JP6928507B2 - Material for metal bonding - Google Patents

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本発明は、被着体(例えば、アルミ材)と他の被着体(例えば、アルミ材または銅材)とを接合するために用いる金属接合用材料に関する。 The present invention relates to a metal bonding material used for bonding an adherend (for example, an aluminum material) and another adherend (for example, an aluminum material or a copper material).

従来から、Al(アルミニウム及びアルミニウム合金を含む。以下同じ)材質の熱交換器や機械部品等、細かな接合部を多数有する製品の接合方法として、ろう付け接合が広く採用されてきた。 Conventionally, brazing joining has been widely adopted as a joining method for products having a large number of fine joints, such as heat exchangers and machine parts made of Al (including aluminum and aluminum alloys; the same applies hereinafter).

ろう付け接合とは、被着体と他の被着体を構成する材質よりも融点の低いろう(合金)を溶かし、一種の接着剤として被着体自体を溶融させずに接合させる方法のことをいう。 Brazing joining is a method of melting brazing (alloy), which has a lower melting point than the material that constitutes the adherend and other adherends, and joining the adherend itself as a kind of adhesive without melting it. Say.

しかし、被着体と他の被着体を構成する材質がAl材質である場合、Al材質の表面は通常、強固な酸化被膜で覆われているため、ろう付け接合を行う前に、先ず、この酸化被膜を除去する必要がある。 However, when the adherend and the material constituting the other adherend are Al material, the surface of the Al material is usually covered with a strong oxide film, so that the surface of the Al material is usually covered with a strong oxide film. It is necessary to remove this oxide film.

Al材質表面に存在する酸化被膜の除去方法として、一般に、フラックスを用いた方法が挙げられる。フラックス成分としては、カルボン酸などの有機酸が代表的に挙げられ、フラックス成分が酸化被膜成分と反応し、酸化被膜が除去される。 As a method for removing the oxide film existing on the surface of the Al material, a method using a flux is generally mentioned. A typical example of the flux component is an organic acid such as a carboxylic acid, and the flux component reacts with the oxide film component to remove the oxide film.

フラックスを用いた方法では、酸化被膜が除去され、被着体と他の被着体とを正常に接合させることができる。その一方で、Al材質表面にフラックス成分が残留した場合、Al材質を腐食させてしまう問題があった。 In the method using flux, the oxide film is removed, and the adherend can be normally bonded to another adherend. On the other hand, if the flux component remains on the surface of the Al material, there is a problem that the Al material is corroded.

近年、真空中または不活性ガス中において、フラックスを用いず被着体と他の被着体とを接合させる方法(フラックスレスろう付け接合)が提案されている。しかし、フラックスレスろう付け接合にあっては、接合面において局部的な接合欠陥が生じ易い。 In recent years, a method (fluxless brazing joining) of joining an adherend to another adherend without using flux has been proposed in a vacuum or an inert gas. However, in fluxless brazing joints, local joint defects are likely to occur on the joint surface.

そこで、接合面における接合欠陥が生じないよう、被着体と他の被着体との間に、ろう(合金)を介在させた後に、被着体と他の被着体とを、不活性ガス雰囲気下で、加熱処理する方法が提案されている。 Therefore, after interposing a wax (alloy) between the adherend and the other adherend so as not to cause a joint defect on the joint surface, the adherend and the other adherend are inactive. A method of heat treatment in a gas atmosphere has been proposed.

例えば、特許文献1には、二つのAl材料の接合面間に介装されて、それら二つのAl材料を、フラックスを用いることなく、不活性ガス雰囲気中においてろう付け接合せしめる面接合用ろう材シートが開示されている。 For example, in Patent Document 1, a brazing material sheet for surface bonding is interposed between the bonding surfaces of two Al materials, and the two Al materials are brazed and bonded in an inert gas atmosphere without using flux. Is disclosed.

特許文献1に係る面接合用ろう材シートは、心材としてSi、Mgを所定量含有するアルミニウム合金を用い、ろう材としてSi、Li、Be、Mgを所定量含有するアルミニウム合金を用い、それぞれクラッドせしめて構成されることが記載されている。 The brazing material sheet for surface bonding according to Patent Document 1 uses an aluminum alloy containing a predetermined amount of Si and Mg as a core material and an aluminum alloy containing a predetermined amount of Si, Li, Be and Mg as a brazing material, and clads each of them. It is described that it is composed of.

特開2016−112585号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-112585

しかしながら、特許文献1に開示された面接合用ろう材シートを用いて、二つのAl材料を接合させるための焼結温度(加熱処理温度)は、600℃程度の高温であることが記載されている。 However, it is described that the sintering temperature (heat treatment temperature) for joining two Al materials using the brazing material sheet for face bonding disclosed in Patent Document 1 is as high as about 600 ° C. ..

このため、接合温度が高温であることに起因して、被着体となる二つのAl材料が変形してしまう不具合、および被着体となる二つのAl材料が焼き鈍され軟化してしまう不具合などが考えられる。 For this reason, there is a problem that the two Al materials that are the adherends are deformed due to the high bonding temperature, and a problem that the two Al materials that are the adherends are burnt down and softened. And so on.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、比較的低加熱(400℃程度)による焼結温度(加熱処理温度)であっても、被着体と他の被着体とを好適に接合させることができる、金属接合用材料を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and even if the sintering temperature (heat treatment temperature) is relatively low (about 400 ° C.), the adherend and another adherend can be separated from each other. It is an object of the present invention to provide a material for metal bonding that can be suitably bonded.

上記課題を解決するために、本発明に係る金属接合用材料は、平均一次粒径が2〜500nmの範囲にある金属微粒子(P1)を含む金属微粒子(P)と、二価以上のアルコールを含む有機溶媒(S)と、第2族元素を含む化合物(X)とを含有し、第2族元素を含む化合物(X)の含有量が、金属微粒子(P1)の全量(g)に対して第2族元素の濃度として300〜80000μg/gである。 In order to solve the above problems, the metal bonding material according to the present invention contains metal fine particles (P) containing metal fine particles (P1) having an average primary particle size in the range of 2 to 500 nm, and divalent or higher valent alcohol. The content of the compound (X) containing the organic solvent (S) and the compound (X) containing the group 2 element is equal to the total amount (g) of the metal fine particles (P1). The concentration of the Group 2 element is 300 to 80,000 μg / g.

また、第2族元素を含む化合物(X)が、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、およびバリウムのうちの少なくとも1種の第2族元素を含む、炭酸塩化合物、水酸化物塩化合物、ケイ酸塩化合物、および有機酸塩化合物の中から選択される少なくとも1種であることが好ましい。 Further, the compound (X) containing a Group 2 element contains at least one Group 2 element among beryllium, magnesium, calcium, strontium, and barium, and is a carbonate compound, a hydroxide salt compound, and silicic acid. It is preferably at least one selected from the salt compound and the organic acid salt compound.

また、第2族元素を含む化合物(X)が、カルシウムを含む炭酸塩化合物であることが好ましい。 Further, the compound (X) containing a Group 2 element is preferably a carbonate compound containing calcium.

また、二価以上のアルコールが、グリセリン、1,1,1−トリス(ヒドロキシメチル)エタン、1,2,4−ブタントリオール、1,2,3−ヘキサントリオール、1,2,6−ヘキサントリオール、および2−エチル−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオールの中から選択される少なくとも1種の三価アルコール;ポリグリセリン、トレイトール、エリトリト−ル、ペンタエリスリト−ル、ペンチト−ル、1−プロパノール、2−プロパノール、2−ブタノール、2−メチル2−プロパノール、キシリトール、リビトール、アラビトール、ヘキシト−ル、マンニトール、ソルビトール、ズルシトール、グリセリンアルデヒド、ジオキシアセトン、トレオース、エリトルロース、エリトロース、アラビノース、リボース、リブロース、キシロース、キシルロース、リキソース、グルコ−ス、フルクト−ス、マンノース、イドース、ソルボース、グロース、タロース、タガトース、ガラクトース、アロース、アルトロース、ラクト−ス、イソマルト−ス、グルコヘプト−ス、ヘプト−ス、マルトトリオース、ラクツロース、およびトレハロースの中から選択される少なくとも1種の多価アルコール;の中から選択される少なくとも1種であることが好ましい。 Alcohols of divalent or higher are glycerin, 1,1,1-tris (hydroxymethyl) ethane, 1,2,4-butanetriol, 1,2,3-hexanetriol, 1,2,6-hexanetriol. , And at least one trihydric alcohol selected from 2-ethyl-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol; polyglycerin, treitol, erythritol, pentaerythritol, pentitol. , 1-propanol, 2-propanol, 2-butanol, 2-methyl 2-propanol, xylitol, ribitol, arabitol, hexitol, mannitol, sorbitol, zulcitol, glycerin aldehyde, dioxyacetone, treose, elittlerose, erythrose, arabinose , Ribos, ribulose, xylose, xylulose, liquose, glucose, fructose, mannose, idose, sorbitol, growth, talose, tagatos, galactose, allose, altrose, lactos, isomaltos, glucoheptose, At least one polyhydric alcohol selected from heptose, maltotriose, lacturose, and trehalose; preferably at least one selected from.

また、二価以上のアルコールが、三価アルコールの中でもグリセリン;多価アルコールの中でもポリグリセリンから選択される少なくとも1種であることが好ましい。 Further, it is preferable that the divalent or higher alcohol is at least one selected from glycerin among trihydric alcohols and polyglycerin among polyhydric alcohols.

また、金属微粒子(P1)の原料となる金属が、銅であることが好ましい。 Further, it is preferable that the metal used as a raw material for the metal fine particles (P1) is copper.

本発明によれば、比較的低加熱(400℃程度)による焼結温度(加熱処理温度)であっても、被着体と他の被着体とを好適に接合させることができる。 According to the present invention, the adherend can be suitably bonded to another adherend even at a sintering temperature (heat treatment temperature) due to relatively low heating (about 400 ° C.).

<金属接合用材料>
本発明に係る金属接合用材料(金属微粒子(P)の分散溶液)は、平均一次粒径が2〜500nmの範囲にある金属微粒子(P1)を含む金属微粒子(P)と、二価以上のアルコールを含む有機溶媒(S)と、第2族元素を含む化合物(X)とを含有する。
<Material for metal bonding>
The metal bonding material (dispersion solution of metal fine particles (P)) according to the present invention includes metal fine particles (P) containing metal fine particles (P1) having an average primary particle size in the range of 2 to 500 nm, and divalent or higher valent metal fine particles (P). It contains an organic solvent (S) containing an alcohol and a compound (X) containing a Group 2 element.

(1)第2族元素を含む化合物(X)
本発明においては、金属接合用材料として第2族元素を含む化合物(X)を含有させる。
これにより、比較的低加熱(400℃程度)による焼結温度(加熱処理温度)であっても、被着体と他の被着体とを好適に接合させることができる。
(1) Compound (X) containing a Group 2 element
In the present invention, the compound (X) containing a Group 2 element is contained as a material for metal bonding.
As a result, the adherend and other adherends can be suitably bonded even at a sintering temperature (heat treatment temperature) due to relatively low heating (about 400 ° C.).

金属接合用材料として、平均一次粒径が2〜500nmの範囲にある金属微粒子(P1)と二価以上のアルコールとを共存させると、200℃以上の温度で金属微粒子(P1)(例えば、銅微粒子)が有する触媒効果が好適に発揮され、二価以上のアルコールが分解されて、カルボン酸などの有機酸や水素が生成される。 When metal fine particles (P1) having an average primary particle size in the range of 2 to 500 nm and alcohol having a divalent value or higher coexist as a material for metal bonding, the metal fine particles (P1) (for example, copper) at a temperature of 200 ° C. or higher The catalytic effect of the fine particles) is preferably exhibited, and divalent or higher alcohols are decomposed to generate organic acids such as carboxylic acids and hydrogen.

