分布測定により測定した体積基準の粒度分布において、累積50%に相当する粒径D50値(メジアン径)により表すことができる。 In the present specification, the average particle size is, for example, a particle size D 50 value corresponding to 50% cumulative in a volume-based particle size distribution measured by particle size distribution measurement based on dynamic light scattering (DLS) ( Median diameter).

このようなナノ導電性粒子としては、導電性を示す各種の材料の粉末を用いることができる。このような導電性粒子については、その組成等に特に制限はなく各種の導電性材料から構成されてよい。例えば、代表的には、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、または白金(Pt)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)に代表される白金族元素、チタニウム(Ti)、錫(Sn)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、コバルト(Co)等の各種の金属およびこれらの金属間化合物あるいは複合体、ないしはこれらの混合物であってよい。なかでも、ここに開示する導電性ナノ粒子としては、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)または白金族元素からなることが好ましく、例えば、これらのいずれかの単体からなることが好ましい。なお、かかるナノ導電性粒子が、上記導電性を示す材料以外の不純物等を微量に含むものであっても、全体として導電性を示す材料の粉末であれば、ここでいう導電性粒子とすることができる。また、このような金属材料からなるナノ導電性粒子は、焼成により互いに金属結合するため、より導電性等に優れた接合部を形成することが可能となる。また、ナノ導電性粒子と被接合材である電子材料との組み合わせによっては、ナノ導電性粒子は電子材料の表面に特定の方位を以て緻密に配列し得るため、この接合部を電子材料に対してエピタキシャルな構造とすることができ、接合界面が良好で、接合強度および導電性により優れた接合を実現することができる。   As such nano-conductive particles, powders of various materials exhibiting conductivity can be used. About such electroconductive particle, there is no restriction | limiting in particular in the composition etc., You may be comprised from various electroconductive materials. For example, typically, gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), platinum (Pt), palladium (Pd), platinum group elements represented by iridium (Ir), titanium (Ti), Various metals such as tin (Sn), nickel (Ni), aluminum (Al), cobalt (Co) and the like, and intermetallic compounds or composites thereof, or a mixture thereof may be used. Among them, the conductive nanoparticles disclosed herein are preferably composed of silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), or a platinum group element, and may be composed of any one of these, for example. preferable. In addition, even if such nano-conductive particles contain a small amount of impurities other than the material exhibiting the above conductivity, as long as it is a powder of a material exhibiting conductivity as a whole, the conductive particles referred to here are used. be able to. Moreover, since the nano electroconductive particle which consists of such a metal material mutually metal-bonds by baking, it becomes possible to form the junction part more excellent in electroconductivity etc. In addition, depending on the combination of the nano-conductive particles and the electronic material that is the material to be joined, the nano-conductive particles can be densely arranged with a specific orientation on the surface of the electronic material. An epitaxial structure can be obtained, a bonding interface is good, and bonding with excellent bonding strength and conductivity can be realized.

このナノ導電性粒子を構成する粒子の形状は、特に限定されない。典型的には球状であるが、いわゆる真球状のものに限られない。球状以外には、例えばフレーク形状や不規則形状のものが挙げられる。また、かかるナノ導電性粒子は、これらの種々の形状の粒子から構成されていてもよい。かかるナノ導電性粒子が平均粒子径の小さい(例えば数10nmサイズ)粒子から構成される場合には、該粒子(一次粒子)の70質量%以上が球状またはそれに類似する形状を有することが好ましい。例えば、かかるナノ導電性粒子を構成する粒子の70質量%以上が、アスペクト比(すなわち、粒子の短径に対する長径の比)が1〜1.5であるようなナノ導電性粒子であることが好ましい。   The shape of the particles constituting the nano conductive particles is not particularly limited. Although it is typically spherical, it is not limited to a so-called true spherical shape. Other than spherical shapes, for example, flake shapes and irregular shapes can be mentioned. Such nano-conductive particles may be composed of particles of these various shapes. When such nano-conductive particles are composed of particles having a small average particle size (for example, several tens of nm size), it is preferable that 70% by mass or more of the particles (primary particles) have a spherical shape or a similar shape. For example, 70% by mass or more of the particles constituting the nanoconductive particles may be nanoconductive particles having an aspect ratio (that is, the ratio of the major axis to the minor axis) of 1 to 1.5. preferable.

ここで開示される導電性接合材中の上記ナノ導電性粒子の含有率については特に制限はないが、該導電性接合材の全体を100質量%として、その90質量%以上であることが好ましく、より好ましくは92質量%以上、更には95質量%以上(例えば97質量%)とするのが望ましい。この導電性接合材においては、ナノ導電性材料をこのような高濃度(高含有率)のペーストにした場合であっても、ナノ導電性粒子の凝集が抑えられることになる。そして製造された導電性接合材中のナノ導電性粒子の含有率が上記範囲内にあるような場合に、緻密性および電気伝導性がより向上された接合部を形成することができる。   Although there is no restriction | limiting in particular about the content rate of the said nanoelectroconductive particle in the electroconductive joining material disclosed here, It is preferable that it is 90 mass% or more by making the whole this electroconductive joining material into 100 mass%. More preferably, the content is 92% by mass or more, and further 95% by mass or more (for example, 97% by mass). In this conductive bonding material, even when the nano-conductive material is made into such a high-concentration (high content) paste, aggregation of the nano-conductive particles is suppressed. And when the content rate of the nano electroconductive particle in the manufactured electroconductive joining material exists in the said range, the junction part in which the compactness and the electrical conductivity were improved more can be formed.

