JP7527298B2 - 低温焼結性接合用ペースト及び接合構造体 - Google Patents

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Description

本開示は、半導体素子や放熱基板を接合する際に使用する低温焼結性接合用ペースト、該低温焼結性接合用ペースト製造用材料とその製造方法、及び接合構造体（接合体）に関する。本願は、２０１９年８月３１日に日本に出願した特願２０１９－１５９１６６号及び、２０１９年９月１０日に日本に出願した特願２０１９－１６４３８８号の優先権を主張し、その内容をここに援用する。
銅基板などの金属基板上に半導体素子などの電子部品を搭載した半導体装置では、電子部品が半田により固定されている。近年では、人体や環境への負荷を考慮して、従来の鉛を含む半田から鉛フリー半田への移行が進んでいる。また、最近では、半導体チップとして、広く使用されていたＳｉチップよりも低損失で優れた特性を有するＳｉＣチップを使用することが検討されている。しかし、ＳｉＣチップを基板上に搭載した半導体装置では、動作温度が２００℃を超える場合もある。そのため、ＳｉＣチップを基板上に固定する半田として、融点が高い半田を使用する必要があるが、融点が高い半田では鉛フリー化が難しい。
近年、ＳｉＣチップなどの高温で動作する半導体素子をダイボンド（ダイアタッチ）する際、銀や銅のナノサイズの粒子やマイクロサイズの粒子を含む金属ペーストを接合材として用い、被接合物間に前記接合材を介在させて所定時間加熱し、接合材中の銀等の金属を焼結させて、金属接合層により被接合物同士を接合する焼結接合が検討されている（例えば、特許文献１参照）。この金属接合技術は、パワー半導体素子、ＬＥＤ素子などの電子素子への様々な応用が期待されている。
しかし、銀等の金属はダイアタッチ材料としては硬すぎ、またＳｉやＳｉＣなどの半導体素子と銀等の金属層との間の熱膨張率差が非常に大きいため、２００℃を超える熱疲労試験において、焼結部にクラックが進展したり、前記半導体素子やＤＢＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｏｎｄｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ）などの絶縁基板が割れるなど信頼性において十分ではない。また、接合材料を金属単体とすると、接合強度や耐熱性の改善は焼結の緻密さを制御する以外に方法はなく、接合体の機械的特性を本質的に変えることはできない。
特開２０１１－８０１４７号公報
従って、本開示の目的は、焼結接合に用いた場合、低温で焼結が可能であり、焼結部にクラックが進展したり、被接合物であるＳｉやＳｉＣなどの半導体素子やＤＢＣなどの基板が割れるなどの不具合が生じにくく、信頼性の高い接合構造体を得ることのできる低温焼結性接合用ペーストを提供することにある。
また、本開示の他の目的は、上記のような優れた低温焼結性接合用ペーストをするための低温焼結性接合用ペースト製造用材料と、その製造方法を提供することにある。
さらに、本開示の別の目的は、焼結部にクラックが進展したり、被接合物であるＳｉやＳｉＣなどの半導体素子やＤＢＣなどの基板が割れるなどの不具合が生じない接合構造体を提供することにある。
本開示の発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、銀粉末と、銀で被覆された銀以外の元素粒子含む低温焼結性接合用ペースト含む低温焼結性接合用ペーストを焼結接合に用いると、焼結部にクラックが進展したり、被接合物であるＳｉやＳｉＣなどの半導体素子やＤＢＣなどの基板が割れるなどの不具合が生じにくいことを見出した。本開示はこれらの知見に基づいて完成させたものである。
すなわち、本開示は、銀粉末（Ａ）と、銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）を含む低温焼結性接合用ペーストを提供する。
銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）における銀以外の元素としては、例えば、ケイ素、ゲルマニウムなどの、銀と金属間化合物を形成しない元素であることが好ましい。
銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）において、（Ｂ）粒子表面に占める銀被覆層の割合は、例えば５０～１００％である。
銀粉末（Ａ）と銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）との割合（前者／後者；重量比）は、例えば５／９５～９５／５である。
低温焼結性接合用ペースト全量に対する銀粉末（Ａ）及び銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）の合計量の割合は、例えば３０～９５重量％である。
銀粉末（Ａ）の平均粒径（メジアン径）は、例えば０．１μｍ～２０μｍである。
銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）の平均粒径（メジアン径）は、例えば１０μｍ～１００μｍである。
本開示は、また、銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）を含む低温焼結性接合用ペースト製造用材料を提供する。
前記低温焼結性接合用ペースト製造用材料において、銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）における銀以外の元素としては、例えば、ケイ素、ゲルマニウムなどの、銀と金属間化合物を形成しない元素であることが好ましい。
前記低温焼結性接合用ペースト製造用材料の銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）において、（Ｂ）粒子表面に占める銀被覆層の割合は、例えば５０～１００％である。
前記低温焼結性接合用ペースト製造用材料において、銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）の平均粒径（メジアン径）は、例えば、１０μｍ～１００μｍである。
前記低温焼結性接合用ペースト製造用材料において、低温焼結性接合用ペースト製造用材料全量に対する銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）の量の割合は、例えば５０～９５重量％である。
本開示は、さらに、前記の低温焼結性接合用ペースト製造用材料の製造方法であって、銀粉末と銀以外の元素粒子を三次元ボールミルの三次元運動に付して混合、粉砕し、銀以外の元素粒子の表面に銀被複層を形成する工程を含む低温焼結性接合用ペースト製造用材料の製造方法を提供する。
本開示は、さらにまた、被接合物が、前記の低温焼結性接合用ペーストの焼結体を含む銀接合層を介して、基板に接合されている接合構造体を提供する。
