JP6072117B2 - Copper fine particle paste and method for producing the same - Google Patents
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- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Description
本発明は、応力緩和特性に優れた焼成体を形成する銅微粒子ペースト、及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a copper fine particle paste that forms a fired body excellent in stress relaxation characteristics, and a method for producing the same.
［パワーモジュール］
パワーデバイスが搭載されるモジュールは、セラミック基板上の配線にはんだを介してデバイスが搭載されている。この部分は、絶縁性を確保するために封止樹脂で覆われる。デバイスで発生した熱は、はんだ、放熱ベースを経由して放熱される。
[Power module]
In the module on which the power device is mounted, the device is mounted on the wiring on the ceramic substrate via solder. This portion is covered with a sealing resin in order to ensure insulation. The heat generated in the device is dissipated through the solder and heat dissipation base.
［モジュール構成材料の耐熱性］
ハイブリッド自動車では電池の搭載スペースを確保するために、パワーデバイスの高出力化が求められている。また、従来は冷却水の系統として、インバーター（約７０℃に冷却）とエンジン（約１２０℃に冷却）の２系統必要であったのに対して、省スペースの観点から、インバーターとエンジンの冷却水系統を統一（約１２０℃に冷却）する試みが検討されている。さらに、省スペース化の観点から、乗車スペースに取り付けられていたデバイスをエンジンに直接取り付けることが検討されている。これらを実現するために、モジュールを構成する材料には高い耐熱性が求められるようになっている。典型的には３００℃以上の耐熱性が必要とされている。
[Heat resistance of module components]
In hybrid vehicles, high output power devices are required to secure battery mounting space. Conventionally, two cooling water systems, an inverter (cooled to about 70 ° C) and an engine (cooled to about 120 ° C), were required, but from the viewpoint of space saving, the inverter and the engine were cooled. Attempts to unify the water system (cool to about 120 ° C) are being considered. Furthermore, from the viewpoint of space saving, it has been studied to directly attach a device attached to the boarding space to the engine. In order to realize these, high heat resistance is required for the material constituting the module. Typically, heat resistance of 300 ° C. or higher is required.
［接合材料としてのハンダ］
これまでは、デバイスの搭載に使用されていた接合材料は鉛はんだであった。しかし、ＲｏＨＳ，ＥＬＶ指令により、鉛はんだ代替材料が注目されている。高温の鉛フリーはんだとしては、Ｂｉ系が挙げられるが、形成される化合物は脆いので接合材料として難しさがある。Ａｕ−Ｓｎ系はＡｕを含むので高価である。Ｓｎ−Ａｇはんだでは３００℃以上では融解してしまい、高温下での接合材料として難しさがある。
[Solder as bonding material]
Until now, the bonding material used to mount devices was lead solder. However, lead solder alternative materials are attracting attention due to the RoHS and ELV directives. Examples of the high-temperature lead-free solder include Bi-based solder, but since the formed compound is brittle, it is difficult as a bonding material. Au—Sn is expensive because it contains Au. Sn—Ag solder melts at 300 ° C. or higher, and is difficult as a bonding material at high temperatures.
［銀ナノ粒子ペースト］
そこで、金属ナノ粒子ペーストによる接合が検討されている。平均粒径Ｄ５０が０．１μｍ以下の金属ナノ粒子は表面エネルギーが高いので、粒子を構成する金属の融点よりも低い温度で焼結する。金属ナノ粒子は一旦低温で焼結されると、その金属の融点近くまで融解しないので、高温耐熱性の接合材料とし非常に有利であり、次世代のパワーモジュール材料としては有望である。一方で、この接合部分には、耐熱性に加えて、放熱性も求められている。このため、銀ナノ粒子ペーストが多く検討されている（特許文献１、特許文献２）。しかし、銀ナノ粒子は、価格が高いこと、マイグレーションを誘発する可能性があること等の難点がある。
[Silver nanoparticle paste]
Then, joining by metal nanoparticle paste is examined. Since metal nanoparticles having an average particle diameter D50 of 0.1 μm or less have high surface energy, they are sintered at a temperature lower than the melting point of the metal constituting the particles. Once the metal nanoparticles are sintered at a low temperature, they do not melt to near the melting point of the metal. Therefore, the metal nanoparticles are very advantageous as a high-temperature heat-resistant bonding material, and are promising as a next-generation power module material. On the other hand, in addition to heat resistance, this joint part is also required to have heat dissipation. For this reason, many silver nanoparticle pastes are examined (patent document 1, patent document 2). However, silver nanoparticles have drawbacks such as high price and the possibility of inducing migration.
［銅ナノ粒子ペースト］
銅は銀と同程度の放熱性を有することから、銅ナノ粒子ペーストもデバイスの接合材料として検討されている。銀ナノ粒子と比較して、銅ナノ粒子は表面酸化しやすいので、これを防止しなければならない。ナノ粒子らしい特性を発揮させるために、良好な分散性も確保しなければならない。これらを実現するために、銅ナノ粒子を有機物で表面処理する技術がある。銅ナノ粒子の原料となる銅化合物を保護剤とともにポリオール類、アルコール類、アルデヒド類等の還元性非水溶媒に添加し、これに還元剤を加えながら加熱すると、銅ナノ粒子が得られる（特許文献３）。また、極性有機溶媒中で、炭素数９以下の脂肪酸銅、還元性化合物、及びアルキルアミンを加熱すると、アルキルアミンで被覆された銅ナノ粒子が得られる（特許文献４）。また、ポリビニルピロリドン等の水溶性高分子で被覆された粒径１００ｎｍ以下の銅微粒子を極性溶媒中に分散させた分散液に、ヒドロキシカルボン酸、またはその溶液を加えて撹拌することにより、銅微粒子を被覆している水溶性高分子の一部をヒドロキシカルボン酸で置換すると、分散性に優れた銅微粒子ペーストが得られる（特許文献５）。
[Copper nanoparticle paste]
Since copper has a heat dissipation property similar to that of silver, a copper nanoparticle paste is also being studied as a bonding material for devices. Compared to silver nanoparticles, copper nanoparticles are more susceptible to surface oxidation and must be prevented. Good dispersibility must also be ensured in order to exhibit the properties typical of nanoparticles. In order to realize these, there is a technique for surface-treating copper nanoparticles with an organic substance. When copper compound as a raw material for copper nanoparticles is added to a reducing non-aqueous solvent such as polyols, alcohols and aldehydes together with a protective agent and heated while adding a reducing agent, copper nanoparticles are obtained (patent) Reference 3). Moreover, when a fatty acid copper having 9 or less carbon atoms, a reducing compound, and an alkylamine are heated in a polar organic solvent, copper nanoparticles coated with the alkylamine are obtained (Patent Document 4). Further, by adding hydroxycarboxylic acid or a solution thereof to a dispersion in which copper fine particles having a particle diameter of 100 nm or less coated with a water-soluble polymer such as polyvinylpyrrolidone are dispersed in a polar solvent, the copper fine particles are stirred. When a part of the water-soluble polymer covering the substrate is substituted with hydroxycarboxylic acid, a copper fine particle paste having excellent dispersibility can be obtained (Patent Document 5).
したがって、本発明の目的は、パワーモジュールの接合材料として適した、耐熱性に優れた焼結体を製造可能な、銅微粒子ペーストを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a copper fine particle paste that can be used as a bonding material for a power module and that can produce a sintered body having excellent heat resistance.
従来、銅ナノ粒子ペースト（銅微粒子ペースト）では、ナノ粒子が溶剤中に凝集せずに分散していることが求められてきた。これは、凝集してしまうと低温焼結性が損なわれると考えられているためである。このように分散性が優れて均一にナノ粒子が溶剤に分散したペーストを焼結させると、緻密な焼成体が得られる。このような緻密な焼成体は、通常は、好ましい。 Conventionally, in a copper nanoparticle paste (copper fine particle paste), it has been demanded that nanoparticles are dispersed in a solvent without being aggregated. This is because it is considered that the low-temperature sinterability is impaired when they are aggregated. When a paste having excellent dispersibility and uniform dispersion of nanoparticles in a solvent is sintered, a dense fired body can be obtained. Such a dense fired body is usually preferable.
しかし、本発明者は、鋭意研究の結果、パワーモジュールの接合材料としては、あまりに緻密な焼成体はむしろ望ましくないとの着想に至った。すなわち、あまりに緻密な焼成体は、冷却、加熱を繰り返すサイクルの中で、モジュール構成材料が伸縮することで発生する応力を緩和できないと考えたためである。 However, as a result of diligent research, the present inventor has come up with the idea that an extremely dense fired body is rather undesirable as a power module bonding material. That is, it is because an extremely dense fired body cannot relax the stress generated by expansion and contraction of the module constituent material in a cycle in which cooling and heating are repeated.
そして、本発明者は、この着想に基づいてさらに研究を進めた結果、銅微粒子ペーストの分散性（凝集特性）を制御することによって、実際の使用で重要となる長期的な耐熱性、すなわち、サイクル特性に優れたパワーデバイスの接合材料を実現できることを見いだして、本発明に到達した。 And, as a result of further research based on this idea, the present inventor, by controlling the dispersibility (aggregation characteristics) of the copper fine particle paste, long-term heat resistance that is important in actual use, that is, The inventors have found that a power device bonding material having excellent cycle characteristics can be realized, and have reached the present invention.
本発明によれば、Ｄ５０が１μｍ以下の銅微粒子を６０〜９０ｗｔ％含み、残部が１０〜４０ｗｔ％の有機溶媒から構成され、１０μｍを超える凝集物がなく、１μｍから１０μｍの凝集物をあえて含むペーストを得られる。このペーストは必要に応じて適量の樹脂を含有してもよい。この銅微粒子ペーストによれば、応力緩和特性に優れた焼成体が得られる。 According to the present invention, D50 contains 60 to 90 wt% of copper fine particles having a size of 1 μm or less, and the balance is composed of an organic solvent of 10 to 40 wt%. A paste can be obtained. This paste may contain an appropriate amount of resin as required. According to this copper fine particle paste, a fired body excellent in stress relaxation characteristics can be obtained.
