JP6668735B2 - Method for manufacturing bonding material and bonded body - Google Patents
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Description
本発明は、接合材及び接合体の製造方法に関する。 The present invention relates to a bonding material and a method for manufacturing a bonded body.
回路基板に半導体チップやLED素子などの電子部品を実装する方法として、接合材を用いる方法が知られている。接合材としては、銀粉などの金属粒子を溶剤に分散させたペースト状の接合材が知られている。この接合材は、一方の部品の表面に接合材を塗布し、塗布面に他方の部品を接触させ、この状態で加熱して、接合材の金属粒子を焼結させて接合層を形成させることによって部品を接合する。接合材としては、高いシェア強度(接合強度)で接合できるものが望まれている。 As a method for mounting electronic components such as a semiconductor chip and an LED element on a circuit board, a method using a bonding material is known. As a bonding material, a paste-like bonding material in which metal particles such as silver powder are dispersed in a solvent is known. This bonding material is to apply the bonding material to the surface of one component, bring the other component into contact with the applied surface, and heat in this state to sinter the metal particles of the bonding material to form a bonding layer. To join the parts. As a joining material, a material that can be joined with high shear strength (joining strength) is desired.
例えば、特許文献1には、シェア強度を確保しつつ、かつシェア強度のムラを低減させうる、接合材として、平均一次粒径0.5〜3.0μmのサブミクロンサイズの金属粒子、平均一次粒径1〜200nmのナノサイズの金属粒子、及び分散媒を含む接合材が開示されている。 For example, Patent Literature 1 discloses that a submicron-sized metal particle having an average primary particle size of 0.5 to 3.0 μm and an average primary particle as a bonding material that can reduce the unevenness of the shear strength while securing the shear strength. A bonding material containing nano-sized metal particles having a particle size of 1 to 200 nm and a dispersion medium is disclosed.
また、特許文献2には、ナノ粒子単独であっても高いシェア強度を確保できる接合材として、平均粒径100nm以下で表面に炭素数6〜8の有機物が被覆した金属ナノ粒子と、前記金属ナノ粒子による粉末に対して5〜20質量%の極性溶剤とからなる接合材が開示されている。
ところで、回路基板としては、導電材料に銅もしくは銅合金を用いた銅基板が広く利用されている。銅は酸化しやすいため、銅基板の表面には、通常、酸化被膜が形成されている。銅基板と接合層との間に酸化被膜が介在していると、シェア強度が低下するという問題がある。しかしながら、銅は、銀よりも酸化しやすいため、従来の銀粉を含む接合材を用いて接合層を形成することでは、銅基板の表面に形成されている酸化被膜を除去することは難しい。 By the way, a copper substrate using copper or a copper alloy as a conductive material is widely used as a circuit substrate. Since copper is easily oxidized, an oxide film is usually formed on the surface of the copper substrate. When an oxide film is interposed between the copper substrate and the bonding layer, there is a problem that the shear strength is reduced. However, since copper is more easily oxidized than silver, it is difficult to remove an oxide film formed on the surface of the copper substrate by forming a bonding layer using a conventional bonding material containing silver powder.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、酸化被膜が形成されている銅基板に対して、高いシェア強度を有する接合層を、長期間保存しても安定して形成することが可能な接合材、および接合体の製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is to stably form a bonding layer having a high shear strength on a copper substrate on which an oxide film is formed, even when stored for a long time. It is an object of the present invention to provide a bonding material that can perform the bonding and a method for manufacturing the bonded body.
発明者らは、一次粒子の粒度分布が、粒径20〜70nmの範囲内の第1ピークと、粒径200〜500nmの範囲内の第2ピークとを有する銀粉を、炭素数が6〜10であり、かつ分子量が101.19〜157.30の範囲内にあるアルキルアミンと、還元性有機溶剤とを含む接合材を用いることによって、酸化被膜が形成されている銅基板に対してもシェア強度が高い接合層を形成することが可能となることを見出した。 The inventors have found that a silver powder having a primary particle size distribution having a first peak within a particle size range of 20 to 70 nm and a second peak within a particle size range of 200 to 500 nm has a carbon number of 6 to 10 nm. And the use of a bonding material containing an alkylamine having a molecular weight in the range of 101.19 to 157.30 and a reducing organic solvent allows a copper substrate having an oxide film to be formed. It has been found that a bonding layer having high strength can be formed.
上記の接合材を用いることによってシェア強度が高い接合層を形成することが可能となる理由としては、銀粉の一次粒子が特定の粒度分布を有することによって、得られる接合層(焼結体)が、ボイド(気泡)が少なく、緻密になるためであると考えられる。また、酸化被膜が形成されている銅基板に対してもシェア強度が高い接合層を形成することが可能となる理由としては、接合材中の還元性有機溶剤が銅基板の酸化被膜を還元して除去するためであると考えられる。さらに、高いシェア強度を有する接合層を、長期間保存しても安定して形成することが可能となる理由としては、アルキルアミンが銀粉の表面に付着することによって、銀粉同士の凝集が抑制されるためであると考えられる。 The reason why it is possible to form a bonding layer having a high shear strength by using the above-described bonding material is that the primary particles of the silver powder have a specific particle size distribution, so that the obtained bonding layer (sintered body) It is considered that this is because voids (bubbles) are small and dense. Also, the reason why it is possible to form a bonding layer having a high shear strength even on a copper substrate having an oxide film formed thereon is that the reducing organic solvent in the bonding material reduces the oxide film on the copper substrate. It is thought that it is to remove. Furthermore, the reason that the bonding layer having high shear strength can be stably formed even when stored for a long period of time is that the aggregation of silver powder is suppressed by the adhesion of the alkylamine to the surface of the silver powder. It is thought to be because.
従って、上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用した。
[1] 一次粒子の粒度分布が、粒径20〜70nmの範囲内の第1ピークと、粒径200〜500nmの範囲内の第2ピークとを有する銀粉と、
炭素数が6〜10であり、かつ分子量が101.19〜157.30の範囲内にあるアルキルアミンと、
還元性有機溶剤(ただし、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ブチルカルビトール、メチルペンタンジオールおよびテルピネオールを除く)とを含むことを特徴とする接合材。
Therefore, in order to solve the above problems, the present invention has adopted the following configurations.
[1] a silver powder having a primary particle size distribution having a first peak in a particle size range of 20 to 70 nm and a second peak in a particle size range of 200 to 500 nm;
An alkylamine having 6 to 10 carbon atoms and a molecular weight in the range of 101.19 to 157.30;
A bonding material comprising a reducing organic solvent (however, excluding dipropylene glycol monomethyl ether, butyl carbitol, methylpentanediol and terpineol ).
[2] 前記銀粉の含有量が70〜90質量%の範囲にあることを特徴とする、前項1に記載の接合材。 [2] The bonding material according to the above item 1, wherein the content of the silver powder is in a range of 70 to 90% by mass.
[3] 前記銀粉が、一次粒子が凝集して形成された二次粒子を含み、該二次粒子の粒径が10μm以下であることを特徴とする、前項1または前項2に記載の接合材。
[3] The bonding material according to the
[4] 前記アルキルアミンの含有量Aと前記還元性有機溶剤の含有量Bとの質量比A/Bが0.1以上19以下の範囲にあることを特徴とする、前項1から前項3のいずれか一項に記載の接合材。 [4] The mass ratio A / B of the content A of the alkylamine to the content B of the reducing organic solvent is in the range of 0.1 or more and 19 or less, wherein The bonding material according to any one of the above.