前記接合構造体において、前記被接合物の銀接合層との接合面は銀メッキされていることが好ましい。
前記接合構造体において、前記被接合物はＳｉＣチップであることが好ましい。
前記接合構造体において、前記基板は銅基板であることが好ましい。
本開示の接合性導体ペーストは、銀粉末（Ａ）と、銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）を含むので、焼結接合に用いた場合、焼結部にクラックが進展したり、被接合物であるＳｉやＳｉＣなどの半導体素子やＤＢＣなどの基板が割れるなどの不具合が生じにくく、信頼性の高い接合構造体を得ることができる。
また、従来の銀や銅の単体をもちいて焼結する技術では、接合部の機械的特性を本質的に変えることができず、そのため、半導体素子の厚みや大きさを変えたり、耐久性の高いセラミックス基板を使用するなど、他の部材の仕様を変更せざるを得なかったが、本開示によれば、Ａｇ－Ｓｉ合金やＡｇ－Ｇｅ合金等のＡｇ含有合金の焼結接合部が形成されるため、接合部の機械的特性自体（強度や熱膨張率）を変化させることができる。したがって、接合部の耐熱疲労性を本質的に改善でき、他の部材の仕様を変更することなく、熱応力の緩和やクラックの進展を抑制できる。
実施例で用いた銀フレーク粉のＳＥＭ画像である。 実施例で用いたＳｉ粒子のＳＥＭ画像である。 銅基板上にＳｉ－Ａｇペーストを印刷し（右側の四角形状のもの）、Ｓｉダイをそのペーストの上に搭載した（左側の四角形状のもの）テストピースの写真である。 三次元ボールミルによって製造されたＳｉ－６０体積％Ａｇ粒子のＳＥＭ画像である。 三次元ボールミルによって製造されたＳｉ－４０体積％Ａｇ粒子のＳＥＭ画像である。 三次元ボールミルによって製造されたＳｉ－２０体積％Ａｇ粒子のＳＥＭ画像である。 Ｓｉ－６０体積％Ａｇ粒子と銀フレーク粉からなるペーストの焼結接合部の断面ＳＥＭ画像である。 Ｓｉ－６０体積％Ａｇ粒子と銀フレーク粉からなるペーストを焼結した際のＳｉ粒子と銀フレーク粉との界面の断面ＳＥＭ画像である。 本開示の接合構造体の実施形態の一例を概略的に示す断面図である。
［低温焼結性接合用ペースト］
本開示の一実施態様における低温焼結性接合用ペーストは、銀粉末（Ａ）と、銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）を含むものである。
（銀粉末（Ａ））
銀粉末（Ａ）の平均粒径（メジアン径；Ｄ５０）は、本開示の好ましい一態様では、０．１μｍ～２０μｍであり、別の好ましい一態様では、０．２μｍ～９μｍであり、さらに別の一態様では、０．３μｍ～８μｍである。尚、銀粉末（Ａ）の平均粒径（メジアン径）は、レーザー回折・散乱法により測定することができる。
また、銀粉末（Ａ）の比表面積は、本開示の好ましい一態様では、０．５～４．０ｍ２／ｇであり、別の好ましい一態様では、０．６～３．０ｍ２／ｇ、さらに別の一態様では、０．７～２．５ｍ２／ｇ、さらに別の一態様では、０．８～２．０ｍ２／ｇである。なお、銀粉末（Ａ）の比表面積は、ＢＥＴ法により測定することができる。
銀粉末（Ａ）の形状としては、例えば、球状、フレーク状（扁平な形状）、多面体状等が挙げられ、形状の異なる銀粉末を組み合わせて使用してもよく、同じ形状の銀粉末のみを使用してもよい。銀粉末（Ａ）の形状としては、フレーク状が好ましい。フレーク状の銀粉末を用いると、粉末内にフレーク形成時の結晶粒界が多く含まれており、加熱時に結晶の粗大化が促進され、焼結が促進されるという効果を奏する。
銀粉末（Ａ）の形状としてフレーク状のものを使用する場合、その平均直径は、本開示の好ましい一態様では、０．５μｍ～１０μｍであり、別の好ましい一態様では、２μｍ～８μｍであり、さらに別の好ましい一態様では、３μｍ～７μｍである。また、フレーク状のものを用いる場合、その平均厚みは、本開示の好ましい一態様では、３０ｎｍ～２μｍであり、別の好ましい一態様では、８０ｎｍ～１μｍであり、さらに別の好ましい一態様では、１００ｎｍ～７００ｎｍである。
銀粉末（Ａ）としては、市販品を使用してもよく、例えば、商品名「ＡｇＣ－２３９」（福田金属箔粉工業（株）製）などを使用することができる。
（銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ））
銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）における銀以外の元素としては、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）などが挙げられる。これらの中でも、銀（Ａｇ）と金属間化合物を形成せず、線膨張率が１０ｐｐｍ／℃未満と小さい点で、ケイ素（Ｓｉ）またはゲルマニウム（Ｇｅ）が好ましい。
銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）の平均粒径（メジアン径；Ｄ５０）は、本開示の好ましい一態様では、５μｍ～１００μｍであり、別の好ましい一態様では、１０μｍ～８０μｍである。
銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）は、銀以外の元素粒子の表面を銀で被覆することにより製造できる。銀以外の元素粒子の形状としては、例えば、球状、フレーク状（扁平な形状）、多面体状等が挙げられ、形状の異なるものを組み合わせて使用してもよく、同じ形状のもののみを使用してもよい。銀以外の元素粒子の形状としては、接合部形成時のペースト塗布プロセスで本粒子の均一分散性を維持するという点で、球状や多面体状が好ましい。
銀以外の元素粒子の表面を銀で被覆する方法としては、特に限定されないが、例えば、銀粉末と銀以外の元素粒子を三次元ボールミルの三次元運動（特に、高速三次元運動）に付して混合、粉砕し、銀以外の元素粒子の表面に銀被複層を形成する方法が好ましい。この方法によれば、室温で、表面処理などせずに、銀以外の元素粒子に銀被覆層を形成することができる。
銀以外の元素粒子とともに三次元ボールミルの三次元運動に付す際に用いる銀粉末（以下、「銀粉末（Ｃ）」と称する場合がある）としては、前記銀粉末（Ａ）の項で例示した銀粉末を使用することができる。銀粉末（Ｃ）としては、銀粉末（Ａ）として用いる銀粉末と同一のものを用いてもよく異なるものを用いてもよい。なお、銀粉末（Ｃ）の一部に前記銀以外の元素粒子よりも小さい粉末が含まれていると、効率的に被覆することができる。
銀以外の元素粒子の表面を銀で被覆する方法としては、上記の三次元ボールミルを用いる方法のほか、例えば、銀電解メッキや銀無電解メッキなどの湿式方法、銀と銀以外の元素粒子（好ましくは、銀と金属間化合物を形成しない元素粒子）を溶融法で合金化後、機械的に粉砕したり、溶融状態から噴霧する方法などが挙げられる。
銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）において、（Ｂ）粒子表面に占める銀被覆層の割合は、本開示の好ましい一態様では、５０～１００％であり、別の好ましい一態様では、７０～１００％であり、さらに別の好ましい一態様では、９０～１００％であり、さらに別の好ましい一態様では、９５～１００％である。（Ｂ）粒子表面に占める銀被覆層の割合Ｒ（％）は、ＳＥＭ観察で３０００倍で撮影した粒子画像により銀以外の元素粒子の表面が被覆されていない面積Ｓ１を算出し、下記式により求めることができる。なお、銀以外の元素粒子の表面積をＳとする。
Ｒ（％）＝｛（Ｓ－Ｓ１）／Ｓ｝×１００
低温焼結性接合用ペーストにおいて、銀粉末（Ａ）と、銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）との割合（前者／後者；重量比）は、本開示の好ましい一態様では、５／９５～９５／５であり、別の好ましい一態様では、１０／９０～９０／１０であり、さらに別の一態様では、２０／８０～７０／３０であり、さらに別の一態様では、２５／７５～６０／４０である。
前記低温焼結性接合用ペーストにおいて、低温焼結性接合用ペースト全量に対する銀粉末（Ａ）及び銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）の合計量の割合は、本開示の好ましい一態様では、３０～９５重量％であり、別の好ましい一態様では、５０～９０重量％であり、さらに別の一態様では、６０～８０重量％である。
前記低温焼結性接合用ペーストにおいては、銀粉末（Ａ）及び銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）以外の導電性粒子（以後、「他の導電性粒子」と称する場合がある）を含有していてもよい。他の導電性粒子の含有量は前記低温焼結性接合用ペーストに含まれる導電性粒子全量の例えば２５重量％以下、好ましくは２０重量％以下、より好ましくは１５重量％以下、特に好ましくは１０重量％以下、最も好ましくは５重量％以下である。銀粉末を上記範囲で含有すると、電気特性に特に優れた接合構造体を形成することができる点で好ましい。
（溶剤）
前記低温焼結性接合用ペーストは、通常、溶剤を含む。溶剤としては、一般に導電性ペーストに使用される溶剤を使用できる。そのような溶剤として、例えば、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノイソブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノペンチルエーテル、ジプロピレングリコールモノイソペンチルエーテル等のジプロピレングリコールモノＣ１－６アルキルエーテル；ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルプロピルエーテル、ジプロピレングリコールメチルブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルイソブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルペンチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルイソペンチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールエチルプロピルエーテル、ジプロピレングリコールエチルブチルエーテル、ジプロピレングリコールエチルイソブチルエーテル、ジプロピレングリコールエチルペンチルエーテル、ジプロピレングリコールエチルイソペンチルエーテル、ジプロピレングリコールジプロピルエーテル、ジプロピレングリコールプロピルブチルエーテル、ジプロピレングリコールプロピルイソブチルエーテル、ジプロピレングリコールプロピルペンチルエーテル、ジプロピレングリコールプロピルイソペンチルエーテル、ジプロピレングリコールジブチルエーテル、ジプロピレングリコールジイソブチルエーテル、ジプロピレングリコールブチルイソブチルエーテル、ジプロピレングリコールブチルペンチルエーテル、ジプロピレングリコールブチルイソペンチルエーテル、ジプロピレングリコールイソブチルペンチルエーテル、ジプロピレングリコールイソブチルイソペンチルエーテル、ジプロピレングリコールジペンチルエーテル、ジプロピレングリコールペンチルイソペンチルエーテル等のジプロピレングリコールジＣ１－６アルキルエーテルを挙げることができる（異性体を含む）。
また、前記溶剤として、例えば、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノプロピルエーテル、トリプロピレングリコールモノイソプロピルエーテル、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノイソブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノペンチルエーテル、トリプロピレングリコールモノイソペンチルエーテル等のトリプロピレングリコールモノＣ１－６アルキルエーテル；トリプロピレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルプロピルエーテル、トリプロピレングリコールメチルブチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルイソブチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルペンチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルイソペンチルエーテル、トリプロピレングリコールジエチルエーテル、トリプロピレングリコールエチルプロピルエーテル、トリプロピレングリコールエチルブチルエーテル、トリプロピレングリコールエチルイソブチルエーテル、トリプロピレングリコールエチルペンチルエーテル、トリプロピレングリコールエチルイソペンチルエーテル、トリプロピレングリコールジプロピルエーテル、トリプロピレングリコールプロピルブチルエーテル、トリプロピレングリコールプロピルイソブチルエーテル、トリプロピレングリコールプロピルペンチルエーテル、トリプロピレングリコールプロピルイソペンチルエーテル、トリプロピレングリコールジブチルエーテル、トリプロピレングリコールジイソブチルエーテル、トリプロピレングリコールブチルイソブチルエーテル、トリプロピレングリコールブチルペンチルエーテル、トリプロピレングリコールブチルイソペンチルエーテル、トリプロピレングリコールイソブチルペンチルエーテル、トリプロピレングリコールイソブチルイソペンチルエーテル、トリプロピレングリコールジペンチルエーテル、トリプロピレングリコールペンチルイソペンチルエーテル等のトリプロピレングリコールジＣ１－６アルキルエーテルを挙げることができる（異性体を含む）。