本発明において、酸化を抑制するために窒素を含む有機物を銅微粒子に付着させておくことが好ましい。この窒素を含む有機物としては、ポリビニルピロリドン、３級アミン、４級アミンが好ましい。これらの化合物は、銅微粒子生成反応における粒成長抑制剤として使用してもよいし、製粉工程後に銅微粒子に吸着させてもよい。必要に応じて前記有機物を吸着させる前に、酸洗、アルカリ処理等の前処理を行ってもよい。この銅微粒子を６０〜９０ｗｔ％となるように、有機溶剤と混ぜ合わせて混練物を調整する。これを事前に遊星式混練機で撹拌した後に、３本ロールに通す。この後、再び遊星式攪拌機で脱泡を行うのが望ましい。３本ロールでの分散はロール間ギャップを５０μｍから５μｍまで３パス以上をかけることが望ましい。ロール間ギャップが５μｍの時は、さらにロール間の圧力をかけると分散が進行する場合があるので、圧力をかける場合でも１５Ｎ以下とするのが好ましい。または、遊星式撹拌機で十分に混練した後に引き続き脱泡を行ってもよい。または、揮発性が高い溶剤を選定する場合はビーズミルで分散を行ってもよい。以上の手順で得られたペーストを孔径１０μｍのフィルターを６０％以上の透過率でろ過されたペーストが応力緩和特性に優れた焼成体を形成するペーストである。このペーストは孔径１μｍのフィルターの透過率が２０％以下である。 In the present invention, it is preferable to attach an organic substance containing nitrogen to the copper fine particles in order to suppress oxidation. As this organic substance containing nitrogen, polyvinylpyrrolidone, tertiary amine, and quaternary amine are preferable. These compounds may be used as a grain growth inhibitor in the copper fine particle production reaction, or may be adsorbed on the copper fine particles after the milling step. If necessary, before adsorbing the organic matter, pretreatment such as pickling or alkali treatment may be performed. A kneaded product is prepared by mixing the copper fine particles with an organic solvent so as to be 60 to 90 wt%. After stirring this with a planetary kneader in advance, it is passed through a three roll. After this, it is desirable to defoam again with a planetary stirrer. As for dispersion with three rolls, it is desirable to apply three or more passes from a gap of 50 μm to 5 μm. When the gap between rolls is 5 μm, dispersion may proceed if a pressure between rolls is further applied. Therefore, even when a pressure is applied, it is preferably 15 N or less. Alternatively, defoaming may be continued after sufficiently kneading with a planetary stirrer. Alternatively, when a highly volatile solvent is selected, dispersion may be performed with a bead mill. The paste obtained by filtering the paste obtained by the above procedure through a filter having a pore diameter of 10 μm with a transmittance of 60% or more is a paste that forms a fired body having excellent stress relaxation characteristics. This paste has a transmittance of 20% or less for a filter having a pore diameter of 1 μm.
したがって、本発明は以下の（１）以下を含む。
（１）
パワーモジュール接合材用銅微粒子ペーストであって、
銅微粒子ペーストが、
表面処理された銅微粒子を６０〜９０ｗｔ％の範囲、溶剤を１０〜４０ｗｔ％の範囲で含み、
１０μｍの孔径のフィルターの透過率が６０％以上であり、
１μｍの孔径のフィルターの透過率が２０％以下であり、
表面処理された銅微粒子が、
Ｄ５０が１μｍ以下である銅微粒子が、３級アミン化合物、４級アミン化合物、及びポリビニルピロリドンからなる群から選択された１種以上のアミン化合物で表面処理されてなる、表面処理された銅微粒子である、銅微粒子ペースト。
（２）
アミン化合物が、
次の基：
−ＣＨ（ＯＨ）−ＣＨ2−ＮＲ1Ｒ2基
（ただし、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ独立に、
Ｃ１〜Ｃ８のアルキル基、Ｃ１〜Ｃ８のヒドロキシアルキル基、Ｃ２〜Ｃ８のアルコキシアルキル基、Ｃ７〜Ｃ１０の置換又は無置換のフェニルアルキル基、Ｃ６〜Ｃ８の置換又は無置換のフェニル基、Ｃ１２〜Ｃ１６の置換又は無置換のナフチル基、Ｃ３〜Ｃ８の直鎖又は分枝のアルケニル基からなる群から選択された基である。）
を１個以上有する３級アミン化合物であるか；又は
次の基：
−ＣＨ（ＯＨ）−ＣＨ2−［Ｎ+Ｒ1Ｒ2Ｒ3］Ｘ1 -基
（ただし、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3はそれぞれ独立に、
Ｃ１〜Ｃ８のアルキル基、Ｃ１〜Ｃ８のヒドロキシアルキル基、Ｃ２〜Ｃ８のアルコキシアルキル基、Ｃ７〜Ｃ１０の置換又は無置換のフェニルアルキル基、Ｃ６〜Ｃ８の置換又は無置換のフェニル基、Ｃ１２〜Ｃ１６の置換又は無置換のナフチル基、Ｃ３〜Ｃ８の直鎖又は分枝のアルケニル基からなる群から選択された基であり、
Ｘ1 -は、ハロゲン化物イオン、及びＣＨ3ＳＯ4 -からなる群から選択された１価のアニオンである）
を１個以上有する４級アミン化合物である、（１）に記載の銅微粒子ペースト。
（３）
アミン化合物が、次の式Ｉ：
Ｒ基は、以下のいずれかの基である：
−ＮＲ1Ｒ2基
（ただし、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ独立に、
Ｃ１〜Ｃ８のアルキル基、Ｃ１〜Ｃ８のヒドロキシアルキル基、Ｃ２〜Ｃ８のアルコキシアルキル基、Ｃ７〜Ｃ１０の置換又は無置換のフェニルアルキル基、Ｃ６〜Ｃ８の置換又は無置換のフェニル基、Ｃ１２〜Ｃ１６の置換又は無置換のナフチル基、Ｃ３〜Ｃ８の直鎖又は分枝のアルケニル基からなる群から選択された基である。）
又は
−［Ｎ+Ｒ1Ｒ2Ｒ3］Ｘ1 -基
（ただし、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3はそれぞれ独立に、
Ｃ１〜Ｃ８のアルキル基、Ｃ１〜Ｃ８のヒドロキシアルキル基、Ｃ２〜Ｃ８のアルコキシアルキル基、Ｃ７〜Ｃ１０の置換又は無置換のフェニルアルキル基、Ｃ６〜Ｃ８の置換又は無置換のフェニル基、Ｃ１２〜Ｃ１６の置換又は無置換のナフチル基、Ｃ３〜Ｃ８の直鎖又は分枝のアルケニル基からなる群から選択された基であり、
Ｘ1 -は、ハロゲン化物イオン、ＣＨ3ＳＯ4 -からなる群から選択された１価のアニオンである））
で表される、アミン化合物である、（１）に記載の銅微粒子ペースト。
（４）
さらに、樹脂として、ロジン、またはアクリル樹脂を５ｗｔ％以下含む、（１）〜（３）のいずれかに記載の銅微粒子ペースト。
（５）
銅微粒子が、Ｄ５０が０．１以上１μｍ以下の銅微粒子である、（１）〜（４）のいずれかに記載の銅微粒子ペースト。
（６）
溶剤が、ターピネオール、ジヒドロターピネオール、ブチルカルビトール、メチルエチルケトン、エチレングリコール、及びジエチレングリコールからなる群から選択された１種以上の溶剤である、（１）〜（５）のいずれかに記載の銅微粒子ペースト。
（７）
（１）〜（６）のいずれかに記載の銅微粒子ペーストからなる、パワーモジュール用接合材料。
（８）
（１）〜（６）のいずれかに記載の銅微粒子ペーストからなるパワーモジュール用接合材料による接合を備えた、パワーモジュール。
（９）
（１）〜（６）のいずれかに記載の銅微粒子ペーストを製造する方法であって、
Ｄ５０が１μｍ以下である銅微粒子が、３級アミン化合物、４級アミン化合物、及びポリビニルピロリドンからなる群から選択された１種以上のアミン化合物で表面処理されてなる、表面処理された銅微粒子を、６０〜９０ｗｔ％の範囲で、
溶剤を、１０〜４０ｗｔ％の範囲で、樹脂としてロジン又はアクリル樹脂を、０〜５ｗｔ％の範囲で、含有させて混合し、銅微粒子ペースト用混合物を得る工程、
銅微粒子ペースト用混合物を、撹拌し、分散し、脱泡して、銅微粒子ペーストを得る工程、
を含む、方法。
（１０）
分散が３本ロールによって行われ、３本ロールの最終パスのロールギャップが５μｍ以上、２０μｍ未満である、（９）に記載の方法。
（１１）
（９）〜（１０）のいずれかに記載の方法によって得られた銅微粒子ペーストを、接合材料として使用して、接合する工程、
を含む、パワーモジュールを製造する方法。
Accordingly, the present invention includes the following (1).
(1)
Copper fine particle paste for power module bonding material,
Copper fine particle paste
The surface-treated copper fine particles are included in the range of 60 to 90 wt%, the solvent is included in the range of 10 to 40 wt%,
The transmittance of a filter having a pore diameter of 10 μm is 60% or more,
The transmittance of a filter having a pore size of 1 μm is 20% or less,
Surface treated copper fine particles
A surface-treated copper fine particle obtained by surface-treating a copper fine particle having a D50 of 1 μm or less with at least one amine compound selected from the group consisting of a tertiary amine compound, a quaternary amine compound, and polyvinylpyrrolidone. There is a copper fine particle paste.
