KR20140014327A - 소결된 은 페이스트 중 용매로서의 지방족 탄화수소 및 파라핀의 용도 - Google Patents

소결된 은 페이스트 중 용매로서의 지방족 탄화수소 및 파라핀의 용도 Download PDF

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KR20140014327A
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미하엘 셰퍼
볼프강 슈미트
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헤레우스 머티어리얼즈 테크놀로지 게엠베하 운트 코 카게
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Abstract

본 발명은
(i) 전자 부품 및 기판을 제공하는 단계,
(ii) 전자 부품, 기판, 및 그 사이에 배열되며, (a) 지방산, 지방산 염 및 지방산 에스테르로 구성된 군에서 선택되는 1 이상의 화합물을 포함하는 코팅을 갖는 금속 입자, 및 (b) 1 이상의 지방족 탄화수소 화합물을 포함하는 페이스트를 포함하는 층을 포함하는 샌드위치 배열부를 형성시키는 단계, 및
(iii) 샌드위치 배열부를 소결시키는 단계
를 포함하는, 기판에 전자 부품을 고정시키는 방법을 제공한다.

Description

소결된 은 페이스트 중 용매로서의 지방족 탄화수소 및 파라핀의 용도{USE OF ALIPHATIC HYDROCARBONS AND PARAFFINS AS SOLVENTS IN SINTERED SILVER PASTES}
본 발명은 기판에 전자 부품을 고정시키는 방법 및 이 방법에 사용될 수 있는 페이스트에 관한 것이다.
파워 일렉트로닉스(power electronics)의 분야에서, 기판을 압력 및 온도에 대한 매우 높은 민감성을 갖는 LED 또는 매우 얇은 실리콘 칩과 같은 부품과 연결하는 것을 특별한 도전을 필요로 한다.
이러한 이유로, 종종 접착 결합에 의해 기판을 이러한 압력 및 온도 민감성 부품과 연결한다. 적절한 전도성 접착제는 통상적으로 은 입자, 열 경화성 중합체 및 반응성 희석제를 포함한다. 그러나, 접착 결합 기술은 부족한 열 전도성 및 전기 전도성만을 갖는 부품과 기판 사이의 접점을 형성한다는 단점이 있다.
이 문제를 해결하기 위해, 소결에 의해 기판 및 부품을 서로 연결하는 것이 제안되어 있다.
그러나, 통상적인 소결 공정은 높은 공정 압력 또는 높은 공정 온도를 필요로 한다. 이 조건은 종종 연결해야 할 부품에 손상을 초래하여, 통상적인 소결 방법을 다수의 용도에 대해 제외해야 한다.
독일 공개 특허 출원 DE 10 2007 046 901 A1은 전기 및 열 전도성이 매우 양호한, 파워 일렉트로닉스용 화합물을 건조(buiding) 가능하게 하는 소결 기술을 제안한다. 이 소결 공정은 알콜성 용매 외에, 300℃ 미만에서 은 원소로 분해되는 은 화합물을 포함하는 금속 페이스트를 사용한다. 이 금속 페이스트로 공정 압력을 3 바 미만으로 감소시키고 공정 온도를 250℃ 미만으로 감소시킬 수 있다. 이 소결 기술은 기판과 압력 및 온도 민감성 부품의 연결에서 상당한 품질 향상을 나타낸다.
그럼에도 불구하고, 발전하는 접점의 내전단성에 관해 고려시 손상을 입히지 않으면서 공정 온도를 더더욱 낮출 수 있는 것이 다수의 용도에 대해 바람직할 수 있다. 이는 결합할 성분에게 더 적은 응력을 초래하여 파워 일렉트로닉스 분야에서 부품 부분의 추가의 품질 개선을 가져온다. 또한, 공정 온도를 더더욱 낮출 수 있는 경우, 에너지 비용을 상당히 절약할 수 있다.
기판에 전자 부품을 고정시키기 위한 종래 기술의 공정은 다른 측면에서 개선의 여지가 있다. 예컨대 특히 내전단성이 높은 전자 부품과 기판 사이의 접촉층을 형성하기 위한 특별한 경우에 가능하다. 확실히, 대량 생산에서는 일반적으로 이 내전단성이 접촉층에 따라서 상당히 달라진다는 문제점이 발생한다. 따라서, 접점의 내전단성에 관해 균일한 품질을 가지면서 전자 부품과 기판 사이에 접촉층을 형성시키는 것은 현재로서는 불가능하다.
