JP6605048B2 - 金属ペースト及びコンポーネントを接合するためのその使用 - Google Patents

金属ペースト及びコンポーネントを接合するためのその使用 Download PDF

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Description

本発明は、金属ペースト及び前記金属ペーストが使用されるコンポーネントの接合のための方法に関する。
圧力及び温度に対して非常に敏感である、ＬＥＤ又は非常に薄いシリコンチップなどのコンポーネント（部品）を接合することは、パワー・消費者エレクトロニクスの分野では特に困難である。
この理由のため、前記圧力及び温度に対して非常に敏感であるコンポーネントは、しばしば互いに接着されることにより接合される。しかしながら、接着技術は、不十分な熱伝導率及び／又は導電性率のみを含むコンポーネント間の接触部位を生成するという欠点と関連する。
この問題を解決するために、接合されるコンポーネントはしばしば焼結される。焼結技術は、コンポーネントを安定して接合するための非常に簡単な方法である。
焼結処理において金属ペーストを使用してコンポーネントを接合することは、パワー・エレクトロニクスにおいて公知である。例えば、特許文献１には、少なくとも１つの有機化合物を含有するコーティングを含む粒子の形態で存在する少なくとも１つの金属７５〜９０重量％（重量パーセント）と、少なくとも１つの金属前駆体０〜１２重量％と、少なくとも１つの溶媒６〜２０重量％と、少なくとも１つの焼結助剤０．１〜１５重量％を含む金属ペースト、並びに、焼結法によってコンポーネントを接合するための前記金属調製品の使用が開示されている。
又、特許文献２には、コンポーネントの接合のための焼結処理で使用されてもよく、構造の粒子としての有機コーティング銅、銀及び／又は金粒子、並びに非有機コーティング（コーティングされていない）金属及び／又はセラミック補助粒子を含有する焼結材料が開示されている。金属補助粒子を参照すると、これらは構造の粒子と同じ材料から作られて提供されているようであることが分かる（ただし、有機コーティングではない）。
国際公開第２０１１／０２６６２３ Ａ１号 独国特許出願公開第１０ ２００９ ０００ １９２ Ａ１号
本発明の目的は、安定した方法でコンポーネントを接合するための焼結方法を提供することである。この方法は、接合されるコンポーネント間に、低間隔率並びに高い電気伝導率及び熱伝導率を有する接触部位を生成するために使用される。この焼結方法は、加圧焼結条件と無加圧焼結の両方で安定してコンポーネントを接合するのに好適である。接合されたコンポーネント間に提供された焼結層（焼結された層）の形態でのこの方法で生成された焼結接合部は、通常の使用条件下で起こりうるような持続的な温度ストレスの後でも脆くなることはなく、また、内部の機械的な応力を形成することはなく、若しくは殆ど形成することはないであろう。コンポーネントを接合する焼結層の脆弱性及び機械的な応力は、前記接合の強度を弱めるか、又はそれを破壊することがあり、これは、例えば大きな表面のヒートシンク又は大きな表面のチップなどの、大きな表面を有するコンポーネントの接合において特に重要な問題となる。大きな表面のコンポーネントの例には、接触表面積が１６ｍｍ２超、例えば１６ｍｍ２超１２０００ｍｍ２以下の範囲のものが含まれる。具体例は、それぞれが４ｍｍを超える接線の長さを有する長方形の接触表面を有する長方形コンポーネントを含み、長辺は例えば１５０ｍｍ以下の長さである。本発明の他の目的は、前記焼結方法を実施するのに好適な金属ペーストを提供することである。
本発明は、（ａ）少なくとも（ａ１）１つのコンポーネント１と、（ａ２）１つのコンポーネント２と、（ａ３）コンポーネント１とコンポーネント２の間に位置する１つの金属ペーストとを含むサンドイッチ構造を提供する工程と、（ｂ）サンドイッチ構造を焼結する工程と、を含み、金属ペーストは、（Ａ）少なくとも１つの有機化合物を含むコーティングを含む、７５〜９０重量％の銅及び／又は銀粒子と、（Ｂ）５〜２０重量％の有機溶媒と、（Ｃ）粒子（Ａ）とは異なり、０．２〜１０μｍの範囲の平均粒径（ｄ５０）を有する２〜２０重量％の少なくとも１種の金属粒子と、を含み、成分（Ｃ）の金属粒子は、モリブデン粒子及び銀含有率が１０〜９０重量％であるニッケルコア−銀ジャケット粒子からなる群から選択される、コンポーネントの接合方法に関する。
