JP6097162B2 - Conductive particles and solder joint materials - Google Patents
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Description
本発明は、はんだ中に分散されて、はんだペースト又ははんだシートとして用いられる導電性粒子に関する。また、本発明は、上記導電性粒子とはんだとを含み、かつはんだペースト又ははんだシートであるはんだ接合材料に関する。 The present invention relates to conductive particles dispersed in solder and used as a solder paste or a solder sheet. The present invention also relates to a solder joint material that includes the conductive particles and solder and is a solder paste or a solder sheet.
インバータ等に用いられるパワー半導体装置の一つである非絶縁型半導体装置において、半導体素子を固定する部材は半導体装置の電極の一つでもある。例えば、パワートランジスタを固定部材上にSn−Pb系はんだ付け材を用いて搭載した半導体装置では、固定部材(ベース材)はパワートランジスタのコレクタ電極部となる。このコレクタ電極部では、半導体装置稼動時に数アンペア以上の電流が流れ、トランジスタチップは発熱する。この発熱に起因する特性の不安定化及び寿命の低下を避けるためには、はんだ付け部の放熱性、耐熱性を十分に確保する必要がある。このはんだ付け部の放熱性及び耐熱性を十分に確保するためには、放熱性に優れた材料を用いる必要がある。 In a non-insulated semiconductor device which is one of power semiconductor devices used for an inverter or the like, a member for fixing a semiconductor element is also one of electrodes of the semiconductor device. For example, in a semiconductor device in which a power transistor is mounted on a fixing member using an Sn—Pb soldering material, the fixing member (base material) serves as a collector electrode portion of the power transistor. In this collector electrode portion, a current of several amperes or more flows when the semiconductor device is operated, and the transistor chip generates heat. In order to avoid destabilization of characteristics and a decrease in service life due to this heat generation, it is necessary to sufficiently ensure the heat dissipation and heat resistance of the soldered portion. In order to ensure sufficient heat dissipation and heat resistance of the soldered portion, it is necessary to use a material having excellent heat dissipation.
絶縁型半導体装置においても、半導体素子を安全かつ安定に動作させるためには、半導体装置の動作時に発生する熱を半導体装置の外部へ効率よく放散させる必要がある。また、この場合に、はんだ付け部の接合信頼性を確保する必要もある。 Also in an insulated semiconductor device, in order to operate a semiconductor element safely and stably, it is necessary to efficiently dissipate heat generated during operation of the semiconductor device to the outside of the semiconductor device. In this case, it is also necessary to ensure the bonding reliability of the soldered portion.
高い放熱性と高い接合信頼性とを有する接合材料として、下記の特許文献1では、固化状態で形を有し、電気的に接合しようとする部材を連結するために使用する接合材料が開示されている。この接合材料では、弾性を有する球状又は不定形状の耐熱性樹脂粉末が、はんだ内部に均等に分散している。
As a bonding material having high heat dissipation and high bonding reliability, the following
下記の特許文献2には、平板状はんだ素材の上面に一定粒径の添加材を定量散布した接合材料が開示されている。上記添加材としては、融点がはんだ素材よりも高い添加材、熱伝導性が良い添加材、絶縁体である添加材、及び絶縁体の表面を導電性金属でコーティングした添加材が挙げられている。
特許文献1,2に記載のような従来の接合材料では、該接合材料により接合された部材間の間隔にばらつきが生じることがある。すなわち、接合材料により形成された接合部の厚みのばらつきが生じることがある。従って、従来の接合材料を用いた半導体装置などの電子部品の信頼性が低くなるという問題がある。
In the conventional bonding materials as described in
本発明の目的は、第1,第2の接合対象部材の接合後に、該第1,第2の接合対象部材の接合信頼性及び放熱性を高め、更に該第1,第2の接合対象部材間の間隔を高精度に制御できるはんだペースト又ははんだシートを得ることができる導電性粒子を提供することである。また、本発明の目的は、上記導電性粒子とはんだとを含み、かつはんだペースト又ははんだシートであるはんだ接合材料を提供することである。 The object of the present invention is to improve the reliability and heat dissipation of the first and second members to be joined after joining the first and second members to be joined, and further to the first and second members to be joined. It is an object of the present invention to provide conductive particles capable of obtaining a solder paste or a solder sheet capable of controlling the interval therebetween with high accuracy. Another object of the present invention is to provide a solder joint material that includes the conductive particles and solder and is a solder paste or a solder sheet.
本発明の広い局面によれば、はんだ中に分散されて、はんだペースト又ははんだシートとして用いられる導電性粒子であって、基材粒子と、前記基材粒子の表面上に配置された導電層とを備え、前記基材粒子が、樹脂粒子又は有機無機ハイブリッド粒子であり、比重が1.5以上、4.0以下であり、粒子径が8μm以上、200μm以下である、導電性粒子が提供される。 According to a wide aspect of the present invention, conductive particles dispersed in solder and used as a solder paste or a solder sheet, the substrate particles, and a conductive layer disposed on the surface of the substrate particles, There are provided conductive particles, wherein the substrate particles are resin particles or organic-inorganic hybrid particles, the specific gravity is 1.5 or more and 4.0 or less, and the particle diameter is 8 μm or more and 200 μm or less. The
本発明に係る導電性粒子のある特定の局面では、前記導電層が銅層を有する。 On the specific situation with the electroconductive particle which concerns on this invention, the said conductive layer has a copper layer.
本発明に係る導電性粒子のある特定の局面では、前記導電性粒子は、前記基材粒子と、前記基材粒子の表面上に配置された銅層と、前記銅層の外側の表面上に配置された第2の導電層とを備えるか、又は、前記基材粒子と、前記基材粒子の表面上に配置された銅層とを備え、かつ前記銅層の外側の表面が防錆処理されている。 On the specific situation with the electroconductive particle which concerns on this invention, the said electroconductive particle is on the outer surface of the said base material particle, the copper layer arrange | positioned on the surface of the said base material particle, and the said copper layer. A second conductive layer disposed, or a base layer and a copper layer disposed on the surface of the base particle, and the outer surface of the copper layer is subjected to a rust prevention treatment. Has been.
本発明に係る導電性粒子のある特定の局面では、前記導電性粒子は、前記基材粒子と、前記基材粒子の表面上に配置された銅層と、前記銅層の外側の表面上に配置された第2の導電層とを備える。 On the specific situation with the electroconductive particle which concerns on this invention, the said electroconductive particle is on the outer surface of the said base material particle, the copper layer arrange | positioned on the surface of the said base material particle, and the said copper layer. And a second conductive layer disposed.
本発明に係る導電性粒子のある特定の局面では、前記第2の導電層が、ニッケル、金、銀又は錫を含む。 On the specific situation with the electroconductive particle which concerns on this invention, a said 2nd conductive layer contains nickel, gold | metal | money, silver, or tin.
本発明に係る導電性粒子のある特定の局面では、前記基材粒子と、前記基材粒子の表面上に配置された銅層とを備え、かつ前記銅層の外側の表面が防錆処理されている。 In a specific aspect of the conductive particle according to the present invention, the base particle and the copper layer disposed on the surface of the base particle are provided, and the outer surface of the copper layer is subjected to a rust prevention treatment. ing.
本発明に係る導電性粒子のある特定の局面では、前記基材粒子が前記樹脂粒子である。 On the specific situation with the electroconductive particle which concerns on this invention, the said base material particle is the said resin particle.
本発明に係る導電性粒子のある特定の局面では、前記基材粒子が前記有機無機ハイブリッド粒子である。 On the specific situation with the electroconductive particle which concerns on this invention, the said base material particle is the said organic-inorganic hybrid particle.
本発明に係る導電性粒子は、はんだ中に分散されて、はんだシートとして用いられることが好ましい。 The conductive particles according to the present invention are preferably dispersed in solder and used as a solder sheet.
本発明の広い局面によれば、上述した導電性粒子とはんだとを含み、かつはんだペースト又ははんだシートである、はんだ接合材料が提供される。 According to a wide aspect of the present invention, there is provided a solder joint material that includes the above-described conductive particles and solder and is a solder paste or a solder sheet.
本発明に係る導電性粒子では、基材粒子の表面上に導電層が配置されており、上記基材粒子が、樹脂粒子又は有機無機ハイブリッド粒子であり、比重が1.5以上、4.0以下であり、粒子径が8μm以上、200μm以下であるので、本発明に係る導電性粒子を、はんだ中に分散してはんだペースト又ははんだシートとして用いたときに、該はんだペースト又はんだシートにより接合された第1,第2の接合対象部材の接合信頼性及び放熱性を高めることができる。さらに、接合後の上記第1,第2の接合対象部材間の間隔を高精度に制御できる。 In the electroconductive particle which concerns on this invention, the electroconductive layer is arrange | positioned on the surface of base material particle, The said base material particle is a resin particle or an organic inorganic hybrid particle, and specific gravity is 1.5 or more and 4.0. Since the particle diameter is 8 μm or more and 200 μm or less, when the conductive particles according to the present invention are dispersed in solder and used as a solder paste or solder sheet, they are joined by the solder paste or solder sheet. The joining reliability and heat dissipation of the made 1st, 2nd joining object member can be improved. Furthermore, the space | interval between the said 1st, 2nd joining object member after joining can be controlled with high precision.
以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本発明に係る導電性粒子は、はんだ中に分散されて、はんだペースト又ははんだシートとして用いられる。本発明に係る導電性粒子は、はんだ以外のバインダー樹脂(熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂など)中に分散されて用いられる導電性粒子とは異なる。上記はんだペースト又ははんだシートは、はんだ接合材料である。本発明に係る導電性粒子は、はんだ接合材料に用いられ、はんだ接合材料用導電性粒子である。本発明に係る導電性粒子は、基材粒子と、該基材粒子の表面上に配置された導電層とを備える。上記基材粒子は、樹脂粒子又は有機無機ハイブリッド粒子である。本発明に係る導電性粒子の比重は1.5以上、4.0以下である。本発明に係る導電性粒子の粒子径は8μm以上、200μm以下である。 The conductive particles according to the present invention are dispersed in solder and used as a solder paste or a solder sheet. The conductive particles according to the present invention are different from the conductive particles used by being dispersed in a binder resin (such as a thermosetting resin or a thermoplastic resin) other than solder. The solder paste or solder sheet is a solder joint material. The conductive particles according to the present invention are used for solder joint materials and are conductive particles for solder joint materials. The electroconductive particle which concerns on this invention is equipped with a base material particle and the electroconductive layer arrange | positioned on the surface of this base material particle. The base particles are resin particles or organic-inorganic hybrid particles. The specific gravity of the conductive particles according to the present invention is 1.5 or more and 4.0 or less. The particle diameter of the conductive particles according to the present invention is 8 μm or more and 200 μm or less.
このような導電性粒子を、はんだ中に分散してはんだペースト又ははんだシートとして用いて、該はんだペースト又ははんだシートにより第1,第2の接合対象部材を接合すると、はんだ及び導電性粒子を含む接合部と第1,第2の接合対象部材との接合信頼性及び放熱性を高めることができる。上記接合部は、はんだペースト又ははんだシートから形成される。さらに、第1,第2の接合対象部材間に配置された導電性粒子によって、第1,第2の接合対象部材間の間隔を高精度に制御することができる。第1,第2の接合対象部材間の間隔を高精度に制御することによって、部分的に接合部の厚みが薄くなるのを抑制できる結果、接合部の放熱性が部分的に低くなるのを抑制することもできる。 When such conductive particles are dispersed in solder and used as a solder paste or a solder sheet, and the first and second joining target members are joined by the solder paste or the solder sheet, the solder and the conductive particles are included. The joining reliability and heat dissipation between the joined portion and the first and second joining target members can be improved. The joint is formed from a solder paste or a solder sheet. Furthermore, the space | interval between the 1st, 2nd joining object members can be controlled with high precision by the electroconductive particle arrange | positioned between the 1st, 2nd joining object members. By controlling the interval between the first and second members to be joined with high accuracy, it is possible to suppress the thickness of the joint portion from being partially reduced, and as a result, the heat dissipation of the joint portion is partially reduced. It can also be suppressed.