<溶媒系>
ここに開示される導電性接合材において、上記のナノ導電性粒子の高度な分散を可能にならしめる点で、溶媒系の調製は極めて重要である。この溶媒系を安定した良溶媒とすることにより、ナノ導電性粒子を安定して分散させることができる。
そこで該溶媒系に含まれる樹脂としては、セルロース系樹脂を用いるようにしている。かかるセルロース系樹脂は、ペースト状に調製される導電性接合材に良好な粘性および塗膜形成能(付着性)を付与し得る。このようなセルロース系樹脂としては、綿、麻、パルプ等のセルロースからなる高分子、キチンやキトサン等のセルロースの一部の水酸基が他の官能基に置換された高分子、セルロースの一部の構造が置換された高分子等が含まれる。具体的には、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、アルコール可溶化セルロースブチレート等を例示することができる。特にエチルセルロースは、高沸点溶剤への溶解性に優れるとともに、各種材料の分散性や燃焼分解特性に優れており、導電性接合材におけるバインダとして適した性質を有することから好ましい。
<Solvent system>
In the conductive bonding material disclosed herein, the preparation of the solvent system is extremely important in that it enables a high degree of dispersion of the nanoconductive particles. By making this solvent system a stable good solvent, the nano-conductive particles can be stably dispersed.
Therefore, a cellulose resin is used as the resin contained in the solvent system. Such a cellulose-based resin can impart good viscosity and coating film forming ability (adhesiveness) to the conductive bonding material prepared in a paste form. Examples of such cellulose-based resins include polymers made of cellulose such as cotton, hemp, and pulp, polymers in which some hydroxyl groups of cellulose such as chitin and chitosan are substituted with other functional groups, and some cellulose Polymers with substituted structures are included. Specific examples include ethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, alcohol-solubilized cellulose butyrate, and the like. In particular, ethyl cellulose is preferable because it has excellent solubility in a high-boiling solvent, has excellent dispersibility of various materials and combustion decomposition characteristics, and has properties suitable as a binder in a conductive bonding material.

また、特に限定されるものではないが、上記樹脂が導電性接合材に占める割合は、0.1質量%以上10質量%以下とするのが適当であり、好ましくは1質量%以上7質量%以下であり、より好ましくは1質量%以上5質量%以下である。   Although not particularly limited, the proportion of the resin in the conductive bonding material is suitably 0.1% by mass to 10% by mass, preferably 1% by mass to 7% by mass. It is below, More preferably, they are 1 mass% or more and 5 mass% or less.

そして溶媒系を構成する溶剤としては混合溶剤を用いるようにし、該混合溶剤は、少なくともアルコール系溶剤とエーテル系溶剤との2種類の溶剤を含むようにしている。溶媒系の樹脂成分であるセルロース系樹脂に対して、アルコール系溶剤あるいはエーテル系溶剤は単独では最良の良溶媒の一つとはなり難いが、アルコール系溶剤およびエーテル系溶剤を適切な組み合わせで混合することでより溶解性の高い良溶媒を調製することができる。
このような良溶媒を形成し得るアルコール系溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、i−プロパノール、ブタノール、イソブタノール、ターシャリーブタノール(TBA)、ブタンジオール、エチルヘキサノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール、テルピネオール等の各種のアルコール系溶媒を好適に用いることができる。
A mixed solvent is used as a solvent constituting the solvent system, and the mixed solvent includes at least two kinds of solvents, an alcohol solvent and an ether solvent. Alcohol solvents or ether solvents are unlikely to be one of the best good solvents for cellulose resins, which are solvent-based resin components, but alcohol solvents and ether solvents are mixed in an appropriate combination. Thus, a good solvent with higher solubility can be prepared.
Examples of alcoholic solvents that can form such good solvents include methanol, ethanol, n-propanol, i-propanol, butanol, isobutanol, tertiary butanol (TBA), butanediol, ethylhexanol, cyclohexanol, Various alcohol solvents such as benzyl alcohol and terpineol can be suitably used.

また、エーテル系溶剤としては、例えば、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジヘキシルエーテル、エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、アニソール、ブチルフェニルエーテル、ペンチルフェニルエーテル、メトキシトルエン、ベンジルエチルエーテル、ジフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、ジオキサン、フラン、テトラヒドロフラン、ジエチレングリコールエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、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プロピルエーテル、プロピ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アセテート、ジエチレングリコールメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールプロピルエーテルアセテート、ジエチレングリコールイソプロピルエーテルアセテート、ジエチレングリコールブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコール-t-ブチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールメチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールエチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールプロピルエーテルアセテート、トリエチレングリコールイソプロピルエーテルアセテート、トリエチレングリコールブチルエーテルアセテート、トリエチレングリコール-t-ブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル等のエーテル系溶剤を例示することができる。中でも、プロピレングリコールモノメチルエーテル等に代表されるグリコールエーテルを用いるのが好ましく、さらに限定的には、ジプロピレングリコールメチル−n−プロピルエーテル(DPMNP)を用いるのが好ましい。DPMNPのHSPは、エーテル系溶剤の中でも、アルコール系溶剤と混合したときに互いのHSPをセルロース系樹脂のHSPに対して近くなる(すなわち、良溶媒となる)方向へと導きやすいもの(ベクトル)となっている。また、HSP以外の沸点、粘度等の特性も、この導電性接合材における溶媒として適している。したがって、エーテル系溶剤としてかかるDPMNPを用いることで、ナノ導電性粒子が良好に分散されている導電性接合材料を実現し得る。これらは、単独で用いても良いし、二種類以上を混合して用いても良い。   Examples of ether solvents include diethyl ether, dipropyl ether, diisopropyl ether, dibutyl ether, dihexyl ether, ethyl vinyl ether, butyl vinyl ether, anisole, butyl phenyl ether, pentyl phenyl ether, methoxy toluene, benzyl ethyl ether, diphenyl ether. , Dibenzyl ether, dioxane, furan, tetrahydrofuran, diethylene glycol ethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol Methyl ether acetate, diethylene glycol ethyl ether acetate, diethylene glycol propyl ether acetate, diethylene glycol isopropyl ether acetate, diethylene glycol butyl ether acetate, diethylene glycol-t-butyl ether acetate, triethylene glycol methyl ether acetate, triethylene glycol ethyl ether acetate, triethylene glycol propyl Ether solvents such as ether acetate, triethylene glycol isopropyl ether acetate, triethylene glycol butyl ether acetate, triethylene glycol-t-butyl ether acetate, dipropylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol monobutyl ether It can be exemplified. Of these, glycol ethers typified by propylene glycol monomethyl ether and the like are preferably used, and more preferably dipropylene glycol methyl-n-propyl ether (DPMNP) is preferably used. The DPMNP HSP is an ether-based solvent that is easy to guide each HSP closer to the HSP of the cellulosic resin (ie, a good solvent) when mixed with an alcohol solvent (vector). It has become. Moreover, characteristics such as boiling point and viscosity other than HSP are also suitable as a solvent in the conductive bonding material. Therefore, by using such DPMNP as an ether solvent, a conductive bonding material in which nano conductive particles are well dispersed can be realized. These may be used alone or in combination of two or more.