[5] 銅基板と電子部品とが接合層を介して接合されている接合体の製造方法であって、前項1から前項4のいずれか一項に記載の接合材を用いて前記接合層を形成する接合体の製造方法。 [5] A method for manufacturing a joined body in which a copper substrate and an electronic component are joined via a joining layer, wherein the joining layer is formed using the joining material according to any one of the above items 1 to 4. A method for manufacturing a joined body to be formed.
本発明によれば、酸化被膜が形成されている銅基板に対して、高いシェア強度を有する接合層を、長期間保存しても安定して形成することが可能な接合材、および接合体の製造方法を提供することが可能となる。 According to the present invention, for a copper substrate on which an oxide film is formed, a bonding layer having high shear strength, a bonding material that can be stably formed even when stored for a long time, and a bonded body It is possible to provide a manufacturing method.
<接合材>
先ず、本発明を適用した一実施形態である接合材の構成について説明する。本実施形態の接合材は、銀粉と溶剤とからなる。溶剤としては、アルキルアミンと還元性有機溶剤とを使用する。本実施形態の接合材は、加熱処理することにより接合層を形成し、隣接する2つ以上の被接合物を接合することができる。本実施形態の接合材は、従来の加熱温度よりも低温の加熱処理であっても被接合物を接合することができるため、熱に弱い材料等を接合することができる。
<Joining materials>
First, a configuration of a bonding material according to an embodiment to which the present invention is applied will be described. The bonding material according to the present embodiment includes silver powder and a solvent. As the solvent, an alkylamine and a reducing organic solvent are used. The bonding material of this embodiment can form a bonding layer by performing a heat treatment, and can bond two or more objects to be bonded to each other. The joining material of the present embodiment can join an object to be joined even by a heat treatment at a temperature lower than the conventional heating temperature, and thus can join materials that are weak to heat.
銀粉は、純銀及び銀を主成分とする銀合金(銀の含有量が99質量%以上)で構成されたものとされている。
銀粉の形状としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、球状、棒状、鱗片状等が挙げられる。
粒径は、走査型電子顕微鏡で一次粒子を1000個以上観察し、画像処理ソフト「ImageJ(アメリカ国立衛生研究所開発)」を用い、SEM像を二値化処理し、粒子と粒子以外の境界を決定した後、各粒子に関し、ピクセル数から面積を算出し、これを真円換算することにより各粒子の一次粒径を求めた。粒径の個数が最も多い上位2つの値を算出し、このうち小さいものを第1ピークの粒径と定義し、大きいものを第2ピークの粒径と定義した。
The silver powder is made of pure silver and a silver alloy containing silver as a main component (the content of silver is 99% by mass or more).
The shape of the silver powder is not particularly limited, but specific examples include a sphere, a rod, and a scale.
The particle size is determined by observing 1,000 or more primary particles with a scanning electron microscope, binarizing the SEM image using image processing software “ImageJ (developed by the National Institutes of Health),” and comparing the boundaries between particles and non-particles. Was determined, the area of each particle was calculated from the number of pixels, and this was converted to a perfect circle to obtain the primary particle size of each particle. The top two values having the largest number of particle sizes were calculated, and the smaller one was defined as the particle size of the first peak, and the larger one was defined as the particle size of the second peak.
銀粉は、所定の範囲の粒度分布を有する。銀粉の一次粒子の粒度分布としては、具体的には、例えば、粒径20〜70nm、好ましくは30〜50nmの範囲内に第1ピークを有し、粒径200〜500nm、好ましくは300〜400nmの範囲内に第2ピークを有する。 Silver powder has a particle size distribution in a predetermined range. As the particle size distribution of the primary particles of the silver powder, specifically, for example, the particle size has a first peak in the range of 20 to 70 nm, preferably 30 to 50 nm, and the particle size is 200 to 500 nm, preferably 300 to 400 nm. Has a second peak within the range.
第1ピークが20nm以上であることにより、加熱処理の際に、接合を維持するのに十分な厚さの接合層を形成することができる。第1ピークが70nm以下であることにより、接合層内の銀の充填度を高くすることができる。 When the first peak is at least 20 nm, a bonding layer having a thickness sufficient to maintain bonding can be formed during heat treatment. When the first peak is 70 nm or less, the degree of filling of silver in the bonding layer can be increased.
また、第2ピークが200nm以上であることにより、加熱処理の際に、接合を維持するのに十分な厚さの接合層を形成することができる。第2ピークが500nm以下であることにより、接合層内の銀の充填度を高くすることができる。 When the second peak is at least 200 nm, a bonding layer having a thickness sufficient to maintain bonding can be formed during heat treatment. When the second peak is at most 500 nm, the degree of filling of silver in the bonding layer can be increased.
また、一次粒子の粒度分布が上記範囲に含まれることにより、被接合物の表面に接合材を塗布した後に、接合材内部の銀粉の充填度を高くすることができる。そのため、加熱処理した際に、接合層の内部で銀粉を均一かつ十分に焼結させることができる。その結果、接合層内の銀の充填度が高くなり、接合層のシェア強度が向上する。 Further, when the particle size distribution of the primary particles is included in the above range, the filling degree of the silver powder inside the joining material can be increased after the joining material is applied to the surface of the article to be joined. Therefore, when the heat treatment is performed, the silver powder can be uniformly and sufficiently sintered inside the bonding layer. As a result, the filling degree of silver in the bonding layer is increased, and the shear strength of the bonding layer is improved.
なお、一次粒子の粒度分布の測定は、例えば、銀粉を市販の走査型電子顕微鏡(SEM、例えば、日立ハイテクノロジーズ社製「S−4300SE」等)により観察し、銀粒子1000個以上の粒径を測定することにより行うことができる。ここで、粒径の個数が最も多い上位2つの値を算出し、このうち小さいものを第1ピークの粒径と定義し、大きいものを第2ピークの粒径と定義した。 The particle size distribution of the primary particles is measured, for example, by observing silver powder with a commercially available scanning electron microscope (SEM, for example, “S-4300SE” manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation), and measuring the particle size of 1,000 or more silver particles. Can be measured. Here, the upper two values having the largest number of particle diameters were calculated, and the smaller one was defined as the particle diameter of the first peak, and the larger one was defined as the particle diameter of the second peak.
銀粉の一次粒子は二次粒子(凝集粒子)を形成していてもよい。二次粒子の粒径は10μm以下であることが好ましい。二次粒子の粒径が上記の範囲にあることにより、接合材内部の銀粉の充填度をさらに高くすることができる。その結果、接合層内の銀の充填度が高くなり、接合層を形成したときに、ボイド(気泡)の発生が抑制され、さらに接合層のシェア強度が向上する。 The primary particles of silver powder may form secondary particles (agglomerated particles). The particle size of the secondary particles is preferably 10 μm or less. When the particle diameter of the secondary particles is in the above range, the filling degree of the silver powder inside the bonding material can be further increased. As a result, the filling degree of silver in the bonding layer is increased, and when the bonding layer is formed, generation of voids (bubbles) is suppressed, and the shear strength of the bonding layer is further improved.
なお、二次粒子の粒径は、例えば、グラインドゲージを用いて評価することができる(JIS K 5600−2−5)。これにより、結合材に含まれている二次粒子の粒径の上限値を求めることができる。 The particle size of the secondary particles can be evaluated using, for example, a grind gauge (JIS K 5600-2-5). Thereby, the upper limit of the particle size of the secondary particles contained in the binder can be determined.