本発明においては、金属接合用材料として、平均一次粒径が2〜500nmの範囲にある金属微粒子(P1)と、二価以上のアルコールと、第2族元素を含む化合物(X)とを共存させ、比較的低加熱(400℃程度)による温度で金属微粒子(P1)(例えば、銅微粒子)が有する触媒効果が好適に発揮され、二価以上のアルコールが分解されて、カルボン酸などの有機酸や水素が生成される。
このようにして生成されたカルボン酸などの有機酸や水素の作用によって、第2族元素を含む化合物(X)から第2族元素(例えば、カルシウム)が遊離する。
これにより、遊離した第2族元素が有する還元作用によって、Al材質表面に存在する酸化被膜が除去されると考えられる。
In the present invention, as a material for metal bonding, metal fine particles (P1) having an average primary particle size in the range of 2 to 500 nm, a divalent or higher alcohol, and a compound (X) containing a Group 2 element coexist. The catalytic effect of the metal fine particles (P1) (for example, copper fine particles) is preferably exhibited at a temperature of relatively low heating (about 400 ° C.), and divalent or higher alcohols are decomposed to decompose organic substances such as carboxylic acids. Acids and hydrogen are produced.
The Group 2 element (for example, calcium) is liberated from the compound (X) containing the Group 2 element by the action of an organic acid such as a carboxylic acid or hydrogen thus produced.
As a result, it is considered that the oxide film existing on the surface of the Al material is removed by the reducing action of the liberated Group 2 element.

実際に、平均一次粒径が50nmの金属微粒子(P1)である銅微粒子60gと、三価アルコールであるグリセリン40gと、第2族元素を含む化合物(X)である炭酸カルシウム45mg(金属微粒子(P1)の全量(g)に対してカルシウム濃度が300μg/g)とを、容器に入れて混錬を行い、ペースト状の金属微粒子の分散溶液(金属接合用材料)を得た。
このようにして得られた金属接合用材料の一部をアルミ皿に入れ、10℃/分の速度で昇温させ、400℃の温度で20分間、焼結を行った。その後、室温まで炉冷し、アルミ皿に形成された焼結膜の一部を試料として採取した。採取した試料に対して、EPMA(電子線マイクロアナライザ)を用いて元素分析を行ったところ、Cuの他にAlも検出された。
このことから、第2族元素を含む化合物(X)を所定量(第2族元素の濃度として300〜80000μg/g)用いたことに起因し、アルミ皿の表面に存在していた酸化被膜が除去され、焼結体にAlが拡散され、CuとAlとの合金が形成されたことを示す実験結果も得られている。
Actually, 60 g of copper fine particles (P1) which are metal fine particles having an average primary particle size of 50 nm, 40 g of glycerin which is a trivalent alcohol, and 45 mg of calcium carbonate (X) which is a compound (X) containing a Group 2 element (metal fine particles (metal fine particles (P1)). A calcium concentration of 300 μg / g with respect to the total amount (g) of P1) was placed in a container and kneaded to obtain a dispersion solution (material for metal bonding) of paste-like metal fine particles.
A part of the metal bonding material thus obtained was placed in an aluminum dish, heated at a rate of 10 ° C./min, and sintered at a temperature of 400 ° C. for 20 minutes. Then, the furnace was cooled to room temperature, and a part of the sintered film formed on the aluminum dish was collected as a sample. When the sample was subjected to elemental analysis using EPMA (electron probe microanalyzer), Al was detected in addition to Cu.
From this, due to the fact that the compound (X) containing the Group 2 element was used in a predetermined amount (300 to 80,000 μg / g as the concentration of the Group 2 element), the oxide film existing on the surface of the aluminum dish was formed. Experimental results have also been obtained showing that Al was removed and Al was diffused into the sintered body to form an alloy of Cu and Al.

ここで「第2族元素」とは、周期表において第2族に属する元素を総称していい、ベリリウム(Be)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、およびラジウム(Ra)のことを指していう。これらの中でも、遊離した第2族元素が有する還元作用の効果が高いことから、カルシウム(Ca)が好ましい。 Here, "Group 2 element" is a general term for elements belonging to Group 2 in the periodic table, and beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), and barium (Ba). , And radium (Ra). Among these, calcium (Ca) is preferable because the effect of the reducing action of the liberated Group 2 element is high.

本発明において、第2族元素を含む化合物(X)は、ベリリウム(Be)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、およびバリウム(Ba)のうちの少なくとも1種の第2族元素を含む、炭酸塩化合物、水酸化物塩化合物、ケイ酸塩化合物、および有機酸塩化合物の中から選択される少なくとも1種であることが好ましい。 In the present invention, the compound (X) containing a Group 2 element is a second compound of at least one of beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), and barium (Ba). It is preferably at least one selected from carbonate compounds, hydroxide salt compounds, silicate compounds, and organic acid salt compounds containing group elements.

炭酸塩化合物としては、ベリリウム(Be)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、およびバリウム(Ba)のうち、少なくとも1種を含む炭酸塩化合物であれば、特に限定されず、例えば、炭酸ベリリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、および炭酸バリウムなどが挙げられる。 The carbonate compound is not particularly limited as long as it is a carbonate compound containing at least one of beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), and barium (Ba). For example, beryllium carbonate, magnesium carbonate, calcium carbonate, strontium carbonate, barium carbonate and the like can be mentioned.

水酸化物塩化合物としては、ベリリウム(Be)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、およびバリウム(Ba)のうち、少なくとも1種を含む水酸化物塩化合物であれば、特に限定されず、例えば、水酸化ベリリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、および水酸化バリウムなどが挙げられる。 The hydroxide salt compound may be a hydroxide salt compound containing at least one of beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), and barium (Ba). The present invention is not particularly limited, and examples thereof include beryllium hydroxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, strontium hydroxide, and barium hydroxide.

ケイ酸塩化合物としては、ベリリウム(Be)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、およびバリウム(Ba)のうち、少なくとも1種を含む水酸化物塩化合物であれば、特に限定されず、例えば、ケイ酸ベリリウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸ストロンチウム、およびケイ酸バリウムなどが挙げられる。 The silicate compound is particularly a hydroxide salt compound containing at least one of beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), and barium (Ba). Examples include, but are not limited to, berylium silicate, magnesium silicate, calcium silicate, strontium silicate, barium silicate and the like.

有機酸塩化合物としては、ベリリウム(Be)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、およびバリウム(Ba)のうち、少なくとも1種を含む有機酸塩化合物であれば、特に限定されず、例えば、シュウ酸ベリリウム、シュウ酸マグネシウム、シュウ酸カルシウム、シュウ酸ストロンチウム、およびケイ酸バリウムなどが挙げられる。 The organic acid salt compound is particularly limited as long as it is an organic acid salt compound containing at least one of beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), and barium (Ba). However, for example, beryllium oxalate, magnesium oxalate, calcium oxalate, strontium oxalate, barium silicate and the like can be mentioned.

本発明において、第2族元素を含む化合物(X)の含有量は、金属微粒子(P1)の全量(g)に対して第2族元素の濃度として300〜80000μg/gである。 In the present invention, the content of the compound (X) containing the Group 2 element is 300 to 80,000 μg / g as the concentration of the Group 2 element with respect to the total amount (g) of the metal fine particles (P1).

上記第2族元素を含む化合物(X)の含有量が、上記範囲(第2族元素の濃度として300〜80000μg/g)にある場合には、遊離した第2族元素が有する還元作用によって、Al材質表面に存在する酸化被膜を除去する効果を十分に発揮させることができ、比較的低加熱(400℃程度)による焼結温度(加熱処理温度)であっても、被着体(例えば、アルミ材)と他の被着体(例えば、アルミ材または銅材)とを好適に接合させることができ、所望の接合強度が得られる。 When the content of the compound (X) containing the Group 2 element is in the above range (300 to 80,000 μg / g as the concentration of the Group 2 element), the reducing action of the liberated Group 2 element causes the reducing action. The effect of removing the oxide film existing on the surface of the Al material can be fully exerted, and the adherend (for example, heat treatment temperature) even at a sintering temperature (heat treatment temperature) due to relatively low heating (about 400 ° C.) The aluminum material) and another adherend (for example, aluminum material or copper material) can be suitably bonded, and a desired bonding strength can be obtained.

上記第2族元素を含む化合物(X)の含有量が、上記範囲未満(第2族元素の濃度として300μg/g未満)にある場合には、遊離した第2族元素の量が少な過ぎ、遊離した第2族元素が有する還元作用によって、Al材質表面に存在する酸化被膜を除去する効果を十分に発揮させることができず、被着体(例えば、アルミ材)と他の被着体(例えば、アルミ材または銅材)とを好適に接合させることができず、所望の接合強度が得られないおそれがある。 When the content of the compound (X) containing the Group 2 element is less than the above range (the concentration of the Group 2 element is less than 300 μg / g), the amount of the liberated Group 2 element is too small. Due to the reducing action of the liberated Group 2 elements, the effect of removing the oxide film existing on the surface of the Al material cannot be sufficiently exerted, and the adherend (for example, aluminum material) and other adherends (for example, aluminum material) and other adherends (for example) For example, an aluminum material or a copper material) cannot be suitably bonded, and a desired bonding strength may not be obtained.

上記第2族元素を含む化合物(X)の含有量が、上記範囲を超える(第2族元素の濃度として80000μg/gを超える)場合には、遊離した第2族元素の量が多過ぎ、遊離した第2族元素が有する還元作用によって、Al材質表面に存在する酸化被膜を除去する効果は認められるものの、遊離した第2族元素が被着体(例えば、アルミ材)または他の被着体(例えば、アルミ材または銅材)と化合物(例えば、AlCa,CuCa)を生成してしまい、かえって被着体(例えば、アルミ材)と他の被着体(例えば、アルミ材または銅材)とを好適に接合させることができず、所望の接合強度が得られないおそれがある。 When the content of the compound (X) containing the Group 2 element exceeds the above range (the concentration of the Group 2 element exceeds 80,000 μg / g), the amount of the liberated Group 2 element is too large. Although the effect of removing the oxide film existing on the surface of the Al material is recognized by the reducing action of the liberated Group 2 element, the liberated Group 2 element is an adherend (for example, aluminum material) or another adherend. It produces a body (eg, aluminum or copper) and a compound (eg, Al 4 Ca, Cu 5 Ca), and instead produces an adherend (eg, aluminum) and another adherend (eg, aluminum). Alternatively, it may not be able to be suitably bonded to the copper material), and the desired bonding strength may not be obtained.

(2)金属微粒子(P)
本発明においては、金属接合用材料として平均一次粒径が2〜500nmの範囲にある金属微粒子(P1)を含む金属微粒子(P)を含有させる。
(2) Metal fine particles (P)
In the present invention, as a material for metal bonding, metal fine particles (P) containing metal fine particles (P1) having an average primary particle size in the range of 2 to 500 nm are contained.

(2−1)金属微粒子(P1)
本発明において金属微粒子(P1)の原料となる金属は、特に限定されないが、銅(Cu)が好ましく用いられ、その他にも金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、およびパラジウム(Pd)などの貴金属も好ましく用いることができる。
(2-1) Metal fine particles (P1)
In the present invention, the metal used as a raw material for the metal fine particles (P1) is not particularly limited, but copper (Cu) is preferably used, and gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), and palladium (Pt) are also preferably used. Precious metals such as Pd) can also be preferably used.

金属微粒子(P1)の原料として、銅(Cu)を用いた場合、その不可避的不純物として、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)、ホウ素(B)、ケイ素(Si)、鉛(Pb)、およびリン(P)などの各金属を、金属微粒子(P1)の全量(g)に対して、それぞれ30μg/g以下含んでいてもよい。 When copper (Cu) is used as a raw material for metal fine particles (P1), sodium (Na), potassium (K), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), and chromium are unavoidable impurities. Each metal such as (Cr), iron (Fe), nickel (Ni), zinc (Zn), boron (B), silicon (Si), lead (Pb), and phosphorus (P) is added to the metal fine particles (P1). 30 μg / g or less may be contained in each of the total amount (g) of the above.