これらのアルコール系溶剤とエーテル系溶剤とは、例えば、エーテル系溶剤が20質量%〜80質量%、エーテル系溶剤が80質量%〜20質量%の割合で混合した混合溶剤とするのが好ましい。より好ましくは、アルコール系溶剤≧エーテル系溶剤、すなわち、アルコール系溶剤が50質量%以上である。これにより、該混合溶剤に対するセルロース系樹脂の溶解性が高められ、かかる混合溶剤にセルロース系樹脂が良好に溶解して均一な溶媒系を形成し得る。ひいては、溶媒系の状態が安定に整えられ、ナノ導電性粒子に対して良好な良溶媒(分散媒)となり得る。   These alcohol solvents and ether solvents are preferably mixed solvents in which, for example, ether solvents are mixed in a proportion of 20% by mass to 80% by mass and ether solvents are mixed in a proportion of 80% by mass to 20% by mass. More preferably, the alcoholic solvent ≧ the etheric solvent, that is, the alcoholic solvent is 50% by mass or more. Thereby, the solubility of the cellulose resin with respect to the mixed solvent is enhanced, and the cellulose resin can be well dissolved in the mixed solvent to form a uniform solvent system. As a result, the state of the solvent system can be stably adjusted, and a good solvent (dispersion medium) can be obtained for the nano conductive particles.

なお、ここに開示される導電性接合材の好ましい一態様では、上記樹脂と上記混合溶剤との溶解性については、ハンセン溶解度パラメータの距離から、上記樹脂と、上記アルコール系溶剤および上記エーテル系溶剤ならびにその配合比を決定するようにしている。
ハンセンの溶解度パラメータ(HSP)は、「似たものは似たものを溶かす」、「似たものは似た所にいたがる」との思想の下、ある物質が他のある物質にどのくらい溶けるのかという溶解性を表す指標である。このHSPは、溶剤ハンドブックなどにおいて採用されているヒルデブランドのSP値とはその思想が全く異なり、溶解性を多次元(典型的には、3次元)のベクトルで表す。このベクトルは、代表的には、分散項、極性項、水素結合項で表すことができる。この分散項はファンデルワールス力、極性項はダイポール・モーメント、水素結合項は水、アルコールなどによる作用を反映している。そしてHSPによるベクトルが似ているもの同士は溶解性が高いと判断でき、ベクトルの類似度はハンセン溶解度パラメータの距離(HSP距離)で判断し得る。また、ハンセンの溶解度パラメータは、溶解性の判断だけではなく、ある物質が他のある物質中にどの程度存在しやすいか、すなわち分散性がどの程度良いかの判断の指標ともなり得る。このようなHSPは、例えば、Wesley L.Archer著、Industrial Solvents Handbook等に開示された値を参照することができる。また、HSP距離は、例えば溶質のHSPを(D1,P1,H1)とし、溶剤のHSPを(D2,P2,H2)としたとき、下記の式(1)により算出することができる。
In one preferred embodiment of the conductive bonding material disclosed herein, the solubility of the resin and the mixed solvent is determined based on the distance from the Hansen solubility parameter, the resin, the alcohol solvent, and the ether solvent. In addition, the mixing ratio is determined.
Hansen ’s solubility parameter (HSP) is based on the idea that “similar things dissolve similar things” and “similar things want to be in the same place”. It is an index that expresses the solubility. This HSP is completely different in concept from the Hildebrand SP value employed in solvent handbooks and the like, and the solubility is represented by a multi-dimensional (typically three-dimensional) vector. This vector can typically be represented by a dispersion term, a polar term, and a hydrogen bond term. This dispersion term reflects van der Waals force, the polarity term reflects the dipole moment, and the hydrogen bond term reflects the action of water, alcohol, and the like. Those having similar vectors by HSP can be determined to have high solubility, and the similarity of vectors can be determined by the distance of the Hansen solubility parameter (HSP distance). In addition, Hansen's solubility parameter can be used not only as a judgment of solubility, but also as an index for judging how easily a certain substance is present in another certain substance, that is, how good the dispersibility is. Such HSPs are described, for example, in Wesley L. Reference may be made to the values disclosed by Archer, Industrial Solvents Handbook, et al. The HSP distance can be calculated by the following equation (1), for example, where the solute HSP is (D1, P1, H1) and the solvent HSP is (D2, P2, H2).

Figure 0005670924
Figure 0005670924

そこで、ここに開示する発明においては、上記樹脂と上記混合溶剤とのHSP距離が5.0MPa0.5以下となるように、上記樹脂と、上記アルコール系溶剤および上記エーテル系溶剤の組み合わせならびにその配合比を決定する。HSP距離という明確な指標を以て、HSP距離を5.0MPa0.5以下とすることで、ナノ導電性粒子を分散させるに適した溶媒系を簡便に調製することができる。そしてまた、HSP距離を5.0MPa0.5以下とした場合に、この導電性接合材により例えば60%以上の高密度な接合部を形成することが可能となる。 Therefore, in the invention disclosed herein, the combination of the resin, the alcohol solvent, and the ether solvent, and its combination so that the HSP distance between the resin and the mixed solvent is 5.0 MPa 0.5 or less. Determine the blend ratio. A solvent system suitable for dispersing nano-conductive particles can be easily prepared by setting the HSP distance to 5.0 MPa 0.5 or less with a clear index of HSP distance. Further, when the HSP distance is set to 5.0 MPa 0.5 or less, it is possible to form a high-density joint portion of, for example, 60% or more with this conductive bonding material.

このようなHSP距離を5.0MPa0.5以下とする樹脂と、アルコール系溶剤およびエーテル系溶剤の組み合わせについては特に制限はなく、様々な組み合わせを採用することができる。そしてここに開示する導電性接合材においては、樹脂としてエチルセルロースを用い、これに対して、エーテル系溶剤としてDPMNP、アルコール系溶剤としてテルピネオールを用いた混合溶剤からなる溶媒系を採用するのが好ましい例として示される。これらの樹脂、アルコール系溶剤およびエーテル系溶剤の組み合わせは溶解性に関する相性が良く、極めて良好な良溶媒を構築し得る。したがって、かかる溶媒系にナノ導電性粒子を分散させることで、ナノ導電性粒子がより安定して高分散した導電性接合材を実現できる。 There are no particular restrictions on the combination of such a resin with an HSP distance of 5.0 MPa 0.5 or less, an alcohol solvent and an ether solvent, and various combinations can be employed. In the conductive bonding material disclosed herein, it is preferable to employ a solvent system composed of a mixed solvent using ethyl cellulose as the resin and DPMNP as the ether solvent and terpineol as the alcohol solvent. As shown. The combination of these resins, alcohol solvents and ether solvents has a good compatibility with respect to solubility, and can build a very good good solvent. Therefore, by dispersing nano conductive particles in such a solvent system, a conductive bonding material in which nano conductive particles are more stably dispersed can be realized.