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態及び実施例を説明することにより、本発明を明らかにする。 Hereinafter, the present invention will be clarified by describing specific embodiments and examples of the present invention with reference to the drawings.
図1に、本発明の第1の実施形態に係る導電性粒子を模式的に断面図で示す。 In FIG. 1, the electroconductive particle which concerns on the 1st Embodiment of this invention is typically shown with sectional drawing.
図1に示すように、導電性粒子21は、樹脂粒子22と、樹脂粒子22の表面22a上に配置された導電層23とを有する。導電層23は、樹脂粒子22の表面22a上に積層されている。導電層23は、樹脂粒子22の表面22aを被覆している。導電層23は単層である。導電層23は銅層であることが好ましい。
As shown in FIG. 1, the
図2に、本発明の第2の実施形態に係る導電性粒子を模式的に断面図で示す。 In FIG. 2, the electroconductive particle which concerns on the 2nd Embodiment of this invention is typically shown with sectional drawing.
図2に示す導電性粒子31は、樹脂粒子22と、樹脂粒子22の表面22a上に配置された導電層32とを有する。導電層32は、樹脂粒子22の表面22a上に積層されている。導電層32は、樹脂粒子22の表面22aを被覆している。導電層32は多層であり、2層の積層構造を有する。導電層32は、内層である第1の導電層32Aと、外層である第2の導電層32Bとを含む。導電性粒子31は、樹脂粒子22と、樹脂粒子22の表面22a上に配置された第1の導電層32Aと、第1の導電層32Aの外側の表面上に配置された第2の導電層32Bとを有する。外層である第2の導電層32Bは、内層である第1の導電層32Aの外側の表面上に配置されており、第1の導電層32Aの外側の表面を被覆している。第1の導電層32Aは銅層であることが好ましい。第2の導電層32Bは、ニッケル、金、銀又は錫を含むことが好ましい。導電性粒子31において、樹脂粒子22にかえて、有機無機ハイブリッド粒子を用いてもよい。
2 includes
図3に、本発明の第3の実施形態に係る導電性粒子を模式的に断面図で示す。 In FIG. 3, the electroconductive particle which concerns on the 3rd Embodiment of this invention is typically shown with sectional drawing.
図1に示すように、導電性粒子41は、有機無機ハイブリッド粒子42と、有機無機ハイブリッド粒子42の表面42a上に配置された導電層23とを有する。有機無機ハイブリッド粒子42は、有機コア42Aと、有機コア42Aの表面上に配置された無機シェル42Bとを有する。導電層23は、有機無機ハイブリッド粒子42の表面42a上及び無機シェル42Bの外表面上に積層されている。導電層23は、有機無機ハイブリッド粒子42の表面42a及び無機シェル42Bの外表面を被覆している。導電層23は単層である。導電層23は銅層であることが好ましい。
As shown in FIG. 1, the
本発明に係る導電性粒子は、基材粒子と該基材粒子の表面上に配置された導電層とを有する導電性粒子である。接合部の柔軟性を高め、導電性粒子の柔軟性を高め、導電性粒子を適度に圧縮変形させることを可能にし、さらに接合構造体の耐衝撃性をより一層高める観点から、上記導電性粒子は、基材粒子を備え、かつ上記基材粒子は、上記樹脂粒子であるか、又は上記有機無機ハイブリッド粒子である。 The electroconductive particle which concerns on this invention is electroconductive particle which has a base material particle and the conductive layer arrange | positioned on the surface of this base material particle. From the viewpoint of increasing the flexibility of the joint, increasing the flexibility of the conductive particles, allowing the conductive particles to be appropriately compressed and deformed, and further improving the impact resistance of the bonded structure, the conductive particles described above. Comprises substrate particles, and the substrate particles are the resin particles or the organic-inorganic hybrid particles.
上記基材粒子は、樹脂粒子又は有機無機ハイブリッド粒子である。上記基材粒子は、上記樹脂粒子であることが好ましく、上記有機無機ハイブリッド粒子であることもより好ましい。 The base particles are resin particles or organic-inorganic hybrid particles. The substrate particles are preferably the resin particles, and more preferably the organic-inorganic hybrid particles.
上記基材粒子は、樹脂により形成された樹脂粒子であることが好ましい。絶縁性粒子付き導電性粒子を用いて電極間を接続する際には、絶縁性粒子付き導電性粒子を電極間に配置した後、圧着することにより絶縁性粒子付き導電性粒子を圧縮させる。基材粒子が樹脂粒子であると、上記圧着の際に導電性粒子が変形しやすく、導電性粒子と電極との接触面積が大きくなる。このため、電極間の導通信頼性がより一層高くなる。 The substrate particles are preferably resin particles formed of a resin. When connecting the electrodes using the conductive particles with insulating particles, the conductive particles with insulating particles are compressed by placing the conductive particles with insulating particles between the electrodes and then pressing them. When the substrate particles are resin particles, the conductive particles are likely to be deformed during the pressure bonding, and the contact area between the conductive particles and the electrode is increased. For this reason, the conduction | electrical_connection reliability between electrodes becomes still higher.
上記樹脂粒子を形成するための樹脂として、種々の有機物が好適に用いられる。上記樹脂粒子を形成するための樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリイソブチレン、ポリブタジエン等のポリオレフィン樹脂;ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート等のアクリル樹脂;ポリアルキレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリアミド、フェノールホルムアルデヒド樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、ベンゾグアナミンホルムアルデヒド樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ポリスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリアセタール、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン及び、エチレン性不飽和基を有する種々の重合性単量体を1種もしくは2種以上重合させて得られる重合体等が用いられる。エチレン性不飽和基を有する種々の重合性単量体を1種もしくは2種以上重合させることにより、接合に適した任意の圧縮時の物性を有する樹脂粒子を設計及び合成することができる。 Various organic materials are suitably used as the resin for forming the resin particles. Examples of the resin for forming the resin particles include polyolefin resins such as polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyisobutylene, and polybutadiene; acrylic resins such as polymethyl methacrylate and polymethyl acrylate; Alkylene terephthalate, polycarbonate, polyamide, phenol formaldehyde resin, melamine formaldehyde resin, benzoguanamine formaldehyde resin, urea formaldehyde resin, phenol resin, melamine resin, benzoguanamine resin, urea resin, epoxy resin, unsaturated polyester resin, saturated polyester resin, silicone resin, Polysulfone, polyphenylene oxide, polyacetal, polyimide, polyamideimide, poly Chromatography ether ether ketone, polyether sulfone and, polymers and the like obtained by a variety of polymerizable monomer is polymerized with one or more having an ethylenically unsaturated group is used. By polymerizing one or more of various polymerizable monomers having an ethylenically unsaturated group, it is possible to design and synthesize resin particles having any compression property suitable for bonding.
上記樹脂粒子を、エチレン性不飽和基を有する単量体を重合させて得る場合には、上記エチレン性不飽和基を有する単量体としては、非架橋性の単量体と架橋性の単量体とが挙げられる。 When the resin particles are obtained by polymerizing a monomer having an ethylenically unsaturated group, the monomer having the ethylenically unsaturated group may be a non-crosslinkable monomer or a crosslinkable monomer. And a polymer.
上記非架橋性の単量体としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン等のスチレン系単量体;(メタ)アクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸等のカルボキシル基含有単量体;メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、セチル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート等のアルキル(メタ)アクリレート類;2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、グリセロール(メタ)アクリレート、ポリオキシエチレン(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート等の酸素原子含有(メタ)アクリレート類;(メタ)アクリロニトリル等のニトリル含有単量体;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル等のビニルエーテル類;酢酸ビニル、酪酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル等の酸ビニルエステル類;エチレン、プロピレン、イソプレン、ブタジエン等の不飽和炭化水素;トリフルオロメチル(メタ)アクリレート、ペンタフルオロエチル(メタ)アクリレート、塩化ビニル、フッ化ビニル、クロルスチレン等のハロゲン含有単量体等が挙げられる。 Examples of the non-crosslinkable monomer include styrene monomers such as styrene and α-methylstyrene; carboxyl group-containing monomers such as (meth) acrylic acid, maleic acid, and maleic anhydride; (Meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, cetyl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate, cyclohexyl ( Alkyl (meth) acrylates such as meth) acrylate and isobornyl (meth) acrylate; oxygen such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, glycerol (meth) acrylate, polyoxyethylene (meth) acrylate and glycidyl (meth) acrylate Child-containing (meth) acrylates; Nitrile-containing monomers such as (meth) acrylonitrile; Vinyl ethers such as methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, and propyl vinyl ether; Vinyl acetates such as vinyl acetate, vinyl butyrate, vinyl laurate, and vinyl stearate Esters; Unsaturated hydrocarbons such as ethylene, propylene, isoprene and butadiene; Halogen-containing monomers such as trifluoromethyl (meth) acrylate, pentafluoroethyl (meth) acrylate, vinyl chloride, vinyl fluoride and chlorostyrene Is mentioned.
上記架橋性の単量体としては、例えば、テトラメチロールメタンテトラ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタントリ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、グリセロールトリ(メタ)アクリレート、グリセロールジ(メタ)アクリレート、(ポリ)エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、(ポリ)プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、(ポリ)テトラメチレンジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート等の多官能(メタ)アクリレート類;トリアリル(イソ)シアヌレート、トリアリルトリメリテート、ジビニルベンゼン、ジアリルフタレート、ジアリルアクリルアミド、ジアリルエーテル、γ−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、トリメトキシシリルスチレン、ビニルトリメトキシシラン等のシラン含有単量体等が挙げられる。 Examples of the crosslinkable monomer include tetramethylolmethane tetra (meth) acrylate, tetramethylolmethane tri (meth) acrylate, tetramethylolmethane di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, and dipenta Erythritol hexa (meth) acrylate, dipentaerythritol penta (meth) acrylate, glycerol tri (meth) acrylate, glycerol di (meth) acrylate, (poly) ethylene glycol di (meth) acrylate, (poly) propylene glycol di (meth) Polyfunctional (meth) acrylates such as acrylate, (poly) tetramethylene di (meth) acrylate, 1,4-butanediol di (meth) acrylate; triallyl (iso) cyanurate, tria Rutorimeriteto, divinylbenzene, diallyl phthalate, diallyl acrylamide, diallyl ether, .gamma. (meth) acryloxy propyl trimethoxy silane, trimethoxy silyl styrene, include silane-containing monomers such as vinyltrimethoxysilane.
上記エチレン性不飽和基を有する重合性単量体を、公知の方法により重合させることで、上記樹脂粒子を得ることができる。この方法としては、例えば、ラジカル重合開始剤の存在下で懸濁重合する方法、並びに非架橋の種粒子を用いてラジカル重合開始剤とともに単量体を膨潤させて重合する方法等が挙げられる。 The resin particles can be obtained by polymerizing the polymerizable monomer having an ethylenically unsaturated group by a known method. Examples of this method include a method of suspension polymerization in the presence of a radical polymerization initiator, and a method of polymerizing by swelling a monomer together with a radical polymerization initiator using non-crosslinked seed particles.