本発明において金属微粒子(P1)は、平均一次粒径が2〜500nmの範囲にあるものを用いる。これにより、有機溶媒(S)に含まれる二価以上のアルコールを分解するという、金属微粒子(P1)が有する触媒効果を好適に発揮させることができる。 In the present invention, the metal fine particles (P1) used have an average primary particle size in the range of 2 to 500 nm. As a result, the catalytic effect of the metal fine particles (P1), which decomposes the divalent or higher alcohol contained in the organic solvent (S), can be suitably exhibited.

上記金属微粒子(P1)の平均一次粒径が、上記範囲未満(2nm未満)である場合には、高度な粒径制御技術を伴うため、製造コストの上昇を招くおそれがある他、金属微粒子(P)が分散溶液中(金属接合用材料中)で凝集する傾向を示し均一に分散され難く、保存安定性に劣るおそれがある。 If the average primary particle size of the metal fine particles (P1) is less than the above range (less than 2 nm), advanced particle size control technology is involved, which may lead to an increase in manufacturing cost and metal fine particles (P1). P) tends to aggregate in the dispersion solution (in the material for metal bonding), is difficult to disperse uniformly, and may be inferior in storage stability.

一方、上記金属微粒子(P1)の平均一次粒径が、上記範囲を超える(500nmを超える)場合には、相対的に表面積が減少するため、有機溶媒(S)に含まれる二価以上のアルコールを分解するという、金属微粒子(P1)が有する触媒効果が劣るおそれがある。 On the other hand, when the average primary particle size of the metal fine particles (P1) exceeds the above range (more than 500 nm), the surface area is relatively reduced, so that the dihydric or higher alcohol contained in the organic solvent (S) There is a possibility that the catalytic effect of the metal fine particles (P1), which decomposes the metal particles (P1), is inferior.

ここで「一次粒径」とは、二次粒子を構成する個々の一次粒子の直径のことを指していう。一次粒径は、走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を用いて測定することができる。 Here, the "primary particle size" refers to the diameter of each primary particle constituting the secondary particle. The primary particle size can be measured using a scanning electron microscope (SEM).

更に「平均一次粒径」とは、測定対象に選定した複数個の一次粒子に対して、その直径を個々に測定し、個々の測定値を個数で除して算出した平均値を指していう。 Further, the "average primary particle size" refers to an average value calculated by individually measuring the diameters of a plurality of primary particles selected as measurement targets and dividing each measured value by the number of particles.

具体的には、走査型電子顕微鏡(SEM)(日立ハイテクノロジー社製、製品名:SU8020)を用いて、加速電圧3kV、倍率20万倍の条件下で観察し、測定対象となる金属微粒子(P1)のSEM画像を取得する。取得したSEM画像の中から、任意に20個の金属微粒子(P1)を選定し、選定した金属微粒子(P1)の一次粒子の直径をそれぞれ測定し、各測定値の平均を算出して平均一次粒径を求める。 Specifically, using a scanning electron microscope (SEM) (manufactured by Hitachi High-Technology Co., Ltd., product name: SU8020), observation is performed under conditions of an acceleration voltage of 3 kV and a magnification of 200,000 times, and metal fine particles to be measured (manufactured by Hitachi High Technology Co., Ltd., product name: SU8020). Acquire the SEM image of P1). Twenty metal fine particles (P1) are arbitrarily selected from the acquired SEM images, the diameters of the primary particles of the selected metal fine particles (P1) are measured, the average of each measured value is calculated, and the average primary is calculated. Find the particle size.

(2−2)金属微粒子(P2)
本発明で用いる金属微粒子(P)は、前述した平均一次粒径が2〜500nmの範囲にある金属微粒子(P1)のみで構成する場合のほか、金属微粒子(P1)に加えて、更に平均一次粒径が0.5〜50μmの範囲にある金属微粒子(P2)を混合して構成されてもよい。
(2-2) Metal fine particles (P2)
The metal fine particles (P) used in the present invention are composed of only the metal fine particles (P1) having an average primary particle size in the range of 2 to 500 nm as described above, and in addition to the metal fine particles (P1), further have an average primary particle size. It may be composed of a mixture of metal fine particles (P2) having a particle size in the range of 0.5 to 50 μm.

本発明で用いる金属微粒子(P)として、平均一次粒径が2〜500nmの範囲にある金属微粒子(P1)と、平均一次粒径が0.5〜50μmの範囲にある金属微粒子(P2)とを共存させると、ミクロンサイズの金属微粒子(P2)同士の間に、ナノサイズの金属微粒子(P1)が好適に介在することができる。 The metal fine particles (P) used in the present invention include metal fine particles (P1) having an average primary particle size in the range of 2 to 500 nm and metal fine particles (P2) having an average primary particle size in the range of 0.5 to 50 μm. When the above are allowed to coexist, nano-sized metal fine particles (P1) can be suitably interposed between the micron-sized metal fine particles (P2).

これによって、ナノサイズの金属微粒子(P1)の自由な流動を効果的に制限し、金属微粒子(P)の分散溶液中において、適度な分散状態で金属微粒子(P1)を安定して混合させることができる。 As a result, the free flow of the nano-sized metal fine particles (P1) is effectively restricted, and the metal fine particles (P1) are stably mixed in the dispersed solution of the metal fine particles (P) in an appropriate dispersed state. Can be done.

上記金属微粒子(P2)の平均一次粒径が、上記範囲未満(0.5μm未満)である場合には、金属微粒子(P)の分散溶液中において、ナノサイズの金属微粒子(P1)の自由な流動を制限する効果を十分に発揮できないおそれがある。 When the average primary particle size of the metal fine particles (P2) is less than the above range (less than 0.5 μm), the nano-sized metal fine particles (P1) are free in the dispersion solution of the metal fine particles (P). There is a risk that the effect of limiting the flow cannot be fully exerted.

一方、上記金属微粒子(P2)の平均一次粒径が、上記範囲を超える(50μmを超える)場合には、印刷時に筋状の塗工不良がでて、一部が接合できなくなり、信頼性が損われる可能性がある。 On the other hand, when the average primary particle size of the metal fine particles (P2) exceeds the above range (more than 50 μm), streaky coating defects occur during printing, and some of the metal fine particles cannot be joined, resulting in reliability. It can be damaged.

ここで「平均一次粒径」とは、レーザー回折式粒度分布計で測定し、累積頻度が50%の粒径のことを指していう。 Here, the "average primary particle size" refers to a particle size having a cumulative frequency of 50% as measured by a laser diffraction type particle size distribution meter.

本発明において金属微粒子(P2)の原料となる金属は、特に限定されないが、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、チタン(Ti)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)の中から選択される1種または2種以上を用いることができる。これらの中でも、銅(Cu)が特に好ましく用いられる。 In the present invention, the metal used as a raw material for the metal fine particles (P2) is not particularly limited, but gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), palladium (Pd), titanium (Ti), iron (Fe), and the like. Cobalt (Co), Nickel (Ni), Copper (Cu), Tantal (Ta), Tungsten (W), Aluminum (Al), Zinc (Zn), Indium (In), Tin (Sn), Lead (Pb), One or more selected from bismuth (Bi) can be used. Of these, copper (Cu) is particularly preferably used.

(3)高分子分散剤(D)
本発明で用いる金属微粒子(P)に含まれる、平均一次粒径が2〜500nmの範囲にある金属微粒子(P1)は、その表面を高分子分散剤(D)によって被覆して構成することもできる。
(3) Polymer dispersant (D)
The metal fine particles (P1) contained in the metal fine particles (P) used in the present invention and having an average primary particle size in the range of 2 to 500 nm may be formed by coating the surface thereof with a polymer dispersant (D). can.

金属微粒子(P1)の表面を高分子分散剤(D)で被覆することによって、金属微粒子(P)の分散溶液中、金属微粒子(P1)同士の凝集を防ぎ、金属微粒子(P1)の分散性を向上させることができる。 By coating the surface of the metal fine particles (P1) with the polymer dispersant (D), aggregation of the metal fine particles (P1) in the dispersion solution of the metal fine particles (P) is prevented, and the dispersibility of the metal fine particles (P1) is prevented. Can be improved.

ここで「被覆」とは、金属微粒子(P1)の表面の少なくとも一部を覆うことを指していい、金属微粒子(P1)の表面の全体を覆うものであってもよい。 Here, the “coating” may mean covering at least a part of the surface of the metal fine particles (P1), and may cover the entire surface of the metal fine particles (P1).

本発明で用いる高分子分散剤(D)は、金属微粒子(P1)の表面を好適に被覆させことができる性質をもつ化合物であれば、特に限定されないが、アミド基(−CON=)を有する化合物が好ましく用いられる。 The polymer dispersant (D) used in the present invention is not particularly limited as long as it is a compound having a property of being able to suitably coat the surface of metal fine particles (P1), but has an amide group (-CON =). Compounds are preferably used.

アミド基(−CON=)を有する化合物としては、例えば、N−メチルアセトアミド、N−メチルホルムアミド、N−メチルプロパンアミド、ホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N,N−ジメチルホルムアミド、1−メチル−2−ピロリドン、ヘキサメチルホスホリックトリアミド、2−ピロリドン、アルキル−2−ピロリドン、ε−カプロラクタム、及びアセトアミド、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、およびN−ビニル−2−ピロリドンの中から選択される1種または2種以上を用いることができる。これらの中でも、ポリビニルピロリドンが特に好ましく用いられる。 Examples of the compound having an amide group (-CON =) include N-methylacetamide, N-methylformamide, N-methylpropanamide, formamide, N, N-dimethylacetamide, 1,3-dimethyl-2-imidazolidi. Non, N, N-dimethylformamide, 1-methyl-2-pyrrolidone, hexamethylphosphoric triamide, 2-pyrrolidone, alkyl-2-pyrrolidone, ε-caprolactam, and acetamide, polyvinylpyrrolidone, polyacrylamide, and N- One or more selected from vinyl-2-pyrrolidone can be used. Of these, polyvinylpyrrolidone is particularly preferably used.

本発明で用いる高分子分散剤(D)と、被覆対象となる金属微粒子(P1)との重量比(D/P1)は、特に限定されないが、0.1〜5.0の範囲にあることが好ましい。 The weight ratio (D / P1) of the polymer dispersant (D) used in the present invention and the metal fine particles (P1) to be coated is not particularly limited, but is in the range of 0.1 to 5.0. Is preferable.

上記高分子分散剤(D)と金属微粒子(P1)との重量比(D/P1)が、上記範囲未満である場合には、金属微粒子(P1)表面を被覆するのに高分子分散剤(D)の量が少な過ぎることに起因して、金属微粒子(P1)同士の凝集を好適に防止できず、金属微粒子(P1)の分散性を低下させてしまうおそれがある。 When the weight ratio (D / P1) of the polymer dispersant (D) to the metal fine particles (P1) is less than the above range, the polymer dispersant (P1) is used to coat the surface of the metal fine particles (P1). Due to the fact that the amount of D) is too small, aggregation of the metal fine particles (P1) cannot be suitably prevented, and the dispersibility of the metal fine particles (P1) may be lowered.

一方、上記高分子分散剤(D)と金属微粒子(P1)との重量比(D/P1)が、上記範囲を超える場合には、金属微粒子(P)の分散溶液を、被着体と他の被着体のいずれか、もしくは、それぞれに塗布し、加熱処理による焼結を行う過程(焼結過程)で、高分子分散剤(D)が好適に分解されずに接合層内に残留し、所望の接合層が形成されないおそれがある。 On the other hand, when the weight ratio (D / P1) of the polymer dispersant (D) and the metal fine particles (P1) exceeds the above range, a dispersion solution of the metal fine particles (P) is used with the adherend. In the process of applying to any or each of the adherends of No. 1 and performing sintering by heat treatment (sintering process), the polymer dispersant (D) is not suitably decomposed and remains in the bonding layer. , The desired bonding layer may not be formed.

本発明において、金属微粒子(P1)の表面を高分子分散剤(D)によって被覆する方法は、特に限定されないが、被覆された高分子分散剤(D)の厚さを直接測定することは難しいため、炭素・硫黄濃度分析装置を用いて被覆量を測定する方法を採用することができる。 In the present invention, the method of coating the surface of the metal fine particles (P1) with the polymer dispersant (D) is not particularly limited, but it is difficult to directly measure the thickness of the coated polymer dispersant (D). Therefore, a method of measuring the coating amount using a carbon / sulfur concentration analyzer can be adopted.