(2)
The amine compound
The following groups:
—CH (OH) —CH 2 —NR 1 R 2 group (where R 1 and R 2 are each independently
C1-C8 alkyl group, C1-C8 hydroxyalkyl group, C2-C8 alkoxyalkyl group, C7-C10 substituted or unsubstituted phenylalkyl group, C6-C8 substituted or unsubstituted phenyl group, C12- It is a group selected from the group consisting of a C16 substituted or unsubstituted naphthyl group and a C3 to C8 linear or branched alkenyl group. )
Or a tertiary amine compound having one or more of
The following groups:
-CH (OH) -CH 2 - [ N + R 1 R 2 R 3] X 1 - group (wherein each R 1, R 2 and R 3 are independently,
C1-C8 alkyl group, C1-C8 hydroxyalkyl group, C2-C8 alkoxyalkyl group, C7-C10 substituted or unsubstituted phenylalkyl group, C6-C8 substituted or unsubstituted phenyl group, C12- A group selected from the group consisting of a C16 substituted or unsubstituted naphthyl group, a C3-C8 linear or branched alkenyl group,
X 1 − is a monovalent anion selected from the group consisting of a halide ion and CH 3 SO 4 — )
The copper fine particle paste according to (1), which is a quaternary amine compound having one or more of
(3)
The amine compound has the following formula I:
The R group is any of the following groups:
—NR 1 R 2 group (where R 1 and R 2 are each independently
C1-C8 alkyl group, C1-C8 hydroxyalkyl group, C2-C8 alkoxyalkyl group, C7-C10 substituted or unsubstituted phenylalkyl group, C6-C8 substituted or unsubstituted phenyl group, C12- It is a group selected from the group consisting of a C16 substituted or unsubstituted naphthyl group and a C3 to C8 linear or branched alkenyl group. )
Or-[N + R 1 R 2 R 3 ] X 1 - group (wherein R 1 , R 2 and R 3 are each independently
C1-C8 alkyl group, C1-C8 hydroxyalkyl group, C2-C8 alkoxyalkyl group, C7-C10 substituted or unsubstituted phenylalkyl group, C6-C8 substituted or unsubstituted phenyl group, C12- A group selected from the group consisting of a C16 substituted or unsubstituted naphthyl group, a C3-C8 linear or branched alkenyl group,
X 1 − is a monovalent anion selected from the group consisting of halide ions and CH 3 SO 4 — ))
The copper fine particle paste according to (1), which is an amine compound represented by:
(4)
Furthermore, copper fine particle paste in any one of (1)-(3) which contains 5 wt% or less of rosin or acrylic resin as resin.
(5)
The copper fine particle paste according to any one of (1) to (4), wherein the copper fine particles are copper fine particles having a D50 of 0.1 to 1 μm.
(6)
The copper fine particle paste according to any one of (1) to (5), wherein the solvent is at least one solvent selected from the group consisting of terpineol, dihydroterpineol, butyl carbitol, methyl ethyl ketone, ethylene glycol, and diethylene glycol. .
(7)
A bonding material for a power module, comprising the copper fine particle paste according to any one of (1) to (6).
(8)
(1)-(6) The power module provided with joining by the joining material for power modules which consists of a copper fine particle paste in any one.
(9)
A method for producing the copper fine particle paste according to any one of (1) to (6),
A surface-treated copper fine particle obtained by subjecting a copper fine particle having a D50 of 1 μm or less to a surface treatment with at least one amine compound selected from the group consisting of a tertiary amine compound, a quaternary amine compound, and polyvinylpyrrolidone. , In the range of 60-90 wt%,
A step of obtaining a mixture for copper fine particle paste by mixing and mixing a rosin or acrylic resin as a resin in a range of 0 to 5 wt% in a range of 10 to 40 wt%,
A step of stirring, dispersing and defoaming the mixture for copper fine particle paste to obtain a copper fine particle paste;
Including the method.
(10)
The method according to (9), wherein the dispersion is performed by three rolls, and the roll gap of the final pass of the three rolls is 5 μm or more and less than 20 μm.
(11)
(9) to a step of bonding using the copper fine particle paste obtained by the method according to any one of (10) as a bonding material;
A method for manufacturing a power module, comprising:
本発明の銅微粒子ペーストは、パワーモジュールの接合材料として適しており、耐熱性とサイクル特性に優れた焼結体（接合体）を製造することができる。 The copper fine particle paste of the present invention is suitable as a joining material for a power module, and can produce a sintered body (joined body) excellent in heat resistance and cycle characteristics.
以下に本発明を実施の態様をあげて詳細に説明する。本発明は以下にあげる具体的な実施の態様に限定されるものではない。
［銅微粒子ペーストの製造］
本発明の銅微粒子ペーストは、Ｄ５０が１μｍ以下である銅微粒子が、３級アミン化合物、４級アミン化合物、及びポリビニルピロリドンからなる群から選択された１種以上のアミン化合物で表面処理されてなる、表面処理された銅微粒子を、６０〜９０ｗｔ％の範囲で、溶剤を、１０〜４０ｗｔ％の範囲で、含有させて混合し、銅微粒子ペースト用混合物を得る工程、銅微粒子ペースト用混合物を、撹拌し、分散し、脱泡して、銅微粒子ペーストを得る工程、を含む、方法によって、製造することができる。
The present invention will be described in detail below with reference to embodiments. The present invention is not limited to the specific embodiments described below.
[Manufacture of copper fine particle paste]
In the copper fine particle paste of the present invention, copper fine particles having a D50 of 1 μm or less are surface-treated with one or more amine compounds selected from the group consisting of tertiary amine compounds, quaternary amine compounds, and polyvinylpyrrolidone. The step of obtaining the copper fine particle paste mixture by mixing and mixing the surface-treated copper fine particles in the range of 60 to 90 wt% and the solvent in the range of 10 to 40 wt%, the copper fine particle paste mixture, Stirring, dispersing and defoaming to obtain a copper fine particle paste.
［銅微粒子ペースト］
上記方法で製造される本発明の銅微粒子ペーストは、パワーモジュール接合材用銅微粒子ペーストであって、銅微粒子ペーストが、表面処理された銅微粒子を６０〜９０ｗｔ％の範囲、溶剤を１０〜４０ｗｔ％の範囲で含み、１０μｍの孔径のフィルターの透過率が６０％以上であり、１μｍの孔径のフィルターの透過率が２０％以下であり、表面処理された銅微粒子が、Ｄ５０が１μｍ以下である銅微粒子が、３級アミン化合物、４級アミン化合物、及びポリビニルピロリドンからなる群から選択された１種以上のアミン化合物で表面処理されてなる、表面処理された銅微粒子である。
[Copper fine particle paste]
The copper fine particle paste of the present invention produced by the above method is a copper fine particle paste for a power module bonding material, and the copper fine particle paste has a surface-treated copper fine particle in a range of 60 to 90 wt% and a solvent of 10 to 40 wt%. % Of the filter having a pore diameter of 10 μm is 60% or more, the transmittance of the filter having a pore diameter of 1 μm is 20% or less, and the surface-treated copper fine particles have D50 of 1 μm or less. The copper fine particles are surface-treated copper fine particles obtained by surface-treating with one or more amine compounds selected from the group consisting of tertiary amine compounds, quaternary amine compounds, and polyvinylpyrrolidone.
この銅微粒子ペーストは、パワーモジュールの接合材料として適しており、耐熱性とサイクル特性に優れた焼結体（接合体）を製造することができる。 This copper fine particle paste is suitable as a power module bonding material, and can produce a sintered body (bonded body) excellent in heat resistance and cycle characteristics.
［表面処理された銅微粒子］
表面処理された銅微粒子は、Ｄ５０が１μｍ以下である銅微粒子が、３級アミン化合物、４級アミン化合物、及びポリビニルピロリドンからなる群から選択された１種以上のアミン化合物で表面処理されてなる、表面処理された銅微粒子である。
[Surface treated copper fine particles]
The surface-treated copper fine particles are obtained by surface-treating copper fine particles having a D50 of 1 μm or less with one or more amine compounds selected from the group consisting of tertiary amine compounds, quaternary amine compounds, and polyvinylpyrrolidone. The surface-treated copper fine particles.
［銅微粒子］
銅微粒子として、湿式法により合成した銅微粒子、又は乾式法により合成した銅微粒子を使用することができる。好適な実施の態様において、表面処理される銅微粒子は、粒成長抑制剤の存在下で化学還元法又は不均化反応を行って得られた銅微粒子である。銅微粒子は、粒子表面の少なくとも一部に亜酸化銅層を有していてもよく、有していなくてもよい。
[Copper fine particles]
As the copper fine particles, copper fine particles synthesized by a wet method or copper fine particles synthesized by a dry method can be used. In a preferred embodiment, the surface-treated copper fine particles are copper fine particles obtained by a chemical reduction method or a disproportionation reaction in the presence of a grain growth inhibitor. The copper fine particles may or may not have a cuprous oxide layer on at least a part of the particle surface.
［化学還元法、不均化反応］
化学還元法又は不均化反応は、公知の手段によって行って、微細なサイズの銅微粒子を得ることができる。
[Chemical reduction, disproportionation reaction]
The chemical reduction method or the disproportionation reaction can be performed by a known means to obtain fine copper particles.
［Ｄ５０］
好適な実施の態様において、銅微粒子のＤ５０が、例えば０．１〜１．０μｍの範囲にある銅微粒子を、好適に表面処理することができる。
[D50]
In a preferred embodiment, copper fine particles having a D50 of copper fine particles in the range of, for example, 0.1 to 1.0 μm can be suitably surface-treated.
［粒成長抑制剤］
化学還元法又は不均化反応では、微細なサイズの銅微粒子を得るために、粒成長抑制剤が使用される。粒成長抑制剤としては、水溶性高分子であれば特に制限がないが、例えば、天然樹脂、多糖類、及びゼラチンから選択された１種以上を挙げることができる。
[Grain growth inhibitor]
In the chemical reduction method or the disproportionation reaction, a grain growth inhibitor is used in order to obtain fine copper particles. The grain growth inhibitor is not particularly limited as long as it is a water-soluble polymer, and examples thereof include one or more selected from natural resins, polysaccharides, and gelatin.
［銅微粒子の表面処理］
銅微粒子の表面処理は、アミン化合物を、例えば水溶液の状態で混合して、表面処理された後に、公知の手段によって適宜水溶液から分離し、その後に表面処理された銅微粒子を固液分離することによって、必要に応じて乾燥や解砕を行って、その後の導電性ペースト（銅微粒子ペースト）の製造に適した形態にすることができる。アミン化合物は、例えば銅微粒子の原料である銅化合物に対して０．０３〜１０重量％の比率となるように、使用することができる。好適な実施の態様において、アミン化合物の水溶液はアルカリ性である。
[Surface treatment of copper fine particles]
For the surface treatment of the copper fine particles, the amine compound is mixed, for example, in the form of an aqueous solution, and after the surface treatment, it is appropriately separated from the aqueous solution by known means, and then the surface-treated copper fine particles are solid-liquid separated. Thus, drying and crushing can be performed as necessary to obtain a form suitable for subsequent production of a conductive paste (copper fine particle paste). An amine compound can be used, for example so that it may become a ratio of 0.03 to 10 weight% with respect to the copper compound which is a raw material of copper fine particles. In a preferred embodiment, the aqueous solution of the amine compound is alkaline.