銀粉の表面は、主に炭素数4以下の有機分子等の有機物で被覆されていることが好ましい。銀粉を被覆する有機物としては、具体的には、例えば、150℃で50質量%以上分解するものが好ましく、150℃で75質量%以上分解するものがより好ましい。 It is preferable that the surface of the silver powder is mainly covered with an organic substance such as an organic molecule having 4 or less carbon atoms. Specifically, as the organic substance that coats the silver powder, for example, those that decompose at 50 ° C. or more at 150 ° C. are preferable, and those that decompose at 75 ° C. or more at 150 ° C. are more preferable.
銀粉を被覆する有機物が150℃で50質量%以上分解するものであることにより、銀粉が焼結しやすくなり、接合層のシェア強度が向上する。 When the organic substance covering the silver powder is decomposed by 50% by mass or more at 150 ° C., the silver powder is easily sintered, and the shear strength of the bonding layer is improved.
なお、銀粉を被覆する有機物の分解率の測定は、例えば、銀粉を大気中において所定の温度で所定の時間保持した後に、加熱前に対する加熱後の質量減少量を測定することにより行うことができる。 In addition, the measurement of the decomposition rate of the organic substance covering the silver powder can be performed, for example, by holding the silver powder in the atmosphere at a predetermined temperature for a predetermined time, and then measuring the mass loss after heating compared to before heating. .
銀粉は、加熱することによりガスが発生するものであることが好ましい。具体的には、例えば、粉末状態の銀粉を100℃で加熱した際に、ガス状の二酸化炭素、アセトンの蒸発物、及び水の蒸発物等が発生することが好ましい。 The silver powder preferably generates gas when heated. Specifically, for example, when the powdered silver powder is heated at 100 ° C., it is preferable that gaseous carbon dioxide, evaporate of acetone, and evaporate of water are generated.
上記ガスは、銀粉の表面に吸着した有機分子に由来するものであり、低分子量であるほど加熱により銀粉表面から分離、離脱しやすい。よって、上記ガスを発生する銀粉は、焼結しやすくなり、接合層のシェア強度が向上する。 The gas is derived from organic molecules adsorbed on the surface of the silver powder. The lower the molecular weight, the more easily the gas is separated and separated from the surface of the silver powder by heating. Therefore, the silver powder that generates the gas easily sinters, and the shear strength of the bonding layer is improved.
なお、銀粉を加熱した際に発生するガスの特定は、例えば、市販の熱分解ガスクロマトグラフ質量分析計(熱分解GC/MS、銀粉を導入する部分に熱分解装置を設置したGC/MS、例えばフロンティアラボ社製「PY−3030」、日本電子社製「JMS−T100GCV」等)を用いてガスを分析することにより行うことができる。 The gas generated when the silver powder is heated is specified by, for example, a commercially available pyrolysis gas chromatograph / mass spectrometer (pyrolysis GC / MS, GC / MS in which a pyrolysis device is installed in a portion where silver powder is introduced, for example, The analysis can be performed by using a gas such as "PY-3030" manufactured by Frontier Laboratories, "JMS-T100GCV" manufactured by JEOL Ltd.).
本実施形態の接合材では、溶剤として、アルキルアミンと還元性有機溶剤とを組み合わせて使用する。 In the bonding material of this embodiment, an alkylamine and a reducing organic solvent are used in combination as a solvent.
アルキルアミンは、銀粒子の表面を被覆して、還元性有機溶剤によって銀粒子が過剰に還元されるのを防止する保護作用を有する。アルキルアミンの炭素数(アルキルアミンのアルキル基の炭素数)が6未満の場合には保護作用が低くなる。一方、アルキルアミンの炭素数が10を超えると、銀粉の保護作用が強くなりすぎて、加熱処理時に銀粒子の焼結が進行しにくくなり、接合体の接合層が脆弱になるおそれがある。
このため、本実施形態の接合材において用いるアルキルアミンは、炭素数が6〜10であり、かつ分子量が101.19〜157.30の範囲内としている。炭素数が6〜10のアルキルアミンは、加熱により銀粉から脱離しやすい。このため、本実施形態の接合材を用いて作製した接合体の接合層には、アルキルアミンの脱離によるボイド(気泡)が発生しにくい。
The alkylamine has a protective effect of coating the surface of the silver particles and preventing the silver particles from being excessively reduced by the reducing organic solvent. When the number of carbon atoms of the alkylamine (the number of carbon atoms of the alkyl group of the alkylamine) is less than 6, the protective effect is low. On the other hand, when the alkylamine has more than 10 carbon atoms, the protective effect of the silver powder becomes too strong, so that sintering of the silver particles hardly proceeds during the heat treatment, and the bonding layer of the bonded body may become weak.
For this reason, the alkylamine used in the bonding material of the present embodiment has 6 to 10 carbon atoms and a molecular weight of 101.19 to 157.30. Alkylamines having 6 to 10 carbon atoms are easily released from silver powder by heating. Therefore, voids (bubbles) due to desorption of the alkylamine are less likely to be generated in the bonding layer of the bonded body manufactured using the bonding material of the present embodiment.
還元性有機溶剤は、銅基板の酸化被膜を還元して除去する作用を有する。還元性有機溶剤の例としては、エチレングリコール、ヘキシレングリコール、オクタンジオールが挙げられる。 The reducing organic solvent has an action of reducing and removing the oxide film on the copper substrate. Examples of reducing organic solvent, ethylene glycol, hexylene glycol, Oh Kutanjio Le and the like.
本実施形態の接合材は、上述した銀粉と、溶剤とを混合して形成されるため、ペースト状である。そのため、被接合物の表面に塗布することができる。 The bonding material of the present embodiment is a paste because it is formed by mixing the above-described silver powder and a solvent. Therefore, it can be applied to the surface of the article.
接合材中に含まれる銀粉の量は、ペースト状を維持できる比率であれば、特に限定されない。具体的には、銀粉の含有量は、接合材全体に対して70〜90質量%の範囲にあることが好ましい。接合材中の銀粉の含有量が下限値未満であると、強度の高い膜を得ること難しくなることがある。一方、上限値を超えると、被接合物の表面に塗布したと塗布膜に割れが生じやすくなる。 The amount of silver powder contained in the joining material is not particularly limited as long as the ratio can maintain the paste state. Specifically, the content of the silver powder is preferably in the range of 70 to 90% by mass based on the whole bonding material. If the content of silver powder in the bonding material is less than the lower limit, it may be difficult to obtain a film having high strength. On the other hand, if it exceeds the upper limit, cracks tend to occur in the coating film when applied to the surface of the article.
溶剤であるアルキルアミンと還元性有機溶剤の含有量は、接合材全体に対して10〜30質量%の範囲にあることが好ましい。アルキルアミンの含有量Aと還元性有機溶剤の含有量Bとの質量比A/Bは、0.1以上19以下の範囲にあることが好ましい。
質量比A/Bが0.1未満であると、アルキルアミンの含有量が少なくなりすぎて、銀粒子が過剰に還元されて活性化して、凝集しやすくなるおそれがある。一方、質量比A/Bが19を超えると、還元性有機溶剤の含有量が少なくなり、銅基板の酸化被膜に対する還元能力が低下して、銅基板の表面にシェア強度の高い接合層を形成するのが困難となるおそれがある。
It is preferable that the content of the alkylamine as the solvent and the content of the reducing organic solvent be in the range of 10 to 30% by mass based on the whole bonding material. The mass ratio A / B of the content A of the alkylamine and the content B of the reducing organic solvent is preferably in the range of 0.1 or more and 19 or less.
If the mass ratio A / B is less than 0.1, the content of the alkylamine becomes too small, and the silver particles may be excessively reduced and activated, which may easily cause aggregation. On the other hand, when the mass ratio A / B exceeds 19, the content of the reducing organic solvent decreases, the reducing ability of the copper substrate to the oxide film decreases, and a bonding layer having high shear strength is formed on the surface of the copper substrate. May be difficult to do.
