JP5908571B1 - ペースト状金属粒子組成物、接合方法および電子装置 - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、ペースト状であるため、上記形成作業時や接合作業時に所定の形状や大きさや厚さにすることは容易でない。また、導電性被膜や熱伝導性被膜は金属粒子と硬化した樹脂とからなり、硬化した樹脂は電気絶縁性であり熱伝導性が小さいので、導電性や熱伝導性の大きさに限界がある。
近年チップ部品の高性能化によりチップ部品からの発熱量が増え、電気伝導性はもとより、熱伝導性の向上が要求されるが、対応に限界がある。
[1] (A)還元法により製造された,平均粒径が0.01〜10μmであり,表面が有機物で被覆されてなる焼結性金属粒子、(B1)25℃における粘度が0.1〜500mPa・sである低粘度揮発性分散媒および(B2)25℃における粘度が10〜200Pa・sである高粘度揮発性分散媒からなるペースト状物であり、該ペースト状物を25℃以上125℃以下の温度で乾燥すると、可塑性を有する非流動体となり、150℃以上400℃以下で加熱すると、該金属粒子(A)同士の焼結物となることを特徴とする、ペースト状金属粒子組成物。
[2] 乾燥により、ペースト状物中に含まれる低粘度揮発性分散媒(B1)の半量以上が揮散し、かつ、高粘度揮発性分散媒(B2)の半量以上が残存することを特徴とする、[1]に記載のペースト状金属粒子組成物。
[2-1] 可塑性を有する非流動体のウイリアムス可塑度が、25℃おいて、10〜500であることを特徴とする、[1]または[2]に記載のペースト状金属粒子組成物。
[3] 焼結性金属粒子の材質が、金、銀、銅、白金、パラジウム、またはそれらの合金であることを特徴とする、[1]または[2]に記載のペースト状金属粒子組成物。
[4] 焼結物の体積抵抗率が1×10-5Ω・cm以下であり、かつ、熱伝導率が100W/m・K以上であることを特徴とする、[1]、[2]または[3]に記載のペースト状金属粒子組成物。
[6] 乾燥により、ペースト状物中に含まれる低粘度揮発性分散媒(B1)の半量以上を揮散させ、かつ、高粘度揮発性分散媒(B2)の半量以上を残存させることを特徴とする、[5]に記載の接合方法。
[6-1] 可塑性を有する非流動体のウイリアムス可塑度が、25℃おいて、10〜500であることを特徴とする、[5]または[6]に記載の接合方法。
[7] 焼結性金属粒子の材質が、金、銀、銅、白金、パラジウム、またはそれらの合金であることを特徴とする、[5]または[6]に記載の接合方法。
[8] 金属製部材(C1)および金属製部材(C2)の材質が、金、銀、銅、白金、パラジウム、またはそれらの合金であることを特徴とする、[5]、[6]または[7]に記載の接合方法。
[9] 金属製部材(C1)が、リードフレームまたは回路基板の金属部分であり、金属製部材(C2)が半導体素子の金属部分であることを特徴とする、[5]、[6]、[7]または[8]に記載の接合方法。
[10] 焼結物の体積抵抗率が1×10-5Ω・cm以下であり、かつ、熱伝導率が100W/m・K以上であることを特徴とする、[5]から[9]のいずれかに記載の接合方法。
[12] 乾燥により、ペースト状物中に含まれる低粘度揮発性分散媒(B1)の半量以上を揮散させ、かつ、高粘度揮発性分散媒(B2)の半量以上を残存させることを特徴とする、[11]に記載の電子装置。
[12-1] 可塑性を有する非流動体のウイリアムス可塑度が、25℃おいて、10〜500であることを特徴とする、[11]または[12]に記載の電子装置。
[13] 焼結性金属粒子の材質が、金、銀、銅、白金、パラジウム、またはそれらの合金であることを特徴とする、[11]または12]に記載の電子装置。
[14] 金属部分の材質が、金、銀、銅、白金、パラジウム、またはそれらの合金であることを特徴とする、[11]、[12]または[13]に記載の電子装置。
[15] 焼結物の体積抵抗率が1×10-5Ω・cm以下であり、かつ、熱伝導率が100W/m・K以上であることを特徴とする、[11]から[14]のいずれかに記載の電子装置。;により達成される。
焼結性金属粒子の平均粒径が10μmを越えると、焼結性金属粒子(A)同士の焼結性が低下する恐れがあるので10μm以下であり、5μm以下であることが好ましい。また、0.01μm未満の場合、表面活性が強すぎてペースト状金属粒子組成物の保存安定性が低下する恐れがあるため、0.01μm以上であり、0.02μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましい。