本発明は更に、（Ａ）少なくとも１つの有機化合物を含むコーティングを含む、７５〜９０重量％の銅及び／又は銀粒子と、（Ｂ）５〜２０重量％の有機溶媒と、（Ｃ）粒子（Ａ）とは異なり、０．２〜１０μｍの範囲の平均粒径（ｄ５０）を有する２〜２０重量％の少なくとも１種の金属粒子と、を含み、成分（Ｃ）の金属粒子は、モリブデン粒子及び銀含有率が１０〜９０重量％であるニッケルコア−銀ジャケット粒子からなる群から選択される金属ペーストに関する。
明細書及び特許請求の範囲で使用される「平均粒径」という用語は、レーザ回折によって決定することができる平均一次粒径（ｄ５０）を意味すると理解されるものとする。レーザ回折による測定は、例えば、ｍａｌ−ｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製のＭａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ ３０００のような粒子径測定装置を用いて適切に行うことができる。
本発明による金属ペーストは、成分（Ａ）として７５〜９０重量％、好ましくは７７〜８９重量％、より好ましくは７８〜８７重量％、さらにより好ましくは７８〜８６重量％の少なくとも１種の有機化合物を含有するコーティングを含む、銅及び／又は銀粒子を含む。ここで、与えられている重量とは、粒子上に位置するコーティング化合物の重量を含む。
「銅及び／又は銀粒子（Ａ）」との用語は、純金属（少なくとも９９．９重量％の純度）及び１０重量％までの少なくとも１種の他の合金金属を含む合金からなる粒子を含むと理解されるものとする。好適な合金金属の例は、銅、銀、金、ニッケル、パラジウム、白金及びアルミニウムである。
銀粒子は、特に純銀から作られたものが成分（Ａ）として好ましい。
銅及び／又は銀粒子（Ａ）は、異なる形状であってもよい。それらは、例えば、フレークの形態で存在してもよく、又は球形（ボール状）であってもよい。特に好ましい実施形態によれば、それらはフレークの形状である。しかしながら、このことは、銅及び／又は銀粒子の少しの割合の異なる形の粒子にすることを排除するものではない。しかしながら、好ましくは、銅及び／又は銀粒子の少なくとも７０重量％、より好ましくは少なくとも８０重量％、さらにより好ましくは少なくとも９０重量％、１００重量％がフレークの形状で存在する。
銅及び／又は銀粒子がコーティングされる。
粒子のコーティングという用語は、粒子の表面上の強固な付着層を指すと理解されるものとする。
銅及び／又は銀粒子のコーティングは、少なくとも１種のコーティング化合物を含有する。
前記コーティング化合物は有機化合物である。
コーティング化合物として機能する有機化合物は、銅及び／又は銀粒子が凝集するのを防止する炭素含有化合物である。
好ましい実施形態としては、コーティング化合物は、少なくとも１つの官能基を有する。考えられる官能基は、特に、カルボン酸基、カルボキシレート基、エステル基、ケト基、アルデヒド基、アミノ基、アミド基、アゾ基、イミド基又はニトリル基を含む。カルボン酸基及びカルボン酸エステル基は、好ましい官能基である。カルボン酸基は脱プロトン化されていてもよい。
少なくとも１つの官能基を有するコーティング化合物は、好ましくは飽和、単官能不飽和又は多官能不飽和有機化合物である。
さらに、少なくとも１つの官能基を有する前記コーティング化合物は、分岐又は非分岐であってもよい。
少なくとも１つの官能基を有するコーティング化合物は、好ましくは１〜５０、より好ましくは２〜２４、さらにより好ましくは６〜２４、さらに好ましくは８〜２０の炭素原子を有する。
コーティング化合物は、イオン性又は非イオン性であってもよい
コーティング化合物としては、遊離脂肪酸、脂肪酸塩、又は脂肪酸エステルを用いることが好ましい。
遊離脂肪酸、脂肪酸塩及び脂肪酸エステルは、好ましくは非分岐である。
さらに、遊離脂肪酸、脂肪酸塩及び脂肪酸エステルは好ましくは飽和されている。
好ましい脂肪酸塩としては、アンモニウム塩、モノアルキルアンモニウム塩、ジアルキルアンモニウム塩、トリアルキルアンモニウム塩、アルミニウム塩、銅塩、リチウム塩、ナトリウム塩及びカリウム塩が含まれる。
アルキルエステル、特にメチルエステル、エチルエステル、プロピルエステル及びブチルエステルは、好ましいエステルである。
