KR102616947B1

KR102616947B1 - 소결 재료, 접속 구조체, 복합 입자, 접합용 조성물 및 소결 재료의 제조 방법

Info

Publication number: KR102616947B1
Application number: KR1020197023424A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 노모토; 마사오 사사다이라
Original assignee: 세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2018-02-20
Publication date: 2023-12-21
Also published as: JP2022104982A; US20200001366A1; TW201839864A; CN115319082A; EP3584333A4; JPWO2018151313A1; CN110312810A; TWI765971B; US11961815B2; JP7088828B2; WO2018151313A1; EP3584333A1; KR20190120190A

Abstract

열응력 및 접합 강도의 양방이 우수한 소결 재료, 이 소결 재료를 구비하는 접속 구조체, 소결 재료를 제조할 수 있는 접합용 조성물 및 소결 재료의 제조 방법을 제공한다. 소결 재료에 있어서, 기부 (1) 와, 완충부 (2) 와, 충전부 (3) 를 구비한다. 완충부 (2) 및 충전부 (3) 는, 기부 (1) 중에 분산되어 존재하고 있다. 기부 (1) 는, 금속의 소결체이고, 완충부 (2) 는 공공 및 상기 소결체와 동일하지 않은 재료 중 적어도 어느 일방에 의해 형성되고, 충전부 (3) 는 입자 및 섬유 중 적어도 어느 일방에 의해 형성된다. 소결 재료의 삼차원 화상에 있어서의 상기 완충부의 체적 분포의 첨도를 A, 충전부를 제거한 상기 소결 재료의 삼차원 화상에 있어서의 완충부의 체적 분포의 첨도를 B 로 했을 때, A > B 를 만족시킨다.

Description

소결 재료, 접속 구조체, 복합 입자, 접합용 조성물 및 소결 재료의 제조 방법

본 발명은, 소결 재료 및 그 소결 재료를 접속부에 갖는 접속 구조체, 복합 입자, 접합용 조성물, 그리고 소결 재료의 제조 방법에 관한 것이다.

종래, 인버터 등에 사용되는 파워 반도체 장치 (파워 디바이스) 의 하나인 비절연형 반도체 장치 (접속 구조체) 에 있어서, 반도체 소자를 고정시키기 위해, 접속 부재가 사용되는 것이 알려져 있다. 이와 같은 접속 부재는, 예를 들어, 경화성의 접착제 또는 소결성 재료 등으로 형성할 수 있고, 접착 부재의 재료의 종류에 따라서는, 반도체 장치의 전극의 하나로도 될 수 있다.

예를 들어, 특허문헌 1, 2 는, 반도체 소자를 고정시키기 위한 접속 부재로서, 공공률 (空孔率) 을 조정한 소결 재료를 이용하는 것을 개시하고 있다. 이와 같은 소결 재료를 반도체 소자의 접속 부재로서 적용함으로써, 방열성 및 접합 강도가 확보될 수 있다.

일본 공개특허공보 2011-77225호 일본 공개특허공보 2014-96545호

그러나, 특허문헌 1, 2 등에 개시되는 공공을 갖는 소결 재료를 접속 부재로서 이용하는 경우, 공공은 열응력을 완화시키는 작용을 갖는 반면, 강도를 저하시키는 요인이 된다. 그 때문에, 예를 들어, 특허문헌 2 에 개시된 바와 같이 (단락 [0012]), 기공률이 낮은 치밀층을 별도로 형성할 필요가 있었기 때문에, 접속 부재를 얻는 공정이 복잡해지고, 또, 기공률이 낮은 치밀층의 존재에 의해, 열응력을 완화시키는 작용의 저하가 일어난다는 문제가 있었다. 이와 같이, 종래의 접속 부재로서의 소결 재료에서는, 열응력을 완화시키는 작용 및 접합 강도를 양립시키는 것이 곤란하고, 고출력 특성이 요구되는 반도체 디바이스에 사용하기 위해서는, 여전히 개선의 여지가 남아 있었다.

본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 열응력을 완화시키는 작용 및 접합 강도의 양방이 우수한 소결 재료, 이 소결 재료를 구비하는 접속 구조체, 복합 입자, 소결 재료를 제조하기 위한 접합용 조성물 및 소결 재료의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위하여 예의 연구를 거듭한 결과, 소결 재료 중에 있어서 응력 완화 작용을 발휘하는 완화부 (공공 등) 의 분포 상태를 제어함으로써, 상기 목적을 달성할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은, 예를 들어, 이하의 항에 기재된 발명을 포함한다.

항 1. 소결 재료에 있어서,

기부와, 완충부와, 충전부를 구비하고,

상기 기부는 금속의 소결체이고,

상기 완충부 및 충전부는, 상기 기부 중에 분산되어 존재하고 있고,

상기 완충부는, 공공(空孔), 및 상기 소결체와 동일하지 않은 재료 중 적어도 어느 일방에 의해 형성되고,

상기 충전부는, 입자 및 섬유 중 적어도 어느 일방에 의해 형성되고,

상기 소결 재료의 삼차원 화상에 있어서의 상기 기부의 체적 분포의 첨도를 A, 상기 충전부를 제거한 상기 소결 재료의 삼차원 화상에 있어서의 기부의 체적 분포의 첨도를 B 로 했을 때, A > B 를 만족시키는, 소결 재료.

항 2. 소결 재료에 있어서,

기부와, 완충부와, 충전부를 구비하고,

상기 기부는, 금속의 소결체이고,

상기 완충부는, 공공, 및 상기 소결체와는 동일하지 않은 재료 중 적어도 어느 일방에 의해 형성되고,

상기 소결 재료의 삼차원 화상에 있어서의 상기 기부의 체적 분포의 첨도를 A 로 했을 때, A 의 값이 0.2 이상인, 소결 재료.

항 3. A - B 의 값이 0.1 이상인, 항 1 에 기재된 소결 재료.

항 4. 상기 충전부의 함유량이 0.01 중량％ 이상 10 중량％ 이하인, 항 1 ∼ 3 중 어느 1 항에 기재된 소결 재료.

항 5. 상기 충전부끼리의 최근접 거리가 1 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하인, 항 1 ∼ 4 중 어느 1 항에 기재된 소결 재료.

항 6. 상기 기부는, 일차원 방향으로 배향성을 갖도록 분포되어 존재하고 있는, 항 1 ∼ 5 중 어느 1 항에 기재된 소결 재료.

항 7. 항 1 ∼ 6 중 어느 1 항에 기재된 소결 재료를 접속부에 갖는 접속 구조체.

항 8. 항 1 ∼ 7 중 어느 1 항에 기재된 소결 재료의 충전부를 형성하기 위해서 사용되고, 기재 입자에 콜로이드 촉매 또는 소결 촉진제가 배치된 구조, 혹은 기재 입자에 금속부가 피복된 구조를 갖는, 복합 입자.

항 9. 기재에 콜로이드 촉매 또는 소결 촉진제가 배치된 구조를 갖는 복합체, 혹은 기재에 금속부가 피복된 구조를 갖는 복합체와, 금속 입자를 포함하는 접합용 조성물에 있어서,

상기 접합용 조성물의 소결 재료의 삼차원 화상에 있어서의 기부의 체적 분포의 첨도를 A, 상기 복합체를 제거한 접합용 조성물의 소결 재료의 삼차원 화상에 있어서의 기부의 체적 분포의 첨도를 B 로 했을 때, A > B 를 만족시키는, 접합용 조성물.

항 10. 기재에 콜로이드 촉매 또는 소결 촉진제가 배치된 구조를 갖는 복합체, 혹은 기재에 금속부가 피복된 구조를 갖는 복합체와, 금속 입자를 포함하는 접합용 조성물에 있어서,

상기 접합용 조성물의 소결 재료의 삼차원 화상에 있어서의 기부의 체적 분포의 첨도를 A 로 했을 때, A 의 값이 0.2 이상인, 접합용 조성물.

항 11. 항 9 또는 10 에 기재된 접합용 조성물을 소결하는 공정을 포함하는, 소결 재료의 제조 방법.

본 발명에 관련된 소결 재료에 의하면, 열응력의 완화 작용 및 접합 강도의 양방이 우수하다. 이 때문에, 본 발명에 관련된 소결 재료는, 예를 들어, 반도체 소자를 접합하기 위한 접합 부재로서 바람직하다.

본 발명에 관련된 복합 입자는, 상기 소결 재료를 얻기 위한 원료로서 바람직하게 사용할 수 있고, 특히 상기 소결 재료의 충전부를 형성하기 위해서 사용되는 원료로서 바람직하다.

도 1 은, 본 발명의 소결 재료의 실시형태의 일례를 나타내고, 그 단면을 나타내는 모식도이다.
도 2(a) 는, 실시예 1 에서 얻어진 삼차원 화상, (b) 는 소결 재료를 125 분획한 것 중 하나의 분획을 설명하는 도면이다.
도 3 은, 열응력의 완화 작용 및 접합 강도를 측정하기 위한 측정 장치의 모식도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 상세하게 설명한다.

도 1 은, 본 발명의 소결 재료의 단면을 나타내는 모식도이다. 또한, 본 발명에서는, 소결 재료란, 소결에 의해 형성된 생성물을 의미한다.

본 실시형태의 소결 재료는, 기부 (1) 와, 완충부 (2) 와, 충전부 (3) 를 구비한다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 완충부 (2) 및 충전부 (3) 는, 기부 (1) 중에 분산되어 존재하고 있다. 또한, 만약을 위한 주기 (注記) 에 불과하지만, 완충부 (2) 및 충전부 (3) 는, 소결 재료 중에 분산되어 존재하고 있다고 표현해도 된다.

기부 (1) 는, 금속의 소결체이고, 소결 재료의 모체가 되는 부분이다.

완충부 (2) 는, 공공, 및 상기 소결체와는 동일하지 않은 재료 중 적어도 어느 일방에 의해 형성된다. 일반적으로, 소결 재료는 공공을 갖지만, 본 발명의 소결 재료는, 공공을 갖는 경우도 있으면, 이 공공의 일부 또는 전부가, 상기 소결체와는 동일하지 않은 재료가 충전되는 경우도 있다. 소결 재료에 존재하는 완충부 (2) 는, 공공만으로 형성될 수 있다. 혹은, 소결 재료에 존재하는 완충부 (2) 는, 상기 소결체와 동일하지 않은 재료만으로 형성될 수 있다. 또, 소결 재료는, 공공으로 형성되는 완충부 (2) 와, 상기 소결체와 동일하지 않은 재료로 형성되는 완충부 (2) 의 양방을 가질 수도 있다.

완충부 (2) 는, 소결 재료 중에 복수 형성되고, 복수의 완충부 (2) 는 각각 응집되지 않고 독립적으로 존재할 수 있다. 혹은, 복수의 완충부 (2) 의 일부 또는 전부가 소결 재료 중에서 서로 연속해서 (연통하여) 존재할 수도 있다.

충전부 (3) 는, 입자 및 섬유 중 적어도 어느 일방에 의해 형성된다. 충전부 (3) 는, 소결 재료 중에 복수 형성되어 있다. 복수인 충전부 (3) 중 일부가 입자로 형성되고, 나머지는 섬유로 형성되는 양태도 있을 수 있다.