樹脂粒子の組成に関しては、耐熱性が良いことから、4官能又は3官能の(メタ)アクリレート、ジビニルベンゼンの共重合体、シリコーン樹脂が適している。 Regarding the composition of the resin particles, tetrafunctional or trifunctional (meth) acrylate, a copolymer of divinylbenzene, and a silicone resin are suitable because of good heat resistance.
上記基材粒子が金属粒子を除く無機粒子又は有機無機ハイブリッド粒子である場合に、上記基材粒子を形成するための無機物としては、シリカ、アルミナ、チタン酸バリウム、ジルコニア、カーボンブラック、酸化チタン、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化亜鉛及びダイヤモンド等が挙げられる。上記シリカにより形成された粒子としては特に限定されないが、例えば、加水分解性のアルコキシシル基を2つ以上持つケイ素化合物を加水分解して架橋重合体粒子を形成した後に、必要に応じて焼成を行うことにより得られる粒子が挙げられる。上記有機無機ハイブリッド粒子としては、例えば、架橋したアルコキシシリルポリマーとアクリル樹脂とにより形成された有機無機ハイブリッド粒子等が挙げられる。 When the base material particles are inorganic particles or organic-inorganic hybrid particles excluding metal particles, inorganic materials for forming the base material particles include silica, alumina, barium titanate, zirconia, carbon black, titanium oxide, Examples thereof include boron nitride, aluminum nitride, zinc oxide and diamond. Although it does not specifically limit as the particle | grains formed with the said silica, For example, after hydrolyzing the silicon compound which has two or more hydrolysable alkoxysil groups, and forming a crosslinked polymer particle, it calcinates as needed. The particle | grains obtained by performing are mentioned. Examples of the organic / inorganic hybrid particles include organic / inorganic hybrid particles formed of a crosslinked alkoxysilyl polymer and an acrylic resin.
上記有機無機ハイブリッド粒子は、コアと、該コアの表面上に配置されたシェルとを有するコアシェル型の有機無機ハイブリッド粒子であることが好ましい。上記コアが有機コアであることが好ましい。上記シェルが無機シェルであることが好ましい。電極間の接続抵抗を効果的に低くする観点からは、上記基材粒子は、有機コアと上記有機コアの表面上に配置された無機シェルとを有する有機無機ハイブリッド粒子であることが好ましい。 The organic-inorganic hybrid particles are preferably core-shell type organic-inorganic hybrid particles having a core and a shell disposed on the surface of the core. The core is preferably an organic core. The shell is preferably an inorganic shell. From the viewpoint of effectively reducing the connection resistance between the electrodes, the base material particles are preferably organic-inorganic hybrid particles having an organic core and an inorganic shell disposed on the surface of the organic core.
上記有機コアを形成するための材料としては、上述した樹脂粒子を形成するための樹脂等が挙げられる。 Examples of the material for forming the organic core include the resin for forming the resin particles described above.
上記無機シェルを形成するための材料としては、上述した基材粒子を形成するための無機物が挙げられる。上記無機シェルを形成するための材料は、シリカであることが好ましい。上記無機シェルは、上記コアの表面上で、金属アルコキシドをゾルゲル法によりシェル状物とした後、該シェル状物を焼結させることにより形成されていることが好ましい。上記金属アルコキシドはシランアルコキシドであることが好ましい。上記無機シェルはシランアルコキシドにより形成されていることが好ましい。 Examples of the material for forming the inorganic shell include inorganic substances for forming the above-described base material particles. The material for forming the inorganic shell is preferably silica. The inorganic shell is preferably formed on the surface of the core by forming a metal alkoxide into a shell by a sol-gel method and then sintering the shell. The metal alkoxide is preferably a silane alkoxide. The inorganic shell is preferably formed of a silane alkoxide.
上記導電層を形成するための金属としては、例えば、金、銀、パラジウム、銅、白金、亜鉛、鉄、鉛、錫、アルミニウム、コバルト、インジウム、ニッケル、クロム、チタン、アンチモン、ゲルマニウム、カドミウム、ビスマス、タリウム、錫−鉛合金、錫−銅合金、錫−銀合金及び錫−鉛−銀合金等が挙げられる。また、上記金属として、錫ドープ酸化インジウム(ITO)を用いてもよい。上記金属は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよく、また合金でもよい。 Examples of the metal for forming the conductive layer include gold, silver, palladium, copper, platinum, zinc, iron, lead, tin, aluminum, cobalt, indium, nickel, chromium, titanium, antimony, germanium, cadmium, Examples thereof include bismuth, thallium, tin-lead alloy, tin-copper alloy, tin-silver alloy, and tin-lead-silver alloy. Further, tin-doped indium oxide (ITO) may be used as the metal. As for the said metal, only 1 type may be used, 2 or more types may be used together, and an alloy may be sufficient as it.
上記基材粒子の表面に導電層を形成する方法は特に限定されない。導電層を形成する方法としては、例えば、無電解めっきによる方法、電気めっきによる方法、物理的蒸着による方法、並びに金属粉末もしくは金属粉末とバインダーとを含むペーストを基材粒子の表面にコーティングする方法等が挙げられる。なかでも、導電層の形成が簡便であるので、無電解めっきによる方法が好ましい。上記物理的蒸着による方法としては、真空蒸着、イオンプレーティング及びイオンスパッタリング等の方法が挙げられる。 The method for forming the conductive layer on the surface of the substrate particles is not particularly limited. As a method for forming the conductive layer, for example, a method by electroless plating, a method by electroplating, a method by physical vapor deposition, and a method of coating the surface of base particles with metal powder or a paste containing metal powder and a binder Etc. Especially, since formation of a conductive layer is simple, the method by electroless plating is preferable. Examples of the method by physical vapor deposition include methods such as vacuum vapor deposition, ion plating, and ion sputtering.
上記導電性粒子の粒子径は、8μm以上、200μm以下である。上記導電性粒子の粒子径は、好ましくは10μm以上、好ましくは150μm以下、より好ましくは100μm以下である。上記導電性粒子の粒子径は、60μm以下であってもよい。導電性粒子の粒子径が上記下限以上及び上記上限以下であると、接合対象部材の接合信頼性がより一層高くなり、接合対象部材間の間隔のばらつきがより一層小さくなる。また、導電性粒子の粒子径が上記下限以上であると、第1,第2の接合対象部材間に配置される接合部の厚みをより一層厚くすることができ、該接合部による放熱性及び接合信頼性をより一層高めることができる。上記導電性粒子の粒子径が上記上限以下であると、電極間の間隔をより一層小さくすることができ、接合構造体の小型化及び薄型化に対応できる。上記導電性粒子の粒子径は、導電性粒子が真球状である場合には、直径を示し、導電性粒子が真球状ではない場合には、最大径を示す。なお、上記樹脂粒子及び上記有機コアの粒子径に関しても、樹脂粒子及び上記有機コアが真球状である場合には、直径を示し、樹脂粒子及び上記有機コアが真球状ではない場合には、最大径を示す。 The particle diameter of the conductive particles is 8 μm or more and 200 μm or less. The particle diameter of the conductive particles is preferably 10 μm or more, preferably 150 μm or less, more preferably 100 μm or less. The particle diameter of the conductive particles may be 60 μm or less. When the particle diameter of the conductive particles is not less than the above lower limit and not more than the above upper limit, the joining reliability of the joining target members is further increased, and the variation in the interval between the joining target members is further reduced. Further, when the particle diameter of the conductive particles is equal to or more than the lower limit, the thickness of the joint portion disposed between the first and second members to be joined can be further increased, and the heat dissipation by the joint portion and Bonding reliability can be further increased. When the particle diameter of the conductive particles is less than or equal to the above upper limit, the distance between the electrodes can be further reduced, and the bonded structure can be reduced in size and thickness. The particle diameter of the conductive particles indicates the diameter when the conductive particles are true spherical, and indicates the maximum diameter when the conductive particles are not true spherical. As for the particle diameters of the resin particles and the organic core, when the resin particles and the organic core are true spheres, the diameter is shown. When the resin particles and the organic core are not true spheres, the diameter is maximum. Indicates the diameter.
上記導電性粒子の比重は、1.5以上、4.0以下である。上記導電性粒子の比重は、好ましくは2.0、好ましくは3.0である。導電性粒子の比重が上記下限以上及び上記上限以下であると、接合対象部材の接合信頼性がより一層高くなり、接合対象部材間の間隔のばらつきがより一層小さくなる。 The conductive particles have a specific gravity of 1.5 or more and 4.0 or less. The specific gravity of the conductive particles is preferably 2.0, preferably 3.0. When the specific gravity of the conductive particles is not less than the above lower limit and not more than the above upper limit, the joining reliability of the joining target members is further increased, and the variation in the interval between the joining target members is further reduced.
上記導電層全体の厚みは、好ましくは5nm以上、より好ましくは10nm以上、更に好ましくは50nm以上、好ましくは5000nm以下、より好ましくは1000nm以下、更に好ましくは500nm以下、特に好ましくは300nm以下である。導電層全体の厚みが上記下限以上であると、導電性粒子の導電性を十分に高めることができ、導電層の過度のひび割れを抑制できる。導電層の割れを抑制できる結果、接合部の厚みをより一層均一にできるので、接合部の放熱性が部分的に低くなるのを抑制することもできる。導電層全体の厚みが上記上限以下であると、基材粒子と導電層との熱膨張率の差による界面の応力が緩和され、基材粒子から導電層が剥離し難くなる。 The thickness of the entire conductive layer is preferably 5 nm or more, more preferably 10 nm or more, still more preferably 50 nm or more, preferably 5000 nm or less, more preferably 1000 nm or less, still more preferably 500 nm or less, and particularly preferably 300 nm or less. When the thickness of the entire conductive layer is at least the above lower limit, the conductivity of the conductive particles can be sufficiently increased, and excessive cracking of the conductive layer can be suppressed. As a result of suppressing the cracking of the conductive layer, the thickness of the joint can be made even more uniform, so that the heat dissipation of the joint can be partially prevented from being lowered. When the thickness of the entire conductive layer is not more than the above upper limit, the stress at the interface due to the difference in coefficient of thermal expansion between the base particle and the conductive layer is relaxed, and the conductive layer is difficult to peel from the base particle.
上記基材粒子の粒子径の導電層全体の厚みに対する比(基材粒子の粒子径/導電層全体の厚み)は、好ましくは10以上、より好ましくは30以上、好ましくは3000以下、より好ましくは500以下である。上記導電層全体の厚みは、上記導電層全体の平均厚みである。 The ratio of the particle diameter of the substrate particles to the thickness of the entire conductive layer (particle diameter of the substrate particles / total thickness of the conductive layer) is preferably 10 or more, more preferably 30 or more, preferably 3000 or less, more preferably. 500 or less. The thickness of the whole conductive layer is the average thickness of the whole conductive layer.
上記導電層が複数の層により形成されている場合に、最外層である導電層及び上記第2の導電層の厚みは、好ましくは10nm以上、より好ましくは50nm以上、好ましくは500nm以下、より好ましくは100nm以下である。上記最外層である導電層及び上記第2の導電層の厚みが上記下限以上及び上記上限以下であると、最外層である導電層及び上記第2の導電層による被覆が均一になり、耐腐食性が充分に高くなる。 When the conductive layer is formed of a plurality of layers, the thickness of the outermost conductive layer and the second conductive layer is preferably 10 nm or more, more preferably 50 nm or more, preferably 500 nm or less, more preferably Is 100 nm or less. When the thickness of the conductive layer that is the outermost layer and the thickness of the second conductive layer is not less than the lower limit and not more than the upper limit, the coating with the conductive layer that is the outermost layer and the second conductive layer becomes uniform, and corrosion resistance The nature becomes sufficiently high.