［アミン化合物］
アミン化合物としては、３級アミン化合物、４級アミン化合物、又はポリビニルピロリドンを使用することができる。このようなアミン化合物として、−ＣＨ（ＯＨ）−ＣＨ2−ＮＲ1Ｒ2基、又は−ＣＨ（ＯＨ）−ＣＨ2−［Ｎ+Ｒ1Ｒ2Ｒ3］Ｘ1 -基を有するアミン化合物を挙げることができる。これらの基は、例えば、１個又は２個以上、あるいは３個〜１６個、３個〜１２個、３個〜８個、４〜６個を、アミン化合物中に有していてもよい。
[Amine compound]
As the amine compound, a tertiary amine compound, a quaternary amine compound, or polyvinylpyrrolidone can be used. As such an amine compound, an amine compound having a —CH (OH) —CH 2 —NR 1 R 2 group or a —CH (OH) —CH 2 — [N + R 1 R 2 R 3 ] X 1 — group Can be mentioned. These groups may have, for example, one or more, or 3 to 16, 3 to 12, 3 to 8, and 4 to 6 in the amine compound.
［好適なアミン化合物の骨格］
このようなアミン化合物として、次の式Ｉ：
を好適に使用することができる。式中、ｎは、１〜８の整数、好ましくは１〜６の整数、２〜４の整数とすることができる。
[Suitable amine compound skeleton]
Such amine compounds include the following formula I:
Can be preferably used. In the formula, n can be an integer of 1 to 8, preferably an integer of 1 to 6, and an integer of 2 to 4.
［Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3］
上記のＲ1及びＲ2はそれぞれ独立に、あるいは上記のＲ1、Ｒ2及びＲ3はそれぞれ独立に、Ｃ１〜Ｃ８のアルキル基、Ｃ１〜Ｃ８のヒドロキシアルキル基、Ｃ２〜Ｃ８のアルコキシアルキル基、Ｃ７〜Ｃ１０の置換又は無置換のフェニルアルキル基、Ｃ６〜Ｃ８の置換又は無置換のフェニル基、Ｃ１２〜Ｃ１６の置換又は無置換のナフチル基、Ｃ３〜Ｃ８の直鎖又は分枝のアルケニル基からなる群から選択された基とすることができる。好適な実施の態様において、Ｒ1及びＲ2を同じ基とすることができる。好適な実施の態様において、Ｒ3を、例えば芳香族環を有する基とすることができる。好適な実施の態様において、これらの置換基は、アミン化合物が全体として水溶性を有するように、選択される。
[R 1 , R 2 , R 3 ]
R 1 and R 2 are each independently, or R 1 , R 2 and R 3 are each independently a C1-C8 alkyl group, a C1-C8 hydroxyalkyl group, a C2-C8 alkoxyalkyl group. C7 to C10 substituted or unsubstituted phenylalkyl group, C6 to C8 substituted or unsubstituted phenyl group, C12 to C16 substituted or unsubstituted naphthyl group, C3 to C8 linear or branched alkenyl group A group selected from the group consisting of In a preferred embodiment, R 1 and R 2 can be the same group. In a preferred embodiment, R 3 can be, for example, a group having an aromatic ring. In preferred embodiments, these substituents are selected such that the amine compound as a whole has water solubility.
アルキル基は、例えばＣ１〜Ｃ８（炭素数１個から８個）、Ｃ１〜Ｃ６、Ｃ１〜Ｃ３、Ｃ１〜Ｃ２とできる。ヒドロキシアルキル基は、例えばＣ１〜Ｃ８、Ｃ１〜Ｃ６、Ｃ１〜Ｃ３、Ｃ１〜Ｃ２とできる。アルコキシアルキル基は、例えばＣ１〜Ｃ８、Ｃ１〜Ｃ６、Ｃ１〜Ｃ３、Ｃ１〜Ｃ２とでき、例えばメトキシアルキル基、エトキシアルキル基、プロポキシアルキル基とできる。フェニルアルキル基は、例えばＣ７〜Ｃ１０、Ｃ７〜Ｃ８とでき、フェニルアルキル基のフェニル基が置換又は無置換のフェニル基であってもよく、例えばフェニルアルキル基のフェニル基は、Ｃ１〜Ｃ３のアルキル基によって１個又は２個置換されていてもよい。フェニル基は、例えばＣ６〜Ｃ８、Ｃ６〜Ｃ７とでき、置換又は無置換のフェニル基であってもよく、例えばＣ１〜Ｃ３のアルキル基によって１個又は２個置換されていてもよい。ナフチル基は、例えばＣ１２〜Ｃ１６、Ｃ１２〜Ｃ１４とでき、置換又は無置換のナフチル基であってもよく、例えばＣ１〜Ｃ３のアルキル基によって１個又は２個置換されていてもよい。アルケニル基は、例えばＣ３〜Ｃ８、Ｃ３〜Ｃ６、Ｃ３〜Ｃ４とでき、直鎖又は分枝の骨格を有していてもよい。 An alkyl group can be made into C1-C8 (C1-C8), C1-C6, C1-C3, C1-C2, for example. The hydroxyalkyl group can be, for example, C1-C8, C1-C6, C1-C3, C1-C2. The alkoxyalkyl group can be, for example, C1-C8, C1-C6, C1-C3, C1-C2, and can be, for example, a methoxyalkyl group, an ethoxyalkyl group, or a propoxyalkyl group. The phenylalkyl group can be, for example, C7 to C10 and C7 to C8, and the phenyl group of the phenylalkyl group may be a substituted or unsubstituted phenyl group. For example, the phenyl group of the phenylalkyl group is a C1 to C3 alkyl group. One or two groups may be substituted with a group. The phenyl group may be, for example, C6 to C8 or C6 to C7, and may be a substituted or unsubstituted phenyl group, and may be substituted by one or two, for example, a C1 to C3 alkyl group. A naphthyl group can be made into C12-C16, C12-C14, for example, may be a substituted or unsubstituted naphthyl group, for example, may be substituted 1 or 2 by a C1-C3 alkyl group. The alkenyl group can be, for example, C3-C8, C3-C6, C3-C4, and may have a linear or branched skeleton.
［Ｘ1 -］
上記のＸ1 -は、ハロゲン化物イオン、及びＣＨ3ＳＯ4 -からなる群から選択された１価のアニオンである。
[X 1 -]
X 1 − is a monovalent anion selected from the group consisting of halide ions and CH 3 SO 4 − .
［銅微粒子ペースト用混合物］
表面処理された銅微粒子を、溶剤と混合して、銅微粒子ペースト用混合物を得る。表面処理された銅微粒子は、銅微粒子ペースト用混合物に対して、例えば６０〜９０ｗｔ％の範囲で含有させる。銅微粒子ペースト用混合物には、所望に応じて、本発明による優れたサイクル特性を妨げない範囲で、表面処理された銅微粒子及び溶剤に加えて、公知のバインダー樹脂、増粘剤、分散剤、あるいはガラスフリットを、所望により添加してもよい。銅微粒子ペーストは非酸化性雰囲気下又は還元性雰囲気下で焼成されるので、バインダー樹脂としては熱分解型のバインダー樹脂が好ましい。好適なバインダー樹脂として、アクリル樹脂、ロジンが挙げられる。ガラスフリットは銅微粒子よりも大きいと、平坦な塗膜を形成する際の障害となることから、銅微粒子のＤ５０の２０倍未満のＤ５０であることが望ましい。
[Copper fine particle paste mixture]
The surface-treated copper fine particles are mixed with a solvent to obtain a copper fine particle paste mixture. The surface-treated copper fine particles are contained, for example, in the range of 60 to 90 wt% with respect to the copper fine particle paste mixture. In addition to the surface-treated copper fine particles and solvent, the mixture for copper fine particle paste, if desired, within a range that does not interfere with the excellent cycle characteristics according to the present invention, known binder resins, thickeners, dispersants, Alternatively, glass frit may be added as desired. Since the copper fine particle paste is baked in a non-oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere, a pyrolytic binder resin is preferable as the binder resin. Suitable binder resins include acrylic resins and rosins. If the glass frit is larger than the copper fine particles, it becomes an obstacle when a flat coating film is formed. Therefore, the D50 is preferably less than 20 times the D50 of the copper fine particles.
［溶剤］
溶剤は、微粒子ペースト用混合物に対して、例えば１０〜４０ｗｔ％の範囲で含有させる。溶剤としては、沸点が３５０℃以下の溶剤であれば特に制限無く公知の溶剤を使用でき、例えばケトン、アルコール、グリコールを挙げることができる。ケトンとしては、メチルエチルケトンを挙げることができる。アルコールとしては、ターピネオール、ジヒドロターピネオール、ブチルカルビトールを挙げることができる。グリコールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコールを挙げることができる。好適な実施の態様において、溶剤として、エチレングリコール、ジエチレングリコールを使用できる。
[solvent]
The solvent is contained, for example, in the range of 10 to 40 wt% with respect to the fine particle paste mixture. As the solvent, a known solvent can be used without particular limitation as long as it has a boiling point of 350 ° C. or lower, and examples thereof include ketones, alcohols, and glycols. Examples of ketones include methyl ethyl ketone. Examples of the alcohol include terpineol, dihydroterpineol, and butyl carbitol. Examples of glycols include ethylene glycol and diethylene glycol. In a preferred embodiment, ethylene glycol or diethylene glycol can be used as the solvent.
［撹拌、分散、脱泡］
銅微粒子ペースト用混合物は、撹拌し、分散し、脱泡して、銅微粒子ペーストを得る。撹拌は、特に制限無く公知の手段を使用することができ、好ましくは例えばＰＤミキサー、あるいは遊星式混練機を使用することができ、特に好ましくは遊星式混練機が使用される。分散は、特に制限無く公知の手段を使用することができ、好ましくは例えばニーダー、ビーズミル、あるいは３本ロールを使用することができ、特に好ましくはビーズミルまたは、３本ロールが使用される。ビーズミルは密閉式なので揮発性が高い溶剤、例えばメチルエチルケトン等を使う場合に有利である。脱泡は、特に制限無く公知の手段を使用することができ、好ましくは遊星式混練機が使用される。好適な実施の態様において、撹拌、分散、脱泡は、この順番に行うことができるが、所望によりこの順序を入れ替えて、あるいはいずれかを複数回行うことも、本発明の範囲内である。
[Stirring, dispersion, defoaming]
The mixture for copper fine particle paste is stirred, dispersed, and degassed to obtain a copper fine particle paste. For the stirring, a known means can be used without particular limitation, and for example, a PD mixer or a planetary kneader can be preferably used, and a planetary kneader is particularly preferably used. For the dispersion, a known means can be used without particular limitation, and for example, a kneader, a bead mill, or a three roll can be used, and a bead mill or a three roll is particularly preferably used. Since the bead mill is hermetically sealed, it is advantageous when a highly volatile solvent such as methyl ethyl ketone is used. A known means can be used for defoaming without any particular limitation, and a planetary kneader is preferably used. In a preferred embodiment, stirring, dispersion, and defoaming can be performed in this order, but it is also within the scope of the present invention to change this order or to perform any one or more times as desired.