好ましい実施形態としては、遊離脂肪酸、脂肪酸塩又は脂肪酸エステルは、８〜２４、より好ましくは８〜１８の炭素原子を有する化合物である。
好ましいコーティング化合物は、カプリル酸（オクタン酸）カプリン酸（デカン酸）、ラウリン酸（ドデカン酸）、ミリスチン酸（テトラデカン酸）、パルミチン酸（ヘキサデカン酸）、マルガリン酸（ヘプタデカン酸、ステアリン酸（オクタデカン酸）、アラキン酸（エイコサン酸／イコサン酸）、ベヘン酸（ドコサン酸）、リグノセリン酸（テトラコサン酸）、並びに対応するエステル及び塩が含まれる。
特に好ましいコーティング化合物は、ドデカン酸、オクタデカン酸、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸銅、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム、パルミチン酸ナトリウム、及びパルミチン酸カリウムが含まれる。
コーティング化合物は、先行技術から知られている従来の方法によって銅及び／又は銀粒子（Ａ）の表面に適用されてもよい。
例えば、上記のコーティング化合物、特にステアリン酸塩又はパルミチン酸塩を溶媒中にスラリー化し、スラリー化したコーティング化合物をボールミル中の銅及び／又は銀粒子と共に粉砕することができる。粉砕後には、コーティング化合物でコーティングされた銅及び／又は銀粒子を乾燥させ、次いで粉塵を除去する。
好ましくは、有機化合物の割合、特に、コーティング全体に対する遊離脂肪酸、脂肪酸塩、及び脂肪酸エステルからなる群から選択される化合物の割合は、少なくとも６０重量％、より好ましくは少なくとも７０重量％、さらにより好ましくは少なくとも８０重量％、さらにより好ましくは少なくとも９０重量％、特に少なくとも９５重量％、少なくとも９９重量％又は１００重量％である。
コーティング化合物、好ましくは遊離脂肪酸、脂肪酸塩、及び脂肪酸エステルからなる群から選択されるコーティング化合物の割合は、コーティングされた銅及び／又は銀粒子の重量に対して５重量％未満、例えば０．０１〜２重量％、好ましくは０．３〜１．５重量％の量で存在する。
コーティング化合物の質量と銅及び／又は銀粒子の表面積との比として定義されるコーティングの程度は、好ましくは銅及び／又は銀粒子の表面積の１平方メートル（ｍ２）あたりのコーティング化合物が０．００００５〜０．０３ｇ、より好ましくは０．０００１〜０．０２ｇである。
本発明による金属ペーストは、成分（Ｂ）として、６〜２０重量％、好ましくは７〜１８重量％、さらに好ましくは８〜１７重量％、さらに好ましくは１０〜１５重量％の有機溶媒、例えば１種の有機溶媒又は少なくとも２種の有機溶媒の混合物を含む。
有機溶媒又は溶媒（Ｂ）は、金属ペーストに一般的に使用される有機溶媒である。例として、テルピネオール、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、エチレングリコール、ジメチルアセトアミド、１−トリデカノール、２−トリデカノール、３−トリデカノール、４−トリデカノール、５−トリデカノール、６−トリデカノール、イソトリデカノール、最後から２番目のＣ原子上のメチル置換を除いて、非置換１−ヒドロキシ−Ｃ１６〜Ｃ２０アルカン、例えば、１６−メチルヘプタデカン−１−オール、二塩基性エステル（好ましくはグルタル酸、アジピン酸又はコハク酸又はそれらの混合物のジメチルエステル）、グリセロール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、及び脂肪族炭化水素特に５〜３２個のＣ原子、より好ましくは１０〜２５個のＣ原子、さらにより好ましくは１６〜２０個のＣ原子を有する飽和脂肪族炭化水素である。前記脂肪族炭化水素は、例えば、Ｅｘｘｏｎ Ｍｏｂｉｌによって、商品名エクソソル（商標）Ｄ１４０又は商品名アイソパーＭ（商標）で市販されている。
本発明において、金属ペーストは、成分（Ｃ）として、粒子（Ａ）とは異なり、０．２〜１０μｍの範囲の平均粒子径（ｄ５０）を有する少なくとも１種の２〜２０重量％の金属粒子であり、成分（Ｃ）の金属粒子は、モリブデン粒子、並びに１０〜９０重量％、好ましくは１５〜３０重量％、特に２５重量％の銀含有量を有するニッケルコア−銀ジャケット粒子からなる群から選択される。
