JPWO2018025798A1 - 金属粒子含有組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の金属粒子含有組成物は、一次粒子の粒子径が1nm以上500nm以下である、バルク状態の融点(ここで、バルク状態の融点とは、融点降下が金属粒子径によって顕著に表れない融点のことである。以下、同じ。)が420℃超えの金属元素(M)を含む金属微粒子(P1)と、バルク状態の融点が420℃以下の金属又は合金からなり、不可避的に酸素を含有する低融点金属粉(P2)と、水の生成を伴わずに酸素原子と結合可能なリン又は硫黄を分子構造中に一つ以上含んでいる活性化剤(A)と、で構成していることを特徴とする。さらに、一次粒子の粒子径が500nm超え50μm以下であり、かつ融点が420℃超えである金属元素(M)からなる金属粉(P3)を含んでいてもよい。
金属微粒子(P1)は、一次粒子の粒子径が1nm以上500nm以下である、融点(バルク状態の融点)が420℃超えの金属元素(M)を含む金属微粒子である。
前記金属元素(M)は、融点(バルク状態の融点をいう。以下、特に記載がない限り、融点はバルク状態の融点を意味する。)が420℃超えで、低融点合金粉(P2)と合金を形成することができれば使用可能である。
還元反応溶液中の金属元素(M)のイオン等から、無電解還元反応又は電解還元反応により、比較的容易な操作で、めっき膜状やデンドライト状に凝集していない、高純度で顆粒状のナノサイズの金属微粒子を得ることができる。金属微粒子(P1)は、一次粒子の粒子径が1nm以上500nm以下の範囲である。ここで、一次粒子の粒子径とは、二次粒子を構成する個々の金属等の微粒子の一次粒子の直径の意味である。該一次粒子径は、電子顕微鏡を用いて測定された値で、金属元素(M)微粒子からなるコア部だけでなく、表面に存在する被覆物も含めたものである。すなわち、金属微粒子(P1)の「粒子径が1nm以上500nm以下の範囲」とは、表面に存在する被覆物も含めた範囲を意味する。
金属微粒子(P1)を構成する金属元素(M)のバルク状態の融点は420℃超えである。バルク状態の融点が420℃超えの金属微粒子(P1)を使用することにより、加熱して接合部を形成する際に溶融状態にある低融点金属粉(P2)と合金を形成し、冷却後に該接合部の融点を比較的高い温度に維持できて、耐熱性を向上することが可能になる。
金属微粒子(P1)には、金属元素(M)と、酸化物や水酸化物などの酸素含有化合物との混合物であってもよい。酸素含有化合物とは、例えば、酸化第1銅、酸化第2銅、水酸化銅、酸化ニッケル、水酸化ニッケルなどである。また、金属元素(M)の酸化物や水酸化物は、加熱時に活性化剤(A)によって分解除去される。つまり、金属微粒子(P1)が酸素含有化合物等の混じった混合物であっても、活性化剤(A)が、金属元素(M)の酸素含有化合物等から酸素を奪うこととなる。
金属微粒子(P1)は、その表面が有機化合物で被覆されていてもよい。有機化合物は、官能基の非共有電子対を有する原子部分が、金属元素(M)からなる微粒子の表面に吸着して、分子層を形成することが知られている。つまり、金属微粒子(P1)の表面に被覆される有機化合物は、微粒子間の焼結を適度に妨げる効果や、金属微粒子の分散性を高める効果が期待される。具体的に、このような効果を発揮する有機化合物としては、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、2−ピロリドン、及びアルキル−2−ピロリドンから選択される1種又は2種以上が例示できるが、有機化合物は、前記効果を発揮するものであれば上記例示に限定されるものではない。また、接合の際に上記効果を示すためには有機化合物の沸点又は分解点は、低融点金属粉(P2)のバルク状態の融点以上であることが好ましい。
低融点金属粉(P2)は、金属粒子含有組成物中に分散して存在している、バルク状態の融点が420℃以下の金属または合金からなる金属粉で、不可避的に酸素を含有する。具体的には、低融点金属粉(P2)は、製造工程もしくは空気酸化などの影響で表面もしくは内部に酸素原子を含有する。また、低融点金属粉(P2)は、加熱接合の際に、金属微粒子(P1)表面から金属元素(M)が拡散可能となった状態で金属元素(M)の全部又は一部と、溶融状態で合金を形成して、接合体を形成する。