次に、上述した接合材の製造方法について、図1,2を参照して説明する。
先ず、図1に示すように、銀塩水溶液1とカルボン酸塩水溶液2とを水3中に同時に滴下してカルボン酸銀スラリー4を調製する。
Next, a method for manufacturing the above-described bonding material will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 1, a silver salt aqueous solution 1 and a carboxylate
ここで、カルボン酸銀スラリー4を調製する際は、各液1〜4の温度を20〜90℃の範囲内の所定温度に保持することが好ましい。各液1〜4の温度を20℃以上の所定温度に保持することにより、カルボン酸銀が生成しやすくなり、銀粉の粒径を大きくすることができる。また、各液1〜4の温度を90℃以下の所定温度に保持することにより、銀粉が粗大粒子となるのを防止することができる。 Here, when preparing the silver carboxylate slurry 4, it is preferable to maintain the temperature of each of the liquids 1 to 4 at a predetermined temperature in the range of 20 to 90 ° C. By maintaining the temperature of each of the liquids 1 to 4 at a predetermined temperature of 20 ° C. or higher, silver carboxylate is easily generated, and the particle size of the silver powder can be increased. Further, by maintaining the temperature of each of the liquids 1 to 4 at a predetermined temperature of 90 ° C. or less, it is possible to prevent the silver powder from becoming coarse particles.
また、水3中に銀塩水溶液1とカルボン酸塩水溶液2を同時に滴下している間、水3を撹拌していることが好ましい。
It is preferable that the water 3 is stirred while the silver salt aqueous solution 1 and the carboxylate
銀塩水溶液1中の銀塩としては、具体的には、例えば、硝酸銀、塩素酸銀、リン酸銀、及びこれらの塩類からなる群より選ばれた1種又は2種以上の化合物が好ましい。 As the silver salt in the aqueous silver salt solution 1, specifically, for example, one or more compounds selected from the group consisting of silver nitrate, silver chlorate, silver phosphate, and salts thereof are preferable.
カルボン酸塩水溶液2中のカルボン酸としては、グリコール酸、クエン酸、リンゴ酸、マレイン酸、マロン酸、フマル酸、コハク酸、酒石酸、及びこれらの塩類からなる群より選ばれた1種又は2種以上の化合物が好ましい。
The carboxylic acid in the carboxylate
水3としては、イオン交換水、蒸留水等が挙げられる。合成に悪影響を与えるおそれのあるイオンが含まれないことや、蒸留水と比べて製造コストが低いことからイオン交換水を用いることが特に好ましい。 Examples of the water 3 include ion-exchanged water and distilled water. It is particularly preferable to use ion-exchanged water because it does not contain ions that may adversely affect the synthesis and has a lower production cost than distilled water.
次に、図2に示すように、カルボン酸銀スラリー4に還元剤水溶液5を滴下した後に所定の熱処理を行って銀粉スラリーを調製する。
Next, as shown in FIG. 2, a reducing agent
ここで、所定の熱処理としては、具体的には、例えば、水中で、15℃/時間以下の昇温速度で20〜90℃の範囲内の所定温度(最高温度)まで昇温し、この最高温度に1〜5時間保持した後に、30分以下の時間をかけて30℃以下まで降温する熱処理であってもよい。 Here, as the predetermined heat treatment, specifically, for example, in water, the temperature is raised to a predetermined temperature (maximum temperature) within a range of 20 to 90 ° C. at a temperature rising rate of 15 ° C./hour or less. A heat treatment in which the temperature is maintained for 1 to 5 hours, and then the temperature is reduced to 30 ° C. or less over 30 minutes or less may be used.
上記所定の熱処理において、昇温速度を15℃/時間以下とすることにより、銀粉が粗大粒子となるのを防止することができる。 In the above-mentioned predetermined heat treatment, by setting the heating rate to 15 ° C./hour or less, it is possible to prevent silver powder from becoming coarse particles.
また、上記所定の熱処理において、最高温度を20℃以上とすることにより、カルボン酸銀が還元されやすくなり、銀粉の粒径を大きくすることができる。また、最高温度を90℃以下とすることにより、銀粉が粗大粒子となるのを防止することができる。 In the above-mentioned predetermined heat treatment, by setting the maximum temperature to 20 ° C. or higher, silver carboxylate is easily reduced, and the particle size of silver powder can be increased. Further, by setting the maximum temperature to 90 ° C. or less, it is possible to prevent silver powder from becoming coarse particles.
また、上記所定の熱処理において、最高温度での保持時間を1時間以上とすることにより、カルボン酸銀が還元されやすくなり、銀粉の粒径を大きくすることができる。また、保持時間を5時間以下にすることにより、銀粉が粗大粒子となるのを防止することができる。 In the above-mentioned predetermined heat treatment, by setting the holding time at the maximum temperature to 1 hour or more, silver carboxylate is easily reduced, and the particle size of silver powder can be increased. Further, by setting the holding time to 5 hours or less, it is possible to prevent the silver powder from becoming coarse particles.
また、上記所定の熱処理において、30℃まで降温する時間を30分以下にすることにより、銀粉が粗大粒子となるのを防止することができる。 In addition, in the above-mentioned predetermined heat treatment, by setting the time for lowering the temperature to 30 ° C. to 30 minutes or less, it is possible to prevent the silver powder from becoming coarse particles.
銀粉スラリーを調製する際は、各液4,5の温度を20〜90℃の範囲内の所定温度に保持することが好ましい。各液4,5の温度を20℃以上の所定温度に保持することにより、カルボン酸銀が還元されやすくなり、銀粉の粒径を大きくすることができる。また、各液4,5の温度を90℃以下の所定温度に保持することにより、銀粉が粗大粒子となるのを防止することができる。
When preparing the silver powder slurry, it is preferable to maintain the temperature of each of the
還元剤水溶液5中の還元剤としては、ヒドラジン、アスコルピン酸、シュウ酸、ギ酸、及びこれらの塩類からなる群より選ばれた1種又は2種以上の化合物が好ましい。
As the reducing agent in the reducing agent
次に、銀粉スラリーを乾燥して銀粉を得る。ここで、銀粉スラリーを乾燥する前に、銀粉スラリーを遠心分離機で銀粉スラリー中の液相を除去し、銀粉スラリーを脱水及び脱塩することが好ましい。 Next, the silver powder slurry is dried to obtain silver powder. Here, before drying the silver powder slurry, it is preferable to remove the liquid phase in the silver powder slurry by a centrifugal separator and dehydrate and desalinate the silver powder slurry.
銀粉スラリーの乾燥方法としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、凍結乾燥法、減圧乾燥法、加熱乾燥法等が挙げられる。凍結乾燥法は、銀粉スラリーを密閉容器に入れて凍結し、密閉容器内を真空ポンプで減圧して被乾燥物の沸点を下げ、低い温度で被乾燥物の水分を昇華させて乾燥させる方法である。減圧乾燥法は、減圧して被乾燥物を乾燥させる方法である。加熱乾燥法は、加熱して被乾燥物を乾燥させる方法である。 The method for drying the silver powder slurry is not particularly limited, but specific examples include a freeze drying method, a reduced pressure drying method, and a heating drying method. The freeze-drying method is a method in which a silver powder slurry is frozen in a closed container, and the inside of the closed container is depressurized by a vacuum pump to lower the boiling point of the object to be dried and sublimate the moisture of the object to be dried at a low temperature to dry. is there. The vacuum drying method is a method of drying an object to be dried under reduced pressure. The heat drying method is a method of drying an object to be dried by heating.