具体的には、炭素・硫黄濃度分析装置を用い、測定対象となる試料を反応槽内に導入し、反応槽内に酸素ガスを流し、高温状態にして測定対象となる試料に含まれる炭素成分を二酸化炭素の状態で取り出す。 Specifically, using a carbon / sulfur concentration analyzer, the sample to be measured is introduced into the reaction vessel, oxygen gas is passed through the reaction vessel, and the temperature is raised to a high temperature state, and the carbon component contained in the sample to be measured is contained. Is taken out in the state of carbon dioxide.

取り出された二酸化炭素は、二酸化炭素検出器によりその濃度を測定し、その濃度から炭素量を算出し、更に当該炭素量から用いた高分子分散剤(D)の重量を算出し、金属微粒子(P1)の表面に実際に被覆された高分子分散剤(D)の被覆量を求めることができる。 The concentration of the extracted carbon dioxide is measured by a carbon dioxide detector, the amount of carbon is calculated from the concentration, and the weight of the polymer dispersant (D) used is calculated from the amount of carbon. The amount of the polymer dispersant (D) actually coated on the surface of P1) can be determined.

(4)有機溶媒(S)
本発明で用いる有機溶媒(S)は、二価以上のアルコール(S1〜S3)を含んで構成する場合のほか、二価以上のアルコール(S1〜S3)に加えて、さらに低沸点有機溶媒(S4)を混合して構成することもできる。
(4) Organic solvent (S)
The organic solvent (S) used in the present invention is composed of a divalent or higher alcohol (S1 to S3), and in addition to the divalent or higher alcohol (S1 to S3), a lower boiling point organic solvent (S). S4) can also be mixed and configured.

また、本発明で用いる有機溶媒(S)は、必要に応じてアミン系溶媒(S5)を適宜混合して構成することもできる。 Further, the organic solvent (S) used in the present invention may be formed by appropriately mixing an amine solvent (S5), if necessary.

「二価以上のアルコール(S1〜S3)」は、金属微粒子(P1)に対して還元性を有するため、金属微粒子(P)の分散溶液を、被着体と他の被着体のいずれか、もしくは、それぞれに塗布し、加熱処理による焼結を行う過程(焼結過程)で、金属微粒子(P1)の焼結を好適に促進させることができる。 Since the "divalent or higher alcohols (S1 to S3)" have a reducing property with respect to the metal fine particles (P1), the dispersion solution of the metal fine particles (P) is used as either an adherend or another adherend. Alternatively, the sintering of the metal fine particles (P1) can be suitably promoted in the process of applying the coating to each of them and performing the sintering by heat treatment (sintering process).

ここで「二価以上のアルコール」とは、1分子内に2個以上のヒドロキシル基(−OH)を有するアルコールのことを指していう。 Here, "divalent or higher alcohol" refers to an alcohol having two or more hydroxyl groups (-OH) in one molecule.

二価以上のアルコール(S1〜S3)としては、1分子内に2個のヒドロキシル基(−OH)を有する二価アルコール(S1)、1分子内に3個のヒドロキシル基(−OH)を有する三価アルコール(S2)、1分子内に4個以上のヒドロキシル基(−OH)を有する多価アルコール(S3)に分類することができる。 The dihydric or higher alcohols (S1 to S3) include a dihydric alcohol (S1) having two hydroxyl groups (-OH) in one molecule and three hydroxyl groups (-OH) in one molecule. It can be classified into a trihydric alcohol (S2) and a polyhydric alcohol (S3) having four or more hydroxyl groups (-OH) in one molecule.

(4−1)二価アルコール(S1)
二価アルコール(S1)としては、特に限定されないが、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、2−ブテン−1,4−ジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、およびオクタンジオールの中から選択される1種または2種以上を用いることができる。これらの中でも、エチレングリコール、およびジエチレングリコールが特に好ましく用いられる。
(4-1) Divalent alcohol (S1)
The dihydric alcohol (S1) is not particularly limited, but for example, ethylene glycol, diethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1 , 4-Butanediol, 2,3-Butanediol, 2-Butane-1,4-diol, Pentandiol, Hexadiol, and Octanediol can be used alone or in combination of two or more. Of these, ethylene glycol and diethylene glycol are particularly preferably used.

(4−2)三価アルコール(S2)
三価アルコール(S2)としては、特に限定されないが、例えば、グリセリン(グリセロール)、1,1,1−トリス(ヒドロキシメチル)エタン、1,2,4−ブタントリオール、1,2,3−ヘキサントリオール、1,2,6−ヘキサントリオール、および2−エチル−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオールの中から選択される1種または2種以上を用いることができる。これらの中でも、グリセリン(グリセロール)が特に好ましく用いられる。
(4-2) Trihydric alcohol (S2)
The trihydric alcohol (S2) is not particularly limited, and is, for example, glycerin (glycerol), 1,1,1-tris (hydroxymethyl) ethane, 1,2,4-butanetriol, 1,2,3-hexane. One or more selected from triol, 1,2,6-hexanetriol, and 2-ethyl-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol can be used. Of these, glycerin (glycerol) is particularly preferably used.

(4−3)多価アルコール(S3)
多価アルコールとしては、特に限定されないが、例えば、ポリグリセリン、トレイトール、エリトリト−ル、ペンタエリスリト−ル、ペンチト−ル、1−プロパノール、2−プロパノール、2−ブタノール、2−メチル2−プロパノール、キシリトール、リビトール、アラビトール、ヘキシト−ル、マンニトール、ソルビトール、ズルシトール、グリセリンアルデヒド、ジオキシアセトン、トレオース、エリトルロース、エリトロース、アラビノース、リボース、リブロース、キシロース、キシルロース、リキソース、グルコ−ス、フルクト−ス、マンノース、イドース、ソルボース、グロース、タロース、タガトース、ガラクトース、アロース、アルトロース、ラクト−ス、イソマルト−ス、グルコヘプト−ス、ヘプト−ス、マルトトリオース、ラクツロース、およびトレハロースの中から選択される1種または2種以上を用いることができる。これらの中でも、ポリグリセリンが特に好ましく用いられる。
(4-3) Multihydric alcohol (S3)
The polyhydric alcohol is not particularly limited, and is, for example, polyglycerin, threitol, erythritol, pentaerythritol, pentitol, 1-propanol, 2-propanol, 2-butanol, 2-methyl 2-. Propanol, xylitol, ribitol, arabitol, hexitol, mannitol, sorbitol, zulcitol, glycerin aldehyde, dioxyacetone, threitol, elittlerose, erythrose, arabinose, ribose, ribulose, xylose, xylrose, lixose, glucose, fructose , Mannitol, Idoth, Sorbitol, Growth, Threitol, Tagatose, Galactose, Allose, Altrose, Lactose, Isomartose, Glyceropheth, Heptose, Maltotriose, Lactulose, and Threitol. One kind or two or more kinds can be used. Among these, polyglycerin is particularly preferably used.

二価以上のアルコール(S1〜S3)の含有量は、有機溶媒(S)の全量100重量%に対して20〜100重量%であることが好ましい。 The content of the divalent or higher alcohols (S1 to S3) is preferably 20 to 100% by weight with respect to 100% by weight of the total amount of the organic solvent (S).

(4−4)低沸点有機溶媒(S4)
「低沸点有機溶媒(S4)」は、金属微粒子(P)の分散溶液の粘度を調整するために用いられ、金属微粒子(P)の分散溶液を、被着体と他の被着体のいずれか、もしくは、それぞれに塗布するのに適した粘度となるように調整することで、液だれし難く、パターン形成などの高度な塗布であっても、高い精度で塗布することができる。
(4-4) Low boiling organic solvent (S4)
The "low boiling point organic solvent (S4)" is used to adjust the viscosity of the dispersion solution of the metal fine particles (P), and the dispersion solution of the metal fine particles (P) can be used as either an adherend or another adherend. Alternatively, by adjusting the viscosity so that it is suitable for coating on each of them, it is difficult for the liquid to drip, and even advanced coating such as pattern formation can be coated with high accuracy.

ここで「低沸点有機溶媒(S4)」とは、常温で液体である有機化合物であって、常圧における沸点が60〜120℃(沸点は常圧における沸点をいう。以下同じ。)で、沸点が比較的低い有機化合物のことを指していう。 Here, the "low boiling point organic solvent (S4)" is an organic compound that is liquid at normal temperature and has a boiling point of 60 to 120 ° C. at normal pressure (the boiling point means the boiling point at normal pressure; the same applies hereinafter). It refers to an organic compound with a relatively low boiling point.

低沸点有機溶媒(S4)としては、1分子内に1個のヒドロキシル基(−OH)を有する1価アルコール、1分子内に1個のエーテル結合(C−O−C)を有するエーテル、および1分子内に1個のカルボニル基(C=O)を有するケトンが好ましく用いられる。 Examples of the low boiling point organic solvent (S4) include a monohydric alcohol having one hydroxyl group (-OH) in one molecule, an ether having one ether bond (C-OC) in one molecule, and an ether. A ketone having one carbonyl group (C = O) in one molecule is preferably used.

1価アルコールとしては、特に限定されないが、例えば、メタノール(64.7℃)、エタノール(78℃)、1−プロパノール(97.15℃)、2−プロパノール(82.4℃)、2−メチル2−プロパノール(83℃)、および2−ブタノール(100℃)などが好ましく用いられる。 The monohydric alcohol is not particularly limited, but is, for example, methanol (64.7 ° C.), ethanol (78 ° C.), 1-propanol (97.15 ° C.), 2-propanol (82.4 ° C.), 2-methyl. 2-Propanol (83 ° C.), 2-butanol (100 ° C.) and the like are preferably used.

エーテルとしては、特に限定されないが、例えば、ジプロピルエーテル(89℃)、ジイソプロピルエーテル(68℃)、t−アミルメチルエーテル(85℃)、およびアリルエーテル(94℃)などが好ましく用いられる。 The ether is not particularly limited, but for example, dipropyl ether (89 ° C.), diisopropyl ether (68 ° C.), t-amylmethyl ether (85 ° C.), allyl ether (94 ° C.) and the like are preferably used.

ケトンとしては、特に限定されないが、例えば、アセトン(56.5℃)、メチルエチルケトン(79.5℃)、およびジエチルケトン(100℃)などが好ましく用いられる。 The ketone is not particularly limited, but for example, acetone (56.5 ° C.), methyl ethyl ketone (79.5 ° C.), diethyl ketone (100 ° C.) and the like are preferably used.

低沸点有機溶媒(S4)の含有量は、有機溶媒(S)の全量100重量%に対して、0〜80重量%であることが好ましい。 The content of the low boiling point organic solvent (S4) is preferably 0 to 80% by weight with respect to 100% by weight of the total amount of the organic solvent (S).

(4−5)アミン系溶媒(S5)
「アミン系溶媒」は、金属微粒子(P1)に対して還元性を有するため、金属微粒子(P)の分散溶液を、被着体と他の被着体のいずれか、もしくは、それぞれに塗布し、加熱処理による焼結を行う過程(焼結過程)で、金属微粒子(P1)の焼結を好適に促進させることができる。
(4-5) Amine-based solvent (S5)
Since the "amine-based solvent" has a reducing property with respect to the metal fine particles (P1), a dispersion solution of the metal fine particles (P) is applied to either or each of the adherend and the other adherend. In the process of sintering by heat treatment (sintering process), the sintering of metal fine particles (P1) can be suitably promoted.