金属粉(P3)は一次粒子の粒子径が500nm超え50μm以下であり、かつ融点が420℃超えである金属元素(M)からなり、金属粒子含有組成物を構成する成分に含まれていても良い。金属元素としては、銅、銀、金、及びニッケ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。
活性化剤(A)は、金属粒子含有組成物により被接合体と接合する際に、低融点金属粉(P2)の融点付近の温度で低融点金属粉(P2)から酸素原子を除去する作用を発揮する。また、金属微粒子(P1)に酸素原子が含まれている場合には、金属微粒子(P1)から酸素原子を除去する作用も発揮する。
(イ)金属粒子含有組成物の成分と組成
金属粒子含有組成物を構成する成分は、上記の通り、少なくとも金属微粒子(P1)、低融点金属粉(P2)、活性化剤(A)からなる。なお、粘度を調整するための溶媒を含んでいてもよいし、一次粒子の粒子径が500nm超え50μm以下であり、かつ融点が420℃超えである金属元素(M)からなる金属粉(P3)を含んでいてもよい。
金属粒子含有組成物の製造方法としては、金属微粒子(P1)、低融点金属粉(P2)、及び活性化剤(A)を添加して、分散性を向上させるために、混錬手段を採用することが望ましい。混錬方法としては、公知の混錬方法を採用することができるが、遠心混錬方法と乳鉢混錬方法を併用するのが好ましい。混錬時間は、特に制限はなく任意に選択することが可能で、混錬時間が長い方が分散性は向上する。なお、粘度を調整するための溶媒を加えてもよい。
本発明の金属粒子含有組成物は、電子材料用の導電性ペーストのように配線形成材料、プリント配線、半導体の内部配線、プリント配線板と電子部品との接合等に利用することができる。
上述した金属粒子含有組成物を被接合体の接合面に配置(又はパターニング)して、加熱、接合後に常温まで冷却して得られる接合体には、加熱温度、時間等の接合条件により、1〜20体積%程度の空隙率の接合層を形成することができる。上述した金属粒子含有組成物を使用して得られる接合体は、引張り強さ、ダイシェア強度等の機械的強度、及び耐熱性を向上することが可能になる。
実施例1〜12、及び比較例1〜8における、「一次粒子径の範囲」は、走査型電子顕微鏡(SEM(Scanning Electron Microscope))を使用した観察により、任意に100個の観察可能な微粒子の一次粒子径の測定値の範囲であり、「微粒子の平均一次粒子径」とは数平均粒子径である。観察用試料の調製は、エタノールに分散した微粒子をフィルターに通過させながら溶媒を乾燥除去した後、走査型電子顕微鏡(SEM)による観察を行った。
走査型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型X線分光装置(SEM−EDX)を使用して、微粒子に対して金属組成の分析を実施した。また、X線回折測定装置((株)リガク製、型式:Geigerflex RAD-A)を用いた、X線源としてCuKαを用いたX線回折測定による微粒子の基本的な結晶構造分析も必要に応じて行った。
金属微粒子(P1)表面の有機化合物の同定は、顕微ラマン分光装置((株)東京インスツルメンツ製、型式:Nanofinder@30)とフーリエ変換赤外分光光度計(日本分光(株)製、型式:FT/IR−4100)を用いて解析した。なお、顕微ラマン分光装置では必要に応じて、局在表面プラズモン共鳴によってラマン散乱強度を高めることが可能なナノサイズの凹凸構造体(Ag又はCu)に試料を塗布して解析した。また、被覆物である有機化合物の含有量は、炭素・硫黄分析計((株)堀場製作所製、型式:EMIA−920V2)を用いて、金属微粒子(P1)中における有機化合物の割合([有機化合物/金属微粒子(P1)]×100(質量%))を求めた。ただし、測定値が作成した検量線や分析装置の検出限界を下回る場合には、原則的に測定対象の物質は未検出として算出した。
表1に示すように、金属微粒子(P1)として電解還元反応により生成した銅微粒子、低融点金属粉(P2)としてスズ粉末(100%Sn)、活性化剤(A)として亜りん酸トリオクチルが含まれるように金属粒子含有組成物を調製した。
金属元素である銅の供給源として酢酸銅(II)の1水和物((CH3COO)2Cu・1H2O)200g、及びアルカリ金属イオンとして酢酸ナトリウムの3水和物(CH3COONa・3H2O)13.6gを使用して、還元反応水溶液10Lを調製した。該還元反応水溶液のpHは約5.5であった。