成分（Ｃ）を形成する粒子は、銅及び／又は銀粒子（Ａ）とは異なる。それらは、モリブデン粒子、１０〜９０重量％、好ましくは１５〜３０重量％、特に２５重量％の銀含有量を有するニッケルコア−銀ジャケット粒子［銀被コーティング（同封）ニッケル粒子］、又は、モリブデン粒子と、１０〜９０重量％、好ましくは１５〜３０重量％、特に２５重量％の銀含量を有するニッケルコア−銀ジャケット粒子と、の組み合わせのいずれかである。換言すれば、ニッケルコア−銀ジャケット粒子の銀ジャケットは、ニッケルコア−銀ジャケット粒子の総重量の１０〜９０重量％、好ましくは１５〜３０重量％、特に２５重量％を占める。
特に、粒子（Ｃ）は、フレークも針も含まず、具体的には、例えば１〜３、好ましくは１〜２の範囲の形状係数を含む。
「形状係数」という用語は、ここでは粒子の形状を指し、粒子の最大及び最小の長手方向伸長の比を意味する。それは、顕微鏡写真の分析により、統計学的に合理的な数の粒子、例えば２５００〜３０００個の個々の粒子の寸法を測定することによって決定されてもよい。例えば、自動画像分析システムに結合された５０００倍の倍率の光学顕微鏡がこの目的のために使用されてもよい。
１〜３又は１〜２の特定の範囲の形状係数を有する粒子は、例えば、球形（形状係数１）、本質的に球形、楕円形又は卵形、不規則であるがコンパクト形状、いわゆるコインの形状等を含むが、いずれの場合にも、小板（フレーク）又は針の形状とは異なる形状である。粒子（Ｃ）の表面は、滑らかであっても不規則であってもよく、例えば、粗い又は粗面化されていてもよい。
一実施形態では、成分（Ｃ）を形成するニッケルコア−銀ジャケット粒子はコーティングを有さない。
本発明による金属ペーストは、０〜１２重量％、好ましくは０．１〜１２重量％、より好ましくは１〜１０重量％、さらにより好ましくは２〜８重量％の少なくとも１種の金属前駆体（Ｄ）を含んでいてもよい。
本発明の範囲において、金属前駆体は、少なくとも１種の金属を含む化合物を意味すると理解されるものとする。好ましくは、前記化合物は２００℃未満の温度で分解し、金属を放出する。従って、焼結処理において金属前駆体を使用することは、金属の現場での生産に関連していることが好ましい。化合物が金属前駆体であるかどうかを判断することは容易である。例えば、試験される化合物を含むペーストを銀表面を有する基板上に配置し、その後２００℃に加熱し、この温度を２０分間維持してもよい。次いで、試験される化合物がこうした条件下で分解して金属を形成したかどうかが試験される。この目的で、例えば、金属含有ペースト成分の含有量は、試験前に計量され、金属の理論的質量を算出してもよい。試験後、基板上に置かれた材料の質量は重量法によって測定される。一般的な測定誤差を考慮して、基板上に配置された材料の質量が金属の理論的質量に等しい場合、試験された化合物は金属前駆体である。
好ましい実施形態によれば、金属前駆体は吸熱的に分解できる金属前駆体である。吸熱的に分解できる金属前駆体は、好ましくは保護ガス雰囲気下での熱分解が吸熱プロセスである金属前駆体と理解されるものとする。前記熱分解は金属前駆体からの金属の放出を伴う。
金属前駆体は、好ましくは金属として、銅、銀、金、ニッケル、パラジウム、及び白金、特に銅及び銀からなる群から選択される少なくとも１つの元素を含む。
金属前駆体として、上述の金属の吸熱的に分解可能な炭酸塩、乳酸塩、ギ酸塩、クエン酸塩、酸化物又は脂肪酸塩、好ましくは６〜２４個の炭素原子を有する脂肪酸塩を使用することが好ましい場合がある。
特定の実施形態では、金属前駆体として、炭酸銀、乳酸銀、ギ酸銀、クエン酸銀、酸化銀（例えばＡｇＯ又はＡＧ２Ｏ）、乳酸銅、ステアリン酸銅、酸化銅（例えばＣｕ２Ｏ又はＣｕＯ）が使用される。
特に好ましい実施形態によれば、金属前駆体として、炭酸銀及び／又は酸化銀が使用される。
金属ペースト中に存在する場合、金属前駆体は好ましくは粒子状で存在する。
金属前駆体の粒子は、フレーク状又は球状（玉状）であってもよい。好ましくは、金属前駆体の粒子はフレーク状で存在する
さらに、金属ペーストは、０〜１０重量％、好ましくは０〜８重量％の少なくとも１種の焼結助剤（Ｅ）を含んでもよい。焼結助剤の例には、例えばＷＯ２０１１／０２６６２３Ａ１に記載されているような有機過酸化物、無機過酸化物、及び無機酸が含まれる。