還元法で焼結性金属粒子を製造する工程において使用する還元剤等の有機物が、焼結性金属粒子中に微量残存する場合があるが、本発明においては該有機物に含めない。
脂肪酸のエステルとして、アルキルエステル(例えば、メチルエステル、エチルエステル)、フェニルエステルが例示される。これらアルキルエステルのアルキル基は炭素原子数1〜6が好ましい。
また、塩基性官能基として、アミノ基、イミノ基(=NH)、アンモニウム塩基、塩基性窒素原子を有する複素環基が例示されるが、アミノ基、アンモニウム塩基(例えば、第3級アンモニウム塩基、第4級アンモニウム塩基)であることが好ましい。アミノ基は、第1級アミノ基(-NH2)、第2級アミノ基(-NHR)、第3級アミノ基(-NRR')のいずれでもよい。前記RとR'はアルキル基、フェニル基、アラルキル基などであり、炭素原子数は好ましくは1〜8である。
酸価とは、高分子分散剤固形分1gあたりの酸価を表し、JIS K 0070に準じ、電位差滴定法によって求めることができる。アミン価とは、高分子分散剤固形分1gあたりのアミン価を表し、0.1Nの塩酸水溶液を用い、電位差滴定法によって求めたのち、水酸化カリウムの当量に換算した値をいう。
なお、本発明のペースト状金属粒子組成物には、本発明の目的に反せず、効果を損なわない限り焼結性金属粒子(A)以外の金属粒子または非金属系の粉体、金属酸化物、金属化合物、金属錯体、チクソ剤、安定剤、焼結促進剤等の添加物を少量ないし微量添加しても良い。
本発明のペースト状金属粒子組成物は、流れ出すことがなく塗膜の厚さの制御が容易であるため、形状保持性があり、厚膜の形成も容易にできる。しかも、乾燥後に少なくとも半量以上の高粘度揮発性分散媒(B2)が残存しているため、乾燥物の表面は粘着性を有している。これにより、金属製部材(C1)と金属製部材(C2)との密着性が優れ、もって加熱後に両者の接着、接合が優れたものとなる。
なお、本発明のペースト状金属粒子組成物を、25℃以上125℃以下の温度で乾燥した乾燥物、すなわち、低粘度揮発性分散媒(B1)の少なくとも半量以上を除去した後において、焼結性金属粒子(A)同士が一部焼結していても良いが、可塑性や粘着性を失うまでに焼結していてはならない。
本発明のペースト状金属粒子組成物の乾燥後に残存する低粘度揮発性分散媒(B1)の量、高粘度揮発性分散媒(B2)の量、および、焼結性金属粒子(A)を被覆している有機物の量は、熱重量分析(TGA)により容易に測定することができ、該熱重量分析装置は多数市販されている。
なお、上記パワー半導体素子は、通常、高温動作が可能な窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム等の窒化物半導体素子が好適である。
焼結性金属粒子(A)の被覆剤量;低粘度揮発性分散媒(B1)および高粘度揮発性分散媒(B2)の粘度;ペースト状金属粒子組成物を乾燥した後の可塑性、ウイリアムス可塑度、流動性、粘着性;ペースト状金属粒子組成物の乾燥による、低粘度揮発性分散媒(B1)の除去率、揮発性分散媒(2)の除去率および焼結性金属粒子の表面を被覆している有機物の除去率;加熱して生成した焼結物の体積抵抗率と熱伝導率、および、加熱して接合した接合体の形状安定性と接着強さは、以下の方法により測定した。測定は、断りがない限りは大気中で室温(約25℃)での測定である。
示差熱熱重量同時測定装置(島津製作所株式会社製DTG−60AH型)を用い、焼結性金属粒子(A)を昇温速度10℃/分にて室温(約25℃)から500℃まで昇温して、焼結性金属粒子(A)の減量率を被覆剤量として算出した。焼結性金属粒子が銅粒子の場合は、大気中の代わりに窒素ガス中にて昇温して測定した。
ローター式粘度計(東機産業株式会社製RB80型)により、ロータNo.10またはロータNo.14を用い、回転速度0.3〜60rpmで測定した。ロータと回転数は、本実施例と比較例のペースト状金属粒子組成物中の分散媒の粘度に応じて、測定可能範囲になるよう適宜選択した。
幅50mm×長さ50mm×厚さ2.0mmのガラス板上に、幅10mm×長さ10mmの開口部を有する100μm厚のメタルマスクを用いて、ペースト状金属粒子組成物を塗布し、所定の温度の強制循環式オーブン内で所定の時間加熱して板状の乾燥物とした。焼結性金属粒子が銅粒子の場合は、大気中の代わりに窒素ガス中で加熱した。