(イ)銅微粒子の一次粒子径、金属種の同定
前記走査型電子顕微鏡(SEM−EDX)による観察の結果、生成した銅微粒子の一次粒子径は、20〜400nmの範囲で、平均一次粒子径は55nmであった。また、該銅微粒子に対してエネルギー分散型X線分析装置(EDX)による分析を行ったところ、金属組成は、銅100質量%であった。
上記(1)で得られた銅微粒子をナノ構造電極上に塗布して顕微ラマン分光装置、及びフーリエ変換赤外分光光度計で解析したところ、有機化合物に帰属する明瞭なピークは検出されなかった。
上記(1)で得られた平均一次粒径55nmの銅微粒子2.7g、平均一次粒径5μmのスズ粉末10.8g、亜りん酸トリオクチル1.5gを窒素雰囲気下で混合して、乳鉢と乳棒による混練処理を施すことで金属粒子含有組成物を調製した。
表1に示すように、金属微粒子(P1)として電解還元反応により生成した銅微粒子、低融点金属粉(P2)としてスズ粉末(100%Sn)、金属粉(P3)として銅粉末(100%Cu)、活性化剤(A)として亜りん酸トリフェニルが含まれるように金属粒子含有組成物を調製した。
金属元素である銅の供給源として酢酸銅(II)の1水和物((CH3COO)2Cu・1H2O)200g、及びアルカリ金属イオンとして酢酸ナトリウムの3水和物(CH3COONa・3H2O)13.6gを使用して、還元反応水溶液10Lを調製した。この還元反応水溶液のpHは約5.5であった。
(イ)銅微粒子の一次粒子径、金属種の同定
前記走査型電子顕微鏡(SEM−EDX)による観察の結果、生成した銅微粒子の一次粒子径は、80〜500nmの範囲で、平均一次粒子径は200nmであった。また、銅微粒子に対してエネルギー分散型X線分析装置(EDX)による分析を行ったところ、金属組成は、銅100質量%であった。
得られた銅微粒子をナノ構造電極上に塗布して顕微ラマン分光装置、及びフーリエ変換赤外分光光度計で解析したところ、有機化合物に帰属する明瞭なピークは検出されなかった。
得られた平均一次粒径200nmの銅微粒子2.7g、平均一次粒径1μmの銅粉末0.3g、平均一次粒径5μmのスズ粉末10.8g、亜りん酸トリフェニル1.5gを窒素雰囲気下で混合して、乳鉢と乳棒による混練処理を施すことで金属粒子含有組成物を調製した。
表1に示すように、金属微粒子(P1)として電解還元反応により生成した銅微粒子、低融点金属粉(P2)としてスズ粉末(100%Sn)、金属粉(P3)として銅粉末(100%Cu)、活性化剤(A)として亜りん酸トリス(ノニルフェニル)が含まれるように金属粒子含有組成物を調製した。
金属元素である銅の供給源として酢酸銅(II)の1水和物((CH3COO)2Cu・1H2O)200g、有機添加剤としてN−ビニル−2−ピロリドン300g、及びアルカリ金属イオンとして酢酸ナトリウムの3水和物(CH3COONa・3H2O)16gを使用して、還元反応水溶液10Lを調製した。該還元反応水溶液のpHは約5.8であった。
(イ)銅微粒子の一次粒子径、金属種の同定
前記走査型電子顕微鏡(SEM−EDX)による観察の結果、生成した銅微粒子の一次粒子径は、1〜80nmの範囲で、平均一次粒子径は15nmであった。また、該銅微粒子に対してエネルギー分散型X線分析装置(EDX)による分析を行ったところ、金属組成は、銅100質量%であった。
上記(1)で得られた銅微粒子をナノ構造電極上に塗布して顕微ラマン分光装置、及びフーリエ変換赤外分光光度計で解析したところ、N−ビニル−2−ピロリドンに由来するピロリドン基(C4H6NO)に帰属するピークが検出された。炭素・硫黄分析計を用いた銅微粒子の分析では、N−ビニル−2−ピロリドンで被覆された金属微粒子(P1)中の有機分散剤の割合は、2質量%であった。
上記(1)で得られた平均一次粒径15nmの銅微粒子0.44g、平均一次粒径5μmの銅粉末3.33g、平均一次粒径5μmのスズ粉末8.8g、亜りん酸トリス(ノニルフェニル)1.5gを窒素雰囲気下で混合して、乳鉢と乳棒による混練処理を施すことで金属粒子含有組成物を調製した。
表1に示すように、金属微粒子(P1)として無電解還元反応により生成した銅微粒子、低融点金属粉(P2)としてスズ粉末(100%Sn)、活性化剤(A)として亜りん酸トリオクチルが含まれるように金属粒子含有組成物を調製した。