アミン系溶媒(S5)としては、脂肪族第一アミン、脂肪族第二アミン、脂肪族第三アミン、脂肪族不飽和アミン、脂環式アミン、芳香族アミン、およびアルカノールアミンが好ましく用いられ、その具体例としては、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、n−プロピルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリ−n−プロピルアミン、n−ブチルアミン、ジ−n−ブチルアミン、トリ−n−ブチルアミン、t−プロピルアミン、t−ブチルアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、テトラメチレンジアミン、テトラメチルプロピレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、モノ−n−オクチルアミン、モノ−2エチルヘキシルアミン、ジ−n−オクチルアミン、ジ−2エチルヘキシルアミン、トリ−n−オクチルアミン、トリ−2エチルヘキシルアミン、トリイソブチルアミン、トリヘキシルアミン、トリイソオクチルアミン、トリイソノニルアミン、トリフェニルアミン、ジメチルココナットアミン、ジメチルオクチルアミン、ジメチルデシルアミン、ジメチルラウリルアミン、ジメチルミリスチルアミン、ジメチルパルミチルアミン、ジメチルステアリルアミン、ジメチルベヘニルアミン、ジラウリルモノメチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、メタノールアミン、ジメタノールアミン、トリメタノールアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、プロパノールアミン、イソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン、ブタノールアミン、N−メチルエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、N−エチルエタノールアミン、N−エチルジエタノールアミン、N,N−ジエチルエタノールアミン、N−n−ブチルエタノールアミン、N−n−ブチルジエタノールアミン、および2−(2−アミノエトキシ)エタノールなどが挙げられる。 As the amine-based solvent (S5), aliphatic primary amines, aliphatic secondary amines, aliphatic tertiary amines, aliphatic unsaturated amines, alicyclic amines, aromatic amines, and alkanol amines are preferably used. Specific examples thereof include methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, n-propylamine, di-n-propylamine, tri-n-propylamine, n-butylamine, di-n-butylamine, and tri. -N-butylamine, t-propylamine, t-butylamine, ethylenediamine, propylenediamine, tetramethylenediamine, tetramethylpropylenediamine, pentamethyldiethylenetriamine, mono-n-octylamine, mono-2ethylhexylamine, di-n-octyl Amine, di-2ethylhexylamine, tri-n-octylamine, tri-2ethylhexylamine, triisobutylamine, trihexylamine, triisooctylamine, triisononylamine, triphenylamine, dimethylcoconatamine, dimethyloctyl Amines, dimethyldecylamines, dimethyllaurylamines, dimethylmyristylamines, dimethylpalmitylamines, dimethylstearylamines, dimethylbehenylamines, dilaurylmonomethylamines, diisopropylethylamines, methanolamines, dimethanolamines, trimethanolamines, ethanolamines, diethanolamines. , Triethanolamine, propanolamine, isopropanolamine, diisopropanolamine, triisopropanolamine, butanolamine, N-methylethanolamine, N-methyldiethanolamine, N, N-dimethylethanolamine, N-ethylethanolamine, N-ethyl Examples thereof include diethanolamine, N, N-diethylethanolamine, Nn-butylethanolamine, Nn-butyldiethanolamine, and 2- (2-aminoethoxy) ethanol.

アミン系溶媒(S5)の含有量は、有機溶媒(S)の全量100重量%に対して、0.3〜30重量%であることが好ましい。 The content of the amine solvent (S5) is preferably 0.3 to 30% by weight with respect to 100% by weight of the total amount of the organic solvent (S).

<接合構造体>
本発明においては、上述した本発明に係る金属接合用材料(金属微粒子(P)の分散溶液)を、被着体(アルミ材)と他の被着体(アルミ材または銅材)との間に配置させて接合構造体を製造することができる。
<Joined structure>
In the present invention, the above-mentioned metal bonding material (dispersion solution of metal fine particles (P)) according to the present invention is placed between an adherend (aluminum material) and another adherend (aluminum material or copper material). The bonded structure can be manufactured by arranging in.

本発明に係る金属接合用材料(金属微粒子(P)の分散溶液)を用いて、(1)塗布工程、(2)乾燥工程、および(3)焼結工程を経て接合構造体を製造する方法の一例を、以下に述べる。 A method for producing a bonded structure through a (1) coating step, (2) drying step, and (3) sintering step using the metal bonding material (dispersion solution of metal fine particles (P)) according to the present invention. An example will be described below.

(1)塗布工程
塗布工程は、上述した本発明に係る金属接合用材料(金属微粒子(P)の分散溶液)を、被着体(アルミ材)と他の被着体(アルミ材または銅材)のいずれか、もしくは、それぞれに塗布するなどにより、当該被着体(アルミ材)と他の被着体(アルミ材または銅材)との間に配置する工程である。
(1) Coating step In the coating step, the above-mentioned metal bonding material (dispersion solution of metal fine particles (P)) according to the present invention is applied to an adherend (aluminum material) and another adherend (aluminum material or copper material). ), Or by applying to each of them, this is a step of arranging the adherend (aluminum material) and another adherend (aluminum material or copper material).

上述した本発明に係る金属接合用材料(金属微粒子(P)の分散溶液)は、特定の平均一次粒径を有する金属微粒子(P1)を含む金属微粒子(P)を、二価以上のアルコールを含む有機溶媒(S)に分散させて形成される。
なお、本発明において金属微粒子(P)を有機溶媒(S)に分散させる方法は、特に限定されないが、公知の混合機、混練機、および捏和機などを用いることができる。
The above-mentioned metal bonding material (dispersion solution of metal fine particles (P)) according to the present invention contains metal fine particles (P) containing metal fine particles (P1) having a specific average primary particle size, and divalent or higher alcohol. It is formed by dispersing it in the containing organic solvent (S).
In the present invention, the method for dispersing the metal fine particles (P) in the organic solvent (S) is not particularly limited, but a known mixer, kneader, kneader, or the like can be used.

本発明の第1の実施形態に係る金属接合用材料(金属微粒子(P)の分散溶液)に含まれる、金属微粒子(P)と有機溶媒(S)との重量比(P/S)は、被着体と他の被着体との間に好適に配置させる観点から、10/90〜70/30の範囲にあることが好ましい。 The weight ratio (P / S) of the metal fine particles (P) and the organic solvent (S) contained in the metal bonding material (dispersion solution of the metal fine particles (P)) according to the first embodiment of the present invention is determined. It is preferably in the range of 10/90 to 70/30 from the viewpoint of being preferably arranged between the adherend and another adherend.

上記金属微粒子(P)と有機溶媒(S)との重量比(P/S)が、上記範囲未満である場合には、有機溶媒(S)の量が多過ぎ分散溶液の粘度が所望よりも低いことに起因して、金属接合用材料(金属微粒子(P)の分散溶液)を、被着体と他の被着体のいずれか、もしくは、それぞれに塗布する際に、液だれし易いなど形状安定性に乏しく、パターン形成などの高度な塗布が難しく、後述する焼結工程で所望の接合層の形成が困難になるおそれがある。 When the weight ratio (P / S) of the metal fine particles (P) and the organic solvent (S) is less than the above range, the amount of the organic solvent (S) is too large and the viscosity of the dispersion solution is higher than desired. Due to the low value, when the metal bonding material (dispersion solution of metal fine particles (P)) is applied to either the adherend or another adherend, or to each of them, dripping is likely to occur. The shape stability is poor, advanced coating such as pattern formation is difficult, and there is a risk that it will be difficult to form a desired bonding layer in the sintering step described later.

上記金属微粒子(P)と有機溶媒(S)との重量比(P/S)が、上記範囲を超える場合には、有機溶媒(S)の量が少な過ぎ、金属微粒子(P)が粉状のまま存在し易くペースト状にすることが困難で、金属接合用材料(金属微粒子(P)の分散溶液)を被着体と他の被着体のいずれか、もしくは、それぞれに塗布する際に、塗布する方法が制限されるおそれがある他、加熱処理による焼結を行う過程(焼結過程)で、接合層が形成される焼結温度に達する前に有機溶媒(S)が枯渇してしまう(気化してしまう)おそれがある。 When the weight ratio (P / S) of the metal fine particles (P) and the organic solvent (S) exceeds the above range, the amount of the organic solvent (S) is too small and the metal fine particles (P) are powdery. When the metal bonding material (dispersion solution of metal fine particles (P)) is applied to one of the adherends and other adherends, or to each of them, it is easy to exist as it is and it is difficult to make it into a paste. In addition to the possibility that the coating method may be limited, the organic solvent (S) is depleted before reaching the sintering temperature at which the bonding layer is formed in the process of sintering by heat treatment (sintering process). There is a risk of sintering (vaporizing).

なお、本発明において、金属微粒子(P)と有機溶媒(S)との重量比(P/S)は、金属接合用材料(金属微粒子(P)の分散溶液)を被着体と他の被着体のいずれか、もしくは、それぞれに塗布する方法に応じて、適宜変更可能である。 In the present invention, the weight ratio (P / S) of the metal fine particles (P) and the organic solvent (S) is such that the metal bonding material (dispersion solution of the metal fine particles (P)) is used as an adherend and another substrate. It can be changed as appropriate depending on any of the bodies or the method of applying to each.

例えば、被着体と他の被着体に対して、パターン形成などの高度な塗布を行う場合には、金属接合用材料(金属微粒子(P)の分散溶液)が液だれし難いなどの形状安定性が求められることから、金属微粒子(P)と有機溶媒(S)との重量比(P/S)は、20/80〜60/40の範囲にあることが好ましい。 For example, when performing advanced coating such as pattern formation on an adherend and other adherends, a shape such that the metal bonding material (dispersion solution of metal fine particles (P)) does not easily drip. Since stability is required, the weight ratio (P / S) of the metal fine particles (P) and the organic solvent (S) is preferably in the range of 20/80 to 60/40.

また、被着体と他の被着体に対して、シート状などの広範囲に薄く塗布を行う場合には、金属接合用材料(金属微粒子(P)の分散溶液)の伸ばし易さなどの特性が求められることから、金属微粒子(P)と有機溶媒(S)との重量比(P/S)は、10/90〜30/70の範囲にあることが好ましい。 In addition, when the adherend and other adherends are applied thinly over a wide area such as in the form of a sheet, characteristics such as ease of stretching the metal bonding material (dispersion solution of metal fine particles (P)). The weight ratio (P / S) of the metal fine particles (P) and the organic solvent (S) is preferably in the range of 10/90 to 30/70.

本発明において、金属接合用材料(金属微粒子(P)の分散溶液)を、被着体と他の被着体のいずれか、もしくは、それぞれに塗布する方法は、特に限定されないが、例えば、スキージ法、スクリーン印刷、マスク印刷、インクジェット印刷、ディスペンサ印刷、スプレーコート、バーコート、ナイフコート、およびスピンコート等が挙げられる。 In the present invention, the method of applying the metal bonding material (dispersion solution of metal fine particles (P)) to either or each of the adherend and the other adherend is not particularly limited, but for example, a squeegee. Methods, screen printing, mask printing, inkjet printing, dispenser printing, spray coating, bar coating, knife coating, spin coating and the like.

(2)乾燥工程
乾燥工程は、上記(1)塗布工程で被着体と他の被着体との間に配置された金属接合用材料(金属微粒子(P)の分散溶液)を所定の条件で予備乾燥などの乾燥を行う工程である。
(2) Drying step In the drying step, the metal bonding material (dispersion solution of metal fine particles (P)) arranged between the adherend and another adherend in the above (1) coating step is subjected to predetermined conditions. This is a step of performing drying such as pre-drying.

乾燥工程で行われる予備乾燥などの乾燥条件は、金属接合用材料(金属微粒子(P)の分散溶液)中の金属微粒子(P)の含有量が、金属接合用材料の全量100重量%に対して87〜93重量%に調整されるように、不活性ガス又は大気ガス雰囲気下110℃の乾燥温度で30〜60分間程度保持することが好ましい。 Under the drying conditions such as pre-drying performed in the drying step, the content of the metal fine particles (P) in the metal bonding material (dispersion solution of the metal fine particles (P)) is 100% by weight of the total amount of the metal bonding material. It is preferable to keep the material at a drying temperature of 110 ° C. for about 30 to 60 minutes under an inert gas or atmospheric gas atmosphere so that the weight is adjusted to 87 to 93% by weight.