本発明による金属ペーストは、上述の成分（Ａ）〜（Ｅ）に加えて１つ以上のさらなる成分（Ｆ）を０〜１５重量％、好ましくは０〜１２重量％、より好ましくは０．１〜１０重量％含んでもよい。前記さらなる成分は、好ましくは金属ペーストで一般に使用される成分であってもよい。金属ペーストは、さらなる成分として、例えば、分散剤、界面活性剤、消泡剤、結合剤、セルロース誘導体などのポリマー、例えばメチルセルロース、エチルセルロース、エチルメチルセルロース、カルボキシセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、及び／又は粘度調整（流動学的）剤を含んでもよい。
成分（Ａ）〜（Ｆ）に関して特定された割合の重量％の合計は、例えば、本発明による金属ペーストに対して、すなわちその適用の前に、１００重量％になる。従って、本発明による金属ペーストは、成分（Ａ）〜（Ｆ）を混合することによって生成することができる。この文脈では、当業者に公知の装置、例えば撹拌機及び３本ローラーミルを使用することができる。
本発明による金属ペーストは、特に焼結ペーストとして、すなわち焼結処理で使用することができる。焼結は、銅及び／又は銀粒子（Ａ）が液相に到達しないように加熱することによって２つ以上のコンポーネントを接合することを意味することが理解されるものとする。
本発明による金属ペーストの使用によって実施される焼結方法は、圧力をかけながら実施することができ、又は圧力をかけないで実施することができる。圧力をかけないで焼結方法を実施できることは、コンポーネントの十分に強固な接合が、前述の圧力の適用に関係なく、達成されることを意味する。圧力をかけないで焼結処理を実施できることは、感圧性の、例えば脆弱なコンポーネント又は機械的に敏感な微細構造を有するコンポーネントを、焼結方法で使用できるようにする。機械的に敏感な微細構造を有する電子コンポーネントは、許容できない圧力に晒されるときに電気的不具合を起こす。
少なくとも２つのコンポーネントの接合は、第１のコンポーネントを第２のコンポーネント上に取り付けることを意味することが理解されるものとする。この文脈において、「上に」は、２つのコンポーネントの相対配置又は少なくとも２つのコンポーネントを含む構造に関係なく、単に第１のコンポーネントの表面が第２のコンポーネントの表面に接合されることを意味する。
本発明の範囲において、コンポーネントとは単一の部品を含むことが好ましい。好ましくは前記単一の部品は更に分解することが出来ない。
特定の実施形態によれば、コンポーネントとは電子機器で使用される部品のことを言う。
従って、コンポーネントは、例えば、ダイオード、ＬＥＤ（発光ダイオード、ｌｉｃｈｔｅｍｉｔｔｉｅｒｅｎｄｅ Ｄｉｏｄｅｎ）、ＤＣＢ（直接銅接合）基板、リードフレーム、ダイ、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、Ｂｉｐｏｌａｒｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｅｎ ｍｉｔ ｉｓｏｌｉｅｒｔｅｒ Ｇａｔｅ−Ｅｌｅｋｔｒｏｄｅ）、ＩＣ（集積回路、ｉｎｔｅｇｒｉｅｒｔｅ Ｓｃｈａｌｔｕｎｇｅｎ）、センサ、ヒートシンク素子（好ましくはアルミニウムヒートシンク素子又は銅ヒートシンク素子）、又は他の受動コンポーネント（例えば抵抗器、コンデンサ、又はコイル）であってもよい。本発明の目的について明細書から明らかなように、コンポーネントは、上述したように、特に大きな表面のコンポーネントを含んでもよい。
接合されるコンポーネントは同一又は異なるコンポーネントであってもよい。
本発明の実施形態は、ＬＥＤをリードフレームに、ＬＥＤをセラミック基板に、ダイ、ダイオード、ＩＧＢＴ又はＩＣをリードフレーム、セラミック基板又はＤＣＢ基板に、センサをリードフレーム又はセラミック基板に接合することに関する。
コンポーネント、例えばコンポーネント１及び２の少なくとも１つは、いずれにしても金属で構成されていない限り、少なくとも１つの金属接触面を、例えばメタライゼーション層の形態で含むことができ、それによって上述したサンドイッチ構造は、本発明による方法の範囲内で行われる。前記メタライゼーション層は好ましくはコンポーネントの一部である。好ましくは、前記メタライゼーション層はコンポーネントの少なくとも１つの表面に位置する。
好ましくは、本発明による金属ペーストを用いたコンポーネントの接合は、前記メタライゼーション層又は複数のメタライゼーション層を用いて実施される。