金属元素である銅の供給源として水酸化銅14.6g、有機分散剤としてポリビニルピロリドン5gを蒸留水960gへ添加して撹拌した後、この水溶液を窒素ガス雰囲気中に移した。次に、水素化ホウ素ナトリウム溶液を還元剤として上記水溶液へ添加することで還元反応水溶液1L(リットル)を調製した。調製した還元反応水溶液の酸化還元電位は標準水素電極基準で−400mV以下、pHは約13であった。この還元反応水溶液を撹拌しながら浴温20℃で60分の間、酸化還元電位を−400mV以下となるように適宜、還元剤を滴下するなどして無電解還元反応させ続けた結果、溶液中に銅微粒子が析出した。得られた銅微粒子分散水溶液を遠心分離機に入れ、銅微粒子成分を沈殿回収した。回収した銅微粒子にエタノールを加えて撹拌洗浄して遠心分離機で銅微粒子を回収するエタノール洗浄操作を2度行い、水洗して溶媒を乾燥除去した後、5gの銅微粒子を得た。
(イ)銅微粒子の一次粒子径、金属種の同定
前記走査型電子顕微鏡(SEM−EDX)による観察の結果、生成した銅微粒子の一次粒子径は、20〜200nmの範囲で、平均一次粒子径は35nmであった。また、該銅微粒子に対してエネルギー分散型X線分析装置(EDX)による分析を行ったところ、金属組成は、銅100質量%であった。
上記(1)で得られた銅微粒子をナノ構造電極上に塗布して顕微ラマン分光装置、及びフーリエ変換赤外分光光度計で解析したところ、ポリビニルピロリドンに由来するピロリドン基(C4H6NO)に帰属するピークが検出された。炭素・硫黄分析計を用いた銅微粒子の分析では、ポリビニルピロリドンで被覆された金属微粒子(P1)中の有機分散剤の割合は、0.1質量%であった。
上記(1)で得られた平均一次粒径35nmの銅微粒子2.2g、平均一次粒径5μmのスズ粉末8.8g、亜りん酸トリオクチル1.5gを窒素雰囲気下で混合して、乳鉢と乳棒による混練処理を施すことで金属粒子含有組成物を調製した。
表1に示すように、金属微粒子(P1)として無電解還元反応により生成した銅微粒子、低融点金属粉(P2)としてスズ−銀−銅粉末(96.5%Sn−3%Ag−0.5%Cu)、活性化剤(A)としてフェニルスルフィドが含まれるように金属粒子含有組成物を調製した。
実施例4と同様にして、銅微粒子を得た。
実施例4と同様の評価が得られた。
上記(1)で得られた平均一次粒径35nmの銅微粒子2.2g、平均一次粒径10μmのスズ−銀−銅粉末8.8g、フェニルスルフィド1.5gを窒素雰囲気下で混合して、乳鉢と乳棒による混練処理を施すことで金属粒子含有組成物を調製した。
表1に示すように、金属微粒子(P1)として無電解還元反応により生成した銅微粒子、低融点金属粉(P2)としてスズ−亜鉛−アルミニウム粉末(91.99%Sn−8%Zn−0.01%Al)、活性化剤(A)としてフェニルスルフィドとトリチオ亜りん酸トリラウリルが含まれるように金属粒子含有組成物を調製した。
実施例4と同様にして、銅微粒子を得た。
(イ)銅微粒子の一次粒子径、金属種の同定
実施例4と同様の評価が得られた。
上記(1)で得られた平均一次粒径35nmの銅微粒子2.2g、平均一次粒径10μmのスズ−亜鉛−アルミニウム粉末8.8g、フェニルスルフィド1.4g、トリチオ亜りん酸トリラウリル0.1gを窒素雰囲気下で混合して、乳鉢と乳棒による混練処理を施すことで金属粒子含有組成物を調製した。
表1に示すように、金属微粒子(P1)として無電解還元反応により生成した銅微粒子、低融点金属粉(P2)としてスズ−ビスマス粉末(42%Sn−58%Bi)、活性化剤(A)として亜りん酸トリブチルが含まれるように金属粒子含有組成物を調製した。
有機分散剤としてポリビニルピロリドン70g、酸化還元電位を−800mV以下となるように制御し、その他の条件については実施例4と同様にして、銅微粒子を得た。
(イ)銅微粒子の一次粒子径、金属種の同定
前記走査型電子顕微鏡(SEM−EDX)による観察の結果、生成した銅微粒子の一次粒子径は、1〜50nmの範囲で、平均一次粒子径は15nmであった。また、該銅微粒子に対してエネルギー分散型X線分析装置(EDX)による分析を行ったところ、金属組成は、銅100質量%であった。
上記(1)得られた銅微粒子をナノ構造電極上に塗布して顕微ラマン分光装置、及びフーリエ変換赤外分光光度計で解析したところ、ポリビニルピロリドンに由来するピロリドン基(C4H6NO)に帰属するピークが検出された。炭素・硫黄分析計を用いた銅微粒子の分析では、ポリビニルピロリドンで被覆された金属微粒子(P1)中の有機分散剤の割合は、10質量%であった。