次に、生成した銀粉とアルキルアミンと還元性有機溶剤とを混合することで接合材を製造する。混合方法には特に限定なく、銀粉とアルキルアミンと非アミ還元性有機溶剤とを同時に混合する方法、銀粉とアルキルアミンを含む混合物と還元性有機溶剤とを混合する方法、銀粉と還元性有機溶剤を含む混合物とアルキルアミンとを混合する方法、アルキルアミンと還元性有機溶剤とを含む混合物と銀粉とを混合する方法のいずれの方法を用いてもよい。 Next, a bonding material is manufactured by mixing the generated silver powder, the alkylamine, and the reducing organic solvent. There is no particular limitation on a mixing method, a method of simultaneously mixing silver powder, an alkylamine and a non-amid reducing organic solvent, a method of mixing a mixture containing silver powder and an alkylamine and a reducing organic solvent, a method of mixing silver powder and a reducing organic solvent, And a method of mixing a mixture containing an alkylamine and a reducing organic solvent with silver powder, and a method of mixing a silver powder with a mixture containing an alkylamine and a reducing organic solvent.
<接合体>
次に、本発明を適用した一実施形態である接合体の製造方法について、図3を参照して説明する。図3は、本実施形態の接合材を用いて製造した接合体11の一例の断面図である。図3に示すように、接合体11は、銅基板12と、銅基板の12の上に形成された接合層13と、接合層13に接合されている電子部品14とからなる。
<Joint body>
Next, a method for manufacturing a joined body according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of an example of the joined
銅基板12の例としては、表面に、銅もしくは銅合金からなる導電層を有する回路基板が挙げられる。回路基板の具体例としては、リジッド配線回路基板、フレキシブル配線回路基板などのプリント基板が挙げられる。電子部品14の例としては、半導体チップ、LED素子が挙げられる。
As an example of the
接合層13は、上述した接合材を加熱して、銀粒子を焼結させることによって形成された層である。接合層13の厚さは、1〜100μmの範囲にあることが好ましい。接合層13の厚さが上記の範囲にあると、高いシェア強度で銅基板12と電子部品14とを接合できる。シェア強度は、20MPa以上が好ましく、30MPa以上がより好ましい。
The
接合体11は、例えば、銅基板12の表面に、接合材を塗布し、次いで、電子部品14を塗布した接合材の上に配置した後、接合材を加熱して接合層13とする方法によって製造することができる。加熱温度は、150℃以上することが好ましく、180℃以上250℃以下の範囲とすることが特に好ましい。加熱時間としては、特に限定されないが、30分以上が好ましい。上記の方法によって得られる接合体11は、通常は20MPa以上のシェア強度を有する接合層13を有する。また、200℃以上で加熱した場合には、40MPa以上のシェア強度を有する接合層13を形成することができる。
The bonded
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。例えば、上述した接合体11では、銅基板12と電子部品14とが接合層13を介して接合されている例について説明したが、これに限定されるものではない。本発明の接合材は、例えば、銅板と銅板とを接合することに利用してもよい。
As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the embodiments and includes a design and the like within a range not departing from the gist of the present invention. For example, in the above-described bonded
以下、本発明の効果を実施例及び比較例を用いて詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the effects of the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
<銀粉の合成>
(分類I)
先ず、図1に示すように、50℃に保持した1200gのイオン交換水(水3)に、50℃に保持した900gの硝酸銀水溶液(銀塩水溶液1)と、50℃に保持した600gのクエン酸ナトリウム水溶液(カルボン酸塩水溶液2)とを、5分かけて同時に滴下し、クエン酸銀スラリー(カルボン酸銀スラリー4)を調製した。
<Synthesis of silver powder>
(Category I)
First, as shown in FIG. 1, 900 g of silver nitrate aqueous solution (silver salt aqueous solution 1) kept at 50 ° C., 1200 g of ion-exchanged water (water 3) kept at 50 ° C., and 600 g of citric acid solution kept at 50 ° C. An aqueous solution of sodium citrate (aqueous carboxylate 2) was simultaneously added dropwise over 5 minutes to prepare a silver citrate slurry (silver carboxylate slurry 4).
なお、イオン交換水(水3)中に硝酸銀水溶液(銀塩水溶液1)とクエン酸ナトリウム水溶液(カルボン酸塩水溶液2)を同時に滴下している間、イオン交換水(水3)を撹拌し続けた。また、硝酸銀水溶液(銀塩水溶液1)中の硝酸銀の濃度は66質量%であり、クエン酸ナトリウム水溶液(カルボン酸塩水溶液2)中のクエン酸の濃度は56質量%であった。 While the silver nitrate aqueous solution (silver salt aqueous solution 1) and the sodium citrate aqueous solution (carboxylate aqueous solution 2) were simultaneously dropped into ion exchange water (water 3), the ion exchange water (water 3) was continuously stirred. Was. The concentration of silver nitrate in the silver nitrate aqueous solution (silver salt aqueous solution 1) was 66% by mass, and the concentration of citric acid in the sodium citrate aqueous solution (carboxylate aqueous solution 2) was 56% by mass.
次いで、図2に示すように、50℃に保持した上記クエン酸銀スラリー(カルボン酸銀スラリー4)に、50℃に保持した300gのシュウ酸ナトリウム水溶液(還元剤水溶液5)を30分かけて滴下して混合スラリーを得た。このシュウ酸ナトリウム(還元剤水溶液5)中のシュウ酸の濃度は58質量%であった。 Then, as shown in FIG. 2, 300 g of an aqueous solution of sodium oxalate (aqueous reducing agent 5) at 50 ° C. was added to the silver citrate slurry (silver carboxylate slurry 4) maintained at 50 ° C. over 30 minutes. The mixture was dropped to obtain a mixed slurry. The concentration of oxalic acid in this sodium oxalate (aqueous reducing agent solution 5) was 58% by mass.
次に、上記混合スラリーに所定の熱処理を行った。具体的には、上記混合スラリーを昇温速度10℃/時間で最高温度70℃まで昇温し、70℃(最高温度)に2時間保持した後に、60分間かけて30℃まで温度を下げた。これにより銀粉スラリーを得た。上記銀粉スラリーを遠心分離機に入れて1000rpmの回転速度で10分間回転させた。これにより銀粉スラリー中の液相が除去され、脱水及び脱塩された銀粉スラリーを得た。 Next, a predetermined heat treatment was performed on the mixed slurry. Specifically, the temperature of the mixed slurry was raised to a maximum temperature of 70 ° C. at a temperature rising rate of 10 ° C./hour, maintained at 70 ° C. (maximum temperature) for 2 hours, and then lowered to 30 ° C. over 60 minutes. . Thus, a silver powder slurry was obtained. The silver powder slurry was placed in a centrifuge and rotated at a rotation speed of 1000 rpm for 10 minutes. Thus, the liquid phase in the silver powder slurry was removed, and a dehydrated and desalted silver powder slurry was obtained.
この脱水及び脱塩された銀粉スラリーを凍結乾燥法により30時間乾燥することで、分類Iの銀粉を得た。 The dehydrated and desalted silver powder slurry was dried by a freeze-drying method for 30 hours to obtain Class I silver powder.
(分類II)
各液の温度を80℃に保持しながら混合スラリーを調製したこと、及び熱処理の際の最高温度が80℃であること以外は、分類Iと同様にして分類IIの銀粉を得た。
(Class II)
A silver powder of Class II was obtained in the same manner as in Class I, except that a mixed slurry was prepared while maintaining the temperature of each liquid at 80 ° C, and that the maximum temperature during the heat treatment was 80 ° C.