該乾燥物に直径5mm、重さ20gの金属製円柱を10秒間載せてからはずし、目視にて、該乾燥物に該ステンレス棒の跡が残っている場合は可塑性有りとし、跡が残っていない場合は可塑性無しとした。なお、形状は保持しているものの、明らかに乾燥して粉体が固まった状態(表面に粘着性を有していない)は、可塑性無しとした。
JIS K 6249「未硬化及び硬化シリコーンゴムの試験方法」に規定する方法に準じて測定した。すなわち、該乾燥物2cm3を球状の試験体とし、これをセロハン紙に挟んで、ダイヤルゲージのついた平行板可塑度計(ウイリアムスプラストメータ)にセットし、5kgの荷重を加えて3分間放置した後、ダイヤルゲージの目盛りをミリメートルの1/100まで読み取り、試験体の厚さを100倍して可塑度とした。ウイリアムスプラストメータは、株式会社上島製作所製を使用した。各実施例と各比較例と表中では、可塑度と表示した。
塗布した形状である、幅10mm×長さ10mmの範囲から、目視にて乾燥後において外側にはみ出しがない場合は、流動性無しとし、はみ出しがある場合は、流動性有りとした。
該乾燥物の表面に厚さ20μmの透明なポリエチレンフィルムを載せ、その上から直径5mm、重さ20gの金属製円柱を10秒間載せてからはずし、目視にて、該ステンレス棒を載せた部分の該ポリエチレンフィルムが、該乾燥物と密着している場合は粘着性有りとし、該乾燥物から剥離している、または、浮いている場合は粘着性無しとした。
幅50mm×長さ50mm×厚さ2.0mmのガラス板上に、幅10mm×長さ10mmの開口部を有する100μm厚のメタルマスクを用いて、ペースト状金属粒子組成物を塗布し、所定の温度の強制循環式オーブン内で所定の時間加熱して板状の乾燥物とした。焼結性金属粒子(A)が銅粒子の場合は、大気中の代わりに窒素ガス中で加熱した。
該乾燥物を熱重量分析(TGA)用のアルミカップに取り出してから該乾燥物の質量を精秤し、示差熱熱重量同時測定装置(島津製作所株式会社製DTG−60AH型)により、室温(約25℃)から500℃まで加熱して熱重量測定を行い、該乾燥物中に含まれている低粘度揮発性分散媒(B1)、および、焼結性金属粒子の各質量を測定した。焼結性金属粒子が銅粒子の場合は大気中の代わりに窒素ガスとした。
同様に、乾燥前のペースト状金属粒子組成物について熱重量分析し、含まれている低粘度揮発性分散媒(B1)、および、焼結性金属粒子の各質量を測定した。
低粘度揮発性分散媒(B1)の除去率(%)={質量(1)−質量(2)}/質量(1)×100
同様にして、揮発性分散媒(2)の除去率および該焼結性金属粒子の表面を被覆している有機物の除去率を求めた。なお、残存率(%)は100−除去率(%)で算出できる。
幅50mm×長さ50mm×厚さ2.0mmのガラス板上に、幅10mm×長さ10mmの開口部を有する2mm厚のメタルマスクを用いて、ペースト状金属粒子組成物を塗布し、所定の温度の強制循環式オーブン内で所定の時間加熱して、該ペースト状金属粒子組成物の乾燥物とした。焼結性金属粒子が銅粒子の場合は、大気中の代わりに窒素ガス中で加熱した。続いて、所定の温度の強制循環式オーブン内で1時間加熱して板状の焼結物とした。焼結性金属粒子が銅粒子の場合は、更に、水素ガス10体積%と窒素ガス90体積%の混合ガスであるフォーミングガス中において、所定の温度で10分間加熱した。
ガラス板からはがした該焼結物について、JIS K 7194に準じた方法により体積抵抗率(単位;Ω・cm)を測定した。
幅50mm×長さ50mm×厚さ2.0mmのガラス板上に、幅10mm×長さ10mmの開口部を有する2mm厚のメタルマスクを用いて、ペースト状金属粒子組成物を塗布し、所定の温度の強制循環式オーブン内で所定の時間加熱して、該ペースト状金属粒子組成物の乾燥物とした。焼結性金属粒子が銅粒子の場合は、大気中の代わりに窒素ガス中で加熱した。続いて、所定の温度の強制循環式オーブン内で1時間加熱して板状の焼結物とした。焼結性金属粒子が銅粒子の場合は、更に、水素ガス10体積%と窒素ガス90体積%の混合ガスであるフォーミングガス中において、所定の温度で10分間加熱した。
ガラス板からはがした該焼結物について、レーザーフラッシュ法により熱伝導率(単位;W/m・K)を測定した。