(3)焼結工程
焼結工程は、上記(2)乾燥工程で予備乾燥などの乾燥が行われた金属接合用材料(金属微粒子(P)の分散溶液)に対して、金属接合用材料を加熱処理などにより焼結させる工程である。
(3) Sintering step In the sintering step, the metal bonding material is used as opposed to the metal bonding material (dispersion solution of metal fine particles (P)) that has been dried such as pre-dried in the above (2) drying step. This is a process of sintering by heat treatment or the like.

焼結工程で行われる加熱処理などによる焼結条件は、例えば、ヒーターを内蔵した熱プレス機などで被着体と他の被着体とを挟持して、真空引き(減圧)し、190〜400℃の加熱温度(焼結温度)で10〜120分間程度保持することが好ましい。
焼結工程で行われる加熱処理などによる焼結条件は、加圧しながら行われてもよい。
Sintering conditions such as heat treatment performed in the sintering process include, for example, a heat press machine with a built-in heater that sandwiches the adherend and another adherend, vacuums (reduces pressure), and performs 190- It is preferable to hold it at a heating temperature (sintering temperature) of 400 ° C. for about 10 to 120 minutes.
The sintering conditions such as heat treatment performed in the sintering step may be performed while pressurizing.

例えば、上記塗布工程で、特定の平均一次粒径を有する銅微粒子(P1)を含む金属微粒子(P)と、二価以上のアルコールを含む有機溶媒(S)とを含有する分散溶液を用いた場合には、焼結工程において以下のように、銅微粒子(P1)の焼結が促進される。 For example, in the coating step, a dispersion solution containing metal fine particles (P) containing copper fine particles (P1) having a specific average primary particle size and an organic solvent (S) containing divalent or higher alcohol was used. In the case, in the sintering step, the sintering of the copper fine particles (P1) is promoted as follows.

焼結工程で行われる加熱処理などにより、銅微粒子(P1)の表面が2価以上のアルコールで還元され、活性化された銅微粒子(P1)同士の焼結が促進される。この一方で、2価以上のアルコールを含む有機溶媒(S)は、好適に分解、蒸発(気化)が進行する。 By heat treatment or the like performed in the sintering step, the surface of the copper fine particles (P1) is reduced with alcohol having a divalent value or higher, and sintering of the activated copper fine particles (P1) is promoted. On the other hand, the organic solvent (S) containing a divalent or higher alcohol preferably decomposes and evaporates (vaporizes).

本発明においては、上記(1)塗布工程,(2)乾燥工程,(3)焼結工程を経て、金属多孔質体の接合層を有する接合構造体を製造することができる。 In the present invention, a bonded structure having a bonded layer of a porous metal body can be produced through the above (1) coating step, (2) drying step, and (3) sintering step.

なお、本発明では、上記(3)焼結工程の後に必要に応じて、大気雰囲気下または窒素などの不活性ガス雰囲気下で、且つ水素などの還元雰囲気下で、190〜400℃の温度で1〜30時間程度、アニール処理を施すことが好ましい。 In the present invention, after the above (3) sintering step, if necessary, at a temperature of 190 to 400 ° C. under an atmospheric atmosphere or an atmosphere of an inert gas such as nitrogen and a reducing atmosphere such as hydrogen. It is preferable to perform the annealing treatment for about 1 to 30 hours.

このようなアニール処理を施すことにより、上記(3)焼結工程で形成される接合層における、残留応力による歪みが適正に緩和され、接合層の接合強度と接合界面の接合状態の信頼性を一層高めることができる。 By performing such an annealing treatment, strain due to residual stress in the bonding layer formed in the above (3) sintering step is appropriately relaxed, and the bonding strength of the bonding layer and the reliability of the bonding state at the bonding interface are improved. It can be further enhanced.

本発明において上記(1)塗布工程,(2)乾燥工程,(3)焼結工程を経て製造される、接合構造体が有する接合層の厚み(L)は、5μm以上の範囲にあることが好ましい。 In the present invention, the thickness (L) of the bonding layer of the bonding structure produced through the above (1) coating step, (2) drying step, and (3) sintering step is in the range of 5 μm or more. preferable.

上記接合層の厚み(L)が、上記範囲未満(5μm未満)である場合には、接合層の厚みが薄過ぎることに起因し、被着体と他の被着体との間に接合層が部分的に形成されない不具合が生じ易く、接合層の接合強度を低下させてしまうおそれの他に、接合界面の接合状態の信頼性を低下させてしまうおそれがある。 When the thickness (L) of the bonding layer is less than the above range (less than 5 μm), the thickness of the bonding layer is too thin, and the bonding layer is between the adherend and another adherend. Is liable to occur in that the joint layer is not partially formed, which may reduce the joint strength of the joint layer and also reduce the reliability of the joint state of the joint interface.

以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これらの実施例のみに限定されるものではない。
本実施例及び比較例において行った試験方法は、以下のとおりである。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
The test methods performed in this example and the comparative example are as follows.

(1)金属微粒子(P1)の平均一次粒径
走査型電子顕微鏡(SEM)(日立ハイテクノロジー社製、製品名:SU8020)を用いて、加速電圧3kV、倍率20万倍の条件下で観察し、測定対象となる金属微粒子(P1)のSEM画像を取得した。取得したSEM画像の中から、任意に20個の金属微粒子(P1)を選定し、選定した金属微粒子(P1)の一次粒子の直径をそれぞれ測定し、各測定値の平均を算出して平均一次粒径を求めた。
(1) Average primary particle size of metal fine particles (P1) Using a scanning electron microscope (SEM) (manufactured by Hitachi High Technology, product name: SU8020), observation is performed under conditions of an acceleration voltage of 3 kV and a magnification of 200,000 times. , An SEM image of the metal fine particles (P1) to be measured was acquired. Twenty metal fine particles (P1) are arbitrarily selected from the acquired SEM images, the diameters of the primary particles of the selected metal fine particles (P1) are measured, the average of each measured value is calculated, and the average primary is calculated. The particle size was determined.

(2)接合部の評価試験
接合部の評価は引張試験により行った。
引張試験はJIS Z2241に従いおこなった。試験時の温度は23℃、標点距離は25mm、歪速度は5mm/分で行った。試験はn=5で行い、最大値、最小値の値を除きn=3の平均値とした。公称引張強さ(MPa)は引張試験時の最大荷重を銅ナノペーストの接合面積で割ることで最大公称応力とした。
(2) Evaluation test of the joint The evaluation of the joint was performed by a tensile test.
The tensile test was performed according to JIS Z2241. The temperature at the time of the test was 23 ° C., the gauge distance was 25 mm, and the strain rate was 5 mm / min. The test was carried out at n = 5, and the average value of n = 3 was used except for the maximum and minimum values. The nominal tensile strength (MPa) was defined as the maximum nominal stress by dividing the maximum load during the tensile test by the bonding area of the copper nanopaste.

(実施例1)
(金属微粒子(P)の分離・回収工程)
高分子分散剤(D)としてポリビニルピロリドン(PVP、数平均分子量;約3,500)10gを、蒸留水1979.3mlに添加して溶解させた水溶液に、金属微粒子(P1)の原料として水酸化第二銅(Cu(OH),粒度範囲:0.1〜100μm)29.268gを添加して撹拌し、水酸化第二銅水溶液を調製した。
(Example 1)
(Separation / recovery process of metal fine particles (P))
10 g of polyvinylpyrrolidone (PVP, number average molecular weight; about 3,500) as a polymer dispersant (D) was added to 99.3 ml of distilled water and dissolved in an aqueous solution, and hydroxide was used as a raw material for metal fine particles (P1). 29.268 g of cupric (Cu (OH) 2 , particle size range: 0.1 to 100 μm) was added and stirred to prepare an aqueous solution of cupric hydroxide.

上記のようにして調製された水酸化第二銅水溶液の液温を20℃に調整し、窒素ガス雰囲気中で攪拌しながら、水素化ホウ素ナトリウム(NaBH)150mmolと水酸化ナトリウム(NaOH)480mmolとを含む水溶液20.73mlを滴下し、45分間攪拌しながら還元反応を行い、混合溶液中に高分子分散剤(D)で被覆された金属微粒子(P1)が生成した。
なお、還元反応の終了は、反応系からの水素ガスの発生が終了した時点とした。
The liquid temperature of the cupric hydroxide aqueous solution prepared as described above was adjusted to 20 ° C., and 150 mmol of sodium borohydride (NaBH 4 ) and 480 mmol of sodium hydroxide (NaOH) were stirred in a nitrogen gas atmosphere. 20.73 ml of an aqueous solution containing and was added dropwise, and a reduction reaction was carried out with stirring for 45 minutes to generate metal fine particles (P1) coated with the polymer dispersant (D) in the mixed solution.
The reduction reaction was terminated when the generation of hydrogen gas from the reaction system was completed.

上記のようにして生成された、高分子分散剤(D)で被覆された金属微粒子(P1)の混合溶液に、凝集促進剤としてクロロホルム(CHCl)66mlを添加して数分間攪拌し、数分間静置して高分子分散剤(D)で被覆された金属微粒子(P1)を沈殿させた。 To the mixed solution of the metal fine particles (P1) coated with the polymer dispersant (D) produced as described above, 66 ml of chloroform (CHCl 3 ) was added as an aggregation accelerator, and the mixture was stirred for several minutes. The metal fine particles (P1) coated with the polymer dispersant (D) were precipitated by allowing to stand for a minute.

上記のようにして沈殿させた、高分子分散剤(D)で被覆された金属微粒子(P1)の固形分を含む混合溶液を遠心分離機に供給し、固液分離を行い、高分子分散剤(D)で被覆された金属微粒子(P1)を含む固形分を回収した。 A mixed solution containing the solid content of the metal fine particles (P1) coated with the polymer dispersant (D), which was precipitated as described above, was supplied to the centrifuge to perform solid-liquid separation, and the polymer dispersant was performed. The solid content containing the metal fine particles (P1) coated with (D) was recovered.

さらに、回収された高分子分散剤(D)で被覆された金属微粒子(P1)を含む固形分に、メタノールを添加して撹拌し、遠心分離機に供給し、固液分離を行い、高分子分散剤(D)で被覆された金属微粒子(P1)のメタノール洗浄を行った。 Further, methanol is added to the solid content containing the metal fine particles (P1) coated with the recovered polymer dispersant (D), stirred, supplied to a centrifuge, solid-liquid separated, and the polymer is subjected to solid-liquid separation. The metal fine particles (P1) coated with the dispersant (D) were washed with methanol.

上記のようにしてメタノール洗浄を数回繰り返し行い、高分子分散剤(D)で被覆された金属微粒子(P1)を分離、回収した。その後真空乾燥を7時間行い、乾燥状態の金属微粒子(P1)を得た。なお、真空乾燥時の真空度は大気圧を0kPaとして、−80kPa以下で行った。 Methanol washing was repeated several times as described above to separate and recover the metal fine particles (P1) coated with the polymer dispersant (D). Then, vacuum drying was carried out for 7 hours to obtain dried metal fine particles (P1). The degree of vacuum during vacuum drying was -80 kPa or less, assuming that the atmospheric pressure was 0 kPa.

ここで、上記分離・回収工程を経て得られた、高分子分散剤(D)で被覆された乾燥状態の金属微粒子(P1)の一部を採取し、高分子分散剤(D)で被覆された金属微粒子(P1)の一次粒径を測定し、平均一次粒径を算出したところ50nmであった。 Here, a part of the dried metal fine particles (P1) coated with the polymer dispersant (D) obtained through the above separation / recovery steps is collected and coated with the polymer dispersant (D). The primary particle size of the metal fine particles (P1) was measured, and the average primary particle size was calculated to be 50 nm.