(分類III)
各液の温度を30℃に保持しながら混合スラリーを調製したこと、及び熱処理の際の昇温速度が0℃/時間、最高温度が30℃、保持時間が5時間であること以外は、分類Iと同様にして分類IIIの銀粉を得た。
(Class III)
Except that the mixed slurry was prepared while maintaining the temperature of each liquid at 30 ° C., and the rate of temperature rise during the heat treatment was 0 ° C./hour, the maximum temperature was 30 ° C., and the holding time was 5 hours. A silver powder of category III was obtained in the same manner as I.
(分類IV)
各液の温度を15℃に保持しながら混合スラリーを調製したこと、及び熱処理の際の昇温速度が0℃/時間、最高温度が15℃、保持時間が5時間であること以外は、分類Iと同様にして分類IVの銀粉を得た。
(Class IV)
Except that the mixed slurry was prepared while maintaining the temperature of each liquid at 15 ° C., and the rate of temperature rise during heat treatment was 0 ° C./hour, the maximum temperature was 15 ° C., and the holding time was 5 hours. Silver powder of Class IV was obtained in the same manner as I.
(分類V)
熱処理の際の保持時間が8時間であること以外は、分類Iと同様にして分類Vの銀粉を得た。
(Category V)
A silver powder of Class V was obtained in the same manner as in Class I except that the holding time during the heat treatment was 8 hours.
(分類VI)
分類VIの銀粉として、市販の銀粉(三井金属工業社製、「SPQ03S」)を用意した。
(Classification VI)
Commercially available silver powder ("SPQ03S", manufactured by Mitsui Kinzoku Kogyo KK) was prepared as the silver powder of Class VI.
<銀粉の評価>
分類I〜IVの銀粉の、一次粒子の粒度分布、銀粉を被覆する有機物の所定温度での分解率(有機物の分解率)、粉末状態の銀粉を加熱した際に、銀粉を被覆する有機物が発生するガスの種類(加熱発生ガス種)を測定した。
<Evaluation of silver powder>
Particle size distribution of primary particles of silver powders of Class I to IV, decomposition rate of organic substance covering silver powder at a predetermined temperature (decomposition rate of organic substance), generation of organic substance covering silver powder when heated in powder state The type of gas to be heated (the type of gas generated by heating) was measured.
銀粉の一次粒子の粒度分布の測定については、銀粉をSEM(日立ハイテクノロジーズ社製「S−4300SE」)で観察し、銀粒子1000個の粒径を測定することで行った。ここで、粒径の個数が最も多い上位2つの値を算出し、このうち小さいものを第1ピークの粒径と定義し、大きいものを第2ピークの粒径と定義した。第1ピークと第2ピークの粒径を表1に示す。 The measurement of the particle size distribution of the primary particles of the silver powder was performed by observing the silver powder with an SEM (“S-4300SE” manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) and measuring the particle size of 1,000 silver particles. Here, the upper two values having the largest number of particle diameters were calculated, and the smaller one was defined as the particle diameter of the first peak, and the larger one was defined as the particle diameter of the second peak. Table 1 shows the particle diameters of the first peak and the second peak.
有機物の分解率は、銀粉を大気中において150℃で30分間保持した後に、加熱前に対する加熱後の質量減少量を測定することにより得た。 The decomposition rate of the organic matter was obtained by measuring the amount of mass loss after heating after heating the silver powder at 150 ° C. for 30 minutes in the atmosphere.
加熱発生ガス種は、熱分解GC/MS(フロンティアラボ社製「PY−3030」、日本電子社製「JMS−T100GCV」)を用いて発生したガスを分析することにより特定した。 The type of gas generated by heating was identified by analyzing the generated gas using pyrolysis GC / MS (“PY-3030” manufactured by Frontier Laboratories, “JMS-T100GCV” manufactured by JEOL Ltd.).
各測定の結果を下記表1に示す。なお、表1には、硝酸銀水溶液及びクエン酸アンモニウム水溶液を同時に滴下する時間、クエン酸銀スラリーにギ酸アンモニウム水溶液を滴下して得られた銀粉スラリーの昇温速度及び最高温度、各液の保持温度、還元剤水溶液の種類も併せて記載した。また、表1の加熱発生ガス種のうちCO2はガス状の二酸化炭素であり、アセトン、水、エタンジオール、酢酸、ピロールはこれらの蒸発物である。 The results of each measurement are shown in Table 1 below. Table 1 shows the time during which the aqueous silver nitrate solution and the aqueous ammonium citrate solution were simultaneously dropped, the rate of temperature rise and the maximum temperature of the silver powder slurry obtained by dropping the aqueous ammonium formate solution into the silver citrate slurry, and the holding temperature of each liquid. The type of the reducing agent aqueous solution is also described. Further, among the heat-generating gas species in Table 1, CO 2 is gaseous carbon dioxide, and acetone, water, ethanediol, acetic acid, and pyrrole are evaporates thereof.
<接合材の調製>
(実施例1)
分類Iの銀粉とアルキルアミンとしてオクチルアミン(分子量:129.24)と還元性有機溶剤としてヘキシレングリコールとを、質量比で85:5:15の配合量にて容器に入れ、混練機(THINKY社製、「あわとり練太郎」)で2000rpmの回転速度で5分間回転させる混練を3回行うことで接合材を得た。
<Preparation of joining material>
(Example 1)
A silver powder of Class I, octylamine (molecular weight: 129.24) as an alkylamine, and hexylene glycol as a reducing organic solvent are put into a container in a blending ratio of 85: 5: 15 by mass ratio, and the mixture is kneaded (THINKY). A kneading material was obtained by performing kneading three times by rotating at a rotation speed of 2000 rpm for 5 minutes at a speed of 2000 rpm (manufactured by Awatori Neritaro).
(実施例2)
分類IIの銀粉を用いたこと以外は実施例1と同様にして接合材を得た。
(Example 2)
A bonding material was obtained in the same manner as in Example 1, except that silver powder of Class II was used.
(実施例3)
分類IIIの銀粉を用いたこと以外は実施例1と同様にして接合材を得た。
(Example 3)
A joining material was obtained in the same manner as in Example 1, except that silver powder of Class III was used.
(実施例4)
還元性有機溶剤として、エチレングリコールを用いたこと以外は実施例1と同様にして接合材を得た。
(Example 4)
A bonding material was obtained in the same manner as in Example 1 except that ethylene glycol was used as the reducing organic solvent.
(実施例5)
還元性有機溶剤として、テルピネオールを用いたこと以外は実施例1と同様にして接合材を得た。ただし、実施例5は、本発明の実施例ではなく、参考例である。
(Example 5)
A bonding material was obtained in the same manner as in Example 1, except that terpineol was used as the reducing organic solvent. However, Example 5 is not an example of the present invention but a reference example.
(実施例6)
還元性有機溶剤として、オクタンジオールを用いたこと以外は実施例1と同様にして接合材を得た。
(Example 6)
A bonding material was obtained in the same manner as in Example 1, except that octanediol was used as the reducing organic solvent.
(実施例7)
還元性有機溶剤として、ブチルカルビトールを用いたこと以外は実施例1と同様にして接合材を得た。ただし、実施例7は、本発明の実施例ではなく、参考例である。
(Example 7)
A bonding material was obtained in the same manner as in Example 1, except that butyl carbitol was used as the reducing organic solvent. However, Example 7 is not an example of the present invention but a reference example.
(実施例8)
アルキルアミンとしてヘキシルアミン(分子量:101.19)を用いたこと以外は実施例1と同様にして接合材を得た。
(Example 8)
A bonding material was obtained in the same manner as in Example 1, except that hexylamine (molecular weight: 101.19) was used as the alkylamine.