上記導電層は、銅層を有することが好ましい。上記第1の導電層は銅層であることが好ましい。上記導電性粒子は、基材粒子と、基材粒子の表面上に配置された銅層とを備えることが好ましい。銅層は、基材粒子と接していることが好ましい。上記導電層が銅層を有する場合には、放熱性がより一層良好になる。耐腐食性を高める観点から、上記銅層の外側の表面が防錆処理されていることが好ましい。 The conductive layer preferably has a copper layer. The first conductive layer is preferably a copper layer. It is preferable that the said electroconductive particle is equipped with a base particle and the copper layer arrange | positioned on the surface of a base particle. The copper layer is preferably in contact with the substrate particles. When the conductive layer has a copper layer, the heat dissipation is further improved. From the viewpoint of enhancing the corrosion resistance, it is preferable that the outer surface of the copper layer is subjected to rust prevention treatment.
放熱性をより一層高める観点からは、上記導電性粒子は、基材粒子と、基材粒子の表面上に配置された銅層と、銅層の外側の表面上に配置された第2の導電層とを備えるか、又は、上記導電性粒子は、基材粒子と、基材粒子の表面上に配置された銅層とを備え、かつ銅層の外側の表面が防錆処理されていることが好ましい。上記導電層は、基材粒子と、基材粒子の表面上に配置された銅層と、銅層の外側の表面上に配置された第2の導電層とを備えていてもよい。上記導電性粒子は、基材粒子と、基材粒子の表面上に配置された銅層とを備え、かつ銅層の外側の表面が防錆処理されていることが好ましい。導電性、放熱性及び耐腐食性などをより一層高める観点から、上記第2の導電層は、ニッケル、金、銀又は錫を含むことが好ましい。 From the viewpoint of further improving the heat dissipation, the conductive particles include the base particles, the copper layer disposed on the surface of the base particles, and the second conductive disposed on the outer surface of the copper layer. Or the conductive particles are provided with base particles and a copper layer disposed on the surface of the base particles, and the outer surface of the copper layer is subjected to rust prevention treatment. Is preferred. The conductive layer may include substrate particles, a copper layer disposed on the surface of the substrate particles, and a second conductive layer disposed on the outer surface of the copper layer. The conductive particles preferably include base particles and a copper layer disposed on the surface of the base particles, and the outer surface of the copper layer is rust-proofed. From the viewpoint of further improving the conductivity, heat dissipation, and corrosion resistance, the second conductive layer preferably contains nickel, gold, silver, or tin.
上記防錆処理に用いる材料としては、ベンゾトリアゾール化合物等が挙げられる。該ベンゾトリアゾール化合物としては、ベンゾトリアゾール、1−[N,N−ジ(2−エチルヘキシル)アミノ]メチル−1H−ベンゾトリアゾール及び1−[N,N−ジ(2−エチルヘキシル)アミノ]メチル−1H−メチルベンゾトリアゾール等が挙げられる。なかでも、耐腐食性をより一層高め、より一層優れた防錆効果を得ることから、ベントトリアゾール化合物を用いて防錆処理することが好ましく、ベンゾトリアゾールを用いて防錆処理することがより好ましい。 Examples of the material used for the rust prevention treatment include benzotriazole compounds. Examples of the benzotriazole compounds include benzotriazole, 1- [N, N-di (2-ethylhexyl) amino] methyl-1H-benzotriazole and 1- [N, N-di (2-ethylhexyl) amino] methyl-1H. -Methylbenzotriazole and the like. Among them, since corrosion resistance is further enhanced and a further excellent rust prevention effect is obtained, it is preferable to carry out a rust prevention treatment using a benttriazole compound, and it is more preferred to carry out a rust prevention treatment using benzotriazole. .
上記導電層の外側の表面は、銅層であるか、又はニッケル、金、銀又は錫を含む第2の導電層であることが好ましい。上記導電層の外側の表面は、ニッケル、金、銀又は錫を含む第2の導電層であることがより好ましい。上記導電層の外側の表面が、銅や、ニッケル、金、銀又は錫を含むと、導電性及び放熱性がより一層良好になる。 The outer surface of the conductive layer is preferably a copper layer or a second conductive layer containing nickel, gold, silver or tin. More preferably, the outer surface of the conductive layer is a second conductive layer containing nickel, gold, silver or tin. When the outer surface of the conductive layer contains copper, nickel, gold, silver, or tin, conductivity and heat dissipation are further improved.
上記導電性粒子の表面及び上記導電層の外表面は、450℃で溶融しないことが好ましく、400℃で溶融しないことがより好ましい。上記はんだの溶融時に上記導電性粒子が変形するのを抑制できる。このため、接合後に第1,第2の接合対象部材間の間隔をより一層高精度に制御することができる。さらに、接合部の厚みをより一層均一にできるので、接合部の放熱性が部分的に低くなるのを抑制することもできる。 The surface of the conductive particles and the outer surface of the conductive layer are preferably not melted at 450 ° C., and more preferably not melted at 400 ° C. It is possible to suppress deformation of the conductive particles when the solder is melted. For this reason, the space | interval between the 1st, 2nd joining object member can be controlled with higher precision after joining. Furthermore, since the thickness of the joint portion can be made even more uniform, it is possible to suppress a partial decrease in heat dissipation of the joint portion.
上記導電層は、上記接合対象部材の接合時に溶融しないことが好ましい。上記導電層は、上記はんだの溶融時に、溶融しないことが好ましい。上記導電層の融点は、上記はんだの融点よりも高いことが好ましい。上記導電層の融点は、上記はんだの融点よりも5℃以上高いことが好ましく、10℃以上高いことがより好ましく、20℃以上高いことが更に好ましく、50℃以上高いことが特に好ましい。 It is preferable that the conductive layer does not melt when the members to be joined are joined. It is preferable that the conductive layer does not melt when the solder is melted. The melting point of the conductive layer is preferably higher than the melting point of the solder. The melting point of the conductive layer is preferably 5 ° C. or more higher than the melting point of the solder, more preferably 10 ° C. or more, further preferably 20 ° C. or more, and particularly preferably 50 ° C. or more.
上記導電性粒子を5%圧縮したときの圧縮弾性率(5%K値)は好ましくは1000mN/mm2以上、より好ましくは3000mN/mm2以上、好ましくは20000mN/mm2以下、より好ましくは18000mN/mm2以下である。導電性粒子の埋め込む構造をより一層良好に制御し、電極間の接続抵抗をより一層低くするために、上記導電性粒子の5%K値は上記下限以上及び上記上限以下であることが好ましい。 The compression modulus (5% K value) when the conductive particles are compressed by 5% is preferably 1000 mN / mm 2 or more, more preferably 3000 mN / mm 2 or more, preferably 20000 mN / mm 2 or less, more preferably 18000 mN. / Mm 2 or less. In order to better control the structure in which the conductive particles are embedded and to further reduce the connection resistance between the electrodes, the 5% K value of the conductive particles is preferably not less than the above lower limit and not more than the above upper limit.
上記導電性粒子における上記圧縮弾性率(5%K値)は、以下のようにして測定できる。 The compression elastic modulus (5% K value) of the conductive particles can be measured as follows.
微小圧縮試験機を用いて、円柱(直径100μm、ダイヤモンド製)の平滑圧子端面で、25℃、圧縮速度0.3mN/秒、及び最大試験荷重20mNの条件下で導電性粒子を圧縮する。このときの荷重値(N)及び圧縮変位(mm)を測定する。得られた測定値から、上記圧縮弾性率を下記式により求めることができる。上記微小圧縮試験機として、例えば、フィッシャー社製「フィッシャースコープH−100」等が用いられる。 Using a micro-compression tester, the conductive particles are compressed under the conditions of 25 ° C., compression speed of 0.3 mN / sec, and maximum test load of 20 mN on the end face of a cylindrical indenter (diameter: 100 μm, made of diamond). The load value (N) and compression displacement (mm) at this time are measured. From the measured value obtained, the compression elastic modulus can be obtained by the following formula. As the micro compression tester, for example, “Fischer Scope H-100” manufactured by Fischer is used.
5%K値(N/mm2)=(3/21/2)・F・S−3/2・R−1/2
F:導電性粒子が5%圧縮変形したときの荷重値(N)
S:導電性粒子が5%圧縮変形したときの圧縮変位(mm)
R:導電性粒子の半径(mm)
5% K value (N / mm 2 ) = (3/2 1/2 ) · F · S −3 / 2 · R −1/2
F: Load value when the conductive particles are compressively deformed by 5% (N)
S: Compression displacement (mm) when conductive particles are 5% compressively deformed
R: radius of conductive particles (mm)
上記圧縮弾性率は、導電性粒子の硬さを普遍的かつ定量的に表す。上記圧縮弾性率の使用により、導電性粒子の硬さを定量的かつ一義的に表すことができる。 The compression elastic modulus universally and quantitatively represents the hardness of the conductive particles. By using the compression elastic modulus, the hardness of the conductive particles can be expressed quantitatively and uniquely.
上記はんだペースト100重量%中又は上記はんだシート100重量%中、上記導電性粒子の含有量は好ましくは0.01重量%以上、より好ましくは0.1重量%以上、更に好ましくは0.5重量%以上、特に好ましくは1重量%以上、好ましくは40重量%以下、より好ましくは30重量%以下、更に好ましくは15重量%以下である。上記導電性粒子の含有量が上記下限以上であると、第1,第2の接合対象部材間に、導電性粒子を十分に存在させることができ、導電性粒子によって、第1,第2の接合対象部材間の間隔が部分的に狭くなるのをより一層抑制できる。このため、接合部の放熱性が部分的に低くなるのを抑制することもできる。 In 100% by weight of the solder paste or 100% by weight of the solder sheet, the content of the conductive particles is preferably 0.01% by weight or more, more preferably 0.1% by weight or more, and further preferably 0.5% by weight. % Or more, particularly preferably 1% by weight or more, preferably 40% by weight or less, more preferably 30% by weight or less, and still more preferably 15% by weight or less. When the content of the conductive particles is equal to or more than the lower limit, the conductive particles can be sufficiently present between the first and second members to be joined, and the first and second conductive particles are used. It can further suppress that the space | interval between joining object members becomes partially narrow. For this reason, it can also suppress that the heat dissipation of a junction part falls partially.
上記はんだペースト及び上記はんだシートは、はんだ以外のバインダーを含んでいてもよい。上記はんだペースト及び上記はんだシートに用いられるバインダーは特に限定されない。上記バインダーは、上記はんだを溶融させる際に、消失することが好ましい。 The solder paste and the solder sheet may contain a binder other than solder. The binder used for the solder paste and the solder sheet is not particularly limited. The binder is preferably lost when the solder is melted.
上記バインダーの具体例としては、脂肪族系溶媒、ケトン系溶媒、芳香族系溶媒、エステル系溶媒、エーテル系溶媒、アルコール系溶媒、パラフィン系溶媒及び石油系溶媒等が挙げられる。 Specific examples of the binder include aliphatic solvents, ketone solvents, aromatic solvents, ester solvents, ether solvents, alcohol solvents, paraffin solvents, petroleum solvents, and the like.