(金属微粒子(P)の分散溶液を得る工程)
上記のようにして得られた金属微粒子(P1)60gと、二価以上のアルコールを含む有機溶媒(S)として三価アルコールであるグリセリン(グリセロール)(C(OH),沸点;290℃)40gと、第2族元素を含む化合物(X)として炭酸カルシウム45mg(金属微粒子(P1)の全量(g)に対してカルシウム濃度が300μg/g)とを、容器に入れ、遠心混錬機(シンキー社製、製品名:ARE−250)に投入して、2000rpm×3分間の条件を4回繰り返す混錬を行い、ペースト状の金属微粒子(P)の分散溶液を得た。
(Step of obtaining a dispersion solution of metal fine particles (P))
Glycerin (glycerol) (C 3 H 5 (OH) 3 , boiling point; which is a trivalent alcohol as an organic solvent (S) containing 60 g of metal fine particles (P1) obtained as described above and a divalent or higher alcohol. 40 g (290 ° C.) and 45 mg of calcium carbonate (calcium concentration is 300 μg / g with respect to the total amount (g) of the metal fine particles (P1)) as the compound (X) containing a Group 2 element are placed in a container and centrifuged. It was put into a smelter (manufactured by Shinky Co., Ltd., product name: ARE-250) and kneaded by repeating the conditions of 2000 rpm × 3 minutes four times to obtain a dispersion solution of paste-like metal fine particles (P).

(金属微粒子(P)の分散溶液の塗布工程)
引張試験片の準備
材料はバイメタル・ジャパン社製301 SS/3003 Al(0.4mm厚SUSと0.4mm厚アルミを貼り合わせたもの 以下アルミ部材)のAl側を削ってAl層の厚さを0.1mm厚に削ったものを素材として用いた。その素材を下記のようにJIS Z2201で規定する13B号試験片を約半分に切った部材を用意した。また、同様の形状で厚さ0.4mmの無酸素銅で作成した物(以下銅部材)も用意した。
上記金属微粒子(P)の分散溶液を得る工程で得られた、ペースト状の金属微粒子(P)の分散溶液を、上記アルミ部材の指定された領域に、ステンレス製のメタルマスク(8mm角の角開口部を有する200mm角のメタルマスク,100μm厚)を載せ、スキージ法による塗布を行った。
(Applying step of dispersion solution of metal fine particles (P))
Preparation of tensile test piece The material is 301 SS / 3003 Al manufactured by Bimetal Japan Co., Ltd. (0.4 mm thick SUS and 0.4 mm thick aluminum bonded together, hereinafter aluminum member) is scraped to reduce the thickness of the Al layer. A material cut to a thickness of 0.1 mm was used as a material. As the material, a member obtained by cutting the No. 13B test piece specified in JIS Z2201 in about half was prepared as shown below. In addition, a product (hereinafter referred to as a copper member) having the same shape and made of oxygen-free copper having a thickness of 0.4 mm was also prepared.
A paste-like dispersion solution of the metal fine particles (P) obtained in the step of obtaining the dispersion solution of the metal fine particles (P) is applied to a designated area of the aluminum member with a stainless metal mask (8 mm square). A 200 mm square metal mask having an opening (100 μm thickness) was placed and applied by the squeegee method.

(乾燥工程)
上記アルミ部材の塗布面を上にしてホットプレートに置き、大気雰囲気下、110℃の乾燥温度で30〜60分間程度保持し、上記金属微粒子(P)の分散溶液中の金属微粒子(P)の含有量が、上記金属微粒子(P)の分散溶液の全量100重量%に対して90重量%程度となるまで調整し予備乾燥させた。
(Drying process)
The metal fine particles (P) in the dispersion solution of the metal fine particles (P) are placed on a hot plate with the coated surface of the aluminum member facing up and held at a drying temperature of 110 ° C. for about 30 to 60 minutes in an air atmosphere. The content was adjusted to about 90% by weight with respect to 100% by weight of the total amount of the dispersion solution of the metal fine particles (P), and pre-dried.

(焼結工程)
その後、上記アルミ部材の塗布面の上に、上記アルミ部材、銅部材(寸法は銅ナノペーストを印刷した物と同じもの)10mm重ね合わせて配置させる。
(Sintering process)
After that, the aluminum member and the copper member (dimensions are the same as those printed with copper nanopaste) are superposed on the coated surface of the aluminum member by 10 mm.

次いで、(A)アルミ部材とアルミ部材、および(B)アルミ部材と銅部材を、熱プレス機(株式会社井元製作所社製、製品名:IMC−1A1C型)にそれぞれセットし、窒素ガス雰囲気下で、10MPaの加圧下、10℃/分の速度で昇温させ400℃の温度で20分間、加圧加熱処理による焼結を行った。 Next, (A) aluminum member and aluminum member, and (B) aluminum member and copper member are set in a heat press machine (manufactured by Imoto Seisakusho Co., Ltd., product name: IMC-1A1C type), respectively, under a nitrogen gas atmosphere. Then, the temperature was raised at a rate of 10 ° C./min under a pressure of 10 MPa, and sintering was performed by pressure heat treatment at a temperature of 400 ° C. for 20 minutes.

その後、室温まで炉冷し、焼結体を介してアルミ部材とアルミ部材とが接合した接合構造体(A)、および焼結体を介してアルミ部材と銅部材とが接合した接合構造体(B)をそれぞれ作製した。 After that, the furnace is cooled to room temperature, and the joint structure (A) in which the aluminum member and the aluminum member are joined via the sintered body and the joint structure (A) in which the aluminum member and the copper member are joined via the sintered body ( B) were prepared respectively.

ここで、それぞれ作製した、アルミ部材とアルミ部材との接合構造体(A)、およびアルミ部材と銅部材との接合構造体(B)に対して引張試験を行った。引張試験はJIS Z2241に従いおこなった。試験時の温度は23℃、標点距離は25mm、歪速度は5mm/分で行った。試験はn=5で行い、最大値、最小値の値を除きn=3の平均値とした。公称引張強さ(MPa)は引張試験時の最大荷重を64mmで割ることで最大公称応力とした。試験結果を表1に示す。 Here, a tensile test was performed on the joint structure (A) between the aluminum member and the aluminum member and the joint structure (B) between the aluminum member and the copper member, which were produced respectively. The tensile test was performed according to JIS Z2241. The temperature at the time of the test was 23 ° C., the gauge distance was 25 mm, and the strain rate was 5 mm / min. The test was carried out at n = 5, and the average value of n = 3 was used except for the maximum and minimum values. The nominal tensile strength (MPa) was defined as the maximum nominal stress by dividing the maximum load during the tensile test by 64 mm 2. The test results are shown in Table 1.

(実施例2)
実施例1の金属微粒子(P)の分散溶液を得る工程において、第2族元素を含む化合物(X)の添加量を金属微粒子(P1)の全量(g)に対してカルシウム濃度が500μg/gに変更したこと以外は、実施例1と同様である。
(Example 2)
In the step of obtaining the dispersion solution of the metal fine particles (P) of Example 1, the amount of the compound (X) containing the Group 2 element added was 500 μg / g with respect to the total amount (g) of the metal fine particles (P1). It is the same as that of Example 1 except that it is changed to.

(実施例3)
実施例1の金属微粒子(P)の分散溶液を得る工程において、第2族元素を含む化合物(X)の添加量を金属微粒子(P1)の全量(g)に対してカルシウム濃度が1000μg/gに変更したこと以外は、実施例1と同様である。
(Example 3)
In the step of obtaining the dispersion solution of the metal fine particles (P) of Example 1, the amount of the compound (X) containing the Group 2 element added was 1000 μg / g with respect to the total amount (g) of the metal fine particles (P1). It is the same as that of Example 1 except that it is changed to.

(実施例4)
実施例1の金属微粒子(P)の分散溶液を得る工程において、第2族元素を含む化合物(X)の添加量を金属微粒子(P1)の全量(g)に対してカルシウム濃度が10000μg/gに変更したこと以外は、実施例1と同様である。
(Example 4)
In the step of obtaining the dispersion solution of the metal fine particles (P) of Example 1, the amount of the compound (X) containing the Group 2 element added was 10000 μg / g with respect to the total amount (g) of the metal fine particles (P1). It is the same as that of Example 1 except that it is changed to.

(実施例5)
実施例1の金属微粒子(P)の分散溶液を得る工程において、第2族元素を含む化合物(X)の添加量を金属微粒子(P1)の全量(g)に対してカルシウム濃度が20000μg/gに変更したこと以外は、実施例1と同様である。
(Example 5)
In the step of obtaining the dispersion solution of the metal fine particles (P) of Example 1, the amount of the compound (X) containing the Group 2 element added was 20000 μg / g with respect to the total amount (g) of the metal fine particles (P1). It is the same as that of Example 1 except that it is changed to.

(実施例6)
実施例1の金属微粒子(P)の分散溶液を得る工程において、第2族元素を含む化合物(X)の添加量を金属微粒子(P1)の全量(g)に対してカルシウム濃度が50000μg/gに変更したこと以外は、実施例1と同様である。
(Example 6)
In the step of obtaining the dispersion solution of the metal fine particles (P) of Example 1, the amount of the compound (X) containing the Group 2 element added was 50,000 μg / g with respect to the total amount (g) of the metal fine particles (P1). It is the same as that of Example 1 except that it is changed to.

(実施例7)
実施例1の金属微粒子(P)の分散溶液を得る工程において、第2族元素を含む化合物(X)の添加量を金属微粒子(P1)の全量(g)に対してカルシウム濃度が80000μg/gに変更したこと以外は、実施例1と同様である。
(Example 7)
In the step of obtaining the dispersion solution of the metal fine particles (P) of Example 1, the amount of the compound (X) containing the Group 2 element added was 80,000 μg / g with respect to the total amount (g) of the metal fine particles (P1). It is the same as that of Example 1 except that it is changed to.

(実施例8)
実施例1の金属微粒子(P)の分散溶液を得る工程において、第2族元素を含む化合物(X)の種類を炭酸ベリリウムに変更し、第2族元素を含む化合物(X)の添加量を金属微粒子(P1)の全量(g)に対してベリリウム濃度が500μg/gに変更したこと以外は、実施例1と同様である。
(Example 8)
In the step of obtaining the dispersion solution of the metal fine particles (P) of Example 1, the type of the compound (X) containing the Group 2 element was changed to beryllium carbonate, and the amount of the compound (X) containing the Group 2 element added was changed. The same as in Example 1 except that the beryllium concentration was changed to 500 μg / g with respect to the total amount (g) of the metal fine particles (P1).

(実施例9)
実施例1の金属微粒子(P)の分散溶液を得る工程において、第2族元素を含む化合物(X)の種類を炭酸マグネシウムに変更し、第2族元素を含む化合物(X)の添加量を金属微粒子(P1)の全量(g)に対してマグネシウム濃度が500μg/gに変更したこと以外は、実施例1と同様である。
(Example 9)
In the step of obtaining the dispersion solution of the metal fine particles (P) of Example 1, the type of the compound (X) containing the Group 2 element was changed to magnesium carbonate, and the amount of the compound (X) containing the Group 2 element added was changed. The same as in Example 1 except that the magnesium concentration was changed to 500 μg / g with respect to the total amount (g) of the metal fine particles (P1).

(実施例10)
実施例1の金属微粒子(P)の分散溶液を得る工程において、第2族元素を含む化合物(X)の種類を炭酸ストロンチウムに変更し、第2族元素を含む化合物(X)の添加量を金属微粒子(P1)の全量(g)に対してストロンチウム濃度が500μg/gに変更したこと以外は、実施例1と同様である。
(Example 10)
In the step of obtaining the dispersion solution of the metal fine particles (P) of Example 1, the type of the compound (X) containing the Group 2 element was changed to strontium carbonate, and the amount of the compound (X) containing the Group 2 element added was changed. The same as in Example 1 except that the strontium concentration was changed to 500 μg / g with respect to the total amount (g) of the metal fine particles (P1).

(実施例11)
実施例1の金属微粒子(P)の分散溶液を得る工程において、第2族元素を含む化合物(X)の種類を炭酸バリウムに変更し、第2族元素を含む化合物(X)の添加量を金属微粒子(P1)の全量(g)に対してバリウム濃度が500μg/gに変更したこと以外は、実施例1と同様である。
(Example 11)
In the step of obtaining the dispersion solution of the metal fine particles (P) of Example 1, the type of the compound (X) containing the Group 2 element was changed to barium carbonate, and the amount of the compound (X) containing the Group 2 element added was changed. The same as in Example 1 except that the barium concentration was changed to 500 μg / g with respect to the total amount (g) of the metal fine particles (P1).