さらに、前記溶剤として、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノイソブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル等のエチレングリコールモノＣ１－６アルキルエーテル；エチレングリコールメチル－ｎ－プロピルエーテル、エチレングリコールメチル－ｎ－ブチルエーテル、エチレングリコールメチルイソアミルエーテル等のエチレングリコールジＣ１－６アルキルエーテル；ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等のジエチレングリコールモノＣ１－６アルキルエーテル；ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールイソプロピルメチルエーテル、ジエチレングリコールメチル－ｎ－ブチルエーテル等のジエチレングリコールジＣ１－６アルキルエーテル；トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル等のトリエチレングリコールモノＣ１－６アルキルエーテル；トリエチレングリコールメチル－ｎ－ブチルエーテル等のトリエチレングリコールジＣ１－１０アルキルエーテル等が挙げられる（異性体を含む）。
さらに、前記溶剤として、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のＣ２－３アルキレングリコールＣ１－６アルキルエーテルＣ１－１０アルキルエステル；ジエチレングリコール－ｎ－ブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート等のジＣ２－３アルキレングリコールＣ１－６アルキルエーテルＣ１－１０アルキルエステル；トリエチレングリコール－ｎ－ブチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールエチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールブチルエーテルアセテート、トリプロピレングリコールメチルエーテルアセテート等のトリＣ２－３アルキレングリコールＣ１－６アルキルエーテルＣ１－１０アルキルエステル；プロピレングリコールジアセテート等のＣ２－３アルキレングリコールジＣ１－１０アルキルエステル等が挙げられる（異性体を含む）。
また、前記溶剤として、上記以外にも、例えば、乳酸エチルアセテート、テトラヒドロフルフリルアセテート、テトラヒドロフルフリルアルコール、エチレングリコールなどを使用することもできる。
前記溶剤は、１種を単独で、又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
低温焼結性接合用ペーストにおいて、溶剤の含有量は、銀粉末（Ａ）と銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）の合計量１００重量部に対して、本開示の好ましい一態様では、１～５０重量部、別の好ましい一態様では、２～４０重量部、さらに別の好ましい一態様では、３～３５重量部である。
前記低温焼結性接合用ペーストは、有機質の添加剤、例えば、接着剤、増粘剤、バインダーなどを含んでいてもよい。
［接合構造体］
本開示の一実施態様である接合構造体は、被接合物が、前記低温焼結性接合用ペーストの焼結体を含む銀接合層を介して、基板に接合されている。図９は、この接合構造体の実施形態の一例を概略的に示す断面図である。１は接合構造体、１０は基板、２０は銀接合層、３０は被接合物である。
基板１としては、例えば、銅基板等の金属基板、セラミック基板、ＳｉＣ基板、窒化ガリウム基板、ガラスエポキシ基板、ＢＴレジン基板、ガラス基板、樹脂基板等が挙げられる。本開示の一実施態様である低温焼結性接合用ペーストは低温で焼結可能であるため、熱に弱い基板も用いることができる。基板１としては、銅基板が特に好ましい。基板１の銀接合層２との接合面は銀メッキされていることが好ましい。
被接合物３としては、例えば、電子部品、放熱基板などが挙げられる。電子部品としては、パワー半導体素子、ＬＥＤ素子などの電子素子（チップ、ダイ）などが挙げられる。被接合物３の銀接合層２との接合面は銀メッキされていることが好ましい。被接合物３の材質としては、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）等のいずれであってもよいが、特にＳｉＣ（シリコンカーバイド）である場合に優れた効果が得られる。
前記低温焼結性接合用ペーストを印刷法（具体的には、ディスペンサ印刷法、マスク印刷、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法等）などにより基板１に塗布し、その塗布層上に、被接合物３を搭載し、その後、焼結することにより製造できる。
前記焼結温度は、例えば１５０℃以上、３００℃未満であり、好ましい一態様では、１６０～２８０℃、別の好ましい一態様では、２００～２７０℃、さらに別の好ましい一態様では、２３０～２６０℃である。また、焼結時間は、例えば０、１～２時間であり、好ましい一態様では、０．５～１．５時間である。
前記焼結は、空気雰囲気下で行ってもよく、窒素雰囲気下、アルゴン雰囲気下等の不活性ガス雰囲気下で行ってもよい。
前記低温焼結性接合用ペーストを基板１上に塗布する厚さとしては、上記方法で形成される接合構造体の厚みが、例えば１５～４００μｍ、好ましい一態様では、２０～２５０μｍ、別の好ましい一態様では、４０～１８０μｍとなる範囲である。
本開示によれば、焼結により、Ａｇ－Ｓｉ合金やＡｇ－Ｇｅ合金等のＡｇ含有合金からなる焼結接合部が形成されるため、接合部の機械的特性自体（強度や熱膨張率）を変化させることができる。したがって、接合部の耐熱疲労性等の特性を本質的に改善することが可能となる。
本明細書に開示された各々の態様は、本明細書に開示された他のいかなる特徴とも組み合わせることができる。各実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は、一例であって、本開示の趣旨から逸脱しない範囲内で、適宜、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本開示に係る各発明は、実施形態や以下の実施例によって限定されることはなく、請求の範囲によってのみ限定される。
以下に、実施例に基づいて本開示をより詳細に説明するが、本開示はこれらの実施例により限定されるものではない。
以下において、粒子の平均粒径（メジアン径）はレーザー回折・散乱法により測定した値である。
使用した原料は、以下のとおりである。
［銀フレーク粉（フレーク銀粉末）］
・商品名「ＡｇＣ－２３９」：平均直径５．０μｍ、平均厚み２６０ｎｍ、比表面積１．２ｍ２／ｇ、福田金属箔粉工業株式会社製
［ケイ素（Ｓｉ）粒子］
・商品名「金属シリコン粉末」：Ｓｉ純度＞９８．９％、粒度Ｄ５０＝３２．８μｍ
［溶剤］
・商品名「ＤＰＮＰ」：ジプロピレングリコールｎ－プロピルエーテル：沸点２１２℃、（株）ダイセル製