上記脂肪族系溶媒としては、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン及びエチルシクロヘキサン等が挙げられる。上記ケトン系溶媒としては、アセトン及びメチルエチルケトン等が挙げられる。上記芳香族系溶媒としては、トルエン及びキシレン等が挙げられる。上記エステル系溶媒としては、酢酸エチル、酢酸ブチル及び酢酸イソプロピル等が挙げられる。上記エーテル系溶媒としては、テトラヒドロフラン(THF)、及びジオキサン等が挙げられる。上記アルコール系溶媒としては、エタノール及びブタノール等が挙げられる。上記パラフィン系溶媒としては、パラフィン油及びナフテン油等が挙げられる。上記石油系溶媒としては、ミネラルターペン及びナフサ等が挙げられる。 Examples of the aliphatic solvent include cyclohexane, methylcyclohexane, and ethylcyclohexane. Examples of the ketone solvent include acetone and methyl ethyl ketone. Examples of the aromatic solvent include toluene and xylene. Examples of the ester solvent include ethyl acetate, butyl acetate and isopropyl acetate. Examples of the ether solvent include tetrahydrofuran (THF) and dioxane. Examples of the alcohol solvent include ethanol and butanol. Examples of the paraffinic solvent include paraffin oil and naphthenic oil. Examples of the petroleum solvent include mineral terpenes and naphtha.
本発明に係る導電性粒子は、はんだ中に分散されて、はんだペースト又ははんだシートとして用いられる。本発明に係る導電性粒子は、はんだ中に分散されて、はんだペーストとして用いられてもよい。本発明に係る導電性粒子は、はんだ中に分散されてはんだシートとして用いられてもよい。 The conductive particles according to the present invention are dispersed in solder and used as a solder paste or a solder sheet. The conductive particles according to the present invention may be dispersed in solder and used as a solder paste. The conductive particles according to the present invention may be dispersed in solder and used as a solder sheet.
本発明に係るはんだ接合材料は、上記導電性粒子とはんだとを含み、はんだペースト又ははんだシートである。 The solder joint material according to the present invention includes the above conductive particles and solder, and is a solder paste or a solder sheet.
取扱い性に優れることから、上記導電性粒子は、はんだ中に分散されて、はんだシートとして用いられることが好ましい。取扱い性に優れることから、本発明に係るはんだ接合材料は、はんだシートであることが好ましい。 Since the handleability is excellent, the conductive particles are preferably dispersed in the solder and used as a solder sheet. Since it is excellent in handleability, the solder joint material according to the present invention is preferably a solder sheet.
図4に、図1に示す導電性粒子21を用いたはんだシートを模式的に断面図で示す。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a solder sheet using the
図4に示すはんだシート11は、はんだ16と、はんだ16中に分散された導電性粒子21とを含む。はんだ16中に、複数の導電性粒子21が分散されている。
A
上記はんだシートに含まれているはんだは、JIS Z3001:溶接用語に基づき、液相線が450℃以下である溶加材であることが好ましい。上記はんだの組成としては、例えば亜鉛、金、鉛、銅、錫、ビスマス、インジウムなどを含む金属組成が挙げられる。なかでも低融点で鉛フリーである錫−インジウム系(117℃共晶)、又は錫−ビスマス系(139℃共晶)が好ましい。すなわち、はんだは、鉛を含まないことが好ましく、錫とインジウムとを含むはんだ、又は錫とビスマスとを含むはんだであることが好ましい。 The solder contained in the solder sheet is preferably a filler material having a liquidus of 450 ° C. or lower based on JIS Z3001: Welding terms. Examples of the solder composition include metal compositions containing zinc, gold, lead, copper, tin, bismuth, indium and the like. Among them, a tin-indium system (117 ° C. eutectic) or a tin-bismuth system (139 ° C. eutectic) which is low-melting and lead-free is preferable. That is, the solder preferably does not contain lead, and is preferably a solder containing tin and indium or a solder containing tin and bismuth.
上記はんだの融点は、好ましくは450℃以下、より好ましくは300℃以下、更に好ましくは200℃以下、特に好ましくは160℃以下である。 The melting point of the solder is preferably 450 ° C. or lower, more preferably 300 ° C. or lower, still more preferably 200 ° C. or lower, and particularly preferably 160 ° C. or lower.
上記はんだに含まれる金属100重量%中、錫の含有量は好ましくは30重量%以上、より好ましくは40重量%以上、更に好ましくは70重量%以上、特に好ましくは90重量%以上である。上記はんだにおける錫の含有量が上記下限以上であると、はんだと接合対象部材との接合信頼性がより一層高くなる。なお、上記錫の含有量は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析装置(堀場製作所社製「ICP−AES」)、又は蛍光X線分析装置(島津製作所社製「EDX−800HS」)等を用いて測定可能である。 In 100% by weight of the metal contained in the solder, the content of tin is preferably 30% by weight or more, more preferably 40% by weight or more, still more preferably 70% by weight or more, and particularly preferably 90% by weight or more. When the content of tin in the solder is equal to or higher than the lower limit, the bonding reliability between the solder and the member to be bonded is further increased. The tin content is determined using a high frequency inductively coupled plasma optical emission spectrometer (“ICP-AES” manufactured by Horiba, Ltd.) or a fluorescent X-ray analyzer (“EDX-800HS” manufactured by Shimadzu). It can be measured.
上記はんだペーストは、溶融したはんだ中に、導電性粒子を分散させることにより得られる。上記はんだシートは、例えば、溶融したはんだ中に、導電性粒子を分散させた後、はんだを固化させることにより得られる。 The solder paste can be obtained by dispersing conductive particles in molten solder. The solder sheet can be obtained, for example, by dispersing conductive particles in molten solder and then solidifying the solder.
上記はんだを溶融させる温度は、導電性粒子の表面及び導電層の外表面が溶融する温度よりも低いことが好ましい。上記はんだを溶融させる温度は、導電性粒子の表面が溶融する温度よりも5℃以上低いことが好ましく、10℃以上低いことがより好ましい。上記はんだを溶融させる温度と、導電性粒子の表面が溶融する温度とが上記関係を満足すると、上記はんだの溶融時に上記導電性粒子が変形するのを抑制できる。このため、接合後に第1,第2の接合対象部材間の間隔をより一層高精度に制御することができる。さらに、接合部の厚みをより一層均一にできるので、接合部の放熱性が部分的に低くなるのを抑制することもできる。 The temperature for melting the solder is preferably lower than the temperature for melting the surfaces of the conductive particles and the outer surface of the conductive layer. The temperature for melting the solder is preferably 5 ° C. or more, more preferably 10 ° C. or more, lower than the temperature at which the surface of the conductive particles melts. When the temperature at which the solder is melted and the temperature at which the surface of the conductive particles melts satisfy the above relationship, the conductive particles can be prevented from being deformed when the solder is melted. For this reason, the space | interval between the 1st, 2nd joining object member can be controlled with higher precision after joining. Furthermore, since the thickness of the joint portion can be made even more uniform, it is possible to suppress a partial decrease in heat dissipation of the joint portion.
図5に、図4に示すはんだシート11を用いた接合構造体を模式的に断面図で示す。
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a joined structure using the
図5に示す接合構造体1は、第1の接合対象部材2と、第2の接合対象部材3,4と、第1の接合対象部材2と第2の接合対象部材3,4とを接合している接合部5,6とを備える。接合部5,6は、はんだ16と、導電性粒子21とを含むはんだシート11を用いて形成されている。具体的には、接合部5,6は、はんだシート11中のはんだ16を溶融させた後、はんだ16を固化させることにより形成されている。
The joining
第1の接合対象部材2の第1の表面2a(一方の表面)側に接合部5及び第2の接合対象部材3が配置されている。接合部5は、第1の接合対象部材2と第2の接合対象部材3とを接合している。
The joining portion 5 and the second joining
第1の接合対象部材2の第1の表面2aとは反対の第2の表面2b(他方の表面)側に接合部6及び第2の接合対象部材4が配置されている。接合部6は、第1の接合対象部材2と第2の接合対象部材4とを接合している。
The joining portion 6 and the second joining
第1の接合対象部材2と第2の接合対象部材3,4との間にそれぞれ、導電性粒子21が配置されている。接合部5,6ははんだ16を含む。第1の接合対象部材2と第2の接合対象部材3,4との間に、はんだ16が配置されている。はんだ16によって、第1の接合対象部材2と第2の接合対象部材3,4とが接合されている。
第2の接合対象部材3の接合部5側とは反対の表面に、ヒートシンク7が配置されている。第2の接合対象部材4の接合部6側とは反対側の表面に、ヒートシンク8が配置されている。従って、接合構造体1は、ヒートシンク7、第2の接合対象部材3、接合部5、第1の接合対象部材2、接合部6、第2の接合対象部材4及びヒートシンク8がこの順で積層された部分を有する。
A
第1の接合対象部材2としては、インバータ、コンバータ等に用いられるパワー半導体素子等が挙げられる。このような第1の接合対象部材2を備える接合構造体1では、接合構造体1の使用時に、第1の接合対象部材2において大きな熱量が発生しやすい。従って、第1の接合対象部材2から発生した熱量を、ヒートシンク7,8などに効率的に放散させる必要がある。このため、第1の接合対象部材2とヒートシンク7,8との間に配置されている接合部5,6には、高い放熱性が求められる。
Examples of the first joining
第2の接合対象部材3,4としては、セラミック、プラスチックなどにより形成された基板等が挙げられる。
Examples of the second
接合部5,6の平均厚みをTとしたときに、接合後における導電性粒子21の接合部5,6の厚み方向における平均直径は好ましくは0.6T以上、より好ましくは0.8T以上、更に好ましくは0.9T以上、特に好ましくは0.95T以上、好ましくは1T以下である。このような厚みの関係を満足すると、第1,第2の接合対象部材間の間隔を高精度に制御できる。接合部5,6の平均厚みと接合後の導電性粒子21の平均直径とは等しくてもよい。
When the average thickness of the joints 5 and 6 is T, the average diameter in the thickness direction of the joints 5 and 6 of the
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明を具体的に説明する。本発明は、以下の実施例のみに限定されない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples. The present invention is not limited only to the following examples.
以下の実施例及び比較例において、樹脂粒子の粒子径、有機無機ハイブリッド粒子の粒子径及び無機シェルの厚みは以下の方法により求めた。 In the following examples and comparative examples, the particle diameter of the resin particles, the particle diameter of the organic-inorganic hybrid particles, and the thickness of the inorganic shell were determined by the following methods.
樹脂粒子及び有機無機ハイブリッド粒子について、走査型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジー社製「S−3500N」)にて3000倍の粒子画像を撮影し、得られた画像中の粒子50個の粒子径をノギスで測定し、個数平均を求めて樹脂粒子及び有機無機ハイブリッド粒子の粒子径を求めた。 About resin particles and organic-inorganic hybrid particles, a particle image of 3000 times is taken with a scanning electron microscope (“S-3500N” manufactured by Hitachi High-Technology Corporation), and the particle diameter of 50 particles in the obtained image is vernier caliper. And the number average was determined to determine the particle sizes of the resin particles and the organic-inorganic hybrid particles.
有機無機ハイブリッド粒子を作製する際に用いた有機コア(樹脂粒子)についても、上記と同様の方法により粒径を測定した。有機無機ハイブリッド粒子の粒子径と有機コアの粒子径との差から、無機シェルの厚みを求めた。 The particle size of the organic core (resin particles) used when producing the organic / inorganic hybrid particles was also measured by the same method as described above. The thickness of the inorganic shell was determined from the difference between the particle size of the organic-inorganic hybrid particles and the particle size of the organic core.