幅25mm×長さ70mm×厚さ1.0mmの銀基板(銀純度99.99%)上に、10mmの間隔をおいて4つの幅2.5mm×長さ2.5mmの開口部を有する100μm厚のメタルマスクを用いて、ペースト状金属粒子組成物を塗布し、所定の温度の強制循環式オーブン内で所定の時間加熱して、該ペースト状金属粒子組成物の乾燥物とした。焼結性金属粒子が銅粒子の場合は、大気中の代わりに窒素ガス中で加熱した。
幅25mm×長さ70mm×厚さ1.0mmの銀基板(銀純度99.99%)上に、10mmの間隔をおいて4つの幅2.5mm×長さ2.5mmの開口部を有する100μm厚のメタルマスクを用いて、ペースト状金属粒子組成物を塗布し、所定の温度の強制循環式オーブン内で所定の時間加熱して、該ペースト状金属粒子組成物の乾燥物とした。焼結性金属粒子が銅粒子の場合は、大気中の代わりに窒素ガス中で加熱した。
ミキサー内で、硝酸銀の還元法で製造され,平均粒径が1.0μmであり,表面がオレイン酸で被覆された(オレイン酸量は0.5質量%である)粒状の銀粒子100部に、低粘度揮発性分散媒(B1)としてα−ターピネオール(和光純薬工業株式会社発売の試薬。25℃における粘度36mPa・s)12部と、高粘度揮発性分散媒(B2)として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発売、略号MTPH。25℃における粘度80Pa・s)を8部添加し、均一に混合してペースト状銀粒子組成物を調製した。
このペースト状銀粒子組成物を60℃で1時間乾燥した乾燥物について、可塑性、可塑度、流動性、粘着性、α−ターピネオールの除去率を測定したところ、該乾燥物は、可塑性を有し、流動性無しであり、粘着性を有し、α−ターピネオールの除去率は95%であった。
以上の結果を表1にまとめて示した。このペースト状銀粒子組成物は、焼結物の導電性および熱伝導性が高く、金属製部材(C1)と金属製部材(C2)を強固に接合し、接合体の形状安定性に寄与することがわかる。
ミキサー内で、硝酸銀の還元法で製造され,平均粒径が0.08μmであり,表面がオクタン酸で被覆された(オクタン酸量は1.5質量%である)球状の銀粒子100部に、低粘度揮発性分散媒(B1)としてα−ターピネオール(和光純薬工業株式会社発売の試薬。25℃における粘度36mPa・s)14部と、高粘度揮発性分散媒(B2)として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発売、略号MTPH。25℃における粘度80Pa・s)を8部添加し、均一に混合してペースト状銀粒子組成物を調製した。
このペースト状銀粒子組成物を60℃で15分間乾燥した乾燥物について、可塑性、可塑度、流動性、粘着性、α−ターピネオールの除去率を測定したところ、該乾燥物は、可塑性を有し、流動性無しであり、粘着性を有し、α−ターピネオールの除去率は85%であった。
以上の結果を表1にまとめて示した。このペースト状銀粒子組成物は、焼結物の導電性および熱伝導性が高く、金属製部材(C1)と金属製部材(C2)を強固に接合し、接合体の形状安定性に寄与することがわかる。
ミキサー内で、硝酸銀の還元法で製造された銀粒子をフレーク化した,平均粒径が3.5μmであり,表面がステアリン酸で被覆された(ステアリン酸量は0.8質量%である)フレーク状の銀粒子100部に、低粘度揮発性分散媒(B1)としてα−ターピネオール(和光純薬工業株式会社発売の試薬。25℃における粘度36mPa・s)11部と、高粘度揮発性分散媒(B2)として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、略号MTPH。25℃における粘度80Pa・s)を7部添加し、均一に混合してペースト状銀粒子組成物を調製した。
このペースト状銀粒子組成物を100℃で5分間乾燥した乾燥物について、可塑性、可塑度、流動性、粘着性、α−ターピネオールの除去率を測定したところ、該乾燥物は、可塑性を有し、流動性無しであり、粘着性を有し、α−ターピネオールの除去率は98%であった。
以上の結果を表1にまとめて示した。このペースト状銀粒子組成物は、焼結物の導電性および熱伝導性が高く、金属製部材(C1)と金属製部材(C2)を強固に接合し、接合体の形状安定性に寄与することがわかる。
ミキサー内で、硝酸銀の還元法で製造され,平均粒径が1.0μmであり,表面がオレイン酸カリウムで被覆された(オレイン酸カリウム量は0.9質量%である)粒状の銀粒子100部に、低粘度揮発性分散媒(B1)としてn−ヘキサン(和光純薬工業株式会社発売の試薬。25℃における粘度0.3mPa・s)11部と、高粘度揮発性分散媒(B2)として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発売、略号MTPH。25℃における粘度80Pa・s)を8部添加し、均一に混合してペースト状銀粒子組成物を調製した。