なお、これらの材料のHPS(分散項,極性項,水素結合項)は、エチルセルロース(18.0,4.8,4.9)、DPMNP(15.5,3.3,6.6)、テルピネオール(17.4,5.9,9.8)である。また、これらテルピネオールとジプロピレングリコールメチル−n−プロピルエーテルの質量割合は、樹脂としてエチレンカーボネートを用いる場合は、テルピネオール:ジプロピレングリコールメチル−n−プロピルエーテルとして、上記のとおり、80:20〜20:80の間で調整することで、HSP距離を5.0MPa0.5以下の溶媒系を実現することができる。そしてより限定的には、テルピネオール:ジプロピレングリコールメチル−n−プロピルエーテルを、質量比で、50:50〜70:30とすることで、HSP距離が4.7MPa0.5以下のより良好な溶媒系を実現することができる。 In addition, HPS (dispersion term, polar term, hydrogen bond term) of these materials is ethyl cellulose (18.0, 4.8, 4.9), DPMNP (15.5, 3.3, 6.6), Terpineol (17.4, 5.9, 9.8). Moreover, the mass ratio of these terpineol and dipropylene glycol methyl-n-propyl ether is 80: 20-20 as above-mentioned as terpineol: dipropylene glycol methyl-n-propyl ether, when using ethylene carbonate as resin. : A solvent system with an HSP distance of 5.0 MPa 0.5 or less can be realized by adjusting the ratio between 80. And, more specifically, by setting terpineol: dipropylene glycol methyl-n-propyl ether in a mass ratio of 50:50 to 70:30, the HSP distance is 4.7 MPa 0.5 or less. A solvent system can be realized.

かかる混合溶剤は、特に限定されるものではないが、混合溶剤が導電性接合材に占める割合として、0.1質量%以上10質量%以下とするのが適当であり、好ましくは1質量%以上7質量%以下であり、より好ましくは1質量%以上5質量%以下である。   Such a mixed solvent is not particularly limited, but the proportion of the mixed solvent in the conductive bonding material is suitably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less, preferably 1% by mass or more. It is 7 mass% or less, More preferably, it is 1 mass% or more and 5 mass% or less.

以上詳しく説明したように、ここに開示される導電性接合材においては、少なくともアルコール系溶剤およびエーテル系溶剤を含む混合溶剤に対するセルロース系樹脂の溶解性が高く、良好な溶媒系を形成している。したがって、この溶媒系は平均粒径が100nm以下の導電性粒子(ナノ導電性粒子)に対しても、凝集を抑え、均一な分散を可能とする良好な溶媒となり得ることから、上記ナノ導電性粒子が凝集することなく高分散された導電性接合材が提供される。
このような導電性接合材におけるナノ導電性粒子は、典型的には焼成により金属結合を形成して焼結する。そのため、導電性および接合強度に優れた接合部を形成し得る。
As described in detail above, in the conductive bonding material disclosed herein, the cellulose resin is highly soluble in a mixed solvent containing at least an alcohol solvent and an ether solvent, and forms a good solvent system. . Therefore, this solvent system can be a good solvent that suppresses aggregation and enables uniform dispersion even for conductive particles (nanoconductive particles) having an average particle size of 100 nm or less. An electrically conductive bonding material in which particles are highly dispersed without aggregation is provided.
The nano conductive particles in such a conductive bonding material are typically sintered by forming metal bonds by firing. Therefore, it is possible to form a joint having excellent conductivity and bonding strength.

以上のここで開示される導電性接合材料は、従来の導電性接合材料(例えば、導電性ペーストを含む。)等と同様に、典型的には、上記のナノ導電性粒子、樹脂および混合溶剤を混合することによって容易に調製することができる。例えば、三本ロールミルその他の混練機を用いて、所定の混合比のナノ導電性粒子、樹脂および混合溶剤を混合・撹拌するとよい。   The conductive bonding material disclosed here is typically the above-mentioned nano conductive particles, resin, and mixed solvent, similarly to the conventional conductive bonding material (for example, including conductive paste). Can be easily prepared by mixing. For example, using a three-roll mill or other kneader, the nano-conductive particles, resin and mixed solvent having a predetermined mixing ratio may be mixed and stirred.

<接合方法>
また、ここで開示される導電性接合材料は、電子材料を接合するのに典型的に用いられてきた従来の導電性接合材料と同様に取り扱うことができ、その接合には従来公知の方法を特に制限なく採用することができる。典型的には、基材となる電子材料(セラミック電子材料であり得る。)の接合面に、この導電性接合材料をスクリーン印刷法、ディスペンサー塗布法、ディップ塗布法、インクジェット法等によって所望する膜厚(例えば30μm以下)や塗膜パターンとなるように付与(塗布)し、該導電性接合材料を介してもう一つの電子材料(セラミック電子材料であり得る。)を相互に接着する。ここで、かかる電子材料は、上記のとおり、セラミックを構成部材として含まない電子材料であってもよいし、また、該電子材料の少なくとも一部がセラミックで構成されているセラミック電子材料であってもよい。しかしながら、接合される電子材料のうち、少なくとも1つがセラミック電子材料である。そしてまた、セラミック電子材料同士を接合しても良いし、セラミック電子材料とセラミックを含まない電子材料とを接合しても良い。
<Join method>
In addition, the conductive bonding material disclosed herein can be handled in the same manner as a conventional conductive bonding material that has been typically used for bonding electronic materials. It can be employed without any particular limitation. Typically, a desired film is formed on the bonding surface of an electronic material (which may be a ceramic electronic material) as a base material by screen printing, dispenser coating, dip coating, ink jet, or the like. It is applied (applied) so as to have a thickness (for example, 30 μm or less) or a coating film pattern, and another electronic material (which may be a ceramic electronic material) is bonded to each other through the conductive bonding material. Here, as described above, the electronic material may be an electronic material that does not include ceramic as a constituent member, or is a ceramic electronic material in which at least a part of the electronic material is made of ceramic. Also good. However, at least one of the electronic materials to be joined is a ceramic electronic material. Moreover, the ceramic electronic materials may be joined together, or the ceramic electronic material and the electronic material not containing ceramic may be joined.