［３本ロール］
好適な実施の態様において、３本ロールによって分散を行う場合に、ロール間ギャップを５μｍ〜５０μｍの範囲として、３パス以上をかけることが望ましい。好適な実施の態様において、３本ロールの最終パスのロール間ギャップが５μｍ以上、２０μｍ未満である。
[3 rolls]
In a preferred embodiment, when dispersion is performed with three rolls, it is desirable to apply three passes or more with the gap between the rolls in the range of 5 μm to 50 μm. In a preferred embodiment, the gap between rolls in the final pass of the three rolls is 5 μm or more and less than 20 μm.
［フィルター透過率］
撹拌、分散、脱泡して得られた銅微粒子ペーストは、１０μｍの孔径のフィルターの透過率が、例えば６０％以上、６８％以上、７７％以上であり、例えば６０〜９９％、６８〜９５％の範囲にあり、１μｍの孔径のフィルターの透過率が例えば２０％以下、１２％以下、１０％以下であり、例えば０〜１２％、０〜０．１％の範囲にある。１０μｍの孔径のフィルター透過率は、得られたペーストを、０．４ＭＰａで加圧しながら孔径１０μｍのフィルターをろ過させることによって、測定する。１０μｍの孔径のフィルター透過率は、。１μｍの孔径のろ過により得られたペーストを遊星式攪拌機で脱泡した後に、０．４ＭＰａの圧力で孔径１μｍのフィルターでろ過させることによって、測定する。
[Filter transmittance]
The copper fine particle paste obtained by stirring, dispersing, and defoaming has a transmittance of a filter having a pore size of 10 μm, for example, 60% or more, 68% or more, 77% or more, for example, 60 to 99%, 68 to 95. The transmittance of a filter having a pore diameter of 1 μm is, for example, 20% or less, 12% or less, 10% or less, for example, 0 to 12% or 0 to 0.1%. The filter permeability with a pore size of 10 μm is measured by filtering the obtained paste through a filter with a pore size of 10 μm while applying pressure at 0.4 MPa. The filter transmittance with a pore size of 10 μm. The paste obtained by filtration with a pore size of 1 μm is defoamed with a planetary stirrer and then filtered through a filter with a pore size of 1 μm at a pressure of 0.4 MPa.
［凝集体］
銅微粒子ペースト用混合物は、撹拌し、分散し、脱泡して、上記のフィルター透過率の範囲を満たす、本発明の銅微粒子ペーストとなる。これらの指標を満たす本発明の銅微粒子ペーストは、銅微粒子が一定範囲の凝集体として包含されたものとなっていて、そして、このような凝集体分布の制御によって、焼成体が過度に緻密な焼成体となることが回避されて、優れた応力緩和特性を備えて、結果として優れたサイクル特性を持つに至ったと、本発明者は考えている。
[Agglomerate]
The mixture for copper fine particle paste is stirred, dispersed, defoamed, and becomes the copper fine particle paste of the present invention satisfying the above filter transmittance range. The copper fine particle paste of the present invention that satisfies these indices is one in which the copper fine particles are included as a certain range of aggregates, and the sintered body is excessively dense due to such control of the aggregate distribution. The inventor believes that it has been avoided to become a fired body and has excellent stress relaxation characteristics, resulting in excellent cycle characteristics.
［接合］
銅微粒子ペーストを使用して、公知の手段によって、接合される部材の接合される面へと塗工等を行い、接合される部材を介して銅微粒子ペーストを加圧しながら焼成を行って、焼成体（接合体）を形成し、接合を行うことができる。好適な実施の態様において、例えば銅微粒子ペーストを、例えば０ＭＰａ〜５ＭＰａ、０ＭＰａ〜２ＭＰａで加圧しながら、例えば１００℃〜４００℃、２００℃〜３５０℃の温度で、焼成して接合することができる。加圧することで半導体素子と回路の密着性は向上するが、圧力が高すぎると半導体素子が損傷するので好ましくない。
[Join]
Using the copper fine particle paste, coating is performed on the surfaces to be joined of the members to be joined by known means, and firing is performed while pressing the copper fine particle paste through the members to be joined. A body (joined body) can be formed and joined. In a preferred embodiment, for example, a copper fine particle paste can be baked and bonded at a temperature of, for example, 100 ° C. to 400 ° C. or 200 ° C. to 350 ° C. while being pressurized at, for example, 0 MPa to 5 MPa, 0 MPa to 2 MPa. . Pressurization improves the adhesion between the semiconductor element and the circuit. However, if the pressure is too high, the semiconductor element is damaged, which is not preferable.
［雰囲気］
焼結による接合は、例えば非酸化性雰囲気下又は還元性雰囲気下で行うことができる。非酸化性雰囲気下とは、酸化性気体が含まれない又は低減された雰囲気をいい、例えば酸素が完全又は十分に除去された雰囲気をいう。還元性雰囲気は、雰囲気中にＣＯ、Ｈ2Ｓ、ＳＯ2、Ｈ2、ＨＣＨＯ、ＨＣＯＯＨ、Ｈ2Ｏ等の還元性気体が、０．５ｖｏｌ％以上、好ましくは１．０ｖｏｌ％以上で含まれる雰囲気をいう。還元性雰囲気としては、例えば、大気圧の気体窒素及び気体水素を含む雰囲気を挙げることができる。
[atmosphere]
Joining by sintering can be performed, for example, in a non-oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere. The non-oxidizing atmosphere refers to an atmosphere in which an oxidizing gas is not contained or reduced, for example, an atmosphere in which oxygen is completely or sufficiently removed. The reducing atmosphere contains 0.5 vol% or more, preferably 1.0 vol% or more of a reducing gas such as CO, H 2 S, SO 2 , H 2 , HCHO, HCOOH, and H 2 O in the atmosphere. Say the atmosphere. As reducing atmosphere, the atmosphere containing gaseous nitrogen and gaseous hydrogen of atmospheric pressure can be mentioned, for example.
［サイクル特性］
パワーモジュールの構成材料は、所定の耐熱性を備えることが当然に求められるが、実使用時における温度上昇温度降下のサイクルを繰り返すと、そのサイクルによって初期の特性が劣化してしまうことがあるために、このようなサイクルによっても劣化しないことが求められる。本発明におけるサイクル特性とは、後述する実施例の記載の手法によって求めたサイクル特性である。すなわち、図１に例示する構成のパワーモジュールを製造し、実施例に記載した条件下で、サイクルを繰り返して、初期状態からの熱抵抗の上昇率が１０％以上となったサイクル回数をパワーサイクル寿命（単位：サイクル数）とした。本発明によって焼成された接合体は、優れたサイクル特性を備えており、多数回のサイクルを経た後でも優れた初期特性を維持できるものとなっている。
[Cycle characteristics]
The power module components are naturally required to have the prescribed heat resistance, but if the cycle of temperature rise and temperature drop during actual use is repeated, the initial characteristics may deteriorate due to the cycle. In addition, it is required that such a cycle does not deteriorate. The cycle characteristic in the present invention is a cycle characteristic obtained by a method described in Examples described later. That is, the power module having the configuration illustrated in FIG. 1 is manufactured, and the cycle is repeated under the conditions described in the examples, and the cycle number at which the rate of increase in thermal resistance from the initial state becomes 10% or more It was defined as the life (unit: number of cycles). The bonded body fired by the present invention has excellent cycle characteristics, and can maintain excellent initial characteristics even after many cycles.
以下に実施例をあげて、本発明をさらに詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. The present invention is not limited to the following examples.
（例１：３級アミンの合成）
エポキシ化合物（デナコールＥＸ−５２１（ナカセケムテックス株式会社製））１０．０ｇとジメチルアミン２．４５ｇを三口フラスコに投入し、ドライアイス−メタノールを冷却媒体とした冷却管を用意して、６０℃で３時間反応を行い、ジメチルアミンで変性した化合物を得た。ＦＴ−ＩＲ、１Ｈ−ＮＭＲ、１３Ｃ−ＮＭＲで生成物の構造を特定した。得られたジメチルアミン化合物の構造は下記の通りである。
(Example 1: Synthesis of tertiary amine)
10.0 g of epoxy compound (Denacol EX-521 (manufactured by Nakase ChemteX Corporation)) and 2.45 g of dimethylamine are put into a three-necked flask, and a cooling tube using dry ice-methanol as a cooling medium is prepared. Was reacted for 3 hours to obtain a compound modified with dimethylamine. The structure of the product was identified by FT-IR, 1H-NMR, and 13C-NMR. The structure of the obtained dimethylamine compound is as follows.
（例２：４級アミンの合成）
エポキシ化合物（デナコールＥＸ−５２１（ナカセケムテックス株式会社製））１０．０ｇとジメチルアミン２．４５ｇを三口フラスコに投入し、ドライアイス−メタノールを冷却媒体とした冷却管を用意して、６０℃で３時間反応を進行させた。その後、冷却管を取り外して、窒素ガスを反応液に吹き込んで余剰のジエタノールアミンを除去した。最後にベンジルクロライドを６．８８ｇ反応液に追加し、１００℃で３時間反応を行った。ＦＴ−ＩＲ、１Ｈ−ＮＭＲ、１３Ｃ−ＮＭＲで生成物の構造を特定した。得られたジメチルアミン化合物の構造は下記の通りである。
(Example 2: Synthesis of quaternary amine)
10.0 g of epoxy compound (Denacol EX-521 (manufactured by Nakase ChemteX Corporation)) and 2.45 g of dimethylamine are put into a three-necked flask, and a cooling tube using dry ice-methanol as a cooling medium is prepared. The reaction was allowed to proceed for 3 hours. Thereafter, the cooling pipe was removed, and nitrogen gas was blown into the reaction solution to remove excess diethanolamine. Finally, 6.88 g of benzyl chloride was added to the reaction solution and reacted at 100 ° C. for 3 hours. The structure of the product was identified by FT-IR, 1H-NMR, and 13C-NMR. The structure of the obtained dimethylamine compound is as follows.