このペースト状銀粒子組成物を30℃で2時間乾燥した乾燥物について、可塑性、可塑度、流動性、粘着性、n−ヘキサンの除去率を測定したところ、該乾燥物は、可塑性を有し、流動性無しであり、粘着性を有し、n−ヘキサンの除去率は100%であった。
以上の結果を表2にまとめて示した。このペースト状銀粒子組成物は、焼結物の導電性および熱伝導性が高く、金属製部材(C1)と金属製部材(C2)を強固に接合し、接合体の形状安定性に寄与することがわかる。
ミキサー内で、硝酸銀の還元法で製造され,平均粒径が1.0μmであり,表面がオレイン酸で被覆された(オレイン酸は0.5質量%である)粒状の銀粒子100部に、低粘度揮発性分散媒(B1)としてオクタンジオール(和光純薬工業株式会社発売の試薬。25℃における粘度300mPa・s)12部と、高粘度揮発性分散媒(B2)として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発売、略号MTPH。25℃における粘度80Pa・s)を8部添加し、均一に混合してペースト状銀粒子組成物を調製した。
このペースト状銀粒子組成物を100℃で10分間乾燥した乾燥物について、可塑性、可塑度、流動性、粘着性、オクタンジオールの除去率を測定したところ、該乾燥物は、可塑性を有し、流動性無しであり、粘着性を有し、オクタンジオールの除去率は99%であった。
以上の結果を表2にまとめて示した。このペースト状銀粒子組成物は、焼結物の導電性および熱伝導性が高く、金属製部材(C1)と金属製部材(C2)を強固に接合し、接合体の形状安定性に寄与することがわかる。
ミキサー内で、硝酸銀の還元法で製造され,平均粒径が1.0μmであり,表面がビックケミー・ジャパン株式会社製のDISPERBYK-2020(酸価:37mgKOH/g、アミン価:36mgKOH/g)で被覆された(DISPERBYK-2020量は0.5質量%である)粒状の銀粒子100部に、低粘度揮発性分散媒(B1)としてα−ターピネオール(和光純薬工業株式会社発売の試薬。25℃における粘度36mPa・s)8部と、高粘度揮発性分散媒(B2)としてイソボルニルフェノール(特許第5150054号公報に記載の製造方法に準じて調製したもの。25℃における粘度62Pa・s)を12部添加し、均一に混合してペースト状銀粒子組成物を調製した。
このペースト状銀粒子組成物を60℃で1時間乾燥した乾燥物について、可塑性、可塑度、流動性、粘着性、α−ターピネオールの除去率を測定したところ、該乾燥物は、可塑性を有し、流動性無しであり、粘着性を有し、α−ターピネオールの除去率は95%であった。
以上の結果を表2にまとめて示した。このペースト状銀粒子組成物は、焼結物の導電性および熱伝導性が高く、金属製部材(C1)と金属製部材(C2)を強固に接合し、接合体の形状安定性に寄与することがわかる。
ミキサー内で、硫酸銅の還元法で製造され,平均粒径が1.0μmであり,表面がステアリン酸で被覆された(ステアリン酸量は0.7質量%である)球状の銅粒子100部に、低粘度揮発性分散媒(B1)としてα−ターピネオール(和光純薬工業株式会社発売の試薬。25℃における粘度36mPa・s)12部と、高粘度揮発性分散媒(B2)として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発売、略号MTPH。25℃における粘度80Pa・s)を8部添加し、均一に混合してペースト状銅粒子組成物を調製した。
このペースト状銅粒子組成物を60℃で1時間乾燥した乾燥物について、可塑性、可塑度、流動性、粘着性、α−ターピネオールの除去率を測定したところ、該乾燥物は、可塑性を有し、流動性無しであり、粘着性を有し、α−ターピネオールの除去率は95%であった。
以上の結果を表3にまとめて示した。このペースト状銅粒子組成物は、焼結物の導電性および熱伝導性が高く、金属製部材(C1)と金属製部材(C2)を強固に接合し、接合体の形状安定性に寄与することがわかる。