上記(1)で得られた平均一次粒径15nmの銅微粒子2.2g、平均一次粒径0.55μmのスズ−ビスマス粉末8.8g、亜りん酸トリブチル1.5gを窒素雰囲気下で混合して、乳鉢と乳棒による混練処理を施すことで金属粒子含有組成物を調製した。
表1に示すように、金属微粒子(P1)として無電解還元反応により生成した銅微粒子、低融点金属粉(P2)として亜鉛粉末(100%Zn)、活性化剤(A)として亜りん酸トリス(ノニルフェニル)、4-(ジフェニルホスフィノ)スチレンが含まれるように金属粒子含有組成物を調製した。
有機分散剤としてポリビニルピロリドン5gとポリアクリルアミド100g、酸化還元電位を−300mV以下となるように制御し、その他の条件については実施例4と同様にして、銅微粒子を得た。
(イ)銅微粒子の一次粒子径、金属種の同定
前記走査型電子顕微鏡(SEM−EDX)による観察の結果、生成した銅微粒子の一次粒子径は、40〜500nmの範囲で、平均一次粒子径は70nmであった。また、該銅微粒子に対してエネルギー分散型X線分析装置(EDX)による分析を行ったところ、金属組成は、銅100質量%であった。
上記(1)で得られた銅微粒子をナノ構造電極上に塗布して顕微ラマン分光装置、及びフーリエ変換赤外分光光度計で解析したところ、ポリビニルピロリドンに由来するピロリドン基(C4H6NO)とポリアクリルアミドに帰属するピークが検出された。炭素・硫黄分析計を用いた銅微粒子の分析では、ポリビニルピロリドンとポリアクリルアミドで被覆された金属微粒子(P1)中の有機分散剤の割合は、30質量%であった。
上記(1)で得られた平均一次粒径70nmの銅微粒子1.8g、平均一次粒径5μmの亜鉛粉末10.2g、亜りん酸トリス(ノニルフェニル)1.6g、4-(ジフェニルホスフィノ)スチレン0.1gを窒素雰囲気下で混合して、乳鉢と乳棒による混練処理を施すことで金属粒子含有組成物を調製した。
表1に示すように、金属微粒子(P1)として電解還元反応により生成した銅微粒子、低融点金属粉(P2)としてスズ−亜鉛−ビスマス粉末(89%Sn−8%Zn−3%Bi)、活性化剤(A)としてジヘキシルスルフィドが含まれるように金属粒子含有組成物を調製した。
有機添加剤としてN−ビニル−2−ピロリドン200g、N−メチル−2−ピロリドン200gとなるように制御し、その他の条件については実施例4と同様にして、銅微粒子を得た。
(イ)銅微粒子の一次粒子径、金属種の同定
前記走査型電子顕微鏡(SEM−EDX)による観察の結果、生成した銅微粒子の一次粒子径は、1〜100nmの範囲で、平均一次粒子径は25nmであった。また、該銅微粒子に対してエネルギー分散型X線分析装置(EDX)による分析を行ったところ、金属組成は、銅100質量%であった。
上記(1)で得られた銅微粒子をナノ構造電極上に塗布して顕微ラマン分光装置、及びフーリエ変換赤外分光光度計で解析したところ、N−ビニル−2−ピロリドンとN−メチル−2−ピロリドンに由来するピロリドン基(C4H6NO)に帰属するピークが検出された。炭素・硫黄分析計を用いた銅微粒子の分析では、N−ビニル−2−ピロリドンとN−メチル−2−ピロリドンで被覆された金属微粒子(P1)中の有機分散剤の割合は、3質量%であった。
上記(1)で得られた平均一次粒径25nmの銅微粒子2.2g、平均一次粒径5μmのスズ−亜鉛−ビスマス粉末8.8g、ジヘキシルスルフィド1.5gを窒素雰囲気下で混合して、乳鉢と乳棒による混練処理を施すことで金属粒子含有組成物を調製した。
表1に示すように、金属微粒子(P1)として電解還元反応により生成した銅-ニッケル合金微粒子、低融点金属粉(P2)としてスズ−亜鉛−ビスマス粉末(89%Sn−8%Zn−3%Bi)、活性化剤(A)として亜りん酸トリス(ノニルフェニル)が含まれるように金属粒子含有組成物を調製した。
金属元素である銅の供給源として酢酸銅(II)の1水和物20g、ニッケルの供給源として酢酸ニッケル(II)の4水和物2.6gを添加し、その他の条件については実施例4と同様にして、銅−ニッケル合金微粒子を得た。
(イ)銅-ニッケル合金微粒子の一次粒子径、金属種の同定