以下の導電性粒子A〜R、1〜8を用意した。導電性粒子A〜R、1〜8では、基材粒子は樹脂粒子である。なお、比重は、めっき膜厚により調整した。 The following conductive particles A to R and 1 to 8 were prepared. In the conductive particles A to R and 1 to 8, the substrate particles are resin particles. The specific gravity was adjusted by the plating film thickness.
(1)導電性粒子A(粒子径50μm、ジビニルベンゼン樹脂粒子の表面に厚み2μmの銅層が形成されており、かつ銅層の表面がベンゾトリアゾールにより防錆処理されている、粒子径54μm、比重2.8) (1) Conductive particles A (particle diameter 50 μm, a copper layer having a thickness of 2 μm is formed on the surface of divinylbenzene resin particles, and the surface of the copper layer is treated with benzotriazole for rust prevention, particle diameter 54 μm, Specific gravity 2.8)
(2)導電性粒子B(粒子径94μm、ジビニルベンゼン樹脂粒子の表面に厚み3μmの銅層が形成されており、かつ銅層の表面がベンゾトリアゾールにより防錆処理されている、粒子径100μm、比重2.5) (2) Conductive particles B (particle diameter 94 μm, a copper layer having a thickness of 3 μm is formed on the surface of divinylbenzene resin particles, and the surface of the copper layer is rust-prevented with benzotriazole, particle diameter 100 μm, Specific gravity 2.5)
(3)導電性粒子C(粒子径8μm、ジビニルベンゼン樹脂粒子の表面に厚み0.3μmの銅層が形成されており、かつ銅層の表面がベンゾトリアゾールにより防錆処理されている、粒子径9μm、比重2.5) (3) Conductive particles C (particle diameter: 8 μm, a copper layer having a thickness of 0.3 μm is formed on the surface of divinylbenzene resin particles, and the surface of the copper layer is treated with benzotriazole to prevent rust. 9μm, specific gravity 2.5)
(4)導電性粒子D(粒子径50μm、ジビニルベンゼン樹脂粒子の表面に厚み4μmの銅層が形成されており、かつ銅層の表面がベンゾトリアゾールにより防錆処理されている、粒子径58μm、比重4.0) (4) Conductive particles D (particle diameter 50 μm, a copper layer having a thickness of 4 μm is formed on the surface of divinylbenzene resin particles, and the surface of the copper layer is rust-prevented with benzotriazole, particle diameter 58 μm, Specific gravity 4.0)
(5)導電性粒子E(粒子径50μm、ジビニルベンゼン樹脂粒子の表面に厚み0.5μmの銅層が形成されており、かつ銅層の表面がベンゾトリアゾールにより防錆処理されている、粒子径51μm、比重1.7) (5) Conductive particles E (particle size: 50 μm, a copper layer having a thickness of 0.5 μm is formed on the surface of divinylbenzene resin particles, and the surface of the copper layer is rust-prevented with benzotriazole) 51μm, specific gravity 1.7)
(6)導電性粒子F(粒子径50μm、ジビニルベンゼン樹脂粒子の表面に厚み2μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面にニッケル層が形成されている、粒子径54μm、比重2.8) (6) Conductive particles F (particle diameter of 50 μm, divinylbenzene resin particles having a 2 μm thick copper layer formed thereon, and a nickel layer formed on the outer surface of the copper layer, a particle diameter of 54 μm, Specific gravity 2.8)
(7)導電性粒子G(粒子径94μm、ジビニルベンゼン樹脂粒子の表面に厚み3μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面にニッケル層が形成されている、粒子径100μm、比重2.5) (7) Conductive particles G (particle diameter 94 μm, a copper layer having a thickness of 3 μm is formed on the surface of divinylbenzene resin particles, and a nickel layer is formed on the outer surface of the copper layer, a particle diameter of 100 μm, Specific gravity 2.5)
(8)導電性粒子H(粒子径8μm、ジビニルベンゼン樹脂粒子の表面に厚み0.3μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面にニッケル層が形成されている、粒子径9μm、比重2.5)
(8) Conductive particles H (
(9)導電性粒子I(粒子径50μm、ジビニルベンゼン樹脂粒子の表面に厚み4μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面に厚み50nmのニッケル層が形成されている、粒子径58μm、比重4.0) (9) Conductive particles I (particles having a particle diameter of 50 μm, a copper layer having a thickness of 4 μm formed on the surface of divinylbenzene resin particles, and a nickel layer having a thickness of 50 nm formed on the outer surface of the copper layer) (Diameter 58μm, specific gravity 4.0)
(10)導電性粒子J(粒子径50μm、ジビニルベンゼン樹脂粒子の表面に厚み0.5μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面に厚み50nmのニッケル層が形成されている、粒子径51μm、比重1.7) (10) Conductive particles J (particle diameter 50 μm, a copper layer having a thickness of 0.5 μm is formed on the surface of divinylbenzene resin particles, and a nickel layer having a thickness of 50 nm is formed on the outer surface of the copper layer. , Particle diameter 51 μm, specific gravity 1.7)
(11)導電性粒子K(粒子径50μm、ジビニルベンゼン樹脂粒子の表面に厚み2μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面に厚み20nmの金層が形成されている、粒子径54μm、比重2.8) (11) Conductive particles K (particles having a particle diameter of 50 μm, a copper layer having a thickness of 2 μm formed on the surface of divinylbenzene resin particles, and a gold layer having a thickness of 20 nm formed on the outer surface of the copper layer) Diameter 54μm, specific gravity 2.8)
(12)導電性粒子L(粒子径50μm、ジビニルベンゼン樹脂粒子の表面に厚み2μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面に厚み20nmの銀層が形成されている、粒子径54μm、比重2.8) (12) Conductive particles L (particles having a particle diameter of 50 μm, a copper layer having a thickness of 2 μm formed on the surface of divinylbenzene resin particles, and a silver layer having a thickness of 20 nm formed on the outer surface of the copper layer) Diameter 54μm, specific gravity 2.8)
(13)導電性粒子M(粒子径8μm、ジビニルベンゼン樹脂粒子の表面に厚み0.2μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面に厚み100nmの錫と銀とを含む導電層(融点221℃)が形成されている、粒子径9μm、比重2.7) (13) Conductive particles M (conducting particles having a particle diameter of 8 μm, a copper layer having a thickness of 0.2 μm formed on the surface of divinylbenzene resin particles, and tin and silver having a thickness of 100 nm on the outer surface of the copper layer) A layer (melting point 221 ° C.) is formed, particle diameter 9 μm, specific gravity 2.7)
(14)導電性粒子O(粒子径120μm、ジビニルベンゼン樹脂粒子の表面に厚み3.5μmの銅層が形成されており、かつ銅層の表面がベンゾトリアゾールにより防錆処理されている、粒子径127μm、比重2.4) (14) Conductive particle O (particle diameter 120 μm, a copper layer having a thickness of 3.5 μm is formed on the surface of divinylbenzene resin particles, and the surface of the copper layer is rust-prevented with benzotriazole. 127 μm, specific gravity 2.4)
(15)導電性粒子P(粒子径120μm、ジビニルベンゼン樹脂粒子の表面に厚み3.5μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面に厚み50nmのニッケル層が形成されている、粒子径128μm、比重2.4) (15) Conductive particles P (particle diameter 120 μm, a copper layer having a thickness of 3.5 μm is formed on the surface of the divinylbenzene resin particles, and a nickel layer having a thickness of 50 nm is formed on the outer surface of the copper layer. , Particle diameter 128 μm, specific gravity 2.4)
(16)導電性粒子Q(粒子径190μm、ジビニルベンゼン樹脂粒子の表面に厚み3.5μmの銅層が形成されており、かつ銅層の表面がベンゾトリアゾールにより防錆処理されている、粒子径197μm、比重2.2) (16) Conductive particles Q (particle diameter: 190 μm, a divinylbenzene resin particle having a 3.5 μm thick copper layer formed thereon, and the surface of the copper layer is rust-prevented with benzotriazole; 197μm, specific gravity 2.2)
(17)導電性粒子R(粒子径190μm、ジビニルベンゼン樹脂粒子の表面に厚み3.5μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面に厚み50nmのニッケル層が形成されている、粒子径198μm、比重2.2) (17) Conductive particles R (particle diameter 190 μm, a copper layer having a thickness of 3.5 μm is formed on the surface of divinylbenzene resin particles, and a nickel layer having a thickness of 50 nm is formed on the outer surface of the copper layer. , Particle size 198μm, specific gravity 2.2)
(18)導電性粒子1(粒子径5μm、ジビニルベンゼン樹脂粒子の表面に厚み0.2μmの銅層が形成されており、かつ銅層の表面がベンゾトリアゾールにより防錆処理されている、粒子径5μm、比重2.4) (18) Conductive particles 1 (particle diameter: 5 μm, a divinylbenzene resin particle having a 0.2 μm thick copper layer formed thereon, and the surface of the copper layer is rust-prevented with benzotriazole; 5μm, specific gravity 2.4)
(19)導電性粒子2(粒子径210μm、ジビニルベンゼン樹脂粒子の表面に厚み3.5μmの銅層が形成されており、かつ銅層の表面がベンゾトリアゾールにより防錆処理されている、粒子径217μm、比重2.1) (19) Conductive particles 2 (particle diameter: 210 μm, a copper layer having a thickness of 3.5 μm is formed on the surface of divinylbenzene resin particles, and the surface of the copper layer is treated with benzotriazole to prevent rust. 217 μm, specific gravity 2.1)
(20)導電性粒子3(粒子径50μm、ジビニルベンゼン樹脂粒子の表面に厚み0.1μmの銅層が形成されており、かつ銅層の表面がベンゾトリアゾールにより防錆処理されている、粒子径50μm、比重1.3) (20) Conductive particles 3 (particle size: 50 μm, a copper layer having a thickness of 0.1 μm is formed on the surface of divinylbenzene resin particles, and the surface of the copper layer is rust-prevented with benzotriazole) 50μm, specific gravity 1.3)
(21)導電性粒子4(粒子径39μm、ジビニルベンゼン樹脂粒子の表面に厚み7μmの銅層が形成されており、かつ銅層の表面がベンゾトリアゾールにより防錆処理されている、粒子径53μm、比重5.9) (21) Conductive particles 4 (particle diameter: 39 μm, a copper layer having a thickness of 7 μm is formed on the surface of divinylbenzene resin particles, and the surface of the copper layer is rust-prevented with benzotriazole, a particle diameter of 53 μm, Specific gravity 5.9)
(22)導電性粒子5(粒子径5μm、ジビニルベンゼン樹脂粒子の表面に厚み0.1μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面に厚み50nmのニッケル層が形成されている、粒子径5μm、比重2.7) (22) Conductive particles 5 (particle diameter 5 μm, a copper layer having a thickness of 0.1 μm is formed on the surface of divinylbenzene resin particles, and a nickel layer having a thickness of 50 nm is formed on the outer surface of the copper layer. , Particle diameter 5 μm, specific gravity 2.7)
(23)導電性粒子6(粒子径210μm、ジビニルベンゼン樹脂粒子の表面に厚み3.5μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面に厚み50nmのニッケル層が形成されている、粒子径218μm、比重2.2) (23) Conductive particles 6 (particle diameter 210 μm, a copper layer having a thickness of 3.5 μm is formed on the surface of divinylbenzene resin particles, and a nickel layer having a thickness of 50 nm is formed on the outer surface of the copper layer. , Particle size 218 μm, specific gravity 2.2)
(24)導電性粒子7(粒子径50μm、ジビニルベンゼン樹脂粒子の表面に厚み0.1μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面に厚み50nmのニッケル層が形成されている、粒子径50μm、比重1.3) (24) Conductive particles 7 (particle diameter is 50 μm, a copper layer having a thickness of 0.1 μm is formed on the surface of divinylbenzene resin particles, and a nickel layer having a thickness of 50 nm is formed on the outer surface of the copper layer. , Particle diameter 50 μm, specific gravity 1.3)
(25)導電性粒子8(粒子径39μm、ジビニルベンゼン樹脂粒子の表面に厚み7μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面に厚み50nmのニッケル層が形成されている、粒子径53μm、比重5.9) (25) Conductive particles 8 (particles having a particle diameter of 39 μm, a 7 μm thick copper layer formed on the surface of divinylbenzene resin particles, and a 50 nm thick nickel layer formed on the outer surface of the copper layer) Diameter 53μm, specific gravity 5.9)
(実施例1)
加熱により溶融したはんだ(錫100重量%と銀を3.5重量%とを含む、融点221℃)100重量部中に、導電性粒子A1重量部を分散させた後、はんだを固化させて、厚み150μmのはんだシートを得た。
Example 1
In 100 parts by weight of solder melted by heating (containing 100% by weight of tin and 3.5% by weight of silver, melting point 221 ° C.), 1 part by weight of the conductive particles A is dispersed, and then the solder is solidified. A solder sheet having a thickness of 150 μm was obtained.