次いで、導電性接合材料の成形物(塗布物)を適切な温度(例えば室温以上であり典型的には100℃程度)で乾燥させる。なお、この乾燥の手段は特に制限されない。自然乾燥であっても良いし、加熱により乾燥してもよい。例えば、加熱、吸引、送風等の各種の手段を1つまたは2つ以上を組み合わせて採用しても良い。乾燥後、適切な焼成炉(例えば高速焼成炉)中で500℃以下の適切な加熱条件(例えば450℃以下、好ましくは200℃以上400℃以下)で所定時間加熱することによって、乾燥塗膜の焼成を行う。この焼成に際し、ナノ導電性粒子の焼結性を高めるために、圧力を加えるようにしてもよい。この場合の圧力は特に制限されないが、例えば、大気圧以上で10MPa以下程度の圧力を加えることを目安とすることができる。より好ましくは、1MPa以上5MPa以下、さらには1MPa以上3MPa以下とすることが例示される。これにより、上記導電性接合材料の塗布物が電子材料に焼き付けられて樹脂が焼失されるとともに、該導電性接合材料に含まれるナノ導電性粒子が互いに焼結し、典型的には金属結合による接合部が形成される。このように500℃以下の低温での焼成が可能とされるため、接合部以外の他の電子材料への熱影響を最小限にとどめることができる。したがって、例えば、500℃以下の低温でパワー半導体モジュールを一括して焼成接合することなどが可能とされる。また、導電性ナノ粒子の凝集が抑制されているため、その接合部は均質でより密度の高いものとなり、信頼性の高い接合方法が提供される。   Next, the molded product (coated product) of the conductive bonding material is dried at an appropriate temperature (for example, room temperature or higher, typically about 100 ° C.). The means for drying is not particularly limited. It may be naturally dried or dried by heating. For example, you may employ | adopt combining various means, such as a heating, suction | inhalation, and ventilation, 1 or 2 or more together. After drying, by heating for a predetermined time in an appropriate baking furnace (for example, a high-speed baking furnace) under an appropriate heating condition of 500 ° C. or less (for example, 450 ° C. or less, preferably 200 ° C. or more and 400 ° C. or less), Firing is performed. During this firing, pressure may be applied to enhance the sinterability of the nano-conductive particles. The pressure in this case is not particularly limited, but for example, a pressure of about 10 MPa or less but higher than atmospheric pressure can be used as a guide. More preferably, the pressure is set to 1 MPa or more and 5 MPa or less, more preferably 1 MPa or more and 3 MPa or less. As a result, the applied material of the conductive bonding material is baked onto the electronic material and the resin is burned out, and the nanoconductive particles contained in the conductive bonding material are sintered together, typically due to metal bonding. A joint is formed. As described above, since firing at a low temperature of 500 ° C. or lower is possible, the thermal influence on other electronic materials other than the joint can be minimized. Therefore, for example, the power semiconductor modules can be fired and bonded together at a low temperature of 500 ° C. or lower. Further, since aggregation of the conductive nanoparticles is suppressed, the joint portion is homogeneous and has a higher density, and a highly reliable joining method is provided.

なお、ここで開示される導電性接合材料を使用してセラミック電子デバイスを形成すること以外のセラミック電子デバイス製造のための材料やプロセスは、従来と全く同様でよい。そして、各段特別な処理をすることなく、当該導電性接合材料によって形成された接合部を備えたセラミック電子デバイスを製造することができる。かかるセラミック電子デバイスの構成の一典型例としては、上述の図1に示される構成が挙げられる。セラミック電子材料の接合後のプロセスとしては、例えば、従来と同様に、使用目的に応じてセラミック電子デバイスを結線し、樹脂にて封止してパッケージ化する。このようにしてセラミック電子デバイス10を作製する。   The materials and processes for manufacturing the ceramic electronic device other than forming the ceramic electronic device using the conductive bonding material disclosed herein may be exactly the same as in the past. And the ceramic electronic device provided with the junction part formed with the said electroconductive joining material can be manufactured, without performing each stage special process. A typical example of the configuration of such a ceramic electronic device is the configuration shown in FIG. As a process after joining the ceramic electronic material, for example, as in the conventional case, the ceramic electronic device is connected according to the purpose of use, and sealed with a resin to be packaged. In this way, the ceramic electronic device 10 is manufactured.

以下、本発明に関する実施例を説明するが、本発明を以下の実施例に示すものに限定することを意図したものではない。   EXAMPLES Examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the following examples.

[ペースト材料の調製]
導電性粒子として、A:平均粒子径(D50)が80nmのAg粉末と、B:平均粒子径(D50)が70nmのPd粉末とを用意した。
溶媒は、以下のように調製した。すなわち、樹脂成分としてエチルセルロース(EC)を用意した。溶剤として、溶剤X:テルピネオールおよび溶剤Y:ジプロピレングリコールメチル‐n−プロピルエーテル(DPMNP)を用意し、これらの混合割合を、表1に示すように、(1)0:100、(2)20:80、(3)40:60、(4)60:40、(5)80:20、(6)100:0、の間の6通りに変化させて混合溶剤とした。そして、樹脂成分10質量部に対して混合溶剤90質量部の割合で、上記樹脂成分と6通りの混合溶剤とをそれぞれ混合することで、6通りの溶媒1〜6を用意した。
[Preparation of paste material]
As conductive particles, A: Ag powder having an average particle diameter (D50) of 80 nm and B: Pd powder having an average particle diameter (D50) of 70 nm were prepared.
The solvent was prepared as follows. That is, ethyl cellulose (EC) was prepared as a resin component. As the solvent, solvent X: terpineol and solvent Y: dipropylene glycol methyl-n-propyl ether (DPMNP) were prepared, and the mixing ratio thereof was as shown in Table 1, (1) 0: 100, (2) The mixed solvent was changed in six ways of 20:80, (3) 40:60, (4) 60:40, (5) 80:20, and (6) 100: 0. And the 6 types of solvents 1-6 were prepared by mixing the said resin component and 6 types of mixed solvents in the ratio of 90 mass parts of mixed solvents with respect to 10 mass parts of resin components, respectively.