前記走査型電子顕微鏡(SEM−EDX)による観察の結果、生成した銅−ニッケル合金微粒子の一次粒子径は、30〜150nmの範囲で、平均一次粒子径は50nmであった。また、該銅−ニッケル合金微粒子に対してエネルギー分散型X線分析装置(EDX)による分析を行ったところ、金属組成は、銅90質量%、ニッケル10質量%(以下、銅−10%ニッケル合金のように表示することがある。)であった。
上記(1)で得られた銅−ニッケル合金微粒子をナノ構造電極上に塗布して顕微ラマン分光装置、及びフーリエ変換赤外分光光度計で解析したところ、N−ビニル−2−ピロリドンに由来するピロリドン基(C4H6NO)に帰属するピークが検出された。炭素・硫黄分析計を用いた銅−ニッケル合金微粒子の分析では、N−ビニル−2−ピロリドンで被覆された金属微粒子(P1)中の有機分散剤の割合は、1質量%であった。
上記(1)で得られた平均一次粒径50nmの銅−ニッケル合金微粒子2.2g、平均一次粒径5μmのスズ−亜鉛−ビスマス粉末8.8g、亜りん酸トリス(ノニルフェニル)1.5gを窒素雰囲気下で混合して、乳鉢と乳棒による混練処理を施すことで金属粒子含有組成物を調製した。
表1に示すように、金属微粒子(P1)としてポリオール還元反応により生成した金微粒子、低融点金属粉(P2)としてスズ粉末(100%Sn)、活性化剤(A)として亜りん酸トリス(ノニルフェニル)が含まれるように金属粒子含有組成物を調製した。
金属元素である金の供給源として塩化金酸4水和物12g、有機分散剤としてポリビニルピロリドン50gとポリビニルアルコール1gをエチレングリコール500gへ添加することで還元反応溶液を調製した。調製した還元反応溶液を撹拌しながら浴温130℃で60分の間、反応させ続けた結果、溶液中に金微粒子が析出した。得られた金微粒子分散液をエタノールで希釈してから遠心分離機に入れ、金微粒子成分を沈殿回収した。回収した金微粒子にエタノールを加えて撹拌洗浄して遠心分離機で金微粒子を回収するエタノール洗浄操作を2度行い、水洗して溶媒を乾燥除去した後、2.9gの金微粒子を得た。
(イ)金微粒子の一次粒子径、金属種の同定
前記走査型電子顕微鏡(SEM−EDX)による観察の結果、生成した金微粒子の一次粒子径は、5〜100nmの範囲で、平均一次粒子径は25nmであった。また、該金微粒子に対してエネルギー分散型X線分析装置(EDX)による分析を行ったところ、金属組成は、金100質量%であった。
上記(1)で得られた金微粒子をナノ構造電極上に塗布して顕微ラマン分光装置、及びフーリエ変換赤外分光光度計で解析したところ、ポリビニルピロリドンに由来するピロリドン基(C4H6NO)に帰属するピークが検出された。炭素・硫黄分析計を用いた金微粒子の分析では、ポリビニルピロリドンで被覆された金属微粒子(P1)中の有機分散剤の割合は、1質量%であった。
上記(1)で得られた平均一次粒径25nmの金微粒子8g、平均一次粒径50μmのスズ粉末2g、亜りん酸トリス(ノニルフェニル)2.5gを窒素雰囲気下で混合して、乳鉢と乳棒による混練処理を施すことで金属粒子含有組成物を調製した。
表1に示すように、金属微粒子(P1)としてポリオール還元反応により生成した銀微粒子、低融点金属粉(P2)としてスズ粉末(100%Sn)、金属粉(P3)として銀粉末(100%Ag)、活性化剤(A)として亜りん酸トリス(ノニルフェニル)が含まれるように金属粒子含有組成物を調製した。
金属元素である銀の供給源として硝酸銀7g、有機分散剤としてポリビニルピロリドン50gとポリビニルアルコール1gをエチレングリコール500gへ添加することで還元反応溶液を調製した。調製した還元反応溶液を撹拌しながら浴温130℃で60分の間、反応させ続けた結果、溶液中に銀微粒子が析出した。得られた銀微粒子分散液をエタノールで希釈してから遠心分離機に入れ、銀微粒子成分を沈殿回収した。回収した銀微粒子にエタノールを加えて撹拌洗浄して遠心分離機で銀微粒子を回収するエタノール洗浄操作を2度行い、水洗して溶媒を乾燥除去した後、2.8gの銀微粒子を得た。
(イ)銀微粒子の一次粒子径、金属種の同定
前記走査型電子顕微鏡(SEM−EDX)による観察の結果、生成した銀微粒子の一次粒子径は、5〜120nmの範囲で、平均一次粒子径は35nmであった。また、該銀微粒子に対してエネルギー分散型X線分析装置(EDX)による分析を行ったところ、金属組成は、銀100質量%であった。