ミキサー内で、硝酸銀の還元法で製造され,平均粒径が1.0μmであり,表面がオレイン酸で被覆された(オレイン酸量は0.5質量%である)粒状の銀粒子100部に、低粘度揮発性分散媒(B1)としてα−ターピネオール(和光純薬工業株式会社発売の試薬。25℃における粘度36mPa・s)12部と、高粘度揮発性分散媒(B2)として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発売、略号MTPH。25℃における粘度80Pa・s)を8部添加し、均一に混合してペースト状銀粒子組成物を調製した。
このペースト状銀粒子組成物の乾燥をしない未乾燥物について、可塑性、可塑度、流動性、粘着性、α−ターピネオールの除去率を測定したところ、該未乾燥物は流動性を有しており、α−ターピネオールの除去率は0%であった。流動性を有しているため可塑度は測定不可能であった。
以上の結果を表4にまとめて示した。このペースト状銀粒子組成物は、乾燥していないため、低粘度揮発性分散媒(B1)の全量が残存し、金属製部材(C2)を搭載する際に該未乾燥物が押しつぶされて形状安定性が低下するため、金属製部材(C1)と金属製部材(C2)の接合体の形状安定性に寄与することができないことがわかる。
ミキサー内で、硝酸銀の還元法で製造され,平均粒径が1.0μmであり,表面がオレイン酸で被覆された(オレイン酸量は0.5質量%である)粒状の銀粒子100部に、低粘度揮発性分散媒としてグリセリン(和光純薬工業株式会社発売の試薬。25℃における粘度1400mPa・s)12部と、高粘度揮発性分散媒(B2)として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発売、略号MTPH。25℃における粘度80Pa・s)を8部添加し、均一に混合してペースト状銀粒子組成物を調製した。
このペースト状銀粒子組成物を40℃で30分間乾燥した乾燥物について、可塑性、可塑度、流動性、粘着性、グリセリンの除去率を測定したところ、該乾燥物は流動性を有しており、グリセリンの除去率は2%であった。流動性を有しているため可塑度は測定不可能であった。
以上の結果を表4にまとめて示した。このペースト状銀粒子組成物は、乾燥において低粘度揮発性分散媒が除去しにくく、多量が残存するため、金属製部材(C2)を搭載する際に該未乾燥物が押しつぶされて形状安定性が低下するため、金属製部材(C1)と金属製部材(C2)の接合体の形状安定性に寄与することができないことがわかる。
ミキサー内で、硝酸銀の還元法で製造され,平均粒径が1.0μmであり,表面がオレイン酸で被覆された(オレイン酸量は0.5質量%である)粒状の銀粒子100部に、低粘度揮発性分散媒(B1)としてn−ヘキサン(和光純薬工業株式会社発売の試薬。25℃における粘度0.3mPa・s)11部と、高粘度揮発性分散媒としてオクタンジオール(和光純薬工業株式会社発売の試薬。25℃における粘度0.3Pa・s)を8部添加し、均一に混合してペースト状銀粒子組成物を調製した。
このペースト状銀粒子組成物を60℃で1時間乾燥した乾燥物について、可塑性、可塑度、流動性、粘着性、n−ヘキサンの除去率を測定したところ、該乾燥物は、可塑性、粘着性を有しておらず、n−ヘキサンの除去率は100%であった。乾燥していて脆く、可塑度は測定不可能であった。
以上の結果を表4にまとめて示した。このペースト状銀粒子組成物は、乾燥物中に高粘度揮発性分散媒(B2)が存在していないため、乾燥物が可塑性、粘着性を失い、金属製部材(C1)と金属製部材(C2)を接合することができないことがわかる。
ミキサー内で、硝酸銀の還元法で製造され,平均粒径が1.0μmであり,表面がオレイン酸で被覆された(オレイン酸量は0.5質量%である)粒状の銀粒子100部に、低粘度揮発性分散媒(B1)としてα−ターピネオール(和光純薬工業株式会社発売の試薬。25℃における粘度36mPa・s)12部と、高粘度揮発性分散媒(B2)として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発売、略号MTPH。25℃における粘度80Pa・s)を8部添加し、均一に混合してペースト状銀粒子組成物を調製した。
このペースト状銀粒子組成物を150℃で30分間乾燥した乾燥物について、可塑性、可塑度、流動性、粘着性、α−ターピネオールの除去率を測定したところ、該乾燥物は可塑性、粘着性を有しておらず、α−ターピネオールの除去率は100%であった。
以上の結果を表5にまとめて示した。このペースト状銀粒子組成物は、乾燥温度が125℃を超えて高いと乾燥中に焼結が進行して可塑性、粘着性を失い、金属製部材(C1)と金属製部材(C2)を十分に接合することができないことがわかる。