복수의 충전부 (3) 는 각각 응집되지 않고 독립적으로 소결 재료 중에 점재할 수 있고, 일부가 응집되어 존재할 수도 있다. 완충부 (2) 가 분산되어 존재하기 쉽다는 관점에서, 충전부 (3) 는, 응집되지 않고 균일하게 분산되어 소결 재료 중에 존재하고 있는 것이 바람직하다.

충전부 (3) 는, 그 표면의 일부 또는 전체가 기부 (1) (소결체) 와 접촉하도록 존재하고 있다. 충전부 (3) 와 기부 (1) 의 소결체는, 예를 들어, 화학 결합을 하여 접촉할 수 있다. 이와 같은 화학 결합의 종류는 한정적이지 않다. 예를 들어, 충전부 (3) 를 형성하는 입자 및/또는 섬유가, 이후에 기재하는 바와 같이 충전부 (3) 의 표면에 금속을 가지고 있는 경우, 상기 화학 결합은 금속 결합이 될 수 있다. 이 경우, 그 금속과, 기부 (1) 를 구성하는 금속이 고용체를 형성하고 있어도 된다. 이로써, 충전부 (3) 가 응집되지 않고 균일하게 분산되어 소결 재료 중에 존재하기 쉬워진다.

본 발명의 소결 재료는, 도 1 에 나타내는 바와 같은 구조를 가질 수 있다. 특히, 본 발명의 소결 재료는, 이후에 기재하는 2 종류의 형태로 분류할 수 있다. 이하, 2 종류의 형태의 소결 재료를 각각, 제 1 실시형태, 제 2 실시형태라고 한다.

제 1 실시형태의 소결 재료는, 당해 소결 재료의 삼차원 화상에 있어서의 상기 기부 (1) 의 체적 분포의 첨도를 A, 상기 충전부 (3) 를 제거한 상기 소결 재료의 삼차원 화상에 있어서의 기부 (1) 의 체적 분포의 첨도를 B 로 했을 때, A > B 를 만족시킨다.

제 2 실시형태의 소결 재료는, 당해 소결 재료의 삼차원 화상에 있어서의 상기 기부 (1) 의 체적 분포의 첨도를 A 로 했을 때, A 의 값이 0.2 이상이다.

소결 재료의 삼차원 화상은, 소결 재료의 단면을 주사형 전자 현미경 (SEM) 관찰하고, 이것을 시판되는 삼차원 화상 해석 소프트웨어로 해석함으로써 얻을 수 있다. 소결 재료의 단면 관찰에 있어서는, 소결 재료를 복수 지점으로 절단하고, 각 단면을 주사형 전자 현미경 (SEM) 으로 관찰한다. 이 절단은, 미세한 간격으로 하고, 상세하게는 소결 재료의 완충부 (2) 나 충전부 (3) 의 크기에 따라 적절히 설정된다. 상기 간격이 작을수록, 정확한 삼차원 화상이 얻어진다. 바람직한 상기 간격은, 400 ㎚ 이하이고, 더욱 바람직하게는 200 ㎚ 이하이다. 삼차원 화상을 얻는 구체적 방법으로는, FEI 제조 「Helios660」 을 사용한 FIB-SEM 법으로, 상기와 같이 소결 재료의 각 단면의 촬영을 실시하고, 얻어진 SEM 화상을, 상기 소프트웨어로 재구축함으로써 삼차원 화상을 얻을 수 있다. 3 차원 화상의 재구축은, 예를 들어, FEI 사 제조 「AVIZO」 등의 소프트웨어를 사용하여 실시할 수 있다.

얻어진 삼차원 화상에 기초하여, 기부 (1) 의 체적 분포의 첨도 A (이하, 간단히 「첨도 A」 라고 약기한다) 를 다음의 순서로 계측할 수 있다.

먼저, 상기와 같이 얻어진 소결 재료의 삼차원 화상을 추가로 125 개로 균등하게 분할 (125 분획) 한다. 예를 들어, 소결 재료가 입방체이면, 이 입방체를 추가로 125 개의 입방체로 분획한다 (이후에 기재하는 도 2(b) 를 참조). 이와 같이 얻은 각 분획의 각각에 있어서, 기부 (1), 완충부 (2) 및 충전부 (3) 를 관찰하고, 각각의 체적을 계측한다. 이 체적의 계측은, 예를 들어, FEI 사 제조 「AVIZO」 를 사용하여 실시할 수 있다.

상기 125 분획 각각의 기부 (1) 의 체적에 기초하여 체적 분포를 작성하고, 이 체적 분포로부터 첨도 A 를 산출한다. 체적 분포 및 첨도 A 는, 시판되는 계산 소프트웨어, 예를 들어 Microsoft 사 제조 「Excel2013」 을 사용하여 산출할 수 있다.

이상과 같이 하여, 소결 재료의 삼차원 화상에 있어서의 기부 (1) 의 체적 분포의 첨도 (첨도 A) 를 계측할 수 있다.

일본 공업 규격 (JIS) 에서는, 첨도는 「뾰족함 (kurtosis)」 으로서, 평균값 주위의 4 차의 모멘트 μ₄ 와 표준 편차 σ 의 4 승의 비 μ₄/σ⁴ 로 정의된다. 첨도는, 확률 변수의 확률 밀도 함수나 빈도 분포의 예리함을 나타내는 지표이다. 첨도가 크면, 정규 분포와 비교하여 예리한 피크와 길고 굵은 늘어짐을 갖는 분포가 되고, 첨도가 작으면, 정규 분포와 비교하여 보다 둥그스름함을 띤 피크와 짧고 가는 꼬리를 갖는 분포가 된다.

기부 (1), 완충부 (2) 및 충전부 (3) 는 각각 상이한 성분으로 형성되어 있으므로, 소결 재료의 삼차원 화상에서는, 기부 (1), 완충부 (2) 및 충전부 (3) 의 각각이 상이한 콘트라스트로 비추어진다. 따라서, 미리, 기부 (1), 완충부 (2) 및 충전부 (3) 를 구성하는 성분이 삼차원 화상에서 어떠한 콘트라스트가 되는가를 확인해 둠으로써, 삼차원 화상에 있어서의 기부 (1), 완충부 (2) 및 충전부 (3) 를 용이하게 판별할 수 있다.

충전부 (3) 를 제거한 상기 소결 재료의 삼차원 화상에 있어서의 기부 (1) 의 체적 분포의 첨도 B (이하, 간단히 「첨도 B」 라고 약기한다) 에 대해서도, 삼차원 화상에 기초하여 계측할 수 있다.

여기서, 「충전부 (3) 를 제거한 소결 재료」 란, 첨도 A 를 계측하기 위한 소결 재료에 있어서, 충전부 (3) 만을 제거한 소결 재료를 의미한다. 따라서, 충전부 (3) 가 존재하지 않는 것을 제외하고는, 첨도 A 를 계측하기 위한 소결 재료와, 첨도 B 를 계측하기 위한 소결 재료는 동일하다.

첨도 B 에 대해서도, 첨도 A 를 계측하는 경우와 동일한 순서로 계측할 수 있다. 요컨대, 소결 재료의 삼차원 화상을 획득하고, 이 삼차원 화상을 125 분획하여, 각 분획의 기부 (1) 의 체적 분포로부터 기부 (1) 의 첨도 B 를 계측할 수 있다.

본 발명의 소결 재료에서는 첨도 A 가 첨도 B 보다 크다. 이것은, 충전부 (3) 를 구비하는 소결 재료쪽이, 충전부 (3) 를 구비하지 않은 소결 재료보다 기부 (1) 의 체적 분포가 보다 균일한 것을 의미한다. 요컨대, 충전부 (3) 를 구비하는 소결 재료는, 충전부 (3) 를 구비하지 않은 소결 재료보다 기부 (1) 의 체적 분포가 보다 균일하고, 또한 완충부 (2) 의 크기가 단분산화되어 있다고 할 수 있다.

종래, 소결 재료의 특성을 파악하는 데에 있어서, 기부 (1) 인 소결체의 체적 분포, 및 공공 등의 결함으로 대표되는 완충부 (2) 의 분포에 대해서는 전혀 주목되어 있지 않았다. 그러나, 본원 발명자들은 그들의 체적 분포에 주목하여, 이것이 보다 균일하게 형성되어 있으면, 소결 재료의 열응력의 완화 작용 및 접합 강도의 양방이 우수한 것을 알아내고 있다.

또한 본 발명자들은, 기부와 충전부는 화학 결합을 가짐으로써 열응력에 대한 완화 작용이 발생하기 쉬워지는 것을 알아내었다.

또한, 본 명세서에 있어서, 소결 재료의 접합 강도란, 소결 재료를, 반도체 소자 등의 대상 부재를 접합시킬 목적으로 사용했을 경우에, 소결 재료와 접합 부재의 접착 강도를 의미한다.

본 발명에서는, 소결체 (기부 (1)) 중에 분산되어 존재하고 있는, 특정 재료로 형성된 충전부 (3) 가, 완충부 (2) 를 균일한 체적 분포로 분산화시키고 있다고 생각할 수 있다. 요컨대, 충전부 (3) 는, 완충부 (2) 의 분포를 조절할 수 있는 작용을 갖는 것으로 생각된다.

제 1 실시형태의 소결 재료에서는, 첨도 A 와 첨도 B 의 차 (A - B 의 값) 는, 0.1 이상이고, 특히, 0.2 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, 소결 재료의 열응력의 완화 작용 및 접합 강도의 양방이 더욱 우수하다.

제 2 실시형태의 소결 재료에서는, 첨도 A 의 값은 0.2 이상이고, 바람직하게는 0.3 이상이고, 보다 바람직하게는 0.4 이상이고, 특히 바람직하게는 0.5 이상이다. 이 경우, 소결 재료의 열응력 및 접합 강도의 양방이 더욱 우수하다. 첨도 A 의 값의 상한은 클수록 바람직하지만, 통상, 125 이다.

본 발명의 소결 재료는, 충전부 (3) 의 함유량이, 소결 재료의 총중량에 대하여 0.01 중량％ 이상 10 중량％ 이하인 것이 바람직하다. 이 경우, 첨도 A 를 크게 하기 쉽고, 소결 재료의 열응력의 완화 작용 및 접합 강도의 양방이 더욱 우수하다. 충전부 (3) 의 함유량은, 소결 재료의 총중량에 대하여 5 중량％ 이하인 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 소결 재료에 있어서, 충전부 (3) 끼리의 최근접 거리는, 1 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이 경우, 첨도 A 의 값을 보다 크게 할 수 있고, 소결 재료의 열응력의 완화 작용 및 접합 강도의 양방이 한층 더욱 우수하다.