(実施例9)
アルキルアミンとしてデシルアミン(分子量:157.30)を用いたこと以外は実施例1と同様にして接合材を得た。
(Example 9)
A bonding material was obtained in the same manner as in Example 1, except that decylamine (molecular weight: 157.30) was used as the alkylamine.
(実施例10)
銀粉とオクチルアミンとヘキシレングリコールの配合量を70:10:20としたこと以外は実施例1と同様にして接合材を得た。
(Example 10)
A bonding material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the blending amounts of silver powder, octylamine, and hexylene glycol were 70:10:20.
(実施例11)
銀粉とオクチルアミンとヘキシレングリコールの配合量を90:2:8としたこと以外は実施例1と同様にして接合材を得た。
(Example 11)
A bonding material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the mixing amounts of silver powder, octylamine, and hexylene glycol were set to 90: 2: 8.
(実施例12)
銀粉とオクチルアミンとヘキシレングリコールの配合量を80:19:1としたこと以外は実施例1と同様にして接合材を得た。
(Example 12)
A bonding material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the blending amounts of silver powder, octylamine, and hexylene glycol were set to 80: 19: 1.
(実施例13)
銀粉とオクチルアミンとヘキシレングリコールの配合量を80:2:18としたこと以外は実施例1と同様にして接合材を得た。
(Example 13)
A bonding material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the blending amounts of silver powder, octylamine, and hexylene glycol were set to 80: 2: 18.
(比較例1)
分類IVの銀粉を用いたこと以外は実施例1と同様にして接合材を得た。
(Comparative Example 1)
A joining material was obtained in the same manner as in Example 1, except that silver powder of Class IV was used.
(比較例2)
分類Vの銀粉を用いたこと以外は実施例1と同様にして接合材を得た。
(Comparative Example 2)
A joining material was obtained in the same manner as in Example 1, except that silver powder of Class V was used.
(比較例3)
分類VIの銀粉を用いたこと以外は実施例1と同様にして接合材を得た。
(Comparative Example 3)
A joining material was obtained in the same manner as in Example 1 except that silver powder of Class VI was used.
(比較例4)
還元性有機溶剤としてドデカンを用いたこと以外は実施例1と同様にして接合材を得た。
(Comparative Example 4)
A bonding material was obtained in the same manner as in Example 1, except that dodecane was used as the reducing organic solvent.
(比較例5)
還元性有機溶剤としてポリエチレングリコール(♯200)を用いたこと以外は実施例1と同様にして接合材を得た。
(Comparative Example 5)
A bonding material was obtained in the same manner as in Example 1 except that polyethylene glycol (# 200) was used as the reducing organic solvent.
(比較例6)
アルキルアミンとしてブチルアミン(分子量:73.14)を用いたこと以外は実施例1と同様にして接合材を得た。
(Comparative Example 6)
A bonding material was obtained in the same manner as in Example 1, except that butylamine (molecular weight: 73.14) was used as the alkylamine.
(比較例7)
アルキルアミンとしてドデシルアミン(分子量:185.35)を用いたこと以外は実施例1と同様にして接合材を得た。
(Comparative Example 7)
A bonding material was obtained in the same manner as in Example 1, except that dodecylamine (molecular weight: 185.35) was used as the alkylamine.
(比較例8)
オクチルアミンを添加せず、銀粉とヘキシレングリコールの配合量を80:20としたこと以外は実施例1と同様にして接合材を得た。
(Comparative Example 8)
A bonding material was obtained in the same manner as in Example 1, except that octylamine was not added and the mixing ratio of silver powder and hexylene glycol was set to 80:20.
下記表2に、各実施例及び各比較例の接合材の調製に用いた銀粉、アルキルアミン及び還元性有機溶剤とその配合量を示す。銀粉については、第1ピーク及び第2ピークの粒径も併せて示す。 Table 2 below shows silver powder, alkylamine and reducing organic solvent used in the preparation of the bonding material of each example and each comparative example, and the amounts thereof. For silver powder, the particle diameters of the first peak and the second peak are also shown.
また、各実施例及び各比較例で得られた接合材について、銀粉の二次粒子の粒径の上限を、グラインドゲージ(TQC社製グラインドメーター)を用いて測定した。測定は、JIS K 5600−2−5にて規定された方法に準じて行い、ゲージ上に二次粒子に由来する筋が3本以上生じたときのゲージの値を読み取り、これを二次粒子の粒径の上限値とした。その結果を表2に示す。 Further, for the bonding materials obtained in each of the examples and comparative examples, the upper limit of the particle diameter of the secondary particles of the silver powder was measured using a grind gauge (a grind meter manufactured by TQC). The measurement is performed according to the method specified in JIS K 5600-2-5, and the value of the gauge when three or more streaks derived from the secondary particles are formed on the gauge is read, and this is read as the secondary particle. Was the upper limit of the particle size. Table 2 shows the results.
<接合材の評価>
実施例1〜13及び比較例1〜8の接合材について、固液分離の有無と粘度変化を評価した。
<Evaluation of bonding material>
For the bonding materials of Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 8, the presence or absence of solid-liquid separation and the change in viscosity were evaluated.
固液分離の有無は、調製直後の接合材を目視で観察することにより行った。固液分離が生じていない接合材を「可」とし、固液分離が生じている接合材を「不可」とした。その結果を、表3に示す。 The presence or absence of solid-liquid separation was determined by visually observing the bonding material immediately after preparation. The bonding material in which solid-liquid separation did not occur was evaluated as “OK”, and the bonding material in which solid-liquid separation occurred occurred was evaluated as “impossible”. Table 3 shows the results.
粘度変化は、調製直後の接合材の粘度Xと、10℃の温度環境下で7日間保存した後の接合材の粘度Yとを測定し、その粘度の変化率((1−Y/X)×100)を求めることによって評価した。粘度の変化率が5%以下の接合材を「可」とし、5%を超えるものを「不可」とした。粘度はレオメータを用いて測定し、粘度測定時のせん断速度は10[1/s]とした。その結果を、表3に示す。 The viscosity change is measured by measuring the viscosity X of the bonding material immediately after preparation and the viscosity Y of the bonding material after being stored for 7 days in a temperature environment of 10 ° C., and the rate of change of the viscosity ( (1− Y / X )) × 100). A joining material having a rate of change of viscosity of 5% or less was evaluated as “OK”, and a bonding material exceeding 5% was evaluated as “impossible”. The viscosity was measured using a rheometer, and the shear rate at the time of measuring the viscosity was 10 [1 / s]. Table 3 shows the results.
<接合体の作製と評価>
銅基板として銅配線層を有するフレキシブル配線回路基板を、電子部品として半導体チップを用意した。
フレキシブル回路基板の銅配線層に、上記実施例及び比較例で得た各接合材を塗布し、その接合材の上に、表面を銀で被覆した半導体チップ(サイズ:縦2.5mm×横2.5mm×厚さ200μm)を配置し、大気雰囲気中において150℃の温度で30分間加熱した。これによりフレキシブル回路基板と半導体チップとの間に接合層が形成され、接合体が得られた。
<Preparation and evaluation of joined body>
A flexible wiring circuit board having a copper wiring layer as a copper substrate and a semiconductor chip as an electronic component were prepared.
Each bonding material obtained in the above Examples and Comparative Examples was applied to a copper wiring layer of a flexible circuit board, and a semiconductor chip (size: 2.5 mm × 2 mm) having a surface coated with silver was applied on the bonding material. (0.5 mm × thickness: 200 μm) and heated in an air atmosphere at a temperature of 150 ° C. for 30 minutes. As a result, a bonding layer was formed between the flexible circuit board and the semiconductor chip, and a bonded body was obtained.