ミキサー内で、硝酸銀の還元法で製造され,平均粒径が1.0μmであり,表面がオレイン酸で被覆された(オレイン酸量は0.5質量%である)粒状の銀粒子100部に、低粘度揮発性分散媒(B1)としてα−ターピネオール(和光純薬工業株式会社発売の試薬。25℃における粘度36mPa・s)12部と、高粘度揮発性分散媒(B2)として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発売、略号MTPH。25℃における粘度80Pa・s)を8部添加し、均一に混合してペースト状銀粒子組成物を調製した。
このペースト状銀粒子組成物を60℃で1時間乾燥した乾燥物について、可塑性、可塑度、流動性、粘着性、α−ターピネオールの除去率を測定したところ、該乾燥物は、可塑性を有し、流動性無しであり、粘着性を有し、α−ターピネオールの除去率は95%であった。
以上の結果を表5にまとめて示した。このペースト状銀粒子組成物は、乾燥後の加熱温度が150℃未満であると、該銀同士が十分に焼結しないため、金属製部材(C1)と金属製部材(C2)を接合することができないことがわかる。
ミキサー内で、硝酸銀の還元法で製造され,平均粒径が1.0μmであり,表面がオレイン酸で被覆された(オレイン酸量は0.5質量%である)粒状の銀粒子100部に、低粘度揮発性分散媒(B1)としてα−ターピネオール(和光純薬工業株式会社発売の試薬。25℃における粘度36mPa・s)14部と、高粘度揮発性分散媒としてジメチルシリコーンオイル(東レ・ダウコーニング株式会社発売、略号SH200オイル。25℃における粘度300Pa・s)を8部添加し、均一に混合してペースト状銀粒子組成物を調製した。
このペースト状銀粒子組成物を60℃で1時間乾燥した乾燥物について、可塑性、可塑度、流動性、粘着性、α−ターピネオールの除去率を測定したところ、該乾燥物は、可塑性を有し、流動性無しであり、粘着性を有し、α−ターピネオールの除去率は95%であった。
以上の結果を表5にまとめて示した。このペースト状銀粒子組成物は、乾燥後の加熱温度が150℃未満であると、該銀粒子同士が十分に焼結しないため、金属製部材(C1)と金属製部材(C2)を接合することができないことがわかる。
ミキサー内で、硝酸銀の還元法で製造され,平均粒径が1.0μmであり,表面がオレイン酸で被覆された(オレイン酸量は0.5質量%である)粒状の銀粒子100部に、低粘度揮発性分散媒(B1)としてα−ターピネオール(和光純薬工業株式会社発売の試薬。25℃における粘度36mPa・s)20部のみを添加し、均一に混合してペースト状銀粒子組成物を調製した。
このペースト状銀粒子組成物を60℃で1時間乾燥した乾燥物について、可塑性、可塑度、流動性、粘着性、α−ターピネオールの除去率を測定したところ、該乾燥物は、可塑性、粘着性を有しておらず、α−ターピネオールの除去率は100%であった。乾燥していて脆く、可塑度は測定不可能であった。
以上の結果を表6にまとめて示した。このペースト状銀粒子組成物は、乾燥物中に高粘度揮発性分散媒(B2)が存在していないため、乾燥物が可塑性、粘着性を失い、金属製部材(C1)と金属製部材(C2)を接合することができないことがわかる。
ミキサー内で、硝酸銀の還元法で製造され,平均粒径が1.0μmであり,表面がオレイン酸で被覆された(オレイン酸量は0.5質量%である)粒状の銀粒子100部に、高粘度揮発性分散媒(B2)として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発売、略号MTPH。25℃における粘度80Pa・s)を25部添加し混合したがペースト化せず、ペースト状銀粒子組成物を調製することができなかった。
以上の結果を表6にまとめて示した。低粘度揮発性分散媒(B1)は、均一なペースト状銀粒子組成物を調製するために必要な成分であることがわかる。
1 銀基板
2 ペースト状金属粒子組成物(加熱して焼結後は固形状金属)
3 銀チップ
Claims (12)
- (A)還元法により製造された、球状、粒状またはフレーク状であり,平均粒径が0.01〜10μmであり,表面が有機物で被覆されてなる焼結性銀粒子、(B1)25℃における粘度が0.1〜500mPa・sである低粘度揮発性分散媒および(B2)25℃における粘度が50〜100Pa・sである高粘度揮発性分散媒からなるペースト状銀粒子組成物を大気中で25℃以上125℃以下の温度で乾燥して、JIS K 6249に規定するウイリアムス可塑度が25℃おいて10〜500である可塑性を有する非流動体とし、ついで、大気中で150℃以上400℃以下で加熱して、該銀粒子(A)同士の焼結により固形状銀とすることを特徴とする、固形状銀の製造方法。