メタライゼーション層は純金属を含んでもよい。従って、メタライゼーション層は少なくとも５０重量％、より好ましくは少なくとも７０重量％、さらにより好ましくは少なくとも９０重量％又は１００重量％の純金属を含むことが好ましい場合がある。純金属は、例として、アルミニウム、銅、銀、金、パラジウム、及び白金からなる群から選択される。
また一方、メタライゼーション層は合金を含んでもよい。メタライゼーション層の合金は、好ましくはアルミニウム、銀、銅、金、ニッケル、パラジウム、及び白金からなる群から選択される少なくとも１つの金属を含む。
メタライゼーション層は多層構造を有してもよい。従って、接合されるコンポーネントの少なくとも１つの表面が、上述の純金属及び／又は合金を含む多層でできたメタライゼーション層を含むことが好ましい場合もある。
本発明による方法では、少なくとも２つのコンポーネントは焼結によって互いに接合されている。
この目的で、２つのコンポーネントはまず互いに接触させられる。この文脈では、接触は本発明による金属ペーストを用いて行われる。この目的で、本発明による金属ペーストが少なくとも２つのコンポーネントのそれぞれの２つの間に位置付けられる構造が設けられる。
従って、２つのコンポーネント、すなわちコンポーネント１及びコンポーネント２が互いに接合される場合、本発明による金属ペーストは、焼結処理の前にコンポーネント１及びコンポーネント２の間に位置付けられる。他方、２つより多いコンポーネントを互いに接合することも考えられる。例えば、３つのコンポーネント、すなわちコンポーネント１、コンポーネント２、及びコンポーネント３は、コンポーネント２がコンポーネント１とコンポーネント３の間に位置付けられるように適切に互いに接合されてもよい。この場合、本発明による金属ペーストは、コンポーネント１とコンポーネント２との間、及びコンポーネント２とコンポーネント３との間の両方に位置付けられる。
それぞれのコンポーネントはサンドイッチ構造に存在し、互いに接合されている。サンドイッチ構造は、２つのコンポーネントが互いに対して基本的に平行に配置されて、２つのコンポーネントが上下に位置付けられた構造を意味することが理解されるものとする。
本発明による少なくとも２つのコンポーネント及び金属ペーストの構造は、金属ペーストが前記構造の２つのコンポーネントの間に位置付けられて、先行技術による公知のいずれの方法によっても生成してもよい。
好ましくは、第１に、コンポーネント１の少なくとも１つの表面は、本発明による金属ペーストとともに供給される。次に別のコンポーネント２が、コンポーネント１の表面に適用された金属ペースト上に、コンポーネント２の表面のうちの１つによって配置される。
コンポーネントの表面上への本発明による金属ペーストの適用は、従来の方法、例えばスクリーン印刷又はステンシル印刷などの印刷方法を用いて行われてもよい。一方、本発明による金属ペーストは、ディスペンシング技術、ピン転写、又は液浸によって適用されてもよい。
本発明による金属ペーストの適用後に、金属ペーストが供給された前記コンポーネントの表面と、金属ペーストを用いて接合されるコンポーネントの表面とを接触させることが好ましい。よって、本発明による金属ペーストの層は、接合されるコンポーネントの間に位置付けられる。
好ましくは、接合されるコンポーネントの間の湿潤層の厚さは２０〜１００μｍの範囲内にある。この文脈で湿潤層の厚さは、もしあれば乾燥前、そして焼結前の、接合されるコンポーネントの対向する表面間の距離を意味することが理解されるものとする。湿潤層の好ましい厚さは、金属ペーストを適用するために選択される方法による。金属ペーストが、例えばスクリーン印刷法を用いて適用される場合、湿潤層の好ましい厚さは、２０〜５０μｍであってもよい。金属ペーストがステンシル印刷によって適用される場合、湿潤層の好ましい厚さは２０〜１００μｍの範囲内にあってもよい。ディスペンシング技術における湿潤層の好ましい厚さは２０〜１００μｍの範囲内にあってもよい。
選択肢として、乾燥工程は焼結前に導入され、すなわち、有機溶媒は適用される金属ペーストから除去される。好ましい実施形態によれば、乾燥後の金属ペースト中の有機溶媒の割合は、例えば、本発明による金属ペースト中の、すなわち適用の準備が整った金属ペースト中の有機溶媒の最初の割合に対して０〜５重量％である。換言すれば、前記好ましい実施形態によれば、例えば、本発明による金属ペースト中に最初に存在する有機溶媒の９５〜１００重量％が乾燥中に除去される。