(実施例2〜17及び比較例1〜8)
導電性粒子の種類を下記の表1に示すように変更したこと以外は実施例1と同様にして、厚み150μmのはんだシートを得た。
(Examples 2-17 and Comparative Examples 1-8)
A solder sheet having a thickness of 150 μm was obtained in the same manner as in Example 1 except that the type of conductive particles was changed as shown in Table 1 below.
以下の導電性粒子AX〜RX、1X〜8Xを用意した。導電性粒子AX〜RX、1X〜8Xでは、基材粒子は、有機コアと該有機コアの表面上に配置された無機シェルとを有する有機無機ハイブリッド粒子である。なお、比重は、めっき膜厚により調整した。有機無機ハイブリッド粒子は、ジビニルベンゼン共重合体樹脂粒子表面を、ゾルゲル反応による縮合反応を用いて無機シェル(厚み250nm)により被覆したコアシェル型の有機無機ハイブリッド粒子(基材粒子)である。 The following conductive particles AX to RX and 1X to 8X were prepared. In the conductive particles AX to RX, 1X to 8X, the base particle is an organic-inorganic hybrid particle having an organic core and an inorganic shell disposed on the surface of the organic core. The specific gravity was adjusted by the plating film thickness. The organic-inorganic hybrid particles are core-shell type organic-inorganic hybrid particles (base material particles) in which the surface of divinylbenzene copolymer resin particles is coated with an inorganic shell (thickness: 250 nm) using a condensation reaction by a sol-gel reaction.
(1)導電性粒子AX(粒子径50μm、有機無機ハイブリッド粒子の表面に厚み2μmの銅層が形成されており、かつ銅層の表面がベンゾトリアゾールにより防錆処理されている、粒子径54μm、比重3.0) (1) Conductive particles AX (particle diameter 50 μm, a copper layer having a thickness of 2 μm is formed on the surface of the organic-inorganic hybrid particles, and the surface of the copper layer is rust-prevented with benzotriazole, a particle diameter of 54 μm, Specific gravity 3.0)
(2)導電性粒子BX(粒子径94μm、有機無機ハイブリッド粒子の表面に厚み3μmの銅層が形成されており、かつ銅層の表面がベンゾトリアゾールにより防錆処理されている、粒子径100μm、比重2.6) (2) Conductive particles BX (particle size 94 μm, a 3 μm thick copper layer is formed on the surface of the organic-inorganic hybrid particles, and the surface of the copper layer is rust-prevented with benzotriazole, a particle size of 100 μm, Specific gravity 2.6)
(3)導電性粒子CX(粒子径8μm、有機無機ハイブリッド粒子の表面に厚み0.3μmの銅層が形成されており、かつ銅層の表面がベンゾトリアゾールにより防錆処理されている、粒子径9μm、比重2.7)
(3) Conductive particles CX (
(4)導電性粒子DX(粒子径50μm、有機無機ハイブリッド粒子の表面に厚み4μmの銅層が形成されており、かつ銅層の表面がベンゾトリアゾールにより防錆処理されている、粒子径58μm、比重4.0) (4) Conductive particles DX (particle diameter 50 μm, a copper layer having a thickness of 4 μm is formed on the surface of the organic-inorganic hybrid particle, and the surface of the copper layer is rust-prevented with benzotriazole, a particle diameter of 58 μm, Specific gravity 4.0)
(5)導電性粒子EX(粒子径50μm、有機無機ハイブリッド粒子の表面に厚み0.5μmの銅層が形成されており、かつ銅層の表面がベンゾトリアゾールにより防錆処理されている、粒子径51μm、比重1.9) (5) Conductive particles EX (particle diameter 50 μm, a copper layer having a thickness of 0.5 μm is formed on the surface of the organic-inorganic hybrid particles, and the surface of the copper layer is rust-prevented with benzotriazole, particle diameter 51μm, specific gravity 1.9)
(6)導電性粒子FX(粒子径50μm、有機無機ハイブリッド粒子の表面に厚み2μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面にニッケル層が形成されている、粒子径54μm、比重3.2) (6) Conductive particles FX (particle diameter of 50 μm, a copper layer having a thickness of 2 μm is formed on the surface of the organic-inorganic hybrid particle, and a nickel layer is formed on the outer surface of the copper layer, a particle diameter of 54 μm, Specific gravity 3.2)
(7)導電性粒子GX(粒子径94μm、有機無機ハイブリッド粒子の表面に厚み3μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面にニッケル層が形成されている、粒子径100μm、比重2.6) (7) Conductive particles GX (particle diameter 94 μm, a copper layer having a thickness of 3 μm is formed on the surface of the organic-inorganic hybrid particles, and a nickel layer is formed on the outer surface of the copper layer, a particle diameter of 100 μm, Specific gravity 2.6)
(8)導電性粒子HX(粒子径8μm、有機無機ハイブリッド粒子の表面に厚み0.3μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面にニッケル層が形成されている、粒子径9μm、比重2.7) (8) Conductive particles HX (particle diameter: 8 μm, a copper layer having a thickness of 0.3 μm is formed on the surface of the organic-inorganic hybrid particle, and a nickel layer is formed on the outer surface of the copper layer) 9μm, specific gravity 2.7)
(9)導電性粒子IX(粒子径50μm、有機無機ハイブリッド粒子の表面に厚み4μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面に厚み50nmのニッケル層が形成されている、粒子径58μm、比重4.0) (9) Conductive particles IX (particles having a particle diameter of 50 μm, a copper layer having a thickness of 4 μm formed on the surface of the organic-inorganic hybrid particles, and a nickel layer having a thickness of 50 nm formed on the outer surface of the copper layer) (Diameter 58μm, specific gravity 4.0)
(10)導電性粒子JX(粒子径50μm、有機無機ハイブリッド粒子の表面に厚み0.5μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面に厚み50nmのニッケル層が形成されている、粒子径51μm、比重1.9) (10) Conductive particles JX (particle diameter 50 μm, a 0.5 μm thick copper layer is formed on the surface of the organic-inorganic hybrid particles, and a 50 nm thick nickel layer is formed on the outer surface of the copper layer. , Particle diameter 51 μm, specific gravity 1.9)
(11)導電性粒子KX(粒子径50μm、有機無機ハイブリッド粒子の表面に厚み2μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面に厚み20nmの金層が形成されている、粒子径54μm、比重3.0) (11) Conductive particles KX (particle size 50 μm, particles having a 2 μm thick copper layer formed on the surface of the organic-inorganic hybrid particles, and a gold layer having a thickness of 20 nm formed on the outer surface of the copper layer) Diameter 54μm, specific gravity 3.0)
(12)導電性粒子LX(粒子径50μm、有機無機ハイブリッド粒子の表面に厚み2μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面に厚み20nmの銀層が形成されている、粒子径54μm、比重3.0) (12) Conductive particles LX (particle diameter 50 μm, particles having a 2 μm thick copper layer formed on the surface of the organic-inorganic hybrid particles, and a silver layer having a thickness of 20 nm formed on the outer surface of the copper layer) Diameter 54μm, specific gravity 3.0)
(13)導電性粒子MX(粒子径8μm、有機無機ハイブリッド粒子の表面に厚み0.2μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面に厚み100nmの錫と銀とを含む導電層(融点221℃)が形成されている、粒子径9μm、比重2.9) (13) Conductive particles MX (a particle diameter of 8 μm, a copper layer having a thickness of 0.2 μm is formed on the surface of the organic-inorganic hybrid particles, and a conductive material containing tin and silver having a thickness of 100 nm on the outer surface of the copper layer) Layer (melting point 221 ° C.), particle diameter 9 μm, specific gravity 2.9)
(14)導電性粒子OX(粒子径120μm、有機無機ハイブリッド粒子の表面に厚み3.5μmの銅層が形成されており、かつ銅層の表面がベンゾトリアゾールにより防錆処理されている、粒子径127μm、比重2.5) (14) Conductive particle OX (particle diameter 120 μm, a copper layer having a thickness of 3.5 μm is formed on the surface of the organic-inorganic hybrid particle, and the surface of the copper layer is rust-prevented with benzotriazole. 127μm, specific gravity 2.5)
(15)導電性粒子PX(粒子径120μm、有機無機ハイブリッド粒子の表面に厚み3.5μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面に厚み50nmのニッケル層が形成されている、粒子径128μm、比重2.5) (15) Conductive particles PX (particle diameter 120 μm, a copper layer having a thickness of 3.5 μm is formed on the surface of the organic-inorganic hybrid particle, and a nickel layer having a thickness of 50 nm is formed on the outer surface of the copper layer. , Particle size 128μm, specific gravity 2.5)
(16)導電性粒子QX(粒子径190μm、有機無機ハイブリッド粒子の表面に厚み3.5μmの銅層が形成されており、かつ銅層の表面がベンゾトリアゾールにより防錆処理されている、粒子径197μm、比重2.3) (16) Conductive particles QX (particle diameter 190 μm, a copper layer having a thickness of 3.5 μm is formed on the surface of organic-inorganic hybrid particles, and the surface of the copper layer is rust-prevented with benzotriazole, particle diameter 197 μm, specific gravity 2.3)
(17)導電性粒子RX(粒子径190μm、有機無機ハイブリッド粒子の表面に厚み3.5μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面に厚み50nmのニッケル層が形成されている、粒子径198μm、比重2.3) (17) Conductive particle RX (particle diameter 190 μm, a copper layer having a thickness of 3.5 μm is formed on the surface of the organic-inorganic hybrid particle, and a nickel layer having a thickness of 50 nm is formed on the outer surface of the copper layer. , Particle size 198 μm, specific gravity 2.3)
(18)導電性粒子1X(粒子径5μm、有機無機ハイブリッド粒子の表面に厚み0.2μmの銅層が形成されており、かつ銅層の表面がベンゾトリアゾールにより防錆処理されている、粒子径5μm、比重2.6) (18) Conductive particles 1X (particle diameter 5 μm, a copper layer having a thickness of 0.2 μm is formed on the surface of the organic-inorganic hybrid particles, and the surface of the copper layer is rust-prevented with benzotriazole) 5μm, specific gravity 2.6)
(19)導電性粒子2X(粒子径210μm、有機無機ハイブリッド粒子の表面に厚み3.5μmの銅層が形成されており、かつ銅層の表面がベンゾトリアゾールにより防錆処理されている、粒子径217μm、比重2.2) (19) Conductive particles 2X (particle diameter 210 μm, a copper layer having a thickness of 3.5 μm is formed on the surface of the organic-inorganic hybrid particle, and the surface of the copper layer is rust-prevented with benzotriazole, particle diameter 217 μm, specific gravity 2.2)
(20)導電性粒子3X(粒子径50μm、有機無機ハイブリッド粒子の表面に厚み0.1μmの銅層が形成されており、かつ銅層の表面がベンゾトリアゾールにより防錆処理されている、粒子径50μm、比重1.4) (20) Conductive particles 3X (particle size 50 μm, a copper layer having a thickness of 0.1 μm is formed on the surface of the organic-inorganic hybrid particles, and the surface of the copper layer is rust-prevented with benzotriazole) 50μm, specific gravity 1.4)