上記(1)で得られた銀微粒子をナノ構造電極上に塗布して顕微ラマン分光装置、及びフーリエ変換赤外分光光度計で解析したところ、ポリビニルピロリドンに由来するピロリドン基(C4H6NO)に帰属するピークが検出された。炭素・硫黄分析計を用いた銀微粒子の分析では、ポリビニルピロリドンで被覆された金属微粒子(P1)中の有機分散剤の割合は、1.2質量%であった。
上記(1)で得られた平均一次粒径35nmの銀微粒子6.6g、平均一次粒径50μmの銀粉末0.2g、平均一次粒径50μmのスズ粉末4.4g、亜りん酸トリス(ノニルフェニル)1.9gを窒素雰囲気下で混合して、乳鉢と乳棒による混練処理を施すことで金属粒子含有組成物を調製した。
表1に示すように、低融点金属粉としてスズ粉末(100%Sn)の代わりにアンチモン粉末(100%Sb)とした以外は実施例4と同様にして、金属粒子含有組成物を調製した。
実施例4と同様にして、5gの銅微粒子を得た。
実施例4と同様の評価結果が得られた。
上記(1)で得られた平均一次粒径35nmの銅微粒子2.2g、平均一次粒径5μmのアンチモン粉末8.8g、亜りん酸トリオクチル1.5gを窒素雰囲気下で混合して、乳鉢と乳棒による混練処理を施すことで金属粒子含有組成物を調製した。
表1に示すように、活性化剤として、亜りん酸トリオクチルの代わりにn-オクタン酸とした以外は実施例4と同様にして、金属粒子含有組成物を調製した。
実施例4と同様にして、5gの銅微粒子を得た。
実施例4と同様の評価結果が得られた。
得られた平均一次粒径35nmの銅微粒子2.2g、平均一次粒径5μmのスズ粉末8.8g、n-オクタン酸1.5gを窒素雰囲気下で混合して、乳鉢と乳棒による混練処理を施すことで金属粒子含有組成物を調製した。
表1に示すように、活性化剤として亜りん酸トリオクチルの代わりにジエチレングリコールとした以外は実施例4と同様にして、金属粒子含有組成物を調製した。
実施例4と同様にして、5gの銅微粒子を得た。
実施例4と同様の評価結果が得られた。
上記(1)で得られた平均一次粒径35nmの銅微粒子2.2g、平均一次粒径5μmのスズ粉末8.8g、ジエチレングリコール1.5gを窒素雰囲気下で混合して、乳鉢と乳棒による混練処理を施すことで金属粒子含有組成物を調製した。
表1に示すように、活性化剤として亜りん酸トリオクチルの代わりにトリブチルホスフィンオキシドとした以外は実施例4と同様にして、金属粒子含有組成物を調製した。
実施例4と同様にして、5gの銅微粒子を得た。
実施例4と同様の評価結果が得られた。
上記(1)で得られた平均一次粒径35nmの銅微粒子2.2g、平均一次粒径5μmのスズ粉末8.8g、トリブチルホスフィンオキシド0.5g、粘度調整剤としてヘキサン1gを窒素雰囲気下で混合して、乳鉢と乳棒による混練処理を施すことで金属粒子含有組成物を調製した。
表1に示すように、活性化剤として亜りん酸トリオクチルの代わりにイソプロピルメチルスルホンとした以外は実施例4と同様にして、金属粒子含有組成物を調製した。
実施例4と同様にして、5gの銅微粒子を得た。
実施例4と同様の評価結果が得られた。
上記(1)で得られた平均一次粒径35nmの銅微粒子2.2g、平均一次粒径5μmのスズ粉末8.8g、イソプロピルメチルスルホン1.5gを窒素雰囲気下で混合して、乳鉢と乳棒による混練処理を施すことで金属粒子含有組成物を調製した。
表1に示すように、銅微粒子の一次粒子径が500nmを超えるようにした以外は実施例2と同様にして、金属粒子含有組成物を調製した。
酢酸ナトリウムの3水和物(CH3COONa・3H2O)を1g、浴温を60℃に制御し、その他の条件については実施例2と同様にして、5gの銅微粒子を得た。
(イ)銅微粒子の一次粒子径、金属種の同定
前記走査型電子顕微鏡(SEM−EDX)による観察の結果、生成した銅微粒子の一次粒子径は、550〜2000nmの範囲で、平均一次粒子径は900nmであった。また、該銅微粒子に対してエネルギー分散型X線分析装置(EDX)による分析を行ったところ、金属組成は、銅100質量%であった。
上記(1)で得られた銅微粒子をナノ構造電極上に塗布して顕微ラマン分光装置、及びフーリエ変換赤外分光光度計で解析したところ、有機化合物に帰属する明瞭なピークは検出されなかった。
上記(1)で得られた平均一次粒径900nmの銅微粒子2.7g、平均一次粒径5μmのスズ粉末10.8g、亜りん酸トリフェニル1.5gを窒素雰囲気下で混合して、乳鉢と乳棒による混練処理を施すことで金属粒子含有組成物を調製した。