（例３：実施例１〜４、６〜８、１０〜１２、比較例１〜４の銅微粒子ペースト）
１Ｌビーカー内に亜酸化銅粉５０ｇとアラビアゴム０．２５ｇを３５０ｍＬの純水に分散させ、そこに体積比率２５％の希硫酸１００ｍＬを添加し、不均化反応を行った。このスラリーからデカンテーション、水洗を繰り返し、Ｄ５０ ０．２μｍの銅微粒子２０ｇを得た。この銅微粒子をｐＨ９．０の水酸化ナトリウム水溶液に添加し、３０分間３００ｒｐｍで撹拌した後、デカンテーションと水洗を２回繰り返し、さらに０．１ｍｏｌ／Ｌの希硫酸に１０分分散させ、同じくデカンテーションにより銅微粒子を回収した。この銅微粒子２０ｇと、例１で合成した３級アミン、例２で合成した４級アミン、またはポリビニルピロリドンを１ｇを含む水溶液１００ｍＬを３００ｒｐｍで１時間混合した後、銅微粉を回収した。その後、窒素中で７０℃で１時間乾燥させた後、解砕し、表面処理された銅微粒子を得た。この銅微粒子を金属比率が５０〜９５％となるように、ジエチレングリコールと３本ロールで混ぜ合わせた。３本ロールの最終パスのロール間ギャップは５または１０μｍとした。比較例１ではロール間ギャップを５μｍとした最終パス後にロール間圧力を２０Ｎとしてさらに１パス追加した。得られたペーストを、０．４ＭＰａで加圧しながら孔径１０μｍのフィルターをろ過させた。ろ過により得られたペーストを遊星式攪拌機で脱泡した。脱泡後のペーストを０．４ＭＰａの圧力で孔径１μｍのフィルターでろ過するかどうかを確認した。
(Example 3: Copper fine particle paste of Examples 1-4, 6-8, 10-12, Comparative Examples 1-4)
In a 1 L beaker, 50 g of cuprous oxide powder and 0.25 g of gum arabic were dispersed in 350 mL of pure water, and 100 mL of dilute sulfuric acid with a volume ratio of 25% was added thereto to carry out a disproportionation reaction. Decantation and water washing were repeated from this slurry to obtain 20 g of copper fine particles having a D50 of 0.2 μm. The copper fine particles were added to a pH 9.0 sodium hydroxide aqueous solution, stirred for 30 minutes at 300 rpm, then decanted and washed twice, and further dispersed in 0.1 mol / L dilute sulfuric acid for 10 minutes. The copper fine particles were collected by a flotation. After mixing 20 g of this copper fine particle with the tertiary amine synthesized in Example 1, the quaternary amine synthesized in Example 2, or 100 mL of an aqueous solution containing 1 g of polyvinylpyrrolidone at 300 rpm, copper fine powder was recovered. Then, after drying at 70 degreeC in nitrogen for 1 hour, it was crushed and the surface-treated copper fine particle was obtained. The copper fine particles were mixed with diethylene glycol and three rolls so that the metal ratio was 50 to 95%. The gap between rolls in the final pass of the three rolls was 5 or 10 μm. In Comparative Example 1, after the final pass with the gap between rolls set to 5 μm, the pressure between rolls was set to 20 N and one more pass was added. The obtained paste was filtered through a filter having a pore diameter of 10 μm while being pressurized at 0.4 MPa. The paste obtained by filtration was defoamed with a planetary stirrer. It was confirmed whether or not the defoamed paste was filtered with a filter having a pore diameter of 1 μm at a pressure of 0.4 MPa.
（例４：実施例５、９、１３の銅微粒子ペースト）
２Ｌビーカー内に酸化銅粉末７９．６ｇとアラビアゴム０．４０ｇを５００ｍＬの純水に分散させ、液温５０℃においてｐＨを８．５±０．１に水酸化ナトリウムを加えて調整した。これにヒドラジン一水和物５０．５ｇを含む５００ｍＬの水溶液を添加し、３０分間液を３００ｒｐｍで撹拌した。この間、液温を５０℃±０．１℃、ｐＨを８．５±０．１に保持した。その後、デカンテーション、水洗を繰り返して銅微粒子６３ｇを得た。この銅微粒子と例１で合成した３級アミン、例２で合成した４級アミン、またはポリビニルピロリドンを１ｇ含む水溶液１００ｍＬを３００ｒｐｍで１時間混合した後、銅微粉を回収した。その後、窒素中で７０℃で１時間乾燥させた後、解砕し、表面処理された銅微粒子を得た。例３の手順で、この銅微粒子を用いてペーストを作製した。
(Example 4: Copper fine particle paste of Examples 5, 9, and 13)
In a 2 L beaker, 79.6 g of copper oxide powder and 0.40 g of gum arabic were dispersed in 500 mL of pure water, and adjusted at a liquid temperature of 50 ° C. by adding sodium hydroxide to a pH of 8.5 ± 0.1. To this, 500 mL of an aqueous solution containing 50.5 g of hydrazine monohydrate was added, and the solution was stirred at 300 rpm for 30 minutes. During this time, the liquid temperature was maintained at 50 ° C. ± 0.1 ° C. and the pH at 8.5 ± 0.1. Thereafter, decantation and water washing were repeated to obtain 63 g of copper fine particles. After the copper fine particles and the tertiary amine synthesized in Example 1, the quaternary amine synthesized in Example 2, or 100 mL of an aqueous solution containing 1 g of polyvinylpyrrolidone were mixed at 300 rpm for 1 hour, copper fine powder was recovered. Then, after drying at 70 degreeC in nitrogen for 1 hour, it was crushed and the surface-treated copper fine particle was obtained. A paste was prepared using the copper fine particles by the procedure of Example 3.
（例５：実施例１４〜１６の銅微粒子ペースト）
１Ｌビーカー内に亜酸化銅粉５０ｇと例１で合成した３級アミン、例２で合成した４級アミン、またはポリビニルピロリドンのいずれかを１ｇ、３５０ｍＬの純水に分散させ、そこに体積比率２５％の希硫酸１００ｍＬを瞬間的に添加し、不均化反応によりＤ５０ ０．２μｍの銅微粒子を得た。吸引ろ過で銅微粒子を回収した後、水洗を行った。その後、窒素中で７０℃で１時間乾燥させた後、解砕し、表面処理された銅微粒子を得た。例３の手順で、この銅微粒子を用いてペーストを作製した。
(Example 5: Copper fine particle paste of Examples 14 to 16)
In a 1 L beaker, 50 g of cuprous oxide powder and the tertiary amine synthesized in Example 1, the quaternary amine synthesized in Example 2, or polyvinylpyrrolidone are dispersed in 1 g of 350 mL of pure water, and a volume ratio of 25 100 mL of dilute sulfuric acid was added instantaneously, and copper fine particles having a D50 of 0.2 μm were obtained by a disproportionation reaction. The copper fine particles were collected by suction filtration, and then washed with water. Then, after drying at 70 degreeC in nitrogen for 1 hour, it was crushed and the surface-treated copper fine particle was obtained. A paste was prepared using the copper fine particles by the procedure of Example 3.
（例６：実施例１７〜１９の銅微粒子ペースト）
水アトマイズ法で作製したＤ５０ ２．０μｍの銅粉を、自転、公転方式を採用したナノ粉砕機（株式会社シンキー社製、ＮＰ−１００）で解砕し、Ｄ５０ ０．１５μｍの銅微粒子を得た。この銅微粒子２０ｇを、０．１ｍｏｌ／Ｌの希硫酸に１０分分散させ、デカンテーションにより銅微粒子を回収した。この銅微粒子２０ｇと、例１で合成した３級アミン、例２で合成した４級アミン、またはポリビニルピロリドンのいずれかを１ｇ含む水溶液１００ｍＬを３００ｒｐｍで１時間混合した後、銅微粉を回収した。例３の手順で、この銅微粒子を用いてペーストを作製した。
(Example 6: Copper fine particle paste of Examples 17 to 19)
The copper powder having a D50 of 2.0 μm prepared by the water atomization method is crushed by a nano-pulverizer (NP-100, manufactured by Shinki Co., Ltd.) employing a rotation and revolution method to obtain a copper fine particle having a D50 of 0.15 μm. It was. 20 g of the copper fine particles were dispersed in 0.1 mol / L dilute sulfuric acid for 10 minutes, and the copper fine particles were recovered by decantation. After mixing 20 g of the copper fine particles with 100 mL of an aqueous solution containing 1 g of either the tertiary amine synthesized in Example 1, the quaternary amine synthesized in Example 2, or polyvinylpyrrolidone at 300 rpm, copper fine powder was recovered. A paste was prepared using the copper fine particles by the procedure of Example 3.
（例７：実施例２０〜２５の銅微粒子ペースト）
実施例２、６、１０の銅微粒子と金属比率が８５％となるように、アクリル樹脂０．８％（実施例２０〜２２）、または４．５％（実施例２３〜２５）、残部がジヒドロターピネオールの組成で、例３の手順でペーストを調整し、焼成体を得た。
(Example 7: Copper fine particle paste of Examples 20 to 25)
Acrylic resin 0.8% (Examples 20 to 22) or 4.5% (Examples 23 to 25), and the balance of the copper fine particles of Examples 2, 6, and 10 so that the metal ratio is 85%. With the composition of dihydroterpineol, the paste was prepared by the procedure of Example 3 to obtain a fired body.
（例８：実施例２６〜３１の銅微粒子ペースト）
実施例２、６、１０の銅微粒子と金属比率が８５％となるように、ロジン０．８％（実施例２６〜２８）、または４．５％（実施例２９〜３１）、残部がターピネオールの組成で、例３の手順でペーストを調整し、焼成体を得た。
(Example 8: Copper fine particle paste of Examples 26 to 31)
Rosin 0.8% (Examples 26 to 28) or 4.5% (Examples 29 to 31), and the balance is terpineol so that the copper fine particles and metal ratio in Examples 2, 6, and 10 are 85%. The paste was adjusted by the procedure of Example 3 with the composition of No. 1 to obtain a fired body.