충전부 (3) 끼리의 최근접 거리는, 전술과 동일한 방법으로 얻은 삼차원 화상으로부터, 50 세트의 이웃하는 1 쌍의 충전부 (3) 를 선택하여 각각의 최표층간의 거리를 각각 측정하고, 그들 중 거리가 짧았던 순으로 10 세트를 선택하고, 이 10 세트의 거리를 평균을 냄으로써 계측된다. 1 쌍의 충전부 (3) 의 최표층끼리의 거리의 측정에는, 예를 들어, FEI 제조 「AVIZO」 를 사용할 수 있다.

본 발명의 소결 재료에 있어서, 기부 (1) 가 일차원 방향으로 배향성을 갖도록 분포되어 존재하고 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 소결 재료의 열응력의 완화 작용 및 접합 강도의 양방이 더욱 우수함과 함께, 그 일차원 방향에 대해 직교하는 방향의 열응력의 완화 작용 및 접합 강도도 향상되기 쉽다는 이점을 갖는다. 일차원 방향에 대해 직교하는 방향이란, 예를 들어, 소결 재료의 면상의 일방향에 대해, 그 면상에서 직교하는 방향을 말한다.

기부 (1) 를 형성하는 금속의 소결체의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 소결체를 형성하는 금속은, 소결체를 형성하기 위해서 사용되고 있는 공지된 금속과 동일하게 할 수 있다. 예를 들어, 금속으로서, 금, 은, 주석, 구리, 게르마늄, 인듐, 팔라듐, 텔루르, 탈륨, 비스무트, 아연, 비소, 셀렌 및 이들 금속 원소 중 적어도 1 종의 금속 원소를 포함하는 합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상을 들 수 있다. 이들 중에서도, 금, 은 및 구리로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함하는 것이 바람직하고, 이 경우, 완충부 (2) 가 보다 균일하게 분산되기 쉽다.

완충부 (2) 가, 소결체와는 동일하지 않은 재료로 형성되어 있는 경우, 그 재료의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 완충부 (2) 를 형성하는 재료는, 금속, 수지, 유기물, 무기물, 유리, 세라믹스 등을 들 수 있다. 완충부 (2) 가 금속인 경우에는, 소결체를 구성하는 금속과는 상이한 종류의 금속 원소인 것을 의미한다. 완충부 (2) 로는, 수지, 유기물 (수지를 제외한다), 무기물, 유리, 세라믹스 등이 바람직하다.

완충부 (2) 는, 소결 재료의 제조가 용이하고, 또한 소결 재료를 경량화할 수 있다는 관점에서는, 공공인 것이 바람직하다.

충전부 (3) 가 입자로 형성되어 있는 경우, 입자의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 입자로는, 수지 입자, 금속 입자를 제외한 무기 입자, 유기 무기 하이브리드 입자 및 금속 입자 등을 들 수 있다.

특히, 충전부 (3) 는, 기재에 콜로이드 촉매 또는 소결 촉진제가 배치된 구조를 갖는 복합체, 혹은 기재에 금속부가 피복된 구조를 갖는 복합체인 것이 바람직하다. 또한 기재는 입자인 것이 바람직하고, 이 경우, 복합체는 「복합 입자」 라고 할 수 있다. 또, 기재가 입자인 경우를 「기재 입자」 로 기재한다.

충전부 (3) 가 상기 복합체로 형성되어 있는 경우, 복합체의 표면에 존재하는 콜로이드 촉매, 소결 촉진제 또는 금속부에 의해, 충전부 (3) 와, 소결체인 기부 (1) 와의 친화성이 높아지고, 특히 충전부 (3) 와, 소결체인 기부 (1) 의 화학 결합이 생기기 쉽다. 이로써, 소결 재료 중에 충전부 (3) 가 보다 균일하게 분산되기 쉽다. 그 결과, 완충부 (2) 도 소결 재료 중에 균일하게 분산 (단분산화) 되기 쉬워져, 첨도 A 가 보다 커지고, 소결 재료의 열응력의 완화 작용 및 접합 강도의 양방을 특히 향상시킬 수 있다. 또, 충전부 (3) 와 기부 (1) 의 친화성이 높아지기 때문에, 충전부 (3) 의 기부 (1) 와의 접촉 면적이 커진다. 그 결과, 충전부 (3) 와 기부 (1) 사이에 보이드가 잘 생기지 않게 되어, 소결 재료의 열응력의 완화 작용 및 접합 강도의 양방을 특히 향상시킬 수 있다. 복합체는, 복합 입자인 것이 특히 바람직하다.

기재는, 수지, 금속을 제외한 무기물, 유기 무기 하이브리드 수지 등을 예시할 수 있다. 기재가 상기 기재 입자인 경우, 예를 들어, 수지 입자, 금속 입자를 제외한 무기 입자, 유기 무기 하이브리드 입자 및 금속 입자 등을 들 수 있다. 기재 입자는, 수지 입자, 금속 입자를 제외한 무기 입자 또는 유기 무기 하이브리드 입자인 것이 바람직하다.

기재 또는 기재 입자가 수지인 경우, 여러 가지 유기물이 바람직하게 사용된다. 그러한 재료로는, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 실리콘 수지, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리이소부틸렌, 폴리부타디엔 등의 폴리올레핀 수지 ; 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트 등의 아크릴 수지 ; 폴리알킬렌테레프탈레이트, 폴리술폰, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 페놀포름알데히드 수지, 멜라민포름알데히드 수지, 벤조구아나민포름알데히드 수지, 우레아포름알데히드 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 벤조구아나민 수지, 에폭시 수지, 포화 폴리에스테르 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리아세탈, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르에테르케톤, 및 폴리에테르술폰, 우레아 수지 등을 들 수 있다.

기재가 수지 입자인 경우, 에틸렌성 불포화기를 갖는 여러 가지 중합성 단량체를 1 종 혹은 2 종 이상 중합시킴으로써 얻을 수도 있다. 이 경우, 임의의 물성을 갖는 수지 입자를 설계하는 것 및 합성하는 것이 가능하다. 또, 이 경우, 기재 입자의 경도를 바람직한 범위로 용이하게 제어할 수 있다. 이와 같은 관점에서, 상기 수지 입자의 재료는, 에틸렌성 불포화기를 복수 갖는 중합성 단량체를 1 종 또는 2 종 이상 중합시킨 중합체인 것이 바람직하다.

상기 수지 입자를, 에틸렌성 불포화기를 갖는 단량체를 중합시켜 얻는 경우에는, 그 에틸렌성 불포화기를 갖는 단량체로는, 비가교성의 단량체 및/또는 가교성의 단량체를 들 수 있다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 「(메트)아크릴」 은 「아크릴」 과 「메타크릴」 의 일방 또는 쌍방을 의미하고, 「(메트)아크릴레이트」 는 「아크릴레이트」 와 「메타크릴레이트」 의 일방 또는 쌍방을 의미한다.

상기 비가교성의 단량체로는, 예를 들어, 비닐 화합물로서, 스티렌, α-메틸스티렌, 클로르스티렌 등의 스티렌계 단량체 ; 메틸비닐에테르, 에틸비닐에테르, 프로필비닐에테르, 1,4-부탄디올디비닐에테르, 시클로헥산디메탄올디비닐에테르, 디에틸렌글리콜디비닐에테르 등의 비닐에테르류 ; 아세트산비닐, 부티르산비닐, 라우르산비닐, 스테아르산비닐 등의 산 비닐에스테르류 ; 염화비닐, 불화비닐 등의 할로겐 함유 단량체 ; (메트)아크릴 화합물로서, 메틸(메트)아크릴레이트, 에틸(메트)아크릴레이트, 프로필(메트)아크릴레이트, 부틸(메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메트)아크릴레이트, 라우릴(메트)아크릴레이트, 세틸(메트)아크릴레이트, 스테아릴(메트)아크릴레이트, 시클로헥실(메트)아크릴레이트, 이소보르닐(메트)아크릴레이트 등의 알킬(메트)아크릴레이트류 ; 2-하이드록시에틸(메트)아크릴레이트, 글리세롤(메트)아크릴레이트, 폴리옥시에틸렌(메트)아크릴레이트, 글리시딜(메트)아크릴레이트 등의 산소 원자 함유 (메트)아크릴레이트류 ; (메트)아크릴로니트릴 등의 니트릴 함유 단량체 ; 트리플루오로메틸(메트)아크릴레이트, 펜타플루오로에틸(메트)아크릴레이트 등의 할로겐 함유 (메트)아크릴레이트류 ; α-올레핀 화합물로서, 디이소부틸렌, 이소부틸렌, 리니알렌, 에틸렌, 프로필렌 등의 올레핀류 ; 공액 디엔 화합물로서, 이소프렌, 부타디엔 등을 들 수 있다.

상기 가교성의 단량체로는, 예를 들어, 비닐 화합물로서, 디비닐벤젠, 1,4-디비닐옥시부탄, 디비닐술폰 등의 비닐계 단량체 ; (메트)아크릴 화합물로서, 테트라메틸올메탄테트라(메트)아크릴레이트, 테트라메틸올메탄트리(메트)아크릴레이트, 테트라메틸올메탄디(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타(메트)아크릴레이트, 글리세롤트리(메트)아크릴레이트, 글리세롤디(메트)아크릴레이트, (폴리)에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, (폴리)프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, (폴리)테트라메틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 1,4-부탄디올디(메트)아크릴레이트 등의 다관능 (메트)아크릴레이트류 ; 알릴 화합물로서, 트리알릴(이소)시아누레이트, 트리알릴트리멜리테이트, 디알릴프탈레이트, 디알릴아크릴아미드, 디알릴에테르 ; 실리콘 화합물로서, 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 트리에틸실란, t-부틸디메틸실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 이소프로필트리메톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, 시클로헥실트리메톡시실란, n-헥실트리메톡시실란, n-옥틸트리에톡시실란, n-데실트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 디이소프로필디메톡시실란, 트리메톡시실릴스티렌, γ-(메트)아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 1,3-디비닐테트라메틸디실록산, 메틸페닐디메톡시실란, 디페닐디메톡시실란 등의 실란알콕사이드류 ; 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 디메톡시메틸비닐실란, 디메톡시에틸비닐실란, 디에톡시메틸비닐실란, 디에톡시에틸비닐실란, 에틸메틸디비닐실란, 메틸비닐디메톡시실란, 에틸비닐디메톡시실란, 메틸비닐디에톡시실란, 에틸비닐디에톡시실란, p-스티릴트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필메틸디메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필메틸디에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란 등의 중합성 이중 결합 함유 실란알콕사이드 ; 데카메틸시클로펜타실록산 등의 고리형 실록산 ; 편말단 변성 실리콘 오일, 양말단 실리콘 오일, 측사슬형 실리콘 오일 등의 변성 (반응성) 실리콘 오일 ; (메트)아크릴산, 말레산, 무수 말레산 등의 카르복실기 함유 단량체 등을 들 수 있다.

가교성 및 비가교성 단량체는, 상기 예시 열거한 단량체에 한정되지 않고, 그 밖의 중합성 단량체, 예를 들어, 공지된 중합성 단량체이어도 된다.