実施例１
銀フレーク粉（商品名「ＡｇＣ－２３９」）５．３重量部とケイ素（Ｓｉ）粒子（商品名「金属シリコン粉末」）９４．７重量部を、株式会社ナガオシステム製の３次元ボールミル（商品名「３Ｄボールミル」）の高速三次元運動（強摩擦力運動）を利用して、混合、粉砕して、表面が銀で被覆されたケイ素（Ｓｉ）粒子を得た。この表面が銀で被覆されたケイ素（Ｓｉ）粒子において、粒子表面に占める銀被覆層の割合をＳＥＭにより３０００倍で撮影した画像から算出したところ、７２％であった。以下、この表面が銀で被覆されたケイ素（Ｓｉ）粒子を、「Ｓｉ－２０体積％Ａｇ粒子」と称する場合がある。Ｓｉ－２０体積％Ａｇ粒子のＳＥＭ画像を図６に示す。
前記「Ｓｉ－２０体積％Ａｇ粒子」１００重量部に、溶剤（商品名「ＤＰＮＰ」）２１重量部を加えて混合し、「Ｓｉ－Ａｇペースト－１」を得た。このペーストは接合用ペーストとして用いるのに適した粘度を有していた。
「Ｓｉ－Ａｇペースト－１」を、銀メッキされた銅基板（１０ｍｍ×１００ｍｍ×厚み２ｍｍ）上に、メタルマスクを用いて印刷し、厚み約１００μｍの塗膜を形成し、このペースト塗膜の上に、裏面を銀で被覆したＳｉダイ（３ｍｍ×３ｍｍ×厚み０．４５ｍｍ）を搭載した。Ｓｉ－Ａｇペーストが印刷され、Ｓｉダイがそのペースト上に搭載したテストピースの写真を図３に示す。
得られたＳｉダイ／Ｓｉ－Ａｇペースト／銅基板の層構成を有する試験サンプルを、リフロー炉を使用して、空気雰囲気下、２．０ＭＰａの圧力（ゲージ圧）、２５０℃の温度で６０分加熱し、Ｓｉ－Ａｇペーストを焼結させた（ダイボンディング）。焼結後の試験サンプルにおけるＳｉダイと銅基板間の接合の強さを調べるため、ダイ剪断試験機（ＤＡＧＥ製、商品名「ＸＤ－７５００」）を用いてＳｉダイと銅基板間の剪断強度（シェアヘッド速度：５０μｍ／ｓ）を測定した。その結果、剪断強度は２．９Ｎであった。
実施例２
銀フレーク粉（商品名「ＡｇＣ－２３９」）１２．８重量部とケイ素（Ｓｉ）粒子（商品名「金属シリコン粉末」）８７．２重量部を、株式会社ナガオシステム製の３次元ボールミル（商品名「３Ｄボールミル」）の高速三次元運動（強摩擦力運動）を利用して、混合、粉砕して、表面が銀で被覆されたケイ素（Ｓｉ）粒子を得た。この表面が銀で被覆されたケイ素（Ｓｉ）粒子において、粒子表面に占める銀被覆層の割合を実施例１と同様の方法で求めたところ、９２％であった。以下、この表面が銀で被覆されたケイ素（Ｓｉ）粒子を、「Ｓｉ－４０体積％Ａｇ粒子」と称する場合がある。Ｓｉ－４０体積％Ａｇ粒子のＳＥＭ画像を図５に示す。
上記の「Ｓｉ－４０体積％Ａｇ粒子」１００重量部に、溶剤（商品名「ＤＰＮＰ」）２５重量部を加えて混合し、「Ｓｉ－Ａｇペースト－２」を得た。このペーストは接合用ペーストとして用いるのに適した粘度を有していた。
上記の「Ｓｉ－Ａｇペースト－２」を用い、実施例１と同様にして、Ｓｉダイ／Ｓｉ－Ａｇペースト／銅基板の層構成を有する試験サンプルを製造した。この試験サンプルを、リフロー炉を使用して、空気雰囲気下、２．０ＭＰａの圧力（ゲージ圧）、２５０℃の温度で６０分加熱し、Ｓｉ－Ａｇペーストを焼結させた（ダイボンディング）。焼結後の試験サンプルにおけるＳｉダイと銅基板間の接合の強さを調べるため、実施例１と同様にして、Ｓｉダイと銅基板間の剪断強度（シェアヘッド速度：５０μｍ／ｓ）を測定したところ、１３Ｎであった。
実施例３
銀フレーク粉（商品名「ＡｇＣ－２３９」）２５重量部とケイ素（Ｓｉ）粒子（商品名「金属シリコン粉末」）７５重量部を、株式会社ナガオシステム製の３次元ボールミル（商品名「３Ｄボールミル」）の高速三次元運動（強摩擦力運動）を利用して、混合、粉砕して、表面が銀で被覆されたケイ素（Ｓｉ）粒子を得た。この表面が銀で被覆されたケイ素（Ｓｉ）粒子において、粒子表面に占める銀被覆層の割合を実施例１と同様の方法で求めたところ、９８％であった。以下、この表面が銀で被覆されたケイ素（Ｓｉ）粒子を、「Ｓｉ－６０体積％Ａｇ粒子」と称する場合がある。Ｓｉ－６０体積％Ａｇ粒子のＳＥＭ画像を図４に示す。
上記の「Ｓｉ－６０体積％Ａｇ粒子」１００重量部に、溶剤（商品名「ＤＰＮＰ」）３０重量部を加えて混合し、「Ｓｉ－Ａｇペースト－３」を得た。このペーストは接合用ペーストとして用いるのに適した粘度を有していた。
上記の「Ｓｉ－Ａｇペースト－３」を用い、実施例１と同様にして、Ｓｉダイ／Ｓｉ－Ａｇペースト／銅基板の層構成を有する試験サンプルを製造した。この試験サンプルを、リフロー炉を使用して、空気雰囲気下、２．０ＭＰａの圧力（ゲージ圧）、２５０℃の温度で６０分加熱し、Ｓｉ－Ａｇペーストを焼結させた（ダイボンディング）。焼結後の試験サンプルにおけるＳｉダイと銅基板間の接合の強さを調べるため、実施例１と同様にして、Ｓｉダイと銅基板間の剪断強度（シェアヘッド速度：５０μｍ／ｓ）を測定したところ、２３Ｎであった。
実施例４
実施例３で得られた「Ｓｉ－６０体積％Ａｇ粒子」２０重量部と、銀フレーク粉（商品名「ＡｇＣ－２３９」）８０重量部と、溶剤（商品名「ＤＰＮＰ」）２０重量部を加えて混合し、「Ｓｉ－Ａｇペースト－４」を得た。このペーストは接合用ペーストとして用いるのに適した粘度を有していた。
上記の「Ｓｉ－Ａｇペースト－４を用い、実施例１と同様にして、Ｓｉダイ／Ｓｉ－Ａｇペースト／銅基板の層構成を有する試験サンプルを製造した。この試験サンプルを、リフロー炉を使用して、空気雰囲気下、２．０ＭＰａの圧力（ゲージ圧）、２５０℃の温度で６０分加熱し、Ｓｉ－Ａｇペーストを焼結させた（ダイボンディング）。焼結後の試験サンプルにおけるＳｉダイと銅基板間の接合の強さを調べるため、実施例１と同様にして、Ｓｉダイと銅基板間の剪断強度（シェアヘッド速度：５０μｍ／ｓ）を測定したところ、４３Ｎであった。
実施例５
実施例３で得られた「Ｓｉ－６０体積％Ａｇ粒子」４０重量部と、銀フレーク粉（商品名「ＡｇＣ－２３９」）６０重量部と、溶剤（商品名「ＤＰＮＰ」）２０重量部を加えて混合し、「Ｓｉ－Ａｇペースト－５」を得た。このペーストは接合用ペーストとして用いるのに適した粘度を有していた。
上記の「Ｓｉ－Ａｇペースト－５を用い、実施例１と同様にして、Ｓｉダイ／Ｓｉ－Ａｇペースト／銅基板の層構成を有する試験サンプルを製造した。この試験サンプルを、リフロー炉を使用して、空気雰囲気下、２．０ＭＰａの圧力（ゲージ圧）、２５０℃の温度で６０分加熱し、Ｓｉ－Ａｇペーストを焼結させた（ダイボンディング）。焼結後の試験サンプルにおけるＳｉダイと銅基板間の接合の強さを調べるため、実施例１と同様にして、Ｓｉダイと銅基板間の剪断強度（シェアヘッド速度：５０μｍ／ｓ）を測定したところ、８４Ｎであった。
実施例６
実施例３で得られた「Ｓｉ－６０体積％Ａｇ粒子」６０重量部と、銀フレーク粉（商品名「ＡｇＣ－２３９」）４０重量部と、溶剤（商品名「ＤＰＮＰ」）２０重量部を加えて混合し、「Ｓｉ－Ａｇペースト－６」を得た。このペーストは接合用ペーストとして用いるのに適した粘度を有していた。