（例９：比較例５の銅微粒子ペースト）
反応溶媒である１．０Ｌのエチレングリコールに、８０ｇの亜酸化銅粉と６０ｇのポリビニルピロリドンを加えて撹拌しながら加熱し、さらに１．５ｇの水酸化ナトリウムと銀量で１．６ｇの硝酸銀溶液を加え、１５０℃に１時間保持して銅微粒子を還元析出させ、濃褐色の銅微粒子分散液を得た。
この銅微粒子分散液１．０Ｌを限外ろ過により２００ｃｃに濃縮した後、１Ｌになるまでイオン交換水を追加し、撹拌しながら限外ろ過によりろ液を限外ろ過により、銅微粒子を含む溶液を１０００ｃｃまで濃縮した。この操作を３回繰り返して、反応溶媒、過剰なポリビニルピロリドン及び水酸化ナトリウムを除去して、濃縮銅微粒子分散液（金属比率７５ｗｔ％）を得た。
これを用いて、例３の分散手順でペーストを作製した。
(Example 9: Copper fine particle paste of Comparative Example 5)
Add 80 g of cuprous oxide powder and 60 g of polyvinyl pyrrolidone to 1.0 L of ethylene glycol as a reaction solvent, and heat while stirring, and then add 1.5 g of sodium hydroxide and 1.6 g of silver nitrate solution in silver amount And kept at 150 ° C. for 1 hour to reduce and precipitate copper fine particles, thereby obtaining a dark brown copper fine particle dispersion.
After concentrating this copper fine particle dispersion 1.0L to 200cc by ultrafiltration, add ion-exchange water until it becomes 1L, and ultrafiltration is performed by ultrafiltration with stirring and the solution containing copper fine particles Was concentrated to 1000 cc. This operation was repeated three times to remove the reaction solvent, excess polyvinyl pyrrolidone and sodium hydroxide to obtain a concentrated copper fine particle dispersion (metal ratio 75 wt%).
Using this, a paste was prepared by the dispersion procedure of Example 3.
（例１０：比較例６の銅微粒子ペースト）
１Ｌビーカー内に亜酸化銅粉５０ｇとアラビアゴム０．２５ｇを３５０ｍＬの純水に分散させ、そこに体積比率２５％の希硫酸１００ｍＬを添加し、不均化反応を行った。このスラリーからデカンテーション、水洗を繰り返して、ろ過により銅微粒子を回収した。その後、窒素中で７０℃で１時間乾燥させた後、解砕し、Ｄ５０ ０．２μｍの銅微粒子２０ｇを得た。これを用いて、例３の手順でペースト化した。
(Example 10: Copper fine particle paste of Comparative Example 6)
In a 1 L beaker, 50 g of cuprous oxide powder and 0.25 g of gum arabic were dispersed in 350 mL of pure water, and 100 mL of dilute sulfuric acid with a volume ratio of 25% was added thereto to carry out a disproportionation reaction. Decantation and water washing were repeated from this slurry, and copper fine particles were collected by filtration. Then, after drying at 70 ° C. for 1 hour in nitrogen, pulverization was performed to obtain 20 g of copper fine particles having a D50 of 0.2 μm. This was used to make a paste in the procedure of Example 3.
（例１１：評価用パワーモジュールの組み立て）
４０ｍｍ角、厚さ０．６３５のＡｌＮ基板の片面に、３７ｍｍ角、厚さ０．８ｍｍの無酸素銅板をＡｇ−２７％Ｃｕ−２％Ｔｉからなるろう材を介して、２ＭＰａ、８５０℃、１０分の条件で接合させた。次に、この銅板が接合されたのとは反対面に、厚み０．０５ｍｍのＡｌ−Ｓｉろう材箔を介して、３７ｍｍ角、厚さ１．６ｍｍの純度４Ｎのアルミニウム板を６１０℃で接合させた。さらにこのアルミニウム板に厚み０．０５ｍｍのＡｌ−Ｓｉろう材箔を介して、５０ｍｍ角、厚さ５ｍｍのＡ６０６３合金板をヒートシンクとして６１０℃で接合させた。ＡｌＮ基板に直接接合された銅板表面には、接合時に酸化層が形成されていたので、希硫酸で除去した後に、厚み０．２μｍのＮｉめっきを施した。この上に例３〜例８で得られた銅微粒子ペーストを印刷し、その上に１２，５ｍｍ×９．５ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍのＩＧＢＴ素子を加圧接合した。この接合は２ｖｏｌ％の水素を含む窒素中で０．５ＭＰａの圧力で加圧しながら行った。加圧時の温度は３００℃、加圧時間は５分とした。このようにして得られた評価用パワーモジュールの構成の説明図を、図１として示す。
(Example 11: assembly of power module for evaluation)
One side of a 40 mm square, 0.635 thick AlN substrate, a 37 mm square, 0.8 mm thick oxygen-free copper plate is passed through a brazing material made of Ag-27% Cu-2% Ti, 2 MPa, 850 ° C., Bonding was performed under conditions of 10 minutes. Next, an aluminum plate having a 37 mm square and a thickness of 1.6 mm and having a purity of 4 N is joined at 610 ° C. via an Al—Si brazing foil having a thickness of 0.05 mm on the opposite surface to which the copper plate is joined. I let you. Further, an A6063 alloy plate having a 50 mm square and a thickness of 5 mm was bonded to this aluminum plate as a heat sink at 610 ° C. via an Al—Si brazing foil having a thickness of 0.05 mm. Since an oxide layer was formed on the surface of the copper plate directly bonded to the AlN substrate at the time of bonding, Ni plating with a thickness of 0.2 μm was applied after removing with diluted sulfuric acid. The copper fine particle paste obtained in Examples 3 to 8 was printed thereon, and a 12.5 mm × 9.5 mm IGBT element having a thickness of 0.25 mm was pressure bonded thereon. This joining was performed while pressurizing at a pressure of 0.5 MPa in nitrogen containing 2 vol% hydrogen. The temperature at the time of pressurization was 300 ° C., and the pressurization time was 5 minutes. An explanatory diagram of the configuration of the power module for evaluation thus obtained is shown in FIG.
（例１２：パワーサイクル試験）
例８で得られたパワーモジュールのヒートシンク中の冷却水温度、流量を一定に保ち、ＩＧＢＴ素子への通電を、通電で素子表面温度を１４０℃、非通電で素子表面温度６０℃となるサイクルを１０秒後とに繰り返すよう調整した。初期状態からの熱抵抗の上昇率が１０％以上となったサイクル回数をパワーサイクル寿命とした。
熱抵抗テスターを用いて過渡熱抵抗を測定した。印加電力１００Ｗ、印加時間０．１秒で、電力印加前後のゲート―エミッタ間の電位差を測定することにより、熱抵抗を求めた。測定はパワーサイクル試験において、１万サイクル毎に実施した。
(Example 12: Power cycle test)
A cycle in which the temperature and flow rate of the cooling water in the heat sink of the power module obtained in Example 8 is kept constant, the IGBT element is energized, the element surface temperature is 140 ° C when energized, and the element surface temperature is 60 ° C when not energized. Adjustments were made to repeat after 10 seconds. The number of cycles at which the rate of increase in thermal resistance from the initial state was 10% or more was defined as the power cycle life.
Transient thermal resistance was measured using a thermal resistance tester. The thermal resistance was determined by measuring the potential difference between the gate and the emitter before and after the application of power at an applied power of 100 W and an application time of 0.1 second. The measurement was performed every 10,000 cycles in the power cycle test.
［結果］
得られた結果を、後述する図１にまとめて示す。
実施例１〜１９では、パワーモジュールのパワーサイクル寿命が１０万回を超えた。
比較例１は実施例１、２と同じ銅微粒子を用いたが、３本ロールでの最終パスのロール間ギャップが大きすぎたため、実施例１、２のペーストと比べると、比較例１のペーストには大きな凝集体が含まれていたと推定される。このため、素子とペーストとの面内での接着度合のばらつきが生じたために、サイクル寿命が１０万回に達しなかった。
比較例２は実施例１、２と同じ銅微粒子を用いたが、３本ロールでの分散が進行しすぎたために、焼成体が緻密になりすぎた。このため、サイクルで発生した応力が緩和しきれずに、焼成体に欠陥が生じ、サイクル寿命が１０万回に達しなかった。
比較例３は実施例１、２と同じ銅微粒子を用いたが、ペースト中の銅微粒子の割合が低すぎたために、素子との接着が面内で均一にならなかった。このため、サイクル寿命が１０万回に達しなかった。
比較例４は実施例１、２と同じ銅微粒子を用いたが、ペースト中の銅微粒子の割合が高すぎたために、３本ロールでの分散が進行しにくく、凝集を完全に解砕できなかった。このため、素子との接着が面内で均一にならず、サイクル寿命が１０万回に達しなかった。
比較例５はペースト中での銅微粒子の分散性が良すぎたために、焼成体が緻密になりすぎた。このため、サイクルで発生した応力が緩和しきれずに、焼成体に欠陥が生じ、サイクル寿命が１０万回に達しなかった。
比較例６はペースト中での分散性が悪く、素子との接着が面内で均一にならなかった。このため、サイクル寿命が１０万回に達しなかった。
[result]
The obtained results are collectively shown in FIG.
In Examples 1-19, the power cycle life of the power module exceeded 100,000 times.
Comparative Example 1 used the same copper fine particles as in Examples 1 and 2, but because the gap between rolls in the final pass with three rolls was too large, the paste in Comparative Example 1 compared to the paste in Examples 1 and 2 Is presumed to contain large aggregates. For this reason, since the dispersion | variation in the adhesion degree in the surface of an element and a paste arose, cycle life did not reach 100,000 times.
In Comparative Example 2, the same copper fine particles as in Examples 1 and 2 were used. However, since the dispersion with the three rolls proceeded too much, the fired body was too dense. For this reason, the stress which generate | occur | produced in the cycle was not able to be relieved, but the defect was produced in the sintered body and the cycle life did not reach 100,000 times.
In Comparative Example 3, the same copper fine particles as in Examples 1 and 2 were used. However, since the ratio of the copper fine particles in the paste was too low, the adhesion with the device was not uniform in the surface. For this reason, the cycle life did not reach 100,000 times.