상기 에틸렌성 불포화기를 갖는 중합성 단량체를, 공지된 방법에 의해 중합시킴으로써, 상기 수지 입자가 얻어진다. 이 방법으로는, 예를 들어, 라디칼 중합 개시제의 존재하에서 현탁 중합하는 방법, 및 비가교의 종입자를 사용하여 라디칼 중합 개시제와 함께 단량체를 팽윤시켜 중합하는 방법 (이른바, 시드 중합법) 등을 들 수 있다. 이들 중합 방법의 조건은 특별히 제한되지 않고, 공지된 조건으로 할 수 있다.

상기 기재가 금속 입자를 제외한 무기 또는 유기 무기 하이브리드 수지인 경우에는, 기재의 재료인 무기물로는, 실리카 및 카본 블랙 등을 들 수 있다. 이 무기물은 금속은 아닌 것이 바람직하다. 상기 실리카는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 가수분해성의 알콕시실릴기를 2 개 이상 갖는 규소 화합물을 가수분해하여 가교 중합체 입자를 형성한 후에, 필요에 따라 소성을 실시함으로써 얻어지는 입자를 들 수 있다. 상기 유기 무기 하이브리드 수지로는, 예를 들어, 가교한 알콕시실릴 폴리머와 아크릴 수지에 의해 형성된 유기 무기 하이브리드 입자 등을 들 수 있다. 기재 입자인 경우에는, 금속 입자를 제외한 무기 입자 또는 유기 무기 하이브리드 수지 입자로 할 수 있다.

상기 기재의 재료의 다른 예로서, 폴리로탁산을 포함하는 수지를 들 수 있다. 폴리로탁산은, 사슬형 고분자가 고리형 분자의 개구부를 관통하여 형성되어 있는 구조를 말한다. 폴리로탁산의 종류는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 공지된 폴리로탁산을 들 수 있다. 기재 입자이면, 폴리로탁산을 포함하는 입자로 할 수 있다.

기재를 구성하는 재료가 폴리로탁산을 포함하는 수지인 경우, 폴리로탁산은 가교체인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 폴리로탁산에 있어서의 고리형 분자와 다른 폴리로탁산에 있어서의 고리형 분자가 고분자 사슬로 가교된 구조인 것이 바람직하다. 이와 같은 가교 폴리로탁산이면, 기재의 유연성이 높아지므로, 응력 완화 효과가 발휘되기 쉽고, 이로써, 소결 재료를 접속 구조체에 적용했을 경우에 접속 구조체의 크랙 및 휨의 발생을 억제하기 쉬워진다. 이와 같은 가교체인 폴리로탁산에 있어서도, 그 종류는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 공지된 가교 폴리로탁산을 들 수 있다.

상기 폴리로탁산은, 예를 들어, 공지된 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 중합성의 관능기를 갖는 고리형 분자를 구비하는 폴리로탁산과, 중합성 단량체의 혼합물을 반응시킴으로써, 가교 구조를 갖는 폴리로탁산이 제조된다. 이 반응은, 예를 들어, 공지된 방법으로 실시할 수 있다.

중합성의 관능기를 갖는 고리형 분자를 구비하는 폴리로탁산의 종류는 특별히 제한이 없다. 구체예를 든다고 하면, 어드밴스드·소프트 머티리얼즈 주식회사로부터 시판되고 있는 「세룸 (등록상표) 슈퍼 폴리머 SM3405P」, 「세룸 (등록상표) 키·믹스처 SM3400C」, 「세룸 (등록상표) 슈퍼 폴리머 SA3405P」, 「세룸 (등록상표) 슈퍼 폴리머 SA2405P」, 「세룸 (등록상표) 키·믹스처 SA3400C」, 「세룸 (등록상표) 키·믹스처 SA2400C」, 「세룸 (등록상표) 슈퍼 폴리머 SA3405P」, 「세룸 (등록상표) 슈퍼 폴리머 SA2405P」 등이다.

기재 입자의 평균 입자경은, 예를 들어, 소결 재료에 있어서의 충전부 (3) 의 우수한 분산성을 확보하는 관점에서, 0.1 ㎛ 이상, 50 ㎛ 이하로 할 수 있다. 기재 입자의 평균 입자경은, 바람직하게는 1 ㎛ 이상, 보다 바람직하게는 3 ㎛ 이상이고, 또, 바람직하게는 50 ㎛ 이하, 보다 바람직하게는 10 ㎛ 이하이다.

상기에서 말하는 기재 입자의 평균 입자경이란, 형상이 진구상인 경우에는 직경을 의미하고, 진구상 이외의 형상인 경우에는, 최대 직경과 최소 직경의 평균값을 의미한다. 그리고, 기재 입자의 평균 입자경은, 기재 입자를 주사형 전자 현미경으로 관찰하고, 무작위로 선택한 50 개의 기재 입자의 입경을 노기스로 측정한 평균값을 의미한다. 또한, 기재 입자가 전술한 바와 같이 다른 재료로 피복되어 있는 경우의 평균 입자경은, 그 피복층도 포함한다.

기재 입자의 입자경의 변동 계수 (CV 값) 는, 예를 들어, 50 ％ 이하이다. 상기 변동 계수 (CV 값) 는 하기 식으로 나타낸다.

CV 값 (％) = (ρ／Dn) × 100

ρ : 입자의 입자경의 표준 편차

Dn : 입자의 입자경의 평균값이다.

기재 입자의 CV 값은, 완충부 (2) 를 단분산화시키기 쉽다는 관점에서, 바람직하게는 40 ％ 이하, 보다 바람직하게는 30 ％ 이하이다. 기재 입자의 입자경의 CV 값의 하한은 특별히 한정되지 않는다. CV 값은 0 ％ 이상이어도 되고, 5 ％ 이상이어도 되고, 7 ％ 이상이어도 되고, 10 ％ 이상이어도 된다.

기재 입자의 경도는, 예를 들어, 10 N/㎟ 이상, 3000 N/㎟ 이하로 할 수 있다. 소결 재료의 열응력의 완화 작용 및 접합 강도의 양방이 향상되기 쉬운 관점에서는, 10 ％ K 값은, 바람직하게는 100 N/㎟ 이상, 보다 바람직하게는 1000 N/㎟ 이상, 바람직하게는 2500 N/㎟ 이하, 특히 바람직하게는 2000 N/㎟ 이하이다.

여기서 말하는 10 ％ K 값은, 기재 입자를 10 ％ 압축했을 때의 압축 탄성률이다. 이하와 같이 하여 측정할 수 있다. 먼저, 미소 압축 시험기를 사용하여, 원주 (직경 50 ㎛, 다이아몬드제) 의 평활 압자 단면에서, 25 ℃, 최대 시험 하중 20 mN 을 60 초에 걸쳐 부하하는 조건하에서 기재 입자를 압축한다. 이 때의 하중값 (N) 및 압축 변위 (㎜) 를 측정한다. 얻어진 측정값으로부터, 상기 압축 탄성률을 하기 식에 의해 구할 수 있다.

10 ％ K 값 (N/㎟) = (3/2^1/2)·F·S^-3/2·R^-1/2

F : 입자가 10 ％ 압축 변형되었을 때의 하중값 (N)

S : 입자가 10 ％ 압축 변형되었을 때의 압축 변위 (㎜)

R : 입자의 반경 (㎜)

미소 압축 시험기는, 피셔사 제조 「피셔 스코프 H-100」 등이 사용된다. 또한, 30 ％ K 값을 구하는 경우도, 입자를 30 ％ 압축 변형시켰을 때의 상기 각 파라미터를 구함으로써 산출할 수 있다.

상기 소결 촉진제 또는 콜로이드 촉매로는, 금속 미립자나 플럭스 성분을 들 수 있다.

상기 금속 미립자로는, 금, 은, 백금, 팔라듐, 주석, 구리, 게르마늄, 인듐, 팔라듐, 아연, 인듐, 이리듐, 로듐, 루테늄, 오스뮴 및 이들의 합금 등을 들 수 있다. 상기 금속 미립자는 1 종만이어도 되고, 2 종 이상을 포함해도 된다.

상기 금속 미립자를 기재 입자 표면 상에 배치하는 방법으로는, 예를 들어, 하기 (1) ∼ (3) 을 들 수 있다.

(1) 기재 입자의 분산액 중에, 금속 미립자를 첨가하고, 상기 기재 입자의 표면에 상기 금속 미립자를 반데르발스력에 의해 집적시켜, 부착시키는 방법.

(2) 기재 입자를 넣은 용기에, 금속 미립자를 첨가하고, 용기의 회전 등에 의한 기계적인 작용에 의해 상기 기재 입자의 표면에 상기 금속 미립자를 부착시키는 방법.

(3) 기재 입자의 분산액 중에, 금속 나노 콜로이드를 첨가하고, 상기 기재 입자의 표면에 상기 금속 나노 콜로이드를 화학 결합에 의해 집적시킨 후, 환원제에 의해 금속 나노 콜로이드를 환원하여 금속화시킴으로써 기재 입자의 표면에 금속 미립자를 부착시키는 방법.

그 중에서도, 부착시키는 금속 미립자의 양을 제어하기 쉽다는 관점에서, 상기 (1) 의 방법이 바람직하다. 또한, 기재 입자 이외의 기재이어도 상기 (1) ∼ (3) 의 방법을 채용할 수 있다.

상기 금속 미립자의 평균 입자경은, 바람직하게는 1 ㎚ 이상, 보다 바람직하게는 5 ㎚ 이상이고, 바람직하게는 1000 ㎚ 이하, 보다 바람직하게는 500 ㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 100 ㎚ 이하이다. 또한, 상기 금속 미립자가 상기 (3) 의 방법에 있어서의 금속 나노 콜로이드를 사용하는 경우에는, 바람직하게는 1 ㎚ 이상, 보다 바람직하게는 5 ㎚ 이상이고, 바람직하게는 50 ㎚ 이하, 보다 바람직하게는 40 ㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 35 ㎚ 이하이다. 상기 금속 미립자의 입자경이 상기 하한 이상 및 상기 상한 이하이면, 입자와 소결체의 접촉 면적이 커진다. 상기 금속 나노 콜로이드의 직경은, 최대 직경을 의미한다. 상기 금속 미립자의 평균 직경은, 투과형 전자 현미경 등으로 관찰하여 무작위로 추출한 100 개의 금속 미립자의 최대 직경을 평균을 냄으로써 구해진다.

상기 플럭스 성분으로는, 공지된 플럭스를 들 수 있고, 예를 들어, 수지계 플럭스, 유기계 플럭스, 무기계 플럭스 등을 들 수 있다. 수지계 플럭스로는, 아비에트산, 팔루스트르산, 데하이드로아비에트산, 이소피마르산, 네오아비에트산, 피마르산을 주성분으로 하는 로진을 들 수 있다. 유기계 플럭스로는, 지방족 카르복실산, 방향족 카르본을 들 수 있다. 무기계 플럭스로는, 브롬화암모늄이나 염화암모늄 등의 할로겐화물을 들 수 있다. 상기 플럭스 성분은 1 종만이어도 되고, 2 종 이상을 포함해도 된다. 기재 입자에 배치된 플럭스 성분에 의해, 소결 과정에 있어서 소결체 표면 상의 산화 피막이 제거되고, 기재 입자 표면에서 소결 반응이 촉진되어, 기재 입자와 소결체의 접촉 면적이 커진다.