作製した接合体のフレキシブル回路基板と半導体チップの間に形成された接合層について、シェア強度を測定した。シェア強度は、フレキシブル回路基板と半導体チップの間に形成された接合層を破断するのに要する力を、ボンディングテスタ(RHESCA社製)により測定し、この測定値を接合面積で除してシェア強度とした。その結果を、表3に示す。 The shear strength of the bonding layer formed between the flexible circuit board and the semiconductor chip of the manufactured bonded body was measured. The shear strength is measured by using a bonding tester (manufactured by RHESCA) to measure the force required to break the bonding layer formed between the flexible circuit board and the semiconductor chip, and dividing the measured value by the bonding area. And Table 3 shows the results.
また、接合材の評価において、固液分離の有無及び粘度変化のいずれもが「可」とされ、接合体のシェア強度が20MPaを超えるものを「○」と判定し、いずれか一つ以上を満たさないものを「×」と判定した。その判定結果を、表3に示す。
Further, in the evaluation of the joining material, both the presence or absence of solid-liquid separation and the change in viscosity are regarded as “OK”, and the shear strength of the joined body exceeding 20 MPa is judged as “判定”, and at least one of them is judged as Those that did not satisfy were judged as "x". Table 3 shows the results of the determination.
一次粒子の粒度分布の第一ピークと第二ピークが本発明の下限を下回る銀粉を含む比較例1の接合材は、粘度変化が不可であった。これは、銀粉の一次粒子が小さいために、保存中に銀粉の凝集が進行したためであると考えられる。 The bonding material of Comparative Example 1 containing silver powder in which the first peak and the second peak of the particle size distribution of the primary particles were lower than the lower limit of the present invention could not change the viscosity. It is considered that this is because the aggregation of the silver powder progressed during storage because the primary particles of the silver powder were small.
一次粒子の粒度分布の第一ピークと第二ピークが本発明の上限を超える銀粉を含む比較例2の接合材は、固液分離の有無と粘度変化が不可であった。これは、銀粉の一次粒子が大きいために、粒子が自重で下部に沈降したためであると考えられる。 The bonding material of Comparative Example 2 including silver powder in which the first peak and the second peak of the particle size distribution of the primary particles exceeded the upper limit of the present invention did not show the presence or absence of solid-liquid separation and no change in viscosity. This is considered to be because the primary particles of the silver powder were large, and the particles settled down under their own weight.
一次粒子の粒度分布のピークが一つの銀粉を含む比較例3の接合材を用いて作成した接合体は、接合強度が低かった。これは、一次粒子が二つのピークを持たない銀粉を用いたため、接合層の充填度が低く、接合層が脆弱なためであると考えられる。 The joined body made using the joining material of Comparative Example 3 in which the peak of the particle size distribution of the primary particles contained one silver powder had low joining strength. This is considered to be because the primary particles used silver powder having no two peaks, so that the filling degree of the bonding layer was low and the bonding layer was brittle.
還元性有機溶剤にドデカンを用いた比較例4の接合材は、接合強度が低かった。これは、ドデカンに還元作用が低いために、銅表面の酸化被膜を除去できず、界面で良好な焼結が生じなかったためだと考えられる。また、還元性有機溶剤にポリエチレングリコールを用いた比較例5の接合材は、接合強度が低かった。高分子の溶剤を用いたことで、接合層内部にポアが多く形成され、接合層が脆化したためと推測される。 The bonding material of Comparative Example 4 using dodecane as the reducing organic solvent had low bonding strength. This is considered to be because the oxide film on the copper surface could not be removed because dodecane had a low reducing action, and good sintering did not occur at the interface. The bonding material of Comparative Example 5 using polyethylene glycol as the reducing organic solvent had low bonding strength. It is presumed that many pores were formed inside the bonding layer due to the use of the polymer solvent, and the bonding layer was embrittled.
アルキルアミンとしてブチルアミンを用いた比較例6の接合材は、固液分離の有無と粘度変化が不可であった。これは、ブチルアミンの銀粉の保護作用が弱いためであると考えられる。一方、アルキルアミンとしてドデシルアミンを含む比較例7を用いて作製した接合体は、接合層の接合強度が低かった。これは、ドデシルアミンは、銀粉の保護作用が強すぎるため、焼結が進行せず、接合層が脆弱なためであると考えられる。 The bonding material of Comparative Example 6 using butylamine as the alkylamine showed no solid-liquid separation and no change in viscosity. This is presumably because butylamine has a weak protective effect on silver powder. On the other hand, the joined body produced using Comparative Example 7 containing dodecylamine as the alkylamine had low joining strength of the joining layer. This is considered to be because dodecylamine has too strong a protective effect of silver powder, so that sintering does not proceed and the bonding layer is fragile.
さらに、アルキルアミンを含まない比較例8の接合材は、固液分離の有無と粘度変化が不可であった。これは、アミンを含まないために、銀粉の分散性が低下したためであると考えられる。 Furthermore, the bonding material of Comparative Example 8 containing no alkylamine was not capable of solid-liquid separation and had no change in viscosity. This is considered to be because the dispersibility of the silver powder was reduced because no amine was contained.
これに対して、一次粒子の粒度分布が、粒径20〜70nmの範囲内の第1ピークと、粒径200〜500nmの範囲内の第2ピークとを有する銀粉と、炭素数が6〜10であり、かつ分子量が101.19〜157.30であるアルキルアミンと、エチレングリコール、テルピネオール、ヘキシレングリコール、ブチルカルビトール、オクタンジオールからなる群より選ばれる少なくとも一種の還元性有機溶剤とを含む実施例1〜13の接合材は、固液分離が生じず、粘度変化が抑制される。また、この接合材を用いて作製した接合体は、銅基板を接合したときのシェア強度が優れていた。 On the other hand, the particle size distribution of the primary particles is as follows: a silver powder having a first peak within a particle size range of 20 to 70 nm and a second peak within a particle size range of 200 to 500 nm; And an alkylamine having a molecular weight of 101.19 to 157.30, and at least one reducing organic solvent selected from the group consisting of ethylene glycol, terpineol, hexylene glycol, butyl carbitol, and octanediol. In the bonding materials of Examples 1 to 13, solid-liquid separation did not occur, and the change in viscosity was suppressed. Moreover, the joined body manufactured using this joining material had excellent shear strength when the copper substrate was joined.
本発明の接合材は、例えば、銅基板上に電子部品等を接合させる際の接合材として利用可能性がある。 The bonding material of the present invention may be used, for example, as a bonding material when bonding electronic components and the like on a copper substrate.
1…銀塩水溶液
2…カルボン酸塩水溶液
3…水
4…カルボン酸銀スラリー
5…還元剤水溶液
11…接合体
12…銅基板
13…接合層
14…電子部品
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silver salt
Claims (5)
炭素数が6〜10であり、かつ分子量が101.19〜157.30の範囲内にあるアルキルアミンと、
還元性有機溶剤(ただし、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ブチルカルビトール、メチルペンタンジオールおよびテルピネオールを除く)とを含むことを特徴とする接合材。 Silver powder having a primary particle size distribution having a first peak in a particle size range of 20 to 70 nm and a second peak in a particle size range of 200 to 500 nm;
An alkylamine having 6 to 10 carbon atoms and a molecular weight in the range of 101.19 to 157.30;
A bonding material comprising a reducing organic solvent (however, excluding dipropylene glycol monomethyl ether, butyl carbitol, methylpentanediol and terpineol ).
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