表1に示すように、銅微粒子を使用しなかった以外は比較例3と同様にして、金属粒子含有組成物を調製した。つまり、平均粒径5μmのスズ粉末11g、ジエチレングリコール1.5gを窒素雰囲気下で混合して、乳鉢と乳棒による混練処理を施すことで金属粒子含有組成物を調製した。
表1に示すように、金属微粒子(P1)を使用せずに、低融点金属粉としてスズ粉末(100%Sn)と亜鉛粉末(100%Zn)、活性化剤(A)として亜りん酸トリオクチルが含まれるように金属粒子含有組成物を調製した。つまり、平均粒径5μmのスズ粉末8.8g、平均粒径5μmの亜鉛粉末2.2g、亜りん酸トリオクチル1.5gを窒素雰囲気下で混合して、乳鉢と乳棒による混練処理を施すことで金属粒子含有組成物を調製した。
以上の実施例1〜12および比較例1〜8で調製した金属粒子含有組成物について、以下の評価試験を行った。
実施例1〜12および比較例1〜8でそれぞれ調製した金属粒子含有組成物を用いて、金属微粒子(P1)の主成分である金属元素(M)の低融点金属粉(P2)への溶け込みの反応性の評価を行った。
上記実施例1〜12および比較例1〜8でそれぞれ得られた金属粒子含有組成物を用いて接合した板材の接合評価を行った。
上記実施例1〜12および比較例1〜8でそれぞれ得られた金属粒子含有組成物を用いて基板表面に接合されたシリコンチップの接合評価を行った。
板材の接合評価において、本発明の構成を満たした金属粒子含有組成物を用いた実施例では明らかに比較例よりも接合強度が良好であった。接合部の空隙率も実施例のほうが低い傾向となった。さらに、チップ接合評価でも比較例よりも実施例の方がダイシェア強度が高かった。
111 銅−スズ合金相
112、211、311 スズリッチ相
113、212、312 ボイド
Claims (9)
- 一次粒子の粒子径が1nm以上500nm以下であり、かつバルクの融点が420℃超えである金属元素(M)を含む金属微粒子(P1)と、
融点が420℃以下の金属又は合金からなり、不可避的に酸素を含有する低融点金属粉(P2)と、
水の生成を伴わずに酸素原子と結合可能なリン又は硫黄を分子構造中に一つ以上含んでいる活性化剤(A)とで構成していることを特徴とする金属粒子含有組成物。 - 前記金属元素(M)が、銅、銀、金及びニッケ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に記載の金属粒子含有組成物。
- 前記低融点金属粉(P2)の一次粒子の粒子径が、500nm超え50μm以下であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の金属粒子含有組成物。
- 前記低融点金属粉(P2)が、スズ金属粉、又は銅、銀、亜鉛、リン、アルミニウム、及びビスマスの中から選択される少なくとも1種がスズと固溶しているスズ合金粉であることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の金属粒子含有組成物。
- 前記活性化剤(A)が、少なくとも1つの炭素原子を分子構造中に含む有機リン化合物(A1)であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の金属粒子含有組成物。
- 前記有機リン化合物(A1)が、ホスフィン類及びホスファイト類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5に記載の金属粒子含有組成物。
- 前記活性化剤(A)が、少なくとも1つの炭素原子を分子構造中に含む有機硫黄化合物(A2)であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の金属粒子含有組成物。
- 前記有機硫黄化合物(A2)が、スルフィド類、ジスルフィド類、トリスルフィド類及びスルホキシド類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7に記載の金属粒子含有組成物。
- 一次粒子の粒子径が500nm超え50μm以下であり、かつバルクの融点が420℃超えである金属元素(M)からなる金属粉(P3)をさらに有することを特徴とする、請求項1から8のいずれか一項に記載の金属粒子含有組成物。
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