乾燥が加圧しない焼結処理で行われる場合、乾燥は構造を生成した後、すなわち接合されるコンポーネントの接触の後に進行してもよい。乾燥が加圧を含む焼結処理で行われる場合、乾燥は、コンポーネントの少なくとも１つの表面上に金属ペーストを適用した後、かつ接合されるコンポーネントの接触の前に進行してもよい。
好ましくは、乾燥温度は１００〜１５０℃の範囲内にある。
明らかに乾燥時間は、本発明による金属ペーストの組成及び焼結される構造の接合面の大きさによる。一般的な乾燥時間は５〜４５分の範囲内にある。
少なくとも２つのコンポーネント及びコンポーネント間に位置付けられる金属ペーストからなる構造は、最後に焼結処理を受ける。
実際の焼結は、例えば加圧して又は加圧しない、いずれかの処理において２００〜２８０℃の温度で行われる。
加圧焼結における処理圧力は、好ましくは３０ＭＰａ未満であり、より好ましくは５ＭＰａ未満である。例えば、処理圧力は１〜３０ＭＰａの範囲内にあり、より好ましくは１〜５ＭＰａの範囲内にある。
焼結時間は、例えば２〜６０分の範囲内にあり、例えば加圧焼結において２〜５分の範囲内にあり、例えば加圧なしの焼結において３０〜６０分の範囲内にある。
焼結処理は特定の制限を受けない雰囲気下で行われてもよい。したがって、一方で焼結は酸素を含む雰囲気下で行われてもよい。他方、焼結は酸素を含まない雰囲気中で行われることも同様に可能である。本発明の範囲において、酸素を含まない雰囲気は、酸素含有量が１０ｐｐｍ以下であり、好ましくは１ｐｐｍ以下であり、さらにより好ましくは０．１ｐｐｍ以下である雰囲気を意味することが理解されるものとする。
焼結は、上述の処理パラメーターを設定できる従来の適切な焼結装置で行われる。
剪断強度のような基本的要求を満たすこととは別に、本発明による金属ペーストから生成され、及び／又は本発明による金属ペーストを使用する本発明による方法により生成される化合物は、コンポーネントを接合する焼結層の形態で存在して、２００℃で例えば１００又は２００時間の長期間の温度ストレスの後に、それらの有利な挙動によって特徴付けられる。その結果、脆弱化が少なく、低い程度のみの内部応力を形成する。脆弱化挙動及び内部応力の形成の程度は、自由焼結層を用いて実験室で調査されてもよい。この目的のために、例えば、長さ２．５ｃｍ、幅１ｃｍ、厚さ１００μｍの自由焼結層が、ステンシル印刷により酸化銅箔上に試験された金属ペーストを塗布し、通常の方法で昇温して焼結し、続いて、それを酸化銅箔から分離することによって生成されてもよい。酸化銅フィルムの酸化物層は、焼結層が分離されるときに簡単に分離されるのに有用である。このようにして生成された自由焼結層は、その後、例えば２００℃で１００時間又は２００時間のような長期間の温度ストレスの前後で、内部応力の形成の尺度である弾性率及び反り又はボーイングを測定することによって脆弱化挙動を試験することができる。弾性率Ｅは、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ７４３８：２０１２−０３に従って、２つの支持ローラ及び１つの曲げダイを有する曲げ装置を用いた曲げ試験で決定された曲げ力Ｘから、以下の式に従って求めることができる。
Ｅ＝（ｌ３・Ｘ）：（４Ｄ・ｂ・ａ３）
ｌ：スパン（単位：ｍｍ）
Ｘ：曲げ弾性率（曲げ弾性率の測定開始時は０ｋＮ）の測定終了時に測定した力（単位：ｋＮ）
Ｄ：サギング（ｍｍ単位）
ｂ：サンプルの幅（単位：ｍｍ）
ａ：試料の厚さ（単位：ｍｍ）
これに関連して、より高い弾性率は、より高い脆弱性を示し、換言すれば、焼結層のストレスを受けていない試料本体の開始値と比較して、長期間の温度ストレスの後の焼結層の試料本体の弾性率の増加が小さいほど、脆弱性を示す望ましくない傾向が低くなる。長期間の温度ストレス後の曲率の測定は、Ｄｉｎ ＥＮ ＩＳＯ ２５１７８−６：２０１０−０６に準拠した多点測定として、共焦点顕微鏡法を使用して行うことができる（スタンダードの３．３．６項を参照）低曲率は、内部応力の低い形成を示す。
本発明を以下の実施例を通して説明するが、これらは本発明をいかなる点又は形態においても限定するようには解釈されない。
１．金属ペーストの生成
最初に、本発明による金属ペーストＰ８−Ｐ１３及び参照ペーストＰ１−Ｐ７を、以下の表に従ってそれぞれの成分を混合することによって生成した。記載された全ての量は重量％の単位である。
Figure 0006605048
Figure 0006605048