복합체가, 금속부가 피복된 기재인 경우, 기재의 종류로는, 기재에 콜로이드 촉매 또는 소결 촉진제가 배치된 구조를 갖는 복합체의 경우와 동일하다. 이 경우도 기재는 기재 입자이어도 된다.

상기 금속부는, 금속을 포함하는 재료로 형성된다. 그 금속으로는, 예를 들어, 금, 은, 주석, 구리, 게르마늄, 인듐, 팔라듐, 텔루르, 탈륨, 비스무트, 아연, 비소, 셀렌, 철, 납, 루테늄, 알루미늄, 코발트, 티탄, 안티몬, 카드뮴, 규소, 니켈, 크롬, 백금, 로듐 등이 예시된다. 금속부는, 이들 각각의 금속 중 어느 1 종만이어도 되고, 혹은 2 종 이상을 포함해도 된다. 또, 금속부는, 상기 예시 열거한 각각의 금속 중 2 종 이상의 금속의 합금이어도 된다.

금속부는, 예를 들어, 상기 기재를 피복하도록 층상으로 형성될 수 있다. 이 경우, 금속부는, 1 개의 층에 의해 형성되어 있어도 되고, 혹은 복수의 층에 의해 형성되어 있어도 된다.

금속부의 두께는, 예를 들어, 0.5 ㎚ 이상, 바람직하게는 10 ㎚ 이상으로 할 수 있고, 또, 10 ㎛ 이하, 바람직하게는 1 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 500 ㎚ 이하, 특히 바람직하게는 300 ㎚ 이하로 할 수 있다. 금속부의 두께가 상기 하한 이상 및 상기 상한 이하이면, 충전부 (3) 로서의 복합 입자가, 기부 (1) 중에 보다 균일하게 분산되기 쉬워지고, 완충부 (2) 를 보다 균일하게 분산시키는 것이 가능해진다.

기재 입자의 표면 상에 금속부를 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 금속부를 형성하는 방법으로는, 예를 들어, 무전해 도금에 의한 방법, 전기 도금에 의한 방법, 물리적 증착에 의한 방법, 그리고 금속 분말 혹은 금속 분말과 바인더를 포함하는 페이스트를 기재 입자의 표면에 코팅하는 방법 등을 들 수 있다. 금속부의 형성이 간편하다는 관점에서, 무전해 도금에 의한 방법이 바람직하다. 상기 물리적 증착에 의한 방법으로는, 진공 증착, 이온 플레이팅 및 이온 스퍼터링 등의 방법을 들 수 있다.

금속부가 다층 구조인 경우도 동일한 방법으로 금속부를 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기의 금속부의 형성 방법을 채용함으로써 기재 표면에 제 1 층째의 금속부를 형성하고, 이 제 1 층째의 표면에 추가로 다음의 층을 순차 형성함으로써, 다층 구조의 금속부를 형성할 수 있다.

상기 금속부는, 외표면에 복수의 돌기를 가지고 있어도 된다. 돌기는, 예를 들어 공지된 방법으로 형성할 수 있다. 돌기의 형상 및 크기는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 돌기의 단면이 구상 또는 타원 형상이어도 되고, 돌기 선단을 향할수록 뾰족해지는 침상으로 형성되어 있어도 된다.

돌기의 평균 높이는, 1 ㎚ 이상, 1000 ㎚ 이하로 할 수 있고, 바람직하게는 5 ㎚ 이상, 보다 바람직하게는 50 ㎚ 이상, 바람직하게는 900 ㎚ 이하, 보다 바람직하게는 500 ㎚ 이하이다. 상기 돌기의 평균 높이가 상기 하한 이상 및 상기 상한 이하이면, 복합체 (예를 들어, 복합 입자) 가 소결체인 기부 (1) 와 접촉하기 쉬워진다.

돌기의 평균 높이는, 예를 들어 이하와 같이 측정할 수 있다. 복합체 (예를 들어, 복합 입자) 의 함유량이 30 중량％ 가 되도록, Kulzer 사 제조 「테크노비트 4000」 에 첨가하고, 분산시켜, 복합체 검사용 매립 수지를 제조한다. 그 검사용 매립 수지 중의 분산된 복합체의 중심 부근을 지나도록 이온 밀링 장치 (히타치 하이테크놀로지즈사 제조 「IM4000」) 를 사용하여, 복합체의 단면을 잘라낸다. 그리고, 전계 방사형 주사형 전자 현미경 (FE-SEM) 을 사용하여, 화상 배율 5 만배로 설정하고, 20 개의 복합체를 무작위로 선택하고, 각각의 복합체의 돌기 50 개를 관찰한다. 돌기의 저면으로부터 돌기의 정부 (頂部) 까지의 높이를 돌기의 높이로 하고, 산술 평균하여 상기 돌기의 평균 높이로 한다.

돌기 저면의 평균 직경은, 3 ㎚ 이상, 5000 ㎚ 이하로 할 수 있고, 바람직하게는 50 ㎚ 이상, 보다 바람직하게는 80 ㎚ 이상, 바람직하게는 1000 ㎚ 이하, 보다 바람직하게는 500 ㎚ 이하이다. 여기서 말하는 돌기 저면의 평균 직경은, 상기의 돌기의 평균 높이의 측정 방법과 동일한 순서로, 매립 수지를 사용한 FE-SEM 관찰에 의해 무작위로 선택한 20 개의 복합 입자의 돌기를 각각 관찰하고, 각 기부의 양단간 거리를 계측하고, 그것들을 산술 평균하여 구한 값을 말한다.

복합체는, 상기 기재의 표면의 일부 또는 전부에 콜로이드 촉매 또는 소결 촉진제가 배치된 구조를 갖는다. 혹은, 복합체는, 상기 기재의 표면의 일부 또는 전부에 금속부가 피복된 구조를 갖는다. 복합체가 복합 입자인 경우에는, 기재 입자의 표면의 일부 또는 전부에 콜로이드 촉매 또는 소결 촉진제가 배치된 구조를 갖는다. 혹은, 복합 입자는, 상기 기재의 표면의 일부 또는 전부에 금속부가 피복된 구조를 갖는다.

복합 입자의 다른 형태로서, 오목부를 갖는 기재 입자와, 기재 입자의 표면 상에 배치된 콜로이드 촉매 또는 금속부를 구비해도 된다. 이 형태의 복합 입자에서는, 오목부에도 콜로이드 촉매 또는 금속부가 피복될 수 있다.

오목부를 갖는 기재 입자를 조제하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 기재 입자를 후처리함으로써, 기재 입자에 오목부를 형성할 수 있다. 후처리에 의한 오목부의 형성 방법은 특별히 한정적이지 않고, 예를 들어, 공지된 방법을 채용할 수 있다. 구체적으로는, 기재 입자의 표면을 에칭 처리하는 방법, 산소 분위기에서 플라즈마 처리, 오존 처리 및 가열 처리를 하는 방법, 가습 처리하는 방법, 진공 중에서 열처리하는 방법, 가압 및 가습 조건하에서 열처리하는 방법, 산화제로 습식 처리하는 방법, 볼 밀 등으로 물리적으로 처리하는 방법 등을 들 수 있다.

오목부의 평균 깊이는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 오목부의 평균 깊이는, 기재 입자의 평균 반경의 0.1 ％ 이상, 80 ％ 이하로 할 수 있다. 또한, 여기서 말하는 오목부의 깊이란, 오목부를 갖는 기재 입자를 구상으로 가정하고, 그 구상의 기재 입자의 표면으로부터 오목부의 가장 저면이 되는 점과의 거리를 나타낸다. 구체적으로는, 상기의 돌기의 평균 높이의 측정 방법과 동일한 순서로, 매립 수지를 사용한 FE-SEM 관찰에 의해 무작위로 선택한 20 개의 복합 입자의 돌기를 각각 관찰하고, 각 오목부의 깊이를 산술 평균하여 구한 값을 말한다.

복합 입자가 오목부를 갖는 경우에는, 복합 입자가 변형에 대해 추종하기 쉬워지고, 그 결과, 소결 재료의 열응력의 완화 작용 및 접합 강도가 보다 향상된다.

충전부 (3) 를 형성하기 위한 입자의 형상은, 특별히 한정되지 않는다. 입자의 형상으로는, 예를 들어, 구상, 타원상, 부정형상, 침상, 봉상, 판상, 인편상 등을 들 수 있다. 충전부 (3) 가 기부 (1) 에 균일하게 분산되기 쉽다는 점에서는, 입자의 형상으로는 구상 또는 타원상이 바람직하다. 또, 전술한 바와 같이, 기부 (1) 가 특정의 일차원 방향으로 배향성을 갖도록 분포되어 존재하기 쉽다는 관점에서는, 입자의 형상은, 침상, 봉상, 판상인 것이 바람직하다.

충전부 (3) 를 형성하는 입자의 평균 입자경은, 예를 들어, 소결체인 기부 (1) 에 있어서의 충전부 (3) 의 분산성을 확보하는 관점에서, 0.1 ㎛ 이상, 50 ㎛ 이하로 할 수 있다. 입자의 평균 입자경은, 바람직하게는 1 ㎛ 이상, 보다 바람직하게는 3 ㎛ 이상이고, 또, 바람직하게는 10 ㎛ 이하이다.

충전부 (3) 가 섬유로 형성되어 있는 경우, 섬유의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 섬유로는, 예를 들어, 천연 섬유, 합성 섬유 외에, 유리 섬유, 탄소 섬유, 암석 섬유를 들 수 있다. 천연 섬유는, 셀룰로오스, 견, 면, 양모, 마가 예시된다. 합성 섬유는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리이미드, 아크릴, 폴리올레핀, 폴리메틸펜텐, 폴리아릴레이트, 폴리아세탈, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리술폰, 폴리에테르에테르케톤, 폴리페닐렌술파이드가 예시된다.

상기 구조를 갖는 소결 재료를 제조하는 방법은, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 공지된 방법으로 소결 재료를 제조하는 것이 가능하다.

예를 들어, 기부 (1) 를 형성하기 위한 금속, 완충부 (2) 를 형성하기 위한 재료, 충전부 (3) 를 형성하기 위한 입자 및/또는 섬유를 포함하는 접합용 조성물을 소결용 원료로 하고, 당해 접합용 조성물을 소결함으로써, 소결 재료를 얻을 수 있다. 또한, 완충부 (2) 가 공공만으로 형성되는 소결 재료를 얻는 경우, 접합용 조성물은 제 2 원료를 포함하지 않는다. 이하, 기부 (1) 를 형성하기 위한 금속을 「제 1 원료」, 완충부 (2) 를 형성하기 위한 재료를 「제 2 원료」, 충전부 (3) 를 형성하기 위한 입자 및/또는 섬유를 「제 3 원료」 라고 한다.

제 1 원료는, 기부 (1) 의 소결체를 형성할 수 있는 금속 원료인 한 특별히 제한은 없다. 예를 들어, 제 1 원료는, 금속 입자로 할 수 있다. 금속 입자는, 금속 단체의 입자이어도 되고, 혹은 금속 화합물의 입자이어도 된다. 금속 화합물은, 금속 원자와, 그 금속 원자 이외의 원자를 포함하는 화합물이다.