なお、ECのハンセン溶解度パラメータ(HSP)は(18.0,4.8,4.9)であり、テルピネオールのHSPは(17.4,5.9,9.8)であり、DPMNPのHSPは(15.5,3.3,6.6)である。これらHSPベクトルと混合溶剤の配合から、上記溶媒1〜6のHSP距離を求め、表1に示した。
次いで、上記の導電性粒子AまたはBと、上記溶媒1〜6とを、導電性粒子90質量部、溶媒10質量部の割合でそれぞれ混合し、三本ローラーで30分間混練することで、導電性接合材料(サンプル1〜12)を調製した。
The Hansen solubility parameter (HSP) of EC is (18.0, 4.8, 4.9), the HSP of terpineol is (17.4, 5.9, 9.8), and the HSP of DPMNP. Is (15.5, 3.3, 6.6). The HSP distances of the above solvents 1 to 6 were determined from the combination of these HSP vectors and the mixed solvent, and are shown in Table 1.
Next, the conductive particles A or B and the solvents 1 to 6 are mixed at a ratio of 90 parts by weight of the conductive particles and 10 parts by weight of the solvent, and kneaded with three rollers for 30 minutes. Sex bonding materials (samples 1 to 12) were prepared.

[導電性接合材料の成形体密度の評価]
上記で得た導電性接合材料(サンプル1〜12)を、市販の10mm×10mmの大きさのSiC基板上にスクリーン印刷し、無加圧で、60℃、5分間の乾燥を行って塗膜成形体を形成した。スクリーン印刷は、膜厚が10μm〜20μmとなるように行った。
導電性接合材料(サンプル1〜12)の塗膜成形体を乾燥して得られた成形体の相対密度を算出し、表1に示した。なお、相対密度は、下式(2)により算出した。
相対密度(%)=成形体の粒子密度(g/cm)÷粒子の真密度(g/cm)×100 ・・・(2)
また、成形体の粒子密度は、面粗さ計で塗膜成形体の印刷高さを求め、この印刷高さに塗布面積をかけることで体積を算出し、導電性接合材料の印刷重量からバインダ重量を差し引いた値を上記体積で割ることで算出した。
[Evaluation of compact density of conductive bonding material]
The conductive bonding material (samples 1 to 12) obtained above is screen-printed on a commercially available SiC substrate having a size of 10 mm × 10 mm, and dried at 60 ° C. for 5 minutes without applying pressure. A molded body was formed. Screen printing was performed so that a film thickness might be 10 micrometers-20 micrometers.
Table 1 shows the relative density of the molded body obtained by drying the coating film molded body of the conductive bonding material (samples 1 to 12). The relative density was calculated by the following formula (2).
Relative density (%) = particle density of the compact (g / cm 3 ) ÷ true density of particles (g / cm 3 ) × 100 (2)
In addition, the particle density of the molded body is obtained by calculating the printing height of the coating film molded body with a surface roughness meter, calculating the volume by multiplying the printing height by the coating area, and calculating the binder from the printed weight of the conductive bonding material. The value obtained by subtracting the weight was divided by the volume.

Figure 0005670924
Figure 0005670924

表1から、溶剤Xおよび溶剤Yの配合をX:Yが20:80〜80:20となるようにしてECを溶解させることで、HSP距離が5.0MPa0.5以下の良溶媒を調製できることが確認された。そしてこのHSP距離が5.0MPa0.5以下となる良溶媒を用いて調製した導電性接合材料(サンプル2〜5および8〜11)から得られた成形体は、いずれも相対密度が60%以上と高密度であった。さらに、HSP距離と成形体の相対密度とには相関関係がみられ、溶剤Xおよび溶剤Yの配合をX:Yが50:50〜70:30の範囲の混合溶媒とすることで、HSP距離がより小さくなり、より高密度の成形体が得られる結果となった。なお、HSP距離が最も小さい溶媒を用いて導電性接合材料から得られた成形体が、最も高密度となることも確認された。 From Table 1, a good solvent having an HSP distance of 5.0 MPa 0.5 or less is prepared by dissolving EC such that X: Y is 20:80 to 80:20 in the composition of solvent X and solvent Y. It was confirmed that it was possible. And the molded object obtained from the electroconductive joining material (samples 2-5 and 8-11) prepared using the good solvent from which this HSP distance is set to 5.0 MPa 0.5 or less has a relative density of 60%. It was as high as above. Further, there is a correlation between the HSP distance and the relative density of the molded body, and the mixture of the solvent X and the solvent Y is a mixed solvent in which X: Y is in the range of 50:50 to 70:30. Was smaller, resulting in a higher density molded body. In addition, it was also confirmed that the molded object obtained from the conductive bonding material using the solvent having the smallest HSP distance has the highest density.

すなわち、用いるナノ導電性粒子およびこれを分散させる溶媒の構成材料は同じであっても、溶媒の状態をより良く整えることで、ナノ導電性粒子の凝集を抑えて溶媒中に分散できることがわかる。また、このようにして調製された導電性接合材料によると、ナノ導電性粒子が凝集していないため偏っておらず、成形体を形成した際に密に充填されて高密度の成形体が得られるものと考えられる。
なお、この傾向は、導電性粒子として、A:Ag粉末およびB:Pd粉末を用いた場合だけでなく、例えば、Cu、Pt、Ti、Sn、Al、Coについても同様の結果が確認された。
That is, it can be seen that even if the nanoconductive particles to be used and the constituent materials of the solvent in which they are dispersed are the same, the state of the solvent can be better adjusted to suppress aggregation of the nanoconductive particles and disperse in the solvent. In addition, according to the conductive bonding material prepared in this way, the nano-conductive particles are not agglomerated and thus are not biased, and when the molded body is formed, it is densely packed to obtain a high-density molded body. It is thought that
This tendency was confirmed not only when A: Ag powder and B: Pd powder were used as the conductive particles, but also with Cu, Pt, Ti, Sn, Al, Co, for example. .

[接合の評価]
上記で得た導電性接合材料(サンプル1〜12)を、市販の10mm×10mmの大きさのSiC基板上にスクリーン印刷し、印刷した導電性接合材料を介してCu板を配置して接合を行った。接合の条件は、温度を400℃とし、無加圧で、接合時間を3分間とした。
[Evaluation of bonding]
The conductive bonding material (samples 1 to 12) obtained above is screen-printed on a commercially available SiC substrate having a size of 10 mm × 10 mm, and a Cu plate is arranged via the printed conductive bonding material to bond the materials. went. The bonding conditions were a temperature of 400 ° C., no pressure, and a bonding time of 3 minutes.