따라서, 본 발명은 250℃ 미만의 공정 온도에서 안정한 방식으로 전자 부품이 기판과 결합하도록 하는 소결 공정을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이에 따라 높은 내전단성, 작은 공극 및 높은 전기 및 열 전도성을 갖는 접점이 연결해야 할 부품과 기판 사이에 균일한 품질로 형성되어야 한다.
본 발명의 추가의 목적은 본 발명에 따른 소결 공정에 사용할 수 있는 페이스트를 제공하는 것이다.
이들 목적은 독립항의 주제에 의해 달성된다.
이에 따라, 본 발명은
(i) 전자 부품 및 기판을 제공하는 단계,
(ii) 전자 부품, 기판, 및 그 사이에 위치하며, (a) 지방산, 지방산 염 및 지방산 에스테르로 구성된 군에서 선택되는 1 이상의 화합물을 포함하는 코팅을 갖는 금속 입자, 및 (b) 1 이상의 지방족 탄화수소 화합물을 포함하는 페이스트를 포함하는 층을 포함하는 샌드위치 배열부(sandwich arrangement)를 형성시키는 단계, 및
(iii) 샌드위치 배열부를 소결시키는 단계
를 포함하는, 기판에 전자 부품을 고정시키는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 (a) 지방산, 지방산 염 및 지방산 에스테르로 구성된 군에서 선택되는 1 이상의 화합물을 포함하는 코팅을 갖는 금속 입자, 및 (b) 1 이상의 지방족 탄화수소 화합물을 포함하는 페이스트를 이용 가능하게 한다.
종래 기술의 페이스트는 일반적으로 페이스트 중 금속 입자의 응집을 회피하기 위해 코팅된 금속 입자를 함유한다. 예컨대 이산화규소, 금속 산화물, 금속 합금, 중합체 또는 지방산을 코팅 화합물로서 사용한다. 이들 코팅 화합물은 응집을 효과적으로 회피 가능하게 한다. 그러나, 소결 공정은, 이들 코팅 화합물이 확산 속도를 상당히 늦춰서 결과적으로 높은 공정 온도를 필요하게 한다는 단점이 있다. 따라서, 소결 단계는 코팅 화합물이 연소되고 금속 입자의 표면이 노출된 후에만 수행할 수 있다.
본 발명은, 페이스트에 함유된 금속 입자가 지방산(또는 지방산 유도체)로 구성된 코팅을 가지며 페이스트가 지방족 탄화수소를 추가로 함유할 경우, 소결 온도를 상당히 감소시킬 수 있다는 놀라운 인지에 기초한다.
하나의 이론에 구속시키려는 것은 아니지만, 지방족 탄화수소 화합물은 250℃ 미만의 온도에서 금속 입자로부터의 지방산의 연소를 촉진할 수 있는 것으로 보인다. 250℃ 미만의 온도에서, 지방족 탄화수소 화합물이 금속 입자의 표면과 그 위에 있는 지방산 층 사이에 도입되어, 지방산이 지방족 탄화수소로 둘러싸이고 이에 의해 부분적으로 용해되는 것으로 추정된다. 이 공정은 금속 입자의 응집 방해에 관해서는 불리한 효과를 나타내지는 않지만, 이는 명백히 250℃ 미만의 온도에서 지방산의 연소를 초래하여, 금속 입자의 표면이 이미 이들 온도에서 소결 공정에 이용 가능하게 된다. 또한, 이 소결 공정에서 내전단성이 높을 뿐 아니라 내전단성에 대해 균일하고 재현 가능한 품질을 갖는 접촉층이 전자 부품과 기판 사이에 형성된다. 또한, 지방족 탄화수소 화합물의 사용으로 통상적인 용매를 함유하는 페이스트에 대한 경우보다 페이스트의 성분의 더욱 균질한 분배가 달성 가능해진다. 이는 다른 것들 중에서 종래 기술의 페이스트에 비해 본 발명에 따른 페이스트의 처리성을 향상시킨다.
본 발명에 따라 사용되는 페이스트는 금속 입자를 함유한다.
본 발명의 문맥에서, 용어 "금속"은 원소 주기율표에서 붕소와 동일한 주기에 그러나 붕소 왼쪽에, 규소와 동일한 주기에 그러나 규소 왼쪽에, 게르마늄과 동일한 주기에 그러나 게르마늄 왼쪽에, 그리고 안티몬과 동일한 주기에 그러나 안티몬 왼쪽에 위치하는 원소 뿐 아니라, 원자가가 55보다 큰 모든 원소를 지칭한다. 본 발명에 따르면, 용어 "금속"은 합금 및 금속간 상(intermetallic phase)도 포함한다.
금속은 바람직하게는 순도가 95 중량% 이상, 바람직하게는 98 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 99 중량% 이상, 더더욱 바람직하게는 99.9 중량% 이상이다.
바람직한 구체예에 따르면, 금속은 구리, 은, 니켈 및 알루미늄으로 구성된 군에서 선택된다. 가장 바람직한 구체예에 따르면, 금속은 은이다.
페이스트에 함유된 금속 입자는 이의 조성에 있어서 균질하거나 비균질할 수 있다. 특히, 페이스트 중 입자는 상이한 금속을 함유할 수 있다.