금속 화합물의 구체예로는, 금속 산화물, 금속의 탄산염, 금속의 카르복실산염 및 금속의 착물 등을 들 수 있다. 금속 화합물은, 금속 산화물인 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 금속 산화물은, 환원제의 존재하에서 접속시의 가열로 금속 입자가 된 후에 소결된다. 상기 금속 산화물은, 금속 입자의 전구체이다. 금속의 카르복실산염 입자로는, 금속의 아세트산염 입자 등을 들 수 있다.

제 1 원료의 금속은, 금, 은, 주석, 구리, 게르마늄, 인듐, 팔라듐, 텔루르, 탈륨, 비스무트, 아연, 비소, 셀렌 및 이들의 금속 원소 중 적어도 1 종의 금속 원소를 포함하는 합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상이 예시된다.

제 1 원료가 입자 형상인 경우, 그 평균 입자경은, 10 ㎚ 이상, 10 ㎛ 이하로 할 수 있다. 또, 제 1 원료는, 평균 입자경이 상이한 2 종 이상을 포함해도 되고, 이 경우, 소결 재료의 접합 강도를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 평균 입자경이 작은 금속 입자의 평균 입자경은 10 ㎚ 이상, 100 ㎚ 이하로 하고, 평균 입자경이 큰 금속 입자의 평균 입자경은 1 ㎛ 이상, 10 ㎛ 이하로 할 수 있다. 평균 입자경이 작은 쪽의 제 1 원료에 대한, 평균 입자경이 큰 쪽의 제 1 원료와의 배합량의 비는, 1/9 이상, 9 이하로 할 수 있다. 또한, 상기 평균 입자경은, 금속 입자를 주사형 전자 현미경으로 관찰하고, 관찰된 화상에 있어서의 임의로 선택한 50 개의 각 입자의 최대 직경을 산술 평균함으로써 구해진다.

제 1 원료가 금속 산화물의 입자인 경우에는, 환원제를 병용해도 된다. 환원제로는, 공지된 환원제를 사용할 수 있다. 환원제의 함유량은, 제 1 원료 100 중량부에 대하여, 바람직하게는 1 중량부 이상, 보다 바람직하게는 10 중량부 이상이고, 바람직하게는 1000 중량부 이하, 보다 바람직하게는 500 중량부 이하, 더욱 바람직하게는 100 중량부 이하이다. 상기 환원제의 함유량이 상기 하한 이상이면, 치밀한 소결체를 얻기 쉽다.

제 1 원료에는, 필요에 따라 다른 성분이 포함되어 있어도 된다. 다른 성분으로는, 예를 들어, 열가소성 수지 또는 경화성 수지를 들 수 있다. 경화성 수지로는, 예를 들어, 공지된 광경화성 수지 및 열경화성 수지를 들 수 있다. 광경화성 수지는, 광경화성 수지 및 광중합 개시제를 포함해도 된다. 열경화성 수지는, 공지된 열경화성 수지 및 열경화제를 포함해도 된다.

제 1 원료에는, 분산매가 포함되어 있어도 된다. 분산매로는, 예를 들어, 공지된 용제 등을 들 수 있다.

제 1 원료는, 시판되고 있는 제품을 사용해도 된다. 구체예로는, 교세라 케미컬사 제조 「CT2700」, Heraeus 사 제조 「ASP295」, 「ASP016」, 「ASP043」, 헨켈사 제조 「LOCTITE ABLESTIK SSP2020」, 나믹스사 제조 「H9890-6A」, 하리마 화성사 제조 「NH-4000」, 「NH-225D」, 「NH-3000D」, 카켄 텍사 제조 「CM-3212」, 「CR-3520」, 니혼 슈페리어사 제조 「알코나노 은 페이스트 ANP-1」 등을 들 수 있다.

제 1 원료는, 400 ℃ 미만의 가열로 소결하는 성질을 가지고 있는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 350 ℃ 이하, 바람직하게는 300 ℃ 이상이다. 제 1 원료의 소결하는 온도가 상기 상한 이하 또는 상기 상한 미만이면, 소결을 효율적으로 실시할 수 있고, 또한 소결에 필요한 에너지를 저감시키고, 또한 환경 부하를 작게 할 수 있다.

제 1 원료는, 1 종류만을 사용할 수 있고, 혹은 2 종 이상을 병용하여 사용할 수도 있다.

완충부 (2) 가 공공이 아닌 경우에는 제 2 원료를 사용한다. 제 2 원료는, 제 1 원료와 동일하지 않은 재료를 사용할 수 있다. 제 2 원료로는, 전술한 완충부 (2) 를 형성하기 위한 재료와 동일하다. 제 2 원료가 금속인 경우에는, 제 2 원료에 포함되는 금속과는 상이한 종류의 금속 원소인 것을 의미한다.

제 3 원료는, 전술한 충전부 (3) 를 형성하기 위한 입자 및/또는 섬유와 동일하다.

제 3 원료는, 전술한 복합체를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 얻어진 소결 재료에 있어서, 충전부 (3) 와, 소결체인 기부 (1) 의 친화성이 높아지기 때문에, 소결 재료 중에 충전부 (3) 가 보다 균일하게 분산되기 쉽다. 그 결과, 완충부 (2) 도 소결 재료 중에 균일하게 분산 (단분산화) 되기 쉬워지고, 첨도 A 가 보다 커져, 소결 재료의 열응력의 완화 작용 및 접합 강도의 양방을 특히 향상시킬 수 있다. 복합체가 복합 입자이면 더욱 바람직하다.

제 3 원료는, 1 종류만을 사용할 수 있고, 혹은 2 종 이상을 병용하여 사용할 수도 있다.

접합용 조성물 (소결용 원료) 에 있어서, 제 1 원료, 제 2 원료, 제 3 원료의 혼합 비율은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 접합용 조성물을 사용하여 소결 재료를 형성했을 경우에, 충전부의 함유량이 0.01 중량％ 이상 10 중량％ 이하가 되도록, 제 1 원료, 제 2 원료, 제 3 원료의 함유량을 조절하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 효과가 저해되지 않는 한, 접합용 조성물은, 그 밖의 원료를 포함할 수 있다. 접합용 조성물은, 제 1 원료, 제 2 원료, 제 3 원료만으로 구성할 수도 있다.

접합용 조성물을 소결시키는 방법은, 특별히 한정되지 않는다. 소결 온도는, 100 ℃ 이상 400 ℃ 이하로 할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 가압하에서 소결을 실시하는 경우, 소결 온도는, 150 ℃ 이상, 350 ℃ 이하인 것이 바람직하다. 또, 가압하에서 소결을 실시하지 않는 경우, 소결 온도는, 200 ℃ 이상, 350 ℃ 이하인 것이 바람직하다.

소결 시간은, 예를 들어, 30 초 이상 7200 초 이하로 할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 가압하에서 소결을 실시하는 경우, 소결 시간은, 180 초 이상 600 초 이하가 바람직하다. 또, 가압하에서 소결을 실시하지 않는 경우, 소결 시간은, 180 초 이상 5400 초 이하가 바람직하다. 또한, 소결 시간은 소결 온도에 따라 조정하면 되고, 예를 들어, 보다 고온으로 하여 소결 시간을 짧게 하면, 생산 효율이 우수하다.

소결은 가압하에서 실시해도 된다. 이 경우의 압력은, 0.1 ∼ 20 ㎫ 로 할 수 있다.

소결은, 공기 분위기에서 실시해도 되고, 질소 등의 불활성 가스 분위기에서 실시해도 된다.

전술한 삼차원 화상을 관찰하기 쉽다는 관점에서, 금속판 상에 접합용 조성물을 도포한 상태에서, 소결하는 것이 바람직하다. 금속판으로는, 예를 들어, 구리 기판을 들 수 있다. 도포의 방법은, 예를 들어, 스크린 인쇄법이다. 소결할 때, 스크린 도포한 접합용 조성물의 표면에, 추가로 다른 금속판을 올려 놓고 접합용 조성물을 끼워 넣은 상태에서 소결을 실시해도 된다.

접합용 조성물이 소결되어 소결체 (기부 (1)) 가 형성되는 과정에 있어서, 제 3 원료 (요컨대, 충전부 (3) 가 되는 원료) 가 존재함으로써, 완충부 (2) (예를 들어, 공공) 가 소결체 중에 잘 편재되지 않고, 균일하게 분산되기 쉬워진다. 이로써, 완충부 (2) 의 단분산화가 달성되고, 기부 (1) 의 체적 분포도 적절한 범위로 조정되어, 소결 재료의 첨도 A 가 커진다.

이상과 같이, 접합용 조성물을 소결하는 공정을 포함하는 제조 방법에 의해, 소결 재료를 얻을 수 있다. 이와 같이 제조되는 소결 재료를, 전술한 순서에 따름으로써 소결 재료의 첨도 A 를 계측할 수 있다.

한편, 첨도 B 를 계측하기 위한 소결 재료, 즉, 충전부 (3) 를 제거한 소결 재료 (이하, 「블랭크 소결 재료」 라고 하는 경우가 있다) 는, 예를 들어, 이하와 같이 제조할 수 있다.

전술한 접합용 조성물로부터 제 3 원료를 제거하고 나서 소결함으로써, 블랭크 소결 재료를 얻을 수 있다. 이 경우에는, 제 1 원료, 제 2 원료의 종류 및 사용량, 그리고 소결 조건을, 첨도 A 를 계측하기 위한 소결 재료를 얻는 방법과 동일한 조건으로 한다. 또한, 제 3 원료의 제거 방법으로는, 예를 들어, 접합용 조성물을 취하고, 그 중에서, 광학 현미경으로 관찰하고, 유리 캐필러리로 제거하는 방법이나, 원심 분리에 의해 제거하는 방법을 들 수 있다. 혹은, 전술한 소결 재료의 제조 방법에 있어서, 제 3 원료를 포함하지 않는 접합용 조성물을 사용하여, 소결함으로써 블랭크 소결 재료를 얻을 수 있다. 이 경우도, 제 1 원료, 제 2 원료의 종류 및 사용량, 그리고 소결 조건을, 첨도 A 를 계측하기 위한 소결 재료를 얻는 방법과 동일한 조건으로 한다.

본 발명의 접합용 조성물은, 특히, 전술한 기재에 콜로이드 촉매 또는 소결 촉진제가 배치된 구조를 갖는 복합체, 혹은 기재를 금속부가 피복한 구조를 갖는 복합체와, 금속 입자를 포함하는 것이 바람직하다. 요컨대, 접합용 조성물에 있어서, 제 1 원료가 상기 금속 입자, 제 3 원료가 상기 복합체를 포함하고 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 완충부 (2) 의 단분산화가 달성되기 쉽고, 기부 (1) 의 체적 분포도 적절한 범위로 조정되기 쉬워져, 소결 재료의 첨도 A 가 커진다. 또한, 제 1 원료, 제 3 원료와 그 혼합 비율 등의 바람직한 양태는 전술한 바와 같다.