上記の「Ｓｉ－Ａｇペースト－６を用い、実施例１と同様にして、Ｓｉダイ／Ｓｉ－Ａｇペースト／銅基板の層構成を有する試験サンプルを製造した。この試験サンプルを、リフロー炉を使用して、空気雰囲気下、２．０ＭＰａの圧力（ゲージ圧）、２５０℃の温度で６０分加熱し、Ｓｉ－Ａｇペーストを焼結させた（ダイボンディング）。焼結後の試験サンプルにおけるＳｉダイと銅基板間の接合の強さを調べるため、実施例１と同様にして、Ｓｉダイと銅基板間の剪断強度（シェアヘッド速度：５０μｍ／ｓ）を測定したところ、１４６Ｎであった。
焼結後の試験サンプルの接合部における断面ＳＥＭ画像を図７に示す。この画像から、Ｓｉダイ（表面が銀で被覆されている）と焼結したＳｉ－Ａｇペーストとの界面（境界部）、及び焼結したＳｉ－Ａｇペーストと銅基板（表面が銀メッキされている）との界面（境界部）の微細構造が分かる。図７に示されるように、接合層においては、焼結したＡｇ粒子とＳｉ粒子が均一に分散している。また、図８に、焼結後の試験サンプルのＳｉ粒子と銀フレーク粉との界面における断面ＳＥＭ画像を示す。
実施例７
実施例３で得られた「Ｓｉ－６０体積％Ａｇ粒子」８０重量部と、銀フレーク粉（商品名「ＡｇＣ－２３９」）２０重量部と、溶剤（商品名「ＤＰＮＰ」）２０重量部を加えて混合し、「Ｓｉ－Ａｇペースト－７」を得た。このペーストは接合用ペーストとして用いるのに適した粘度を有していた。
上記の「Ｓｉ－Ａｇペースト－７を用い、実施例１と同様にして、Ｓｉダイ／Ｓｉ－Ａｇペースト／銅基板の層構成を有する試験サンプルを製造した。この試験サンプルを、リフロー炉を使用して、空気雰囲気下、２．０ＭＰａの圧力（ゲージ圧）、２５０℃の温度で６０分加熱し、Ｓｉ－Ａｇペーストを焼結させた（ダイボンディング）。焼結後の試験サンプルにおけるＳｉダイと銅基板間の接合の強さを調べるため、実施例１と同様にして、Ｓｉダイと銅基板間の剪断強度（シェアヘッド速度：５０μｍ／ｓ）を測定したところ、１４９Ｎであった。
１ 接合構造体
１０ 基板
２０ 銀接合層
３０ 被接合物
以下、本開示に係る発明のバリエーションを記載する。
［付記１］銀粉末（Ａ）と、銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）を含む低温焼結性接合用ペースト。
［付記２］前記銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）における銀以外の元素は、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）などが好ましく、ケイ素（Ｓｉ）またはゲルマニウム（Ｇｅ）がより好ましい付記１に記載の低温焼結性接合用ペースト。
［付記３］前記銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）における銀以外の元素は、銀と金属間化合物を形成しない元素である付記１又は２に記載の低温焼結性接合用ペースト。
［付記４］前記銀粉末（Ａ）の比表面積は、０．５～４．０ｍ２／ｇが好ましく、０．６～３．０ｍ２／ｇがより好ましく、０．７～２．５ｍ２／ｇがさらに好ましく、０．８～２．０ｍ２／ｇが最も好ましい付記１～３のいずれか１つに記載の低温焼結性接合用ペースト。
［付記５］前記銀粉末（Ａ）の形状は、球状、フレーク状（扁平な形状）、多面体状等が好ましく、かつ形状の異なる銀粉末を組み合わせて使用してもよく、同じ形状の銀粉末のみを使用してもよく、フレーク状がより好ましい付記１～４のいずれか１つに記載の低温焼結性接合用ペースト。
［付記６］前記銀粉末（Ａ）の形状としてフレーク状のものを使用する場合、該銀粉末（Ａ）の平均直径は、０．５μｍ～１０μｍが好ましく、２μｍ～８μｍがより好ましく、３μｍ～７μｍがさらに好ましい付記１～５のいずれか１つに記載の低温焼結性接合用ペースト。
［付記７］前記銀粉末（Ａ）の形状としてフレーク状のものを使用する場合、該銀粉末（Ａ）の平均厚みは、３０ｎｍ～２μｍが好ましく、８０ｎｍ～１μｍがより好ましく、１００ｎｍ～７００ｎｍがさらに好ましい付記１～６のいずれか１つに記載の低温焼結性接合用ペースト。
［付記８］前記銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）の形状は、球状、フレーク状（扁平な形状）、多面体状等が好ましく、かつ、形状の異なるものを組み合わせて使用してもよく、同じ形状のもののみを使用してもよく、球状または多面体状がより好ましい付記１～７のいずれか１つに記載の低温焼結性接合用ペースト。
［付記９］前記銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）において、（Ｂ）粒子表面に占める銀被覆層の割合は、５０～１００％が好ましく、７０～１００％がより好ましく、９０～１００％がさらに好ましく、９５～１００％が最も好ましい付記１～８のいずれか１つに記載の低温焼結性接合用ペースト。
［付記１０］前記銀粉末（Ａ）と、前記銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）との割合（前者／後者；重量比）は、５／９５～９５／５が好ましく、１０／９０～９０／１０がより好ましく、２０／８０～７０／３０がさらに好ましく、２５／７５～６０／４０が最も好ましい付記１～９のいずれか１つに記載の低温焼結性接合用ペースト。
［付記１１］前記低温焼結性接合用ペースト全量に対する前記銀粉末（Ａ）及び前記銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）の合計量の割合は、３０～９５重量％が好ましく、５０～９０重量％がより好ましく、６０～８０重量％がさらに好ましい付記１～１０のいずれか１つに記載の低温焼結性接合用ペースト。
［付記１２］前記銀粉末（Ａ）及び前記銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）以外の他の導電性粒子を含有していてもよく、該他の導電性粒子の含有量は、前記低温焼結性接合用ペーストに含まれる導電性粒子全量の２５重量％以下が好ましく、２０重量％以下がより好ましく、５重量％以下がさらに好ましく、１０重量％以下が特に好ましく、５重量％以下が最も好ましい付記１～１１のいずれか１つに記載の低温焼結性接合用ペースト。
［付記１３］前記銀粉末（Ａ）の平均粒径（メジアン径；Ｄ５０）は、０．１μｍ～２０μｍが好ましく、０．２μｍ～９μｍがより好ましく、０．３μｍ～８μｍがさらに好ましい付記１～１２のいずれか１つに記載の低温焼結性接合用ペースト。
［付記１４］前記銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）の平均粒径（メジアン径；Ｄ５０）は、５μｍ～１００μｍが好ましく、１０μｍ～８０μｍより好ましい付記１～１３のいずれか１つに記載の低温焼結性接合用ペースト。
［付記１５］銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）を含む低温焼結性接合用ペースト製造用材料。