(21)導電性粒子4X(粒子径39μm、有機無機ハイブリッド粒子の表面に厚み7μmの銅層が形成されており、かつ銅層の表面がベンゾトリアゾールにより防錆処理されている、粒子径53μm、比重6.1) (21) Conductive particles 4X (particle size: 39 μm, a 7 μm thick copper layer is formed on the surface of the organic-inorganic hybrid particles, and the surface of the copper layer is rust-prevented with benzotriazole, a particle size of 53 μm, Specific gravity 6.1)
(22)導電性粒子5X(粒子径5μm、有機無機ハイブリッド粒子の表面に厚み0.1μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面に厚み50nmのニッケル層が形成されている、粒子径5μm、比重2.9) (22) Conductive particles 5X (particle diameter 5 μm, a 0.1 μm thick copper layer is formed on the surface of the organic-inorganic hybrid particles, and a 50 nm thick nickel layer is formed on the outer surface of the copper layer. , Particle diameter 5 μm, specific gravity 2.9)
(23)導電性粒子6X(粒子径210μm、有機無機ハイブリッド粒子の表面に厚み3.5μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面に厚み50nmのニッケル層が形成されている、粒子径218μm、比重2.3) (23) Conductive particles 6X (particle diameter 210 μm, a copper layer having a thickness of 3.5 μm is formed on the surface of the organic-inorganic hybrid particle, and a nickel layer having a thickness of 50 nm is formed on the outer surface of the copper layer. , Particle size 218 μm, specific gravity 2.3)
(24)導電性粒子7X(粒子径50μm、有機無機ハイブリッド粒子の表面に厚み0.1μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面に厚み50nmのニッケル層が形成されている、粒子径50μm、比重1.5) (24) Conductive particles 7X (particle diameter 50 μm, a copper layer having a thickness of 0.1 μm is formed on the surface of the organic-inorganic hybrid particle, and a nickel layer having a thickness of 50 nm is formed on the outer surface of the copper layer. , Particle diameter 50 μm, specific gravity 1.5)
(25)導電性粒子8X(粒子径39μm、有機無機ハイブリッド粒子の表面に厚み7μmの銅層が形成されており、かつ銅層の外側の表面に厚み50nmのニッケル層が形成されている、粒子径53μm、比重6.1) (25) Conductive particles 8X (particle diameter: 39 μm, particles having a 7 μm thick copper layer formed on the surface of the organic-inorganic hybrid particles, and a nickel layer having a thickness of 50 nm formed on the outer surface of the copper layer) Diameter 53μm, specific gravity 6.1)
(実施例18)
加熱により溶融したはんだ(錫100重量%と銀を3.5重量%とを含む、融点221℃)100重量部中に、導電性粒子AX1重量部を分散させた後、はんだを固化させて、厚み150μmのはんだシートを得た。
(Example 18)
In 100 parts by weight of solder melted by heating (including 100% by weight of tin and 3.5% by weight of silver, melting point 221 ° C.), 1 part by weight of the conductive particles AX is dispersed, and then the solder is solidified. A solder sheet having a thickness of 150 μm was obtained.
(実施例19〜34及び比較例9〜16)
導電性粒子の種類を下記の表2に示すように変更したこと以外は実施例18と同様にして、厚み150μmのはんだシートを得た。
(Examples 19 to 34 and Comparative Examples 9 to 16)
A solder sheet having a thickness of 150 μm was obtained in the same manner as in Example 18 except that the type of conductive particles was changed as shown in Table 2 below.
(評価)
(1)接合構造体の作製
第1の接合対象部材として、パワー半導体素子を用意した。第2の接合対象部材として、窒化アルミニウム基板を用意した。
(Evaluation)
(1) Production of bonded structure A power semiconductor element was prepared as a first bonding target member. An aluminum nitride substrate was prepared as the second member to be joined.
第2の接合対象部材上に、得られたはんだシートを積層した。次に、はんだシート上に、上記第1の接合対象部材を積層して、積層体を得た。得られた積層体を300℃で10分加熱することにより、はんだシート中に含まれているはんだを溶融させ、次にはんだを固化させて、はんだと導電性粒子とを含む接合部を形成した。このようにして、はんだにより上記第1,第2の接合対象部材を接合して、接合構造体を得た。 The obtained solder sheet was laminated on the second joining target member. Next, the first member to be joined was laminated on the solder sheet to obtain a laminate. By heating the obtained laminate at 300 ° C. for 10 minutes, the solder contained in the solder sheet was melted, and then the solder was solidified to form a joint including the solder and conductive particles. . Thus, the said 1st, 2nd joining object member was joined with the solder, and the joining structure body was obtained.
(2)厚みばらつき
得られた接合構造体の端部をSEMで観察して、接合部の最小厚みと最大厚みとを評価した。厚みばらつきを下記の基準で判定した。なお、厚みばらつきが小さいほど、接合部の放熱性が部分的に低くなるのを抑制できる傾向がある。
(2) Thickness variation The edge part of the obtained joining structure was observed with SEM, and the minimum thickness and the maximum thickness of the joining part were evaluated. The thickness variation was determined according to the following criteria. In addition, there exists a tendency which can suppress that the heat dissipation of a junction part falls partially, so that thickness dispersion | variation is small.
[厚みばらつきの判定基準]
○○:最大厚みが最小厚みの1.2倍未満
○:最大厚みが最小厚みの1.2倍以上、1.5倍未満
×:最大厚みが最小厚みの1.5倍以上
[Criteria for thickness variation]
○: Maximum thickness is less than 1.2 times the minimum thickness ○: Maximum thickness is 1.2 times or more and less than 1.5 times the minimum thickness ×: Maximum thickness is 1.5 times or more the minimum thickness
(3)放熱性
熱抵抗測定装置により得られた接合構造体の熱抵抗を測定することにより、放熱性を評価した。放熱性を下記の基準で判定した。
(3) Heat dissipation The heat dissipation was evaluated by measuring the thermal resistance of the bonded structure obtained by the thermal resistance measuring device. The heat dissipation was determined according to the following criteria.
[放熱性の判定基準]
○○:0.10℃/W未満
○:0.10℃/W以上、0.30℃/W未満
×:0.30℃/W以上
[Criteria for heat dissipation]
○○: Less than 0.10 ° C / W ○: 0.10 ° C / W or more, less than 0.30 ° C / W ×: 0.30 ° C / W or more
(4)接合強度
得られた接合構造体の剪断強度を測定することにより、接合強度(接合信頼性)を評価した。接合強度を下記の基準で判定した。
(4) Joining strength The joining strength (joining reliability) was evaluated by measuring the shear strength of the obtained joined structure. The bonding strength was determined according to the following criteria.
○○:10MPa以上
○:5MPa以上、10MPa未満
×:5MPa未満
○○: 10 MPa or more ○: 5 MPa or more, less than 10 MPa ×: less than 5 MPa
(5)接合信頼性
得られた接合構造体を250℃で500時間放置した後、接合強度と同様の方法にて剪断強度を測定し、接合信頼性を評価した。接合信頼性を下記の基準で判定した。
(5) Bonding reliability After the obtained bonded structure was allowed to stand at 250 ° C. for 500 hours, the shear strength was measured by the same method as the bonding strength to evaluate the bonding reliability. Bonding reliability was determined according to the following criteria.
[接合信頼性の判定基準]
○○:剪断強度が接合強度の0.90倍以上
○:剪断強度が接合強度の0.60倍以上、0.90倍未満
×:剪断強度が接合強度の0.60倍未満
[Judgment criteria for bonding reliability]
○○: Shear strength is 0.90 times or more of joint strength ○: Shear strength is 0.60 times or more and less than 0.90 times of joint strength ×: Shear strength is less than 0.60 times of joint strength
(6)接合部の平均厚みと導電性粒子の平均直径との関係
得られた接合構造体の断面を観察して、接合部の平均厚みTと、接合後における上記導電性粒子の上記接合部の厚み方向における平均直径とを評価した。
(6) Relationship between the average thickness of the joint and the average diameter of the conductive particles By observing a cross section of the obtained bonded structure, the average thickness T of the joint and the joint of the conductive particles after joining The average diameter in the thickness direction was evaluated.
(7)導電性粒子の圧縮弾性率(5%K値)
導電性粒子の5%K値を、23℃の条件で、上述した方法により、微小圧縮試験機(フィッシャー社製「フィッシャースコープH−100」)を用いて測定した。
(7) Compressive elastic modulus of conductive particles (5% K value)
The 5% K value of the conductive particles was measured using a micro-compression tester (Fischer Scope H-100, manufactured by Fischer) under the condition described above at 23 ° C.
結果を下記の表1,2に示す。なお、上記(2)厚みばらつきの評価において、得られた接合構造体の断面の厚みばらつきも評価したところ、実施例及び比較例の厚みばらつきの判定結果は表1,2に示す結果と同じであった。 The results are shown in Tables 1 and 2 below. In the evaluation of (2) thickness variation, when the thickness variation of the cross section of the obtained bonded structure was also evaluated, the determination results of the thickness variation in Examples and Comparative Examples are the same as the results shown in Tables 1 and 2. there were.
1…接合構造体
2…第1の接合対象部材
2a…第1の表面
2b…第2の表面
3,4…第2の接合対象部材
5,6…接合部
7,8…ヒートシンク
11…はんだシート
16…はんだ
21…導電性粒子
22…樹脂粒子
22a…表面
23…導電層
31…導電性粒子
32…導電層
32A…第1の導電層
32B…第2の導電層
41…導電性粒子
42…有機無機ハイブリッド粒子
42A…有機コア
42B…無機シェル
42a…表面
43…導電層
DESCRIPTION OF
Claims (10)
基材粒子と、前記基材粒子の表面上に配置された導電層とを備え、
前記基材粒子が、樹脂粒子又は有機無機ハイブリッド粒子であり、
比重が1.5以上、4.0以下であり、
粒子径が8μm以上、200μm以下である、導電性粒子。 Conductive particles dispersed in solder and used as solder paste or solder sheet,
Comprising base material particles and a conductive layer disposed on the surface of the base material particles,
The substrate particles are resin particles or organic-inorganic hybrid particles,
Specific gravity is 1.5 or more and 4.0 or less,
Conductive particles having a particle size of 8 μm or more and 200 μm or less.
前記基材粒子と、前記基材粒子の表面上に配置された銅層とを備え、かつ前記銅層の外側の表面が防錆処理されている、請求項1又は2に記載の導電性粒子。 Comprising the base particle, a copper layer disposed on the surface of the base particle, and a second conductive layer disposed on the outer surface of the copper layer, or
3. The conductive particle according to claim 1, comprising the base material particle and a copper layer disposed on the surface of the base material particle, and the outer surface of the copper layer is subjected to rust prevention treatment. .
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