본 발명의 접합용 조성물은, 소결시켜 소결 재료를 형성하면, A > B 를 만족시킬 수 있다. 혹은, 이와 같은 접합용 조성물의 소결 재료는, A 의 값이 0.2 이상이 될 수 있다. 그 결과, 소결 재료의 열응력의 완화 작용 및 접합 강도의 양방이 보다 우수한 것이 되어, 예를 들어, 반도체 소자를 접합하기 위한 접합 부재로서 바람직하다.

접합용 조성물의 소결 재료가 A > B 를 만족시킬 수 있는 것, 또는 A ≥ 0.2 를 만족시킬 수 있는 것을 확인하기 위해서는, 접합용 조성물을 하기의 조건으로 소결하는 것이 실시된다.

먼저, 접합용 조성물을, 두께 1 ㎜ 의 Cu 기판 상에 100 ㎛ 의 두께가 되도록 스크린 도포하고, 그 표면을, 두께 1 ㎜ 의 Cu 기판 사이에 끼운다. 이 끼워 넣은 접합용 조성물을 130 ℃ 에서 90 초간, 질소 분위기하에서 건조시키고, 이어서, 5 ㎫ 로 가압하면서, 300 ℃ 에서 3 분간, 가열한다. 이로써 소결 재료가 얻어지므로, 이 소결 재료를 사용하여 A 를 계측할 수 있다. 또, 접합용 조성물로부터 전술한 방법으로 제 3 원료 (복합체) 를 제거하여 B 를 측정하기 위한 조성물을 조제하고, 이 조성물을 사용하여 A 의 계측과 동일한 방법을 실시함으로써 B 를 계측할 수 있다.

본 발명의 소결 재료는, 열응력의 완화 작용 및 접합 강도의 양방이 보다 우수하다. 그 때문에, 본 발명의 소결용 재료는, 접속 구조체의 접속부에 적용할 수 있다. 본 발명의 소결용 재료를 접속부에 갖는 접속 구조체는 열응력의 완화 작용이 우수하므로, 내구성이 우수한 구조체가 된다. 특히, 접속부가 본 발명의 소결용 재료로 형성되는 접합 부재를 포함하므로, 접합 강도도 우수하다.

접속 구조체의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 각종 반도체 디바이스 (파워 디바이스) 를 들 수 있다. 접속 구조체의 구조도, 예를 들어, 공지와 동일하게 할 수 있다.

또, 상기 복합체는, 소결 재료를 형성하기 위한 첨가제로서, 특히 유효하다. 상기 복합체를 충전부 (3) 로서 구비하는 소결 재료는, 소결 재료 중에 분산되기 쉽기 때문에, 완충부 (2) 의 균일 분산화 (단분산화) 에 기여하기 쉽기 때문이다. 복합체가 복합 입자인 것이 보다 바람직하다.

따라서, 상기 복합체는, 상기 소결 재료의 충전부를 형성하기 위한 첨가제 (완충부 분포 조절제) 로서 바람직하다. 요컨대, 상기 복합체 (예를 들어, 복합 입자) 는, 기부 (1) 및 완충부 (2) 를 분포시키기 위한 사용에 적합하고, 소결 재료를 제조하기 위한 사용에 적합하다.

또, 상기 제 1 원료, 제 2 원료 및 제 3 원료를 포함하는 접합용 조성물을 사용하여 소결 재료를 얻는 것은, 소결 재료에 형성되는 기부 (1) 및 완충부 (2) 의 분포 상태를 조절하는 방법으로서도 바람직하다.

실시예

이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예의 양태에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

기재 입자로서, 입자경이 3.0 ㎛ 인 디비닐벤젠 공중합체 수지 입자 (세키스이 화학 공업사 제조 「미크로펄 SP-203」) 를 준비하였다.

팔라듐 촉매액 5 중량％ 를 포함하는 알칼리 용액 100 중량부에, 기재 입자 10 중량부를, 초음파 분산기를 사용하여 분산시킨 후, 용액을 여과함으로써, 기재 입자 A 를 취출하였다. 이어서, 기재 입자 A 를 디메틸아민보란 1 중량％ 용액 100 중량부에 첨가하고, 기재 입자 A 의 표면을 활성화시켰다. 표면이 활성화된 기재 입자 A 를 충분히 수세한 후, 증류수 500 중량부에 첨가하고, 분산시킴으로써, 현탁액 (A) 를 얻었다.

현탁액 (A) 를, 황산구리 20 g/ℓ, 및 에틸렌디아민 4 아세트산 30 g/ℓ 을 포함하는 용액 중에 넣고, 입자 혼합액 (B) 를 얻었다.

또, 무전해 구리 도금액으로서, 황산구리 250 g/ℓ, 에틸렌디아민 4 아세트산 150 g/ℓ, 글루콘산나트륨 100 g/ℓ, 및 포름알데히드 50 g/ℓ 를 포함하는 혼합액을, 암모니아로 pH10.5 로 조정한 구리 도금액 (C) 를 준비하였다.

또, 무전해 은 도금액으로서, 질산은 30 g/ℓ, 숙신산이미드 100 g/ℓ, 및 포름알데히드 20 g/ℓ 를 포함하는 혼합액을, 암모니아수로 pH8.0 으로 조정한 은 도금액 (D) 를 준비하였다.

55 ℃ 로 조정한 분산 상태의 입자 혼합액 (B) 에 상기 구리 도금액 (C) 를 서서히 적하하여, 무전해 구리 도금을 실시하였다. 구리 도금액 (C) 의 적하 속도는 30 ㎖/분, 적하 시간은 30 분간이고, 무전해 구리 도금을 실시하였다. 이와 같이 하여, 수지 입자의 표면에 제 1 금속부로서 구리 금속부를 구비하는 입자를 포함하는 입자 혼합액 (E) 를 얻었다.

그 후, 입자 혼합액 (E) 를 여과함으로써, 입자를 취출하고, 수세함으로써, 상기 기재 입자 A 의 표면 상에 구리 금속부가 배치되어 있는 입자를 얻었다. 이 입자를 충분히 수세한 후, 증류수 500 중량부에 첨가하고, 분산시킴으로써, 입자 혼합액 (F) 를 얻었다.

다음으로, 60 ℃ 로 조정한 분산 상태의 입자 혼합액 (F) 에 상기 은 도금액 (D) 를 서서히 적하하고, 무전해 은 도금을 실시하였다. 은 도금액 (D) 의 적하 속도는 10 ㎖/분, 적하 시간은 30 분간이고, 무전해 은 도금을 실시하였다. 그 후, 여과함으로써 입자를 취출하고, 수세하고, 건조시킴으로써, 기재 입자 A 의 표면 상에 구리 및 은이 이 순서로 적층되어 이루어지는 금속부 (금속부 전체의 두께 : 0.1 ㎛) 를 구비하는 복합 입자 A 를 얻었다.

제 1 원료인 은 페이스트 (니혼 슈페리어사 제조 「알코나노 은 페이스트 ANP-1」) 0.98 g 과, 상기 복합 입자 A 를 0.02 g 을, 잘 분산되도록 스파텔로 혼련하여, 접합용 조성물을 조제하였다.

혼련한 접합용 조성물을 두께 1 ㎜ 의 Cu 기판 상에 100 ㎛ 의 두께가 되도록 스크린 도포하고, 그 표면을, 두께 1 ㎜ 의 Cu 기판 사이에 끼워 넣었다. 이 끼워 넣은 접합용 조성물을 130 ℃ 에서 90 초간, 질소 분위기하에서 건조시키고, 이어서, 5 ㎫ 로 가압하면서, 300 ℃ 에서 3 분간, 가열함으로써 소결 재료를 얻었다. 소결 재료 중, 복합 입자의 함유량은 2 중량％, 복합 입자간의 최근접 거리는 3.52 ㎛ 이었다.

얻어진 소결 재료는, FEI 제 「Helios660」 을 사용하고, FIB-SEM 법으로 단층 촬영을 실시하고, 이 화상을 재구축하여 소결 재료의 3 차원 화상을 얻었다. 관찰 조건으로는, 가속 전압을 2 ㎸ 로, 반사 전자 이미지로 하고, 시료 경사를 52°로 하였다.

도 2(a) 는, 실시예 1 에서 얻어진 삼차원 화상을 나타내고 있고, 전체 이미지 및 3 개의 단층 촬영 이미지 (단면 이미지) 를 나타내고 있다. 또, 도 2(b) 에 나타내는 바와 같이, 도 2(a) 의 삼차원 화상은, 소결 재료를 125 분획한 것 중 하나의 분획이다.

도 2(a) 에 나타내는 바와 같이, 얻어진 소결 재료에는 3 종류의 상이한 콘트라스트가 나타나 있고, 기부 (1), 완충부 (2) 및 충전부 (3) 가 형성되어 있는 것을 확인하였다. 기부 (1) 는 은 페이스트의 소결체 (은 소결체) 이고, 충전부 (3) 는 복합 입자이다. 또, 본 실시예에서는 완충부 (2) 는 공공이다.

얻어진 125 분획 각각의 기부 (1), 완충부 (2), 충전부 (3) 의 체적을 FEI 사 제조 「AVIZO」 를 사용하여 산출하고, 체적 분포를 작성하고, 이 체적 분포로부터 첨도 A 를 산출한 결과, 0.97 이었다.

한편, 상기 실시예 1 의 접합용 조성물로부터 복합 입자를 제거한 배합의 접합용 조성물을 준비하고, 첨도 B 측정용의 접합용 조성물로 하였다.

얻어진 첨도 B 를 측정용의 접합용 조성물을, 두께 1 ㎜ 의 Cu 기판 상에 100 ㎛ 의 두께가 되도록 스크린 도포하고, 그 표면을, 두께 1 ㎜ 의 Cu 기판 사이에 끼워 넣었다. 이 끼워 넣은 접합용 조성물을 130 ℃ 에서 90 초간, 질소 분위기하에서 건조시키고, 이어서, 5 ㎫ 로 가압하면서, 300 ℃ 에서 3 분간, 가열함으로써 소결 재료를 얻었다. 이 소결 재료의 첨도 B 를 첨도 A 와 동일한 방법으로 계측한 결과, 0.52 이었다.

(열응력의 완화 작용 및 접합 강도 평가)

열응력의 완화 작용 및 접합 강도는, JIS Z 3198-7 : 납 프리 땜납 시험 방법 - 제 7 부 칩 부품의 땜납 이음매 전단 시험 방법」 에 기재된 「땜납 이음매 전단 시험 방법」 에 기초하여 평가하였다.