In Comparative Example 4, the same copper fine particles as in Examples 1 and 2 were used. However, since the ratio of the copper fine particles in the paste was too high, dispersion with three rolls hardly progressed, and the aggregation could not be completely crushed. It was. For this reason, the adhesion with the element was not uniform in the surface, and the cycle life did not reach 100,000 times.
In Comparative Example 5, since the dispersibility of the copper fine particles in the paste was too good, the fired body was too dense. For this reason, the stress which generate | occur | produced in the cycle was not able to be relieved, but the defect was produced in the sintered body and the cycle life did not reach 100,000 times.
In Comparative Example 6, the dispersibility in the paste was poor, and the adhesion with the device was not uniform in the surface. For this reason, the cycle life did not reach 100,000 times.
［焼結体断面］
上記実施例２による焼結体の断面の電子顕微鏡写真を、図２に示す。写真右下のバーは５μｍである。このように、本発明による焼結体（接合体）は、複雑な形状の空隙を有し、応力緩和特性に優れたものとなり得ることがわかった。
[Sintered body cross section]
The electron micrograph of the cross section of the sintered compact by the said Example 2 is shown in FIG. The bar on the lower right of the photo is 5 μm. Thus, it was found that the sintered body (joined body) according to the present invention has a void having a complicated shape and can be excellent in stress relaxation characteristics.
本発明の銅微粒子ペーストは、パワーモジュールの接合材料として適しており、耐熱性とサイクル特性に優れた焼結体（接合部分）を製造することができる。本発明は産業上有用な発明である。 The copper fine particle paste of the present invention is suitable as a joining material for power modules, and can produce a sintered body (joining portion) excellent in heat resistance and cycle characteristics. The present invention is industrially useful.
１ 接合部分（銅微粒子ペーストによる焼結体）
３ IGBT素子
５ Niめっき層
７ 銅回路
９ AlN基板
１１ アルミ板
１３ ヒートシンク
1 Joining part (sintered body with copper fine particle paste)
3 IGBT element 5 Ni plating layer 7 Copper circuit 9 AlN substrate 11 Aluminum plate 13 Heat sink
Claims (11)
銅微粒子ペーストが、
表面処理された銅微粒子を６０〜９０ｗｔ％の範囲、溶剤を１０〜４０ｗｔ％の範囲で含み、
１０μｍの孔径のフィルターの透過率が６０％以上であり、
１μｍの孔径のフィルターの透過率が２０％以下であり、
表面処理された銅微粒子が、
Ｄ５０が１μｍ以下である銅微粒子が、３級アミン化合物、４級アミン化合物、及びポリビニルピロリドンからなる群から選択された１種以上のアミン化合物で表面処理されてなる、表面処理された銅微粒子である、銅微粒子ペースト。 Copper fine particle paste for power module bonding material,
Copper fine particle paste
The surface-treated copper fine particles are included in the range of 60 to 90 wt%, the solvent is included in the range of 10 to 40 wt%,
The transmittance of a filter having a pore diameter of 10 μm is 60% or more,
The transmittance of a filter having a pore size of 1 μm is 20% or less,
Surface treated copper fine particles
A surface-treated copper fine particle obtained by surface-treating a copper fine particle having a D50 of 1 μm or less with at least one amine compound selected from the group consisting of a tertiary amine compound, a quaternary amine compound, and polyvinylpyrrolidone. There is a copper fine particle paste.
次の基：
−ＣＨ（ＯＨ）−ＣＨ2−ＮＲ1Ｒ2基
（ただし、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ独立に、
Ｃ１〜Ｃ８のアルキル基、Ｃ１〜Ｃ８のヒドロキシアルキル基、Ｃ２〜Ｃ８のアルコキシアルキル基、Ｃ７〜Ｃ１０の置換又は無置換のフェニルアルキル基、Ｃ６〜Ｃ８の置換又は無置換のフェニル基、Ｃ１２〜Ｃ１６の置換又は無置換のナフチル基、Ｃ３〜Ｃ８の直鎖又は分枝のアルケニル基からなる群から選択された基である。）
を１個以上有する３級アミン化合物であるか；又は
次の基：
−ＣＨ（ＯＨ）−ＣＨ2−［Ｎ+Ｒ1Ｒ2Ｒ3］Ｘ1 -基
（ただし、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3はそれぞれ独立に、
Ｃ１〜Ｃ８のアルキル基、Ｃ１〜Ｃ８のヒドロキシアルキル基、Ｃ２〜Ｃ８のアルコキシアルキル基、Ｃ７〜Ｃ１０の置換又は無置換のフェニルアルキル基、Ｃ６〜Ｃ８の置換又は無置換のフェニル基、Ｃ１２〜Ｃ１６の置換又は無置換のナフチル基、Ｃ３〜Ｃ８の直鎖又は分枝のアルケニル基からなる群から選択された基であり、
Ｘ1 -は、ハロゲン化物イオン、及びＣＨ3ＳＯ4 -からなる群から選択された１価のアニオンである）
を１個以上有する４級アミン化合物である、請求項１に記載の銅微粒子ペースト。 The amine compound
The following groups:
—CH (OH) —CH 2 —NR 1 R 2 group (where R 1 and R 2 are each independently
C1-C8 alkyl group, C1-C8 hydroxyalkyl group, C2-C8 alkoxyalkyl group, C7-C10 substituted or unsubstituted phenylalkyl group, C6-C8 substituted or unsubstituted phenyl group, C12- It is a group selected from the group consisting of a C16 substituted or unsubstituted naphthyl group and a C3 to C8 linear or branched alkenyl group. )
Or a tertiary amine compound having one or more of
The following groups:
-CH (OH) -CH 2 - [ N + R 1 R 2 R 3] X 1 - group (wherein each R 1, R 2 and R 3 are independently,
C1-C8 alkyl group, C1-C8 hydroxyalkyl group, C2-C8 alkoxyalkyl group, C7-C10 substituted or unsubstituted phenylalkyl group, C6-C8 substituted or unsubstituted phenyl group, C12- A group selected from the group consisting of a C16 substituted or unsubstituted naphthyl group, a C3-C8 linear or branched alkenyl group,
X 1 − is a monovalent anion selected from the group consisting of a halide ion and CH 3 SO 4 — )
The copper fine particle paste according to claim 1, which is a quaternary amine compound having one or more of the above.
Ｒ基は、以下のいずれかの基である：
−ＮＲ1Ｒ2基
（ただし、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ独立に、
Ｃ１〜Ｃ８のアルキル基、Ｃ１〜Ｃ８のヒドロキシアルキル基、Ｃ２〜Ｃ８のアルコキシアルキル基、Ｃ７〜Ｃ１０の置換又は無置換のフェニルアルキル基、Ｃ６〜Ｃ８の置換又は無置換のフェニル基、Ｃ１２〜Ｃ１６の置換又は無置換のナフチル基、Ｃ３〜Ｃ８の直鎖又は分枝のアルケニル基からなる群から選択された基である。）
又は
−［Ｎ+Ｒ1Ｒ2Ｒ3］Ｘ1 -基
（ただし、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3はそれぞれ独立に、
Ｃ１〜Ｃ８のアルキル基、Ｃ１〜Ｃ８のヒドロキシアルキル基、Ｃ２〜Ｃ８のアルコキシアルキル基、Ｃ７〜Ｃ１０の置換又は無置換のフェニルアルキル基、Ｃ６〜Ｃ８の置換又は無置換のフェニル基、Ｃ１２〜Ｃ１６の置換又は無置換のナフチル基、Ｃ３〜Ｃ８の直鎖又は分枝のアルケニル基からなる群から選択された基であり、
Ｘ1 -は、ハロゲン化物イオン、ＣＨ3ＳＯ4 -からなる群から選択された１価のアニオンである））
で表される、アミン化合物である、請求項１に記載の銅微粒子ペースト。 The amine compound has the following formula I:
The R group is any of the following groups:
—NR 1 R 2 group (where R 1 and R 2 are each independently
C1-C8 alkyl group, C1-C8 hydroxyalkyl group, C2-C8 alkoxyalkyl group, C7-C10 substituted or unsubstituted phenylalkyl group, C6-C8 substituted or unsubstituted phenyl group, C12- It is a group selected from the group consisting of a C16 substituted or unsubstituted naphthyl group and a C3 to C8 linear or branched alkenyl group. )
Or-[N + R 1 R 2 R 3 ] X 1 - group (wherein R 1 , R 2 and R 3 are each independently
C1-C8 alkyl group, C1-C8 hydroxyalkyl group, C2-C8 alkoxyalkyl group, C7-C10 substituted or unsubstituted phenylalkyl group, C6-C8 substituted or unsubstituted phenyl group, C12- A group selected from the group consisting of a C16 substituted or unsubstituted naphthyl group, a C3-C8 linear or branched alkenyl group,
X 1 − is a monovalent anion selected from the group consisting of halide ions and CH 3 SO 4 — ))
The copper fine particle paste according to claim 1, wherein the paste is an amine compound.
Ｄ５０が１μｍ以下である銅微粒子が、３級アミン化合物、４級アミン化合物、及びポリビニルピロリドンからなる群から選択された１種以上のアミン化合物で表面処理されてなる、表面処理された銅微粒子を、６０〜９０ｗｔ％の範囲で、
溶剤を、１０〜４０ｗｔ％の範囲で、樹脂としてロジン又はアクリル樹脂を、０〜５ｗｔ％の範囲で、含有させて混合し、銅微粒子ペースト用混合物を得る工程、
銅微粒子ペースト用混合物を、撹拌し、分散し、脱泡して、銅微粒子ペーストを得る工程、
を含む、方法。 A method for producing a copper fine particle paste according to any one of claims 1 to 6,
A surface-treated copper fine particle obtained by subjecting a copper fine particle having a D50 of 1 μm or less to a surface treatment with at least one amine compound selected from the group consisting of a tertiary amine compound, a quaternary amine compound, and polyvinylpyrrolidone. , In the range of 60-90 wt%,
A step of obtaining a mixture for copper fine particle paste by mixing and mixing a rosin or acrylic resin as a resin in a range of 0 to 5 wt% in a range of 10 to 40 wt%,
A step of stirring, dispersing and defoaming the mixture for copper fine particle paste to obtain a copper fine particle paste;
Including the method.
を含む、パワーモジュールを製造する方法。 A step of bonding using the copper fine particle paste obtained by the method according to claim 9 as a bonding material,
A method for manufacturing a power module, comprising:
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