このようにして得られた試料のSiC基板−Cu板接合部材の接合強度を、万能型ボンドテスター(デイジ・ジャパン(株)製、シリーズ4000)を用いて測定した。サンプル2〜5および8〜11の導電性接合材料を用いて接合したSiC基板−Cu板接合部材は5MPa以上の接合強度が得られ、接合後に剥離することがなく、強固な接合が実現されていることが確認された。すなわち、接合部の相対密度が60%上の導電性接合材を用いることで、セラミック電子材料の強固な接合を400℃で実現できることが確認できた。一方のサンプル1、6、7および12の導電性接合材料を用いて接合したSiC基板は、5MPaに満たない接合強度しか得られなかった。   The bonding strength of the SiC substrate-Cu plate bonding member of the sample thus obtained was measured using a universal bond tester (manufactured by Daisy Japan Co., Ltd., series 4000). The SiC substrate-Cu plate bonding members bonded using the conductive bonding materials of Samples 2 to 5 and 8 to 11 have a bonding strength of 5 MPa or more, and do not peel off after bonding, thereby realizing strong bonding. It was confirmed that That is, it was confirmed that a strong bonding of the ceramic electronic material can be realized at 400 ° C. by using the conductive bonding material having a relative density of the bonded portion of 60%. The SiC substrates bonded using the conductive bonding materials of the samples 1, 6, 7 and 12 had only a bonding strength of less than 5 MPa.

本発明により、ナノ導電性粒子の凝集を抑制し安定して分散した状態を維持し得る導電性接合材が提供される。また、かかる導電性接合材を用いて接合されたセラミック電子デバイス、およびかかる導電性接合材を用いて低温での接合を行う接合方法が提供される。   According to the present invention, there is provided a conductive bonding material that can suppress aggregation of nano-conductive particles and maintain a stably dispersed state. Also provided are a ceramic electronic device bonded using such a conductive bonding material, and a bonding method for bonding at a low temperature using such a conductive bonding material.

1 接合部
2 ベース材
4 セラミックス絶縁基板
6 半導体デバイス
10 絶縁型半導体装置
100 絶縁型半導体装置
101 接合部
102 ベース材
104 セラミックス絶縁基板
106 半導体デバイス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Junction part 2 Base material 4 Ceramics insulating substrate 6 Semiconductor device 10 Insulation type semiconductor device 100 Insulation type semiconductor device 101 Joining part 102 Base material 104 Ceramics insulation substrate 106 Semiconductor device

Claims (8)

セラミック電子材料を接合する導電性接合材であって、
平均粒径が100nm以下の導電性粒子と、バインダとしての樹脂と、少なくとも2種類の溶剤からなる混合溶剤とを含み、
前記樹脂はセルロース系樹脂であり、
前記混合溶剤は、少なくともアルコール系溶剤とエーテル系溶剤とを含み、
前記アルコール系溶剤と前記エーテル系溶剤は、前記アルコール系溶剤が20質量%〜80質量%、前記エーテル系溶剤が80質量%〜20質量%の割合で配合されており、
前記樹脂と前記混合溶剤とのハンセン溶解度パラメータの距離が5.0MPa 0.5 以下となるように、前記樹脂と、前記アルコール系溶剤および前記エーテル系溶剤ならびにその配合比が決定されてペースト状に調製されている、導電性接合材。
A conductive bonding material for bonding ceramic electronic materials,
Conductive particles having an average particle size of 100 nm or less, a resin as a binder, and a mixed solvent composed of at least two kinds of solvents,
The resin is a cellulosic resin;
The mixed solvent includes at least an alcohol solvent and an ether solvent,
The alcohol solvent and the ether solvent are blended in a proportion of 20% by mass to 80% by mass of the alcohol solvent and 80% by mass to 20% by mass of the ether solvent,
The resin, the alcohol solvent, the ether solvent, and the blending ratio thereof are determined so that the distance of the Hansen solubility parameter between the resin and the mixed solvent is 5.0 MPa 0.5 or less. A conductive bonding material that has been prepared.
前記導電性粒子として、銀(Ag)粒子、銅(Cu)粒子、アルミニウム(Al)粒子または白金族に属するいずれかの金属の粒子を含む、請求項に記載の導電性接合材。 2. The conductive bonding material according to claim 1 , wherein the conductive particles include silver (Ag) particles, copper (Cu) particles, aluminum (Al) particles, or particles of any metal belonging to the platinum group. 前記エーテル系溶剤がジプロピレングリコールメチル−n−プロピルエーテルである、請求項1または2に記載の導電性接合材。 The ether solvent is dipropylene glycol methyl -n- propyl ether, conductive bonding material according to claim 1 or 2. 前記セルロース系樹脂がエチルセルロースである、請求項1〜のいずれか1項に記載の導電性接合材。 The cellulose resin is cellulose, conductive bonding material according to any one of claims 1-3. 前記セルロース系樹脂がエチルセルロースであり、
前記アルコール系溶剤がテルピネオールであり、
前記エーテル系溶剤がジプロピレングリコールメチル−n−プロピルエーテルである、請求項1〜のいずれか1項に記載の導電性接合材。
The cellulosic resin is ethyl cellulose,
The alcohol solvent is terpineol,
It said ether solvent is dipropylene glycol methyl -n- propyl ether, conductive bonding material according to any one of claims 1-4.
テルピネオールとジプロピレングリコールメチル−n−プロピルエーテルの質量割合が、テルピネオール:ジプロピレングリコールメチル−n−プロピルエーテルとして、50:50〜70:30である、請求項に記載の導電性接合材。 The conductive bonding material according to claim 5 , wherein a mass ratio of terpineol and dipropylene glycol methyl-n-propyl ether is 50:50 to 70:30 as terpineol: dipropylene glycol methyl-n-propyl ether. セラミック電子材料を含む少なくとも二つの電子材料が、請求項1〜のいずれか1項に記載の導電性接合材の焼成物からなる接合部により相互に接合されていることを特徴とするセラミック電子デバイス。 A ceramic electronic, wherein at least two electronic materials including the ceramic electronic material are bonded to each other by a bonding portion made of a fired product of the conductive bonding material according to any one of claims 1 to 6. device. セラミック電子材料を含む少なくとも二つの電子材料を請求項1〜のいずれか1項に記載の導電性接合材を介して相互に接着し、500℃以下の温度範囲で焼成することで前記導電性接合材の焼成物からなる接合部により前記少なくとも二つの電子材料を接合することを特徴とするセラミック電子材料の接合方法。 The at least two electronic materials including a ceramic electronic material are bonded to each other through the conductive bonding material according to any one of claims 1 to 6 , and are fired at a temperature range of 500 ° C or lower to achieve the conductive property. A method for joining ceramic electronic materials, comprising joining the at least two electronic materials by a joining portion made of a fired product of a joining material.
JP2012002563A 2012-01-10 2012-01-10 Conductive bonding material, method of bonding ceramic electronic material using the same, and ceramic electronic device Active JP5670924B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012002563A JP5670924B2 (en) 2012-01-10 2012-01-10 Conductive bonding material, method of bonding ceramic electronic material using the same, and ceramic electronic device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012002563A JP5670924B2 (en) 2012-01-10 2012-01-10 Conductive bonding material, method of bonding ceramic electronic material using the same, and ceramic electronic device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013143243A JP2013143243A (en) 2013-07-22
JP5670924B2 true JP5670924B2 (en) 2015-02-18