［付記１６］前記前記銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）における銀以外の元素は、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）などが好ましく、ケイ素（Ｓｉ）またはゲルマニウム（Ｇｅ）がより好ましい付記１５に記載の低温焼結性接合用ペースト製造用材料。
［付記１７］前記銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）における銀以外の元素は、銀と金属間化合物を形成しない元素である付記１５又は１６に記載の低温焼結性接合用ペースト製造用材料。
［付記１８］前記銀粉末（Ａ）の比表面積は、０．５～４．０ｍ２／ｇが好ましく、０．６～３．０ｍ２／ｇがより好ましく、０．７～２．５ｍ２／ｇがさらに好ましく、０．８～２．０ｍ２／ｇが最も好ましい付記１５～１７のいずれか１つに記載の低温焼結性接合用ペースト製造用材料。
［付記１９］前記銀粉末（Ａ）の形状は、球状、フレーク状（扁平な形状）、多面体状等が好ましく、かつ形状の異なる銀粉末を組み合わせて使用してもよく、同じ形状の銀粉末のみを使用してもよく、フレーク状がより好ましい付記１５～１８のいずれか１つに記載の低温焼結性接合用ペースト製造用材料。
［付記２０］前記銀粉末（Ａ）の形状としてフレーク状のものを使用する場合、該銀粉末（Ａ）の平均直径は、０．５μｍ～１０μｍが好ましく、２μｍ～８μｍがより好ましく、３μｍ～７μｍがさらに好ましい付記１５～１９のいずれか１つに記載の低温焼結性接合用ペースト製造用材料。
［付記２１］前記銀粉末（Ａ）の形状としてフレーク状のものを使用する場合、該銀粉末（Ａ）の平均厚みは、３０ｎｍ～２μｍが好ましく、８０ｎｍ～１μｍがより好ましく、１００ｎｍ～７００ｎｍがさらに好ましい付記１５～２０のいずれか１つに記載の低温焼結性接合用ペースト製造用材料。
［付記２２］前記銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）の形状は、球状、フレーク状（扁平な形状）、多面体状等が好ましく、かつ、形状の異なるものを組み合わせて使用してもよく、同じ形状のもののみを使用してもよく、球状または多面体状がより好ましい付記１５～２１のいずれか１つに記載の低温焼結性接合用ペースト製造用材料。
［付記２３］前記銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）において、（Ｂ）粒子表面に占める銀被覆層の割合は、５０～１００％が好ましく、７０～１００％がより好ましく、９０～１００％がさらに好ましく、９５～１００％が最も好ましい付記１５～２２のいずれか１つに記載の低温焼結性接合用ペースト製造用材料。
［付記２４］前記銀粉末（Ａ）と、前記銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）との割合（前者／後者；重量比）は、５／９５～９５／５が好ましく、１０／９０～９０／１０がより好ましく、２０／８０～７０／３０がさらに好ましく、２５／７５～６０／４０が最も好ましい付記１５～２３のいずれか１つに記載の低温焼結性接合用ペースト製造用材料。
［付記２５］前記低温焼結性接合用ペースト全量に対する前記銀粉末（Ａ）及び前記銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）の合計量の割合は、３０～９５重量％が好ましく、５０～９０重量％がより好ましく、６０～８０重量％がさらに好ましい付記１５～２４のいずれか１つに記載の低温焼結性接合用ペースト製造用材料。
［付記２６］低温焼結性接合用ペースト製造用材料全量に対する銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）の量の割合が５０～９５重量％であることが好ましい付記１５～２４のいずれか１つに記載の低温焼結性接合用ペースト製造用材料。
［付記２７］前記銀粉末（Ａ）及び前記銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）以外の他の導電性粒子を含有していてもよく、該他の導電性粒子の含有量は、前記低温焼結性接合用ペーストに含まれる導電性粒子全量の２５重量％以下が好ましく、２０重量％以下がより好ましく、５重量％以下がさらに好ましく、１０重量％以下が特に好ましく、５重量％以下が最も好ましい付記１５～２６のいずれか１つに記載の低温焼結性接合用ペースト製造用材料。
［付記２８］前記銀粉末（Ａ）の平均粒径（メジアン径；Ｄ５０）は、０．１μｍ～２０μｍが好ましく、０．２μｍ～９μｍがより好ましく、０．３μｍ～８μｍがさらに好ましい付記１５～２７のいずれか１つに記載の低温焼結性接合用ペースト製造用材料。
［付記２９］前記銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）の平均粒径（メジアン径；Ｄ５０）は、５μｍ～１００μｍが好ましく、１０μｍ～８０μｍより好ましい付記１５～２８のいずれか１つに記載の低温焼結性接合用ペースト製造用材料。
［付記３０］付記１５～２９のいずれか１つに記載の低温焼結性接合用ペースト製造用材料の製造方法であって、銀粉末と銀以外の元素粒子を三次元ボールミルの三次元運動に付して混合、粉砕し、銀以外の元素粒子の表面に銀被複層を形成する工程を含む低温焼結性接合用ペースト製造用材料の製造方法。
［付記３１］前記三次元ボールミルの三次元運動は高速三次元運動であることが好ましい付記３０に記載の低温焼結性接合用ペースト製造用材料の製造方法。
［付記３２］前記銀以外の元素粒子とともに三次元ボールミルの三次元運動に付す際に用いる銀粉末（Ｃ）は、前記銀粉末（Ａ）として用いる銀粉末と同一のものを用いてもよく異なるものを用いてもよく、該銀粉末（Ｃ）の一部に前記銀以外の元素粒子よりも小さい粉末が含まれていることが好ましい付記３０又は３１に記載の低温焼結性接合用ペースト製造用材料の製造方法。
［付記３３］付記１５～２９のいずれか１つに記載の低温焼結性接合用ペースト製造用材料の製造方法であって、銀電解メッキや銀無電解メッキなどの湿式方法、又は銀と銀以外の元素粒子（好ましくは、銀と金属間化合物を形成しない元素粒子）を溶融法で合金化後、機械的に粉砕したり、溶融状態から噴霧する方法によって、銀以外の元素粒子の表面に銀被複層を形成する工程を含む低温焼結性接合用ペースト製造用材料の製造方法。
［付記３４］被接合物が、付記１～１４のいずれか１つに記載の低温焼結性接合用ペーストの焼結体を含む銀接合層を介して、基板に接合されている接合構造体。
［付記３５］前記被接合物の銀接合層との接合面が銀メッキされている付記３４に記載の接合構造体。
［付記３６］前記被接合物が、電子部品、又は放熱基板である付記３４又は３５に記載の接合構造体。
［付記３７］前記電子部品が、パワー半導体素子、ＬＥＤ素子などの電子素子（チップ、ダイ）であることが好ましい、付記３４～３６のいずれか１つに記載の接合構造体。