도 3 은, 열응력의 완화 작용 및 접합 강도를 측정하기 위한 측정 장치를 모식적으로 나타내고 있다. 이 측정에서는, 기판 (100) 으로서 원통상의 구리 (10 ㎜ 직경이고 두께 5 ㎜) 를 사용하였다. 기판 (100) 상에 각 실시예 및 비교예에서 얻은 어느 접합용 조성물을 도포하여 페이스트층 (5 ㎜ 직경이고 두께 50 ㎛) 을 형성하였다. 그리고, 이 페이스트층 상에 구리제의 원반 칩 (101) (5 ㎜ 직경이고 두께 2 ㎜) 을 배치하고, 5 ㎫ 로 가압하면서, 300 ℃ 에서 3 분간 소결함으로써, 기판 (100) 과 칩 (101) 을 소결 재료에 의해 접합하였다. 이것을 셰어 강도 시험기 (105) 에 세트하고, 칩 (101) 및 접합부에 대해, 셰어 속도 6 ㎜/min 으로 하중을 가하여, 변위와 하중의 관계를 그래프화하여 응력-변형 곡선을 얻고, 열응력이 된 일 및 접합 강도를 계측하였다. 열응력이 된 일은, 응력-변형 곡선에 있어서 변위가 시작되고 나서 파단점까지의 적분값을 산출함으로써 계측할 수 있고, 파단될 때까지 흡수하는 에너지량을 나타내는 것이다. 접합 강도는, 응력-변형 곡선에 있어서 파단점의 응력값이다.

실시예 1 의 접합용 조성물을 사용하여 열응력의 완화 작용 및 접합 강도의 평가를 한 결과, 열응력이 된 일은 0.988 J, 접합 강도는 85.04 ㎫ 이고, 종래보다 우수한 열응력의 완화 작용 및 접합 강도가 부여되어 있는 것을 알 수 있었다.

(실시예 2)

제 1 원료인 은 페이스트를 0.99 g 으로, 상기 복합 입자 A 를 0.01 g 으로 변경한 것 이외에는 실시예 1 과 동일한 방법으로 접합용 조성물을 조제하였다. 복합 입자의 함유량은 1 중량％ 이었다. 얻어진 접합용 조성물을, 실시예 1 과 동일한 방법으로 소결 재료를 제조하고, 이 소결 재료의 첨도 A, 첨도 B, 열응력이 된 일, 파단 신장 및 접합 강도를, 각각 전술한 방법과 동일한 방법으로 측정하였다.

(실시예 3)

제 1 원료인 은 페이스트를 0.90 g 으로, 상기 복합 입자 A 를 0.10 g 으로 변경한 것 이외에는 실시예 1 과 동일한 방법으로 접합용 조성물을 조제하였다. 복합 입자의 함유량은 10 중량％ 이었다. 얻어진 접합용 조성물을, 실시예 1 과 동일한 방법으로 소결 재료를 제조하고, 이 소결 재료의 첨도 A, 첨도 B, 열응력이 된 일, 파단 신장 및 접합 강도를, 각각 전술한 방법과 동일한 방법으로 측정하였다.

(실시예 4)

제 1 원료인 은 페이스트를, 교세라 케미컬사 제조의 수지 함유 은 페이스트 「CT2700」 0.98 g 으로 변경한 것 이외에는 실시예 1 과 동일한 방법으로 접합용 조성물을 조제하였다. 복합 입자의 함유량은 2 중량％ 이었다. 얻어진 접합용 조성물을, 두께 1 ㎜ 의 Cu 기판 상에 100 ㎛ 의 두께가 되도록 스크린 도포하고, 그 표면을, 두께 1 ㎜ 의 Cu 기판 사이에 끼워 넣었다. 이 끼워 넣은 접합용 조성물을 200 ℃ 에서 90 분간, 가열함으로써 소결 재료를 얻었다. 이 소결 재료의 첨도 A, 첨도 B, 열응력이 된 일, 파단 신장 및 접합 강도를, 각각 전술한 방법과 동일한 방법으로 측정하였다.

(실시예 5)

복합 입자 A 대신에, 섬유로서 「L-MWNT-4060 (NTP 사 제조)」 을 0.02 g 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일한 방법으로 접합용 조성물을 조제하였다. 섬유의 함유량은 2 중량％ 이었다. 얻어진 접합용 조성물을, 실시예 1 과 동일한 방법으로 소결 재료를 제조하고, 이 소결 재료의 첨도 A, 첨도 B, 열응력이 된 일, 파단 신장 및 접합 강도를, 각각 전술한 방법과 동일한 방법으로 측정하였다.

(비교예 1)

제 1 원료인 은 페이스트 (니혼 슈페리어사 제조 「알코나노 은 페이스트 ANP-1」) 만을 접합용 조성물로 하였다. 얻어진 접합용 조성물을, 실시예 1 과 동일한 방법으로 소결 재료를 제조하고, 이 소결 재료의 첨도 A, 첨도 B, 열응력이 된 일, 파단 신장 및 접합 강도를, 각각 전술한 방법과 동일한 방법으로 측정하였다.

(비교예 2)

제 1 원료인 은 페이스트 (교세라 케미컬사 제조 「CT2700」) 만을 접합용 조성물로 하였다. 얻어진 접합용 조성물을, 실시예 1 과 동일한 방법으로 소결 재료를 제조하고, 이 소결 재료의 첨도 A, 첨도 B, 열응력이 된 일, 파단 신장 및 접합 강도를, 각각 전술한 방법과 동일한 방법으로 측정하였다.

표 1 은, 각 실시예 및 비교예에서 얻은 접합용 조성물을 사용하여 제조한 소결 재료의 첨도 A, 첨도 B, 열응력이 된 일, 파단 신장 및 접합 강도의 평가 결과의 정리이다.

표 1 로부터, 실시예 2 ∼ 5 의 접합용 조성물을 사용한 경우에도, 종래보다 우수한 열응력의 완화 작용 및 접합 강도 (모두 45 ㎫ 이상) 가 부여되어 있는 것을 알 수 있었다.

어느 실시예에 있어서도 우수한 열응력의 완화 작용 및 접합 강도를 부여할 수 있는 것은, A > B 를 만족시키는 데다가, 또한 충전부 (3) (복합 입자 A 또는 섬유) 와 기부 (1) (은 소결체) 가 화학 결합 (예를 들어, 금속 결합) 을 형성하고 있는 것에서 기인한다고 할 수 있다.

1 : 기부
2 : 완충부
3 : 충전부

Claims

소결 재료에 있어서,
기부와, 완충부와, 충전부를 구비하고,
상기 기부는, 금속의 소결체이고,
상기 완충부 및 충전부는, 상기 기부 중에 분산되어 존재하고 있고,
상기 완충부는, 공공 (空孔), 및 상기 소결체와 동일하지 않은 재료 중 적어도 어느 일방에 의해 형성되고,
상기 충전부는, 입자 및 섬유 중 적어도 어느 일방에 의해 형성되고,
상기 소결 재료의 삼차원 화상에 있어서의 상기 기부의 체적 분포의 첨도를 A, 상기 충전부를 제거한 상기 소결 재료의 삼차원 화상에 있어서의 기부의 체적 분포의 첨도를 B 로 했을 때, A > B 를 만족시키고,
상기 충전부는 금속 입자를 제외한 기재 입자에 콜로이드 촉매 또는 소결 촉진제가 배치된 구조를 갖는 복합체 혹은 금속 입자를 제외한 기재 입자가 금속부로 피복된 구조를 갖는 복합체로부터 형성되고,
상기 충전부는 그 표면의 일부 또는 전체가 상기 기부와 접촉하도록 존재하고 있고, 상기 충전부는 상기 기부와 화학 결합을 통해 접촉하고 있는, 소결 재료.
소결 재료에 있어서,
기부와, 완충부와, 충전부를 구비하고,
상기 기부는, 금속의 소결체이고,
상기 완충부 및 충전부는, 상기 기부 중에 분산되어 존재하고 있고,
상기 완충부는, 공공, 및 상기 소결체와는 동일하지 않은 재료 중 적어도 어느 일방에 의해 형성되고,
상기 충전부는, 입자 및 섬유 중 적어도 어느 일방에 의해 형성되고,
상기 소결 재료의 삼차원 화상에 있어서의 상기 기부의 체적 분포의 첨도를 A 로 했을 때, A 의 값이 0.2 이상이고,
상기 충전부는 금속 입자를 제외한 기재 입자에 콜로이드 촉매 또는 소결 촉진제가 배치된 구조를 갖는 복합체 혹은 금속 입자를 제외한 기재 입자가 금속부로 피복된 구조를 갖는 복합체로부터 형성되고,
상기 충전부는 그 표면의 일부 또는 전체가 상기 기부와 접촉하도록 존재하고 있고, 상기 충전부는 상기 기부와 화학 결합을 통해 접촉하고 있는, 소결 재료.
제 1 항에 있어서,
A - B 의 값이 0.1 이상인, 소결 재료.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충전부의 함유량이 0.01 중량％ 이상 10 중량％ 이하인, 소결 재료.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충전부끼리의 최근접 거리가 1 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하인, 소결 재료.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기부는, 일차원 방향으로 배향성을 갖도록 분포되어 존재하고 있는, 소결 재료.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 소결 재료를 접속부에 갖는 접속 구조체.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 소결 재료의 충전부를 형성하기 위해서 사용되는, 복합 입자.
금속 입자를 제외한 기재에 콜로이드 촉매 또는 소결 촉진제가 배치된 구조를 갖는 복합체, 혹은 금속 입자를 제외한 기재에 금속부가 피복된 구조를 갖는 복합체와, 금속 입자를 포함하는 접합용 조성물에 있어서,
상기 접합용 조성물은 기부, 완충부, 충전부를 구비하는 소결 재료의 소결용 원료이며,
상기 금속 입자는 상기 기부의 원료이고,
상기 복합체는 상기 충전부의 원료이며,
상기 접합용 조성물의 소결 재료의 삼차원 화상에 있어서의 상기 기부의 체적 분포의 첨도를 A, 상기 복합체를 제거한 접합용 조성물의 소결 재료의 삼차원 화상에 있어서의 기부의 체적 분포의 첨도를 B 로 했을 때, A > B 를 만족시키고,
상기 충전부는 그 표면의 일부 또는 전체가 상기 기부와 접촉하도록 존재하고 있고, 상기 충전부는 상기 기부와 화학 결합을 통해 접촉하고 있는, 접합용 조성물.
금속 입자를 제외한 기재에 콜로이드 촉매 또는 소결 촉진제가 배치된 구조를 갖는 복합체, 혹은 금속 입자를 제외한 기재에 금속부가 피복된 구조를 갖는 복합체와, 금속 입자를 포함하는 접합용 조성물에 있어서,
상기 접합용 조성물은 기부, 완충부, 충전부를 구비하는 소결 재료의 소결용 원료이며,
상기 금속 입자는 상기 기부의 원료이고,
상기 복합체는 상기 충전부의 원료이며,
상기 접합용 조성물의 소결 재료의 삼차원 화상에 있어서의 상기 기부의 체적 분포의 첨도를 A 로 했을 때, A 의 값이 0.2 이상이고,
상기 충전부는 그 표면의 일부 또는 전체가 상기 기부와 접촉하도록 존재하고 있고, 상기 충전부는 상기 기부와 화학 결합을 통해 접촉하고 있는, 접합용 조성물.
제 9 항 또는 제 10 항에 기재된 접합용 조성물을 소결하는 공정을 포함하는, 소결 재료의 제조 방법.