銀粒子：脂肪酸混合物０．６重量％でコーティングしたｄ５０＝４μｍの銀フレーク（ラウリン酸／ステアリン酸は重量比で２５：７５）
酸化アルミニウム：ｄ５０＝２．５μｍの粒子
タングステン：ｄ５０＝１．５μｍの粒子
窒化アルミニウム：ｄ５０＝１．５μｍの粒子
二酸化チタン：ｄ５０＝３μｍの粒子
モリブデン：ｄ５０＝２．１μｍの粒子
銀コーティングニッケル粒子：ｄ５０＝５μｍのニッケルコア−銀ジャケット粒子（銀：ニッケルの重量比＝７５：２５）
２．金属ペーストの塗布及び焼結：
ａ）弾性率の測定及び曲率の測定のための自由焼結層の製造
特定の金属ペーストを、１５０μｍの湿潤層の厚さで銅箔の銅酸化物表面上にステンシル印刷により塗布した。それぞれの場合の印刷面は、２．５ｃｍ×１．０ｃｍの寸法を有する矩形の全面であった。続いて、塗布した金属ペーストを乾燥させ（循環空気乾燥オーブン内で１２０℃、３０分間）、２５０℃、４ＭＰａの圧力で２分間焼結した。焼結後の層の厚さは１００μｍであった。焼結した金属層をその後の試験のために、酸化銅箔から分離した。
ｂ）剪断強度を測定するための試料の製造
特定の金属ペーストを、４ｍｍ／４ｍｍのＤＣＢ基材の全表面領域上に、７５μｍの湿潤層の厚さで、ステンシル印刷により塗布した。試料を、循環空気乾燥オーブン中、１２０℃で３０分間乾燥させた。シリコンチップを、１５０℃の温度で４ｍｍ／４ｍｍの銀接触面によって乾燥したペースト上に配置した。シリコンチップをコンポーネントをＤＣＢに焼結させるために４ＭＰａ、２５０℃で２分間加熱した。
焼結後、剪断強度を試験することによって接合を測定した。これに関連して、シリコンチップを剪断チズルで２６０℃、０．３ｍｍ／秒の速度で剪断した。力はロードセル（ＤＡＧＥ、ドイツのＤＡＧＥ２０００装置）を用いて測定した。
自由焼結層の弾性率及び曲率は、２００℃で１００時間の長期間の温度ストレスなし、又はその後に、曲げ試験によって測定し、各ケースにおいて、上記の手順に従った。得られた測定結果を次の表に示す。
Figure 0006605048

Claims (11)

  1. （Ａ）少なくとも１つの有機化合物を含むコーティングを含む、７５〜９０重量％の銀粒子と、（Ｂ）５〜２０重量％の有機溶媒と、（Ｃ）銀粒子（Ａ）とは異なり、０．２〜１０μｍの範囲の平均粒径（ｄ５０）を有する２〜２０重量％の少なくとも１種の金属粒子と、を含み、成分（Ｃ）の金属粒子は、モリブデン粒子及び銀含有率が１０〜９０重量％であるニッケルコア−銀ジャケット粒子からなる群から選択される、金属ペースト。
  2. 銀粒子（Ａ）がフレーク状である、請求項１に記載の金属ペースト。
  3. 前記少なくとも１つの有機化合物は、遊離脂肪酸、脂肪酸塩、及び脂肪酸エステルからなる群から選択される、請求項１又は２に記載の金属ペースト。
  4. 前記ニッケルコア−銀ジャケット粒子の前記銀含有率は１５〜３０重量％の範囲である、請求項１から３のいずれかに記載の金属ペースト。
  5. 前記ニッケルコア−銀ジャケット粒子の前記銀含有率は２５重量％である、請求項４に記載の金属ペースト。
  6. 粒子（Ｃ）は１〜３の範囲の形状係数を含む、請求項１から５のいずれかに記載の金属ペースト。
  7. 成分（Ａ）〜（Ｃ）とは別に、０〜１２重量％の少なくとも１種の金属前駆体（Ｄ）と、０〜１０重量％の少なくとも１種の焼結助剤（Ｅ）と、分散剤、界面活性剤、消泡剤、結合剤、ポリマー及び／又は粘度調整（流動学的）剤から選択される１種以上の０〜１５重量％のさらなる成分（Ｆ）と、を含む、請求項１から６のいずれかに記載の金属ペースト。
  8. （ａ）少なくとも（ａ１）１つのコンポーネント１と、（ａ２）１つのコンポーネント２と、（ａ３）前記コンポーネント１と前記コンポーネント２との間に位置する、請求項１〜７のいずれかに記載の金属ペーストとを含むサンドイッチ構造を提供する工程と、（ｂ）前記サンドイッチ構造を焼結する工程と、からなるコンポ―ネントの接合方法。
  9. 前記焼結が加圧して又は加圧しないで行われる、請求項８に記載の接合方法。
  10. 前記コンポーネントは、電子機器で使用される部品である、請求項８又は９に記載の接合方法。
  11. 前記コンポーネントは、１６ｍｍ２超１２０００ｍｍ２以下の範囲の接触面を有するコンポーネントである、請求項１０に記載の接合方法。
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