Family

ID=49039714

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012002563A Active JP5670924B2 (en) 2012-01-10 2012-01-10 Conductive bonding material, method of bonding ceramic electronic material using the same, and ceramic electronic device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5670924B2 (en)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6258954B2 (en) * 2013-10-09 2018-01-10 古河電気工業株式会社 Metal body joining method and metal body joining structure
KR102397620B1 (en) * 2015-02-19 2022-05-16 주식회사 다이셀 silver particle paint composition
JP6453748B2 (en) * 2015-12-09 2019-01-16 トヨタ自動車株式会社 Thermoelectric conversion material
JP2017134930A (en) * 2016-01-26 2017-08-03 株式会社ダイセル Jointing conductor paste
JP6556198B2 (en) * 2017-07-25 2019-08-07 有限会社 ナプラ Bonding structure
JP6521138B1 (en) * 2018-04-19 2019-05-29 東洋インキScホールディングス株式会社 CONDUCTIVE COMPOSITION FOR MOLDED FILM, MOLDED FILM, MOLDED BODY, AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME
CN109981082B (en) * 2019-04-30 2023-09-12 中国工程物理研究院流体物理研究所 Nuclear electromagnetic pulse simulator pulse source based on photoconductive switch
US11453089B2 (en) 2019-09-18 2022-09-27 Napra Co., Ltd. Bonding structure
JP7245953B2 (en) * 2020-02-19 2023-03-24 富士フイルム株式会社 COMPOSITION FOR FORMING HEAT CONDUCTIVE MATERIAL, HEAT CONDUCTIVE SHEET, HEAT CONDUCTIVE MULTILAYER SHEET, AND DEVICE WITH HEAT CONDUCTIVE LAYER
WO2023132051A1 (en) * 2022-01-07 2023-07-13 住友ベークライト株式会社 Paste-like resin composition, high–thermal conductivity material, and semiconductor device
CN117282961B (en) * 2023-11-27 2024-03-08 赣州澳克泰工具技术有限公司 Cemented carbide extrusion molding agent and preparation method thereof and preparation method of cemented carbide

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59146103A (en) * 1983-02-09 1984-08-21 昭和電工株式会社 Conductive paste
WO2005036661A1 (en) * 2003-10-08 2005-04-21 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Conductive paste for connecting thermoelectric conversion material
JP4872663B2 (en) * 2006-12-28 2012-02-08 株式会社日立製作所 Joining material and joining method
JP4737116B2 (en) * 2007-02-28 2011-07-27 株式会社日立製作所 Joining method
JP5611537B2 (en) * 2009-04-28 2014-10-22 日立化成株式会社 Conductive bonding material, bonding method using the same, and semiconductor device bonded thereby
JP5514022B2 (en) * 2009-09-17 2014-06-04 株式会社ダイセル Solvent composition for producing multilayer ceramic parts
EP2559742A1 (en) * 2010-04-16 2013-02-20 Asahi Glass Company, Limited Coating composition and production method for same, and formation method for coating film using same
JP2012107206A (en) * 2010-10-26 2012-06-07 Daicel Corp Solvent or solvent composition for printing

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013143243A (en) 2013-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5670924B2 (en) Conductive bonding material, method of bonding ceramic electronic material using the same, and ceramic electronic device
JP6794987B2 (en) Copper paste for bonding, manufacturing method of bonded body and manufacturing method of semiconductor device
CN108102579B (en) Preparation method and application of high-thermal-conductivity and electric-conductivity adhesive
TWI705998B (en) Conductive composition and electronic component using the same
JP6303392B2 (en) Silver paste, semiconductor device using the same, and method for producing silver paste
CN109070206A (en) The engagement manufacturing method of copper thickener, the manufacturing method of conjugant and semiconductor device
JP2005243500A (en) Conductive paste, solar cell and manufacturing method of solar cell
TW201718442A (en) Copper paste for joining, method for manufacturing joined body, and method for manufacturing semiconductor device
WO2008062548A1 (en) Pasty metal particle composition and method of joining
JP6766160B2 (en) Composition for metal bonding
JP2016525495A (en) Sintered paste with silver oxide coated on precious and non-precious metal surfaces that are difficult to sinter
JP2013004309A (en) Metal nanoparticle paste
JP6923063B2 (en) Silver paste and its manufacturing method and joint manufacturing method
WO2018030173A1 (en) Bonding composition and method for preparing same
TW201911989A (en) Method for producing metal bonded laminate
JP2015004121A (en) Metal nanoparticle paste, bonding material containing the same, and semiconductor device using the same
JP2013041870A (en) Semiconductor device
TWI677488B (en) Manufacturing method of low-temperature sinterable surface-treated copper fine particles
WO2018159115A1 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2016089024A (en) Coating film, manufacturing method therefor and coating film forming method
JP6200667B2 (en) Metal paste composition for ceramic materials
JP6669420B2 (en) Bonding composition
JP7172224B2 (en) COMPOSITION FOR CONDUCTOR-FORMING AND METHOD FOR MANUFACTURING ARTICLE HAVING CONDUCTOR LAYER
JP6267835B1 (en) Bonding composition and method for producing the same
WO2024034662A1 (en) Copper paste

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20131118

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140411

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140501

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140528

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20141204

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20141218

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5670924

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250