- 25℃以上125℃以下の温度での乾燥により、ペースト状銀粒子組成物中に含まれる低粘度揮発性分散媒(B1)の50質量%以上を揮散させ、かつ、高粘度揮発性分散媒(B2)の50質量%以上を残存させることを特徴とする、請求項1に記載の固形状銀の製造方法。
- 固形状銀の体積抵抗率が1×10-5Ω・cm以下であり、かつ、熱伝導率が100W/m・K以上であることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の固形状銀の製造方法。
- (A)還元法により製造された、球状、粒状またはフレーク状であり,平均粒径が0.01〜10μmであり,表面が有機物で被覆されてなる焼結性銀粒子、(B1)25℃における粘度が0.1〜500mPa・sである低粘度揮発性分散媒および(B2)25℃における粘度が50〜100Pa・sである高粘度揮発性分散媒からなるペースト状銀粒子組成物を、金属製部材(C1)に塗布した後、大気中で25℃以上125℃以下の温度で乾燥して、該ペースト状銀粒子組成物を、JIS K 6249に規定するウイリアムス可塑度が25℃おいて10〜500である可塑性を有する非流動体とした後、金属製部材(C2)を該非流動体上に搭載し、大気中で150℃以上400℃以下で加熱することにより該銀粒子(A)同士の焼結物である固形状銀として、該金属製部材(C1)と該金属製部材(C2)を接合することを特徴とする、金属製部材(C1)と金属製部材(C2)の接合方法。
- 25℃以上125℃以下の温度での乾燥により、ペースト状銀粒子組成物中に含まれる低粘度揮発性分散媒(B1)の50質量%以上を揮散させ、かつ、高粘度揮発性分散媒(B2)の50質量%以上を残存させることを特徴とする、請求項4に記載の接合方法。
- 金属製部材(C1)および金属製部材(C2)の材質が、金、銀、銅、白金、パラジウム、またはそれらの合金であることを特徴とする、請求項4または請求項5に記載の接合方法。
- 金属製部材(C1)が、リードフレームまたは回路基板の金属部分であり、金属製部材(C2)が半導体素子の金属部分であることを特徴とする、請求項4から請求項6のいずれか1項に記載の接合方法。
- 固形状銀の体積抵抗率が1×10-5Ω・cm以下であり、かつ、熱伝導率が100W/m・K以上であることを特徴とする、請求項4から請求項7のいずれか1項に記載の接合方法。
- (A)還元法により製造された、球状、粒状またはフレーク状であり,平均粒径が0.01〜10μmであり,表面が有機物で被覆されてなる焼結性銀粒子と(B1)25℃における粘度が0.1〜500mPa・sである低粘度揮発性分散媒および(B2)25℃における粘度が50〜100Pa・sである高粘度揮発性分散媒からなるペースト状銀粒子組成物を、リードフレームまたは金属部分を有する回路基板に塗布した後、大気中で25℃以上125℃以下の温度で乾燥して、該ペースト状銀粒子組成物を、JIS K 6249に規定するウイリアムス可塑度が25℃おいて10〜500である可塑性を有する非流動体とした後、金属部分を有する半導体素子を該非流動体上に搭載し、大気中で150℃以上400℃以下で加熱することにより、該銀粒子(A)同士の焼結物である固形状銀として、半導体素子の金属部分とリードフレームもしくは回路基板の金属部分を接合することを特徴とする、電子装置の製造方法。
- 25℃以上125℃以下の温度での乾燥により、ペースト状銀粒子組成物中に含まれる低粘度揮発性分散媒(B1)の50質量%以上を揮散させ、かつ、高粘度揮発性分散媒(B2)の50質量%以上を残存させることを特徴とする、請求項9に記載の電子装置の製造方法。
- 金属部分の材質が、金、銀、銅、白金、パラジウム、またはそれらの合金であることを特徴とする、請求項9または請求項10に記載の電子装置の製造方法。
- 固形状銀の体積抵抗率が1×10-5Ω・cm以下であり、かつ、熱伝導率が100W/m・K以上であることを特徴とする、請求項9から請求項11のいずれか1項に記載の電子装置の製造方法。
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