(実施例12)
実施例1の金属微粒子(P)の分散溶液を得る工程において、第2族元素を含む化合物(X)の種類を水酸化カルシウムに変更し、第2族元素を含む化合物(X)の添加量を金属微粒子(P1)の全量(g)に対してカルシウム濃度が500μg/gに変更したこと以外は、実施例1と同様である。
(Example 12)
In the step of obtaining the dispersion solution of the metal fine particles (P) of Example 1, the type of the compound (X) containing the Group 2 element was changed to calcium hydroxide, and the amount of the compound (X) containing the Group 2 element added. The same as in Example 1 except that the calcium concentration was changed to 500 μg / g with respect to the total amount (g) of the metal fine particles (P1).

(実施例13)
実施例1の金属微粒子(P)の分散溶液を得る工程において、第2族元素を含む化合物(X)の種類をケイ酸カルシウムに変更し、第2族元素を含む化合物(X)の添加量を金属微粒子(P1)の全量(g)に対してカルシウム濃度が500μg/gに変更したこと以外は、実施例1と同様である。
(Example 13)
In the step of obtaining the dispersion solution of the metal fine particles (P) of Example 1, the type of the compound (X) containing the Group 2 element was changed to calcium silicate, and the amount of the compound (X) containing the Group 2 element added. The same as in Example 1 except that the calcium concentration was changed to 500 μg / g with respect to the total amount (g) of the metal fine particles (P1).

(実施例14)
実施例1の金属微粒子(P)の分散溶液を得る工程において、第2族元素を含む化合物(X)の種類をシュウ酸カルシウムに変更し、第2族元素を含む化合物(X)の添加量を金属微粒子(P1)の全量(g)に対してカルシウム濃度が500μg/gに変更したこと以外は、実施例1と同様である。
(Example 14)
In the step of obtaining the dispersion solution of the metal fine particles (P) of Example 1, the type of the compound (X) containing the Group 2 element was changed to calcium oxalate, and the amount of the compound (X) containing the Group 2 element added. The same as in Example 1 except that the calcium concentration was changed to 500 μg / g with respect to the total amount (g) of the metal fine particles (P1).

(比較例1)
実施例1の金属微粒子(P)の分散溶液を得る工程において、第2族元素を含む化合物(X)を添加しなかったこと以外は、実施例1と同様である。
(Comparative Example 1)
It is the same as that of Example 1 except that the compound (X) containing the Group 2 element was not added in the step of obtaining the dispersion solution of the metal fine particles (P) of Example 1.

(比較例2)
実施例1の金属微粒子(P)の分散溶液を得る工程において、第2族元素を含む化合物(X)の添加量を金属微粒子(P1)の全量(g)に対してカルシウム濃度が200μg/gに変更したこと以外は、実施例1と同様である。
(Comparative Example 2)
In the step of obtaining the dispersion solution of the metal fine particles (P) of Example 1, the amount of the compound (X) containing the Group 2 element added was 200 μg / g with respect to the total amount (g) of the metal fine particles (P1). It is the same as that of Example 1 except that it is changed to.

(比較例3)
実施例1の金属微粒子(P)の分散溶液を得る工程において、第2族元素を含む化合物(X)の添加量を金属微粒子(P1)の全量(g)に対してカルシウム濃度が100000μg/gに変更したこと以外は、実施例1と同様である。
(Comparative Example 3)
In the step of obtaining the dispersion solution of the metal fine particles (P) of Example 1, the amount of the compound (X) containing the Group 2 element added was 100,000 μg / g with respect to the total amount (g) of the metal fine particles (P1). It is the same as that of Example 1 except that it is changed to.

(結果)
表1には、各実施例および各比較例において作製された(A)アルミ部材とアルミ部材との接合構造体A、および(B)銅基板とアルミ部材との接合構造体Bに対する、各接合部の評価試験の結果を示した。
(result)
Table 1 shows the joints of (A) the joint structure A of the aluminum member and the aluminum member, and (B) the joint structure B of the copper substrate and the aluminum member produced in each Example and each comparative example. The results of the evaluation test of the department are shown.

Figure 0006928507
Figure 0006928507

(結果のまとめ)
表1に記載されている評価結果から、以下のことが分かる。
(Summary of results)
From the evaluation results shown in Table 1, the following can be seen.

比較例1の金属微粒子(P)の分散溶液を得る工程では、第2族元素を含む化合物(X)を添加しなかったことに起因し、アルミ部材とアルミ部材とを接合することができず、また、アルミ部材と銅部材とを接合することもできなかった。 In the step of obtaining the dispersion solution of the metal fine particles (P) of Comparative Example 1, the aluminum member and the aluminum member could not be joined due to the fact that the compound (X) containing the Group 2 element was not added. Also, it was not possible to join the aluminum member and the copper member.

比較例2の金属微粒子(P)の分散溶液を得る工程では、第2族元素を含む化合物(X)に含まれるカルシウムの添加量が所定の範囲未満(300μg/g未満)であることに起因し、(A)アルミ部材とアルミ部材との接合構造体A、および(B)アルミ部材と銅部材との接合構造体Bの各接合部において、所望の接合強度は得られなかった。 In the step of obtaining the dispersion solution of the metal fine particles (P) of Comparative Example 2, the amount of calcium added to the compound (X) containing the Group 2 element is less than a predetermined range (less than 300 μg / g). However, the desired bonding strength could not be obtained at each of the joints of (A) the joint structure A between the aluminum member and the aluminum member and (B) the joint structure B between the aluminum member and the copper member.

比較例3の金属微粒子(P)の分散溶液を得る工程では、第2族元素を含む化合物(X)に含まれるカルシウムの添加量が所定の範囲を超える(80000μg/gを超える)ことに起因し、(A)アルミ部材とアルミ部材との接合構造体A、および(B)アルミ部材と銅部材との接合構造体Bの各接合部において、所望の接合強度は得られなかった。 In the step of obtaining the dispersion solution of the metal fine particles (P) of Comparative Example 3, the amount of calcium added to the compound (X) containing the Group 2 element exceeds a predetermined range (more than 80,000 μg / g). However, the desired bonding strength could not be obtained at each of the joints of (A) the joint structure A between the aluminum member and the aluminum member and (B) the joint structure B between the aluminum member and the copper member.

これに対して、実施例1〜14の金属微粒子(P)の分散溶液を得る工程では、第2族元素を含む化合物(X)に含まれる第2族元素の添加量が所定の範囲(300〜80000μg/g)であったことに起因し、(A)アルミ部材とアルミ部材との接合構造体A、および(B)アルミ部材と銅部材との接合構造体Bの各接合部において、所望の接合強度が得られた。 On the other hand, in the step of obtaining the dispersed solution of the metal fine particles (P) of Examples 1 to 14, the amount of the Group 2 element added to the compound (X) containing the Group 2 element is within a predetermined range (300). ~ 80,000 μg / g), which is desired in each of the joints of (A) the joint structure A between the aluminum member and the aluminum member and (B) the joint structure B between the aluminum member and the copper member. Bond strength was obtained.

Claims (6)

アルミ材とアルミ材または銅材とを接合するために用いる金属接合用材料であって、
平均一次粒径が2〜500nmの範囲にある金属微粒子(P1)を含む金属微粒子(P)と、
二価以上のアルコールを含む有機溶媒(S)と、
第2族元素を含む化合物(X)と
を含有し、
前記金属微粒子(P)と前記有機溶媒(S)との重量比(P/S)が、10/90〜70/30の範囲にあり、
前記二価以上のアルコールの含有量が、有機溶媒(S)の全量100重量%に対して20〜100重量%であり、
前記第2族元素を含む化合物(X)の含有量が、前記金属微粒子(P1)の全量(g)に対して前記第2族元素の濃度として300〜80000μg/gである、金属接合用材料。
A metal joining material used to join an aluminum material to an aluminum material or a copper material.
Metal fine particles (P) containing metal fine particles (P1) having an average primary particle size in the range of 2 to 500 nm, and
An organic solvent (S) containing a divalent or higher alcohol and
Contains compound (X) containing Group 2 elements,
The weight ratio (P / S) of the metal fine particles (P) to the organic solvent (S) is in the range of 10/90 to 70/30.
The content of the divalent or higher alcohol is 20 to 100% by weight with respect to 100% by weight of the total amount of the organic solvent (S).
The content of the compound containing the Group 2 element (X) is the a 300~80000μg / g as the concentration of the second group element based on the total amount (g) of the fine metal particles (P1), a metal interconnect material ..
前記第2族元素を含む化合物(X)が、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、およびバリウムのうちの少なくとも1種の第2族元素を含む、炭酸塩化合物、水酸化物塩化合物、ケイ酸塩化合物、および有機酸塩化合物の中から選択される少なくとも1種であることを特徴とする、請求項1に記載の金属接合用材料。 A carbonate compound, a hydroxide salt compound, or a silicate, wherein the compound (X) containing a Group 2 element contains at least one Group 2 element among beryllium, magnesium, calcium, strontium, and barium. The material for metal bonding according to claim 1, wherein the material is at least one selected from a compound and an organic acid salt compound. 前記第2族元素を含む化合物(X)が、カルシウムを含む炭酸塩化合物であることを特徴とする、請求項2に記載の金属接合用材料。 The metal bonding material according to claim 2, wherein the compound (X) containing a Group 2 element is a carbonate compound containing calcium. 前記二価以上のアルコールが、
グリセリン、1,1,1−トリス(ヒドロキシメチル)エタン、1,2,4−ブタントリオール、1,2,3−ヘキサントリオール、1,2,6−ヘキサントリオール、および2−エチル−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオールの中から選択される少なくとも1種の三価アルコール;ポリグリセリン、トレイトール、エリトリト−ル、ペンタエリスリト−ル、ペンチト−ル、1−プロパノール、2−プロパノール、2−ブタノール、2−メチル2−プロパノール、キシリトール、リビトール、アラビトール、ヘキシト−ル、マンニトール、ソルビトール、ズルシトール、グリセリンアルデヒド、ジオキシアセトン、トレオース、エリトルロース、エリトロース、アラビノース、リボース、リブロース、キシロース、キシルロース、リキソース、グルコ−ス、フルクト−ス、マンノース、イドース、ソルボース、グロース、タロース、タガトース、ガラクトース、アロース、アルトロース、ラクト−ス、イソマルト−ス、グルコヘプト−ス、ヘプト−ス、マルトトリオース、ラクツロース、およびトレハロースの中から選択される少なくとも1種の多価アルコール;の中から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の金属接合用材料。
The divalent or higher alcohol
Glycerin, 1,1,1-tris (hydroxymethyl) ethane, 1,2,4-butanetriol, 1,2,3-hexanetriol, 1,2,6-hexanetriol, and 2-ethyl-2-hydroxy At least one trihydric alcohol selected from methyl-1,3-propanediol; polyglycerin, treitol, erythritol, pentaerythritol, pentitol, 1-propanol, 2-propanol, 2-butanol, 2-methyl2-propanol, xylitol, ribitol, arabitol, hexitol, mannitol, sorbitol, zulcitol, glycerin aldehyde, dioxyacetone, triol, elittlerose, erythrose, arabinose, ribose, ribulose, xylose, xylose, Lixose, glucose, fructose, mannose, idose, sorbitol, growth, tarose, tagatous, galactose, allose, altrose, lactose, isomaltoth, glucoheptose, heptose, maltotriols, lacturose. , And at least one polyhydric alcohol selected from trehalose; the metal bonding material according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is at least one selected from. ..
前記二価以上のアルコールが、
前記三価アルコールの中でもグリセリン;多価アルコールの中でもポリグリセリンから選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項4に記載の金属接合用材料。
The divalent or higher alcohol
The metal bonding material according to claim 4, wherein the trihydric alcohol is glycerin; and the polyhydric alcohol is at least one selected from polyglycerin.
前記金属微粒子(P1)の原料となる金属が、銅であることを特徴とする、請求項1から5のいずれか1項に記載の金属接合用材料。 The metal joining material according to any one of claims 1 to 5, wherein the metal used as a raw material for the metal fine particles (P1) is copper.
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