［付記３８］前記被接合物の材質は、Ｓｉ（シリコン）又はＳｉＣ（シリコンカーバイド）が好ましく、特にＳｉＣが好ましい、付記３４～３７のいずれか１つに記載の接合構造体。
［付記３９］前記被接合物がＳｉＣチップである、付記３４又は３５に記載の接合構造体。
［付記４０］前記基板は、金属基板、セラミック基板、ＳｉＣ基板、窒化ガリウム基板、ガラスエポキシ基板、ＢＴレジン基板、ガラス基板、又は樹脂基板が好ましく、銅基板が特に好ましい付記３４～３９のいずれか１つに記載の接合構造体。

Claims (18)

  1. 銀粉末（Ａ）と、銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）を含み、
    銀粉末（Ａ）は、平均粒径（メジアン径）３μｍ～１０μｍのフレーク状であり、
    銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）における銀以外の元素の線膨張率は１０ｐｐｍ／℃未満であり、
    銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）は、球状及び／又は多面体状である、
    低温焼結性接合用ペースト。
  2. 銀粉末（Ａ）と、銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）を含み、
    銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）における銀以外の元素が、銀と金属間化合物を形成しない元素を含む、
    低温焼結性接合用ペースト。
  3. 銀粉末（Ａ）と、銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）を含み、
    銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）における銀以外の元素が、ケイ素、ゲルマニウム、又はアルミニウムを含む、
    低温焼結性接合用ペースト。
  4. 銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）において、（Ｂ）粒子表面に占める銀被覆層の割合が５０～１００％である請求項１～３のいずれか１項に記載の低温焼結性接合用ペースト。
  5. 銀粉末（Ａ）と銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）との割合（前者／後者；重量比）が５／９５～９５／５である請求項１～４のいずれか１項に記載の低温焼結性接合用ペースト。
  6. 低温焼結性接合用ペースト全量に対する銀粉末（Ａ）及び銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）の合計量の割合が３０～９５重量％である請求項１～５のいずれか１項に記載の低温焼結性接合用ペースト。
  7. 銀粉末（Ａ）の平均粒径（メジアン径）が０．１μｍ～２０μｍである請求項２又は３に記載の低温焼結性接合用ペースト。
  8. 銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）の平均粒径（メジアン径）が１０μｍ～１００μｍである請求項１～７のいずれか１項に記載の低温焼結性接合用ペースト。
  9. 銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）を含み、
    銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）における銀以外の元素が、銀と金属間化合物を形成しない元素を含む、
    低温焼結性接合用ペースト製造用材料。
  10. 銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）を含み、
    銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）における銀以外の元素が、ケイ素、ゲルマニウム、又はアルミニウムを含む、
    低温焼結性接合用ペースト製造用材料。
  11. 銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）において、（Ｂ）粒子表面に占める銀被覆層の割合が５０～１００％である請求項９又は１０に記載の低温焼結性接合用ペースト製造用材料。
  12. 銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）の平均粒径（メジアン径）が１０μｍ～１００μｍである請求項９～１１のいずれか１項に記載の低温焼結性接合用ペースト製造用材料。
  13. 低温焼結性接合用ペースト製造用材料全量に対する銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）の量の割合が５０～９５重量％である請求項９～１２のいずれか１項に記載の低温焼結性接合用ペースト製造用材料。
  14. 銀で被覆された銀以外の元素粒子（Ｂ）を含む低温焼結性接合用ペースト製造用材料の製造方法であって、銀粉末と銀以外の元素粒子を三次元ボールミルの三次元運動に付して混合、粉砕し、銀以外の元素粒子の表面に銀被複層を形成する工程を含む低温焼結性接合用ペースト製造用材料の製造方法。
  15. 被接合物が、請求項１～８のいずれか１項に記載の低温焼結性接合用ペーストの焼結体を含む銀接合層を介して、基板に接合されている接合構造体。
  16. 前記被接合物の銀接合層との接合面が銀メッキされている請求項１５記載の接合構造体。
  17. 前記被接合物がＳｉＣチップである請求項１５又は１６記載の接合構造体。
  18. 前記基板が銅基板である請求項１５～１７のいずれか１項に記載の接合構造体。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005310538A (ja) 2004-04-21 2005-11-04 Hitachi Chem Co Ltd 電子部品及びその製造法
JP2006111807A (ja) 2004-10-18 2006-04-27 Hitachi Chem Co Ltd 電子部品及びその製造法
JP2011080147A (ja) 2009-09-11 2011-04-21 Dowa Electronics Materials Co Ltd 接合材およびそれを用いた接合方法
JP2017076591A (ja) 2015-10-16 2017-04-20 三井金属鉱業株式会社 金属ペースト
WO2018037992A1 (ja) 2016-08-22 2018-03-01 千住金属工業株式会社 金属焼結接合体、およびダイ接合方法

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