금속 입자는 다양한 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 금속 입자는 박편 또는 구(공 유사) 형태일 수 있다. 특히 바람직한 구체예에 따르면, 금속 입자는 박편의 형태를 갖는다. 그러나, 이는 사용되는 금속 입자의 적은 부분이 상이한 형태를 가질 수도 있다는 것을 배제하지 않는다. 그러나, 70 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 80 중량% 이상, 더더욱 바람직하게는 90 중량% 이상, 또는 100 중량%의 입자가 박편의 형태로 존재하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 금속 입자는 코팅된다.
본 발명에 따르면, 입자의 코팅은 입자의 표면 상의 부착층으로 이해한다. 본 발명에 따르면, 부착층은 단지 중력으로 인해서는 층이 금속 입자로부터 분리되지 않음을 의미한다.
본 발명에 따르면, 금속 입자의 코팅은 1 이상의 코팅 화합물을 포함한다.
이 1 이상의 코팅 화합물은 지방산, 지방산 염 및 지방산 에스테르로 구성된 군에서 선택되는 화합물을 포함한다. 이 코팅 화합물은 페이스트의 안정화에 기여하고 페이스트에 함유된 금속 입자의 응집을 회피하고자 한다.
코팅 화합물은 바람직하게는 포화 화합물, 단일 불포화 화합물, 다중 불포화 화합물 및 이의 혼합물로 구성된 군에서 선택된다.
또한, 코팅 화합물은 바람직하게는 분지쇄형 화합물, 비분지쇄형 화합물 및 이의 혼합물로 구성된 군에서 선택된다.
코팅 화합물은 바람직하게는 8 내지 28 개, 더더욱 바람직하게는 12 내지 24 개, 특히 바람직하게는 12 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는다.
바람직한 구체예에 따르면, 코팅 화합물은 모노지방산, 모노지방산의 염 또는 모노지방산 에스테르를 포함한다.
지방산 염으로서, 음이온 성분이 탈양성자화된 지방산을 구성하고 양이온성 성분이 암모늄 이온, 모노알킬암모늄 이온, 디알킬암모늄 이온, 트리알킬암모늄 이온, 리튬 이온, 나트륨 이온, 칼륨 이온, 구리 이온 및 알루미늄 이온으로 구성된 군에서 선택되는 염이 바람직하게 고려된다.
바람직한 지방산 에스테르는 산 단위의 히드록실기가 알킬 기, 특히, 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기 또는 부틸 기로 치환된 상당하는 지방산에서 유도된다.
바람직한 구체예에 따르면, 1 이상의 코팅 화합물은 카프릴산(옥탄산), 카프르산(데칸산), 라우르산(도데칸산), 미리스트산(테트라데칸산), 팔미트산(헥사데칸산), 스테아르산(옥타데칸산), 이의 혼합물 뿐 아니라, 상당하는 에스테르 및 염 및 이의 혼합물로 구성된 군에서 선택된다.
특히 바람직한 구체예에 따르면, 1 이상의 코팅 화합물은 라우르산(도데칸산), 스테아르산(옥타데칸산), 스테아르산나트륨, 스테아르산칼륨, 스테아르산알루미늄, 스테아르산구리, 팔미트산나트륨 및 팔미트산칼륨으로 구성된 군에서 선택된다.
본 발명에 따라 사용되는 금속 입자는 상업적으로 입수 가능하다. 상당하는 코팅 화합물을 종래 기술로부터 공지된 통상적인 공정을 이용하여 금속 입자의 표면에 도포한다.
예컨대, 코팅 화합물을 특히 용매 중 상기 언급한 스테아레이트 또는 팔미테이트에 현탁시키고 볼 밀 내 현탁된 코팅 화합물을 금속 입자와 함께 분쇄할 수 있다. 분쇄 후, 이젠 코팅 화합물로 코팅된 금속 입자를 건조시킨 후, 먼지를 제거한다.
지방산, 지방산 염 및 지방산 에스테르로 구성된 군에서 선택된 1 이상의 코팅 화합물의 부분은 코팅의 총 중량에 대해 바람직하게는 80 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 90 중량% 이상, 특히 바람직하게는 95 중량% 이상, 가장 특히 바람직하게는 99 중량% 이상, 특히 100 중량%이다.
바람직한 구체예에 따르면, 코팅 화합물의 부분은 코팅된 금속 입자의 중량에 대해 0.05 내지 3 중량%, 더욱 바람직하게는 0.07 내지 2.5 중량%, 더더욱 바람직하게는 0.1 내지 2.2 중량%이다.
금속 입자의 표면에 대한 코팅 화합물의 질량의 관계로서 정의되는 코팅도는 바람직하게는 금속 입자의 표면 ㎡당 0.00005 내지 0.03 g, 더욱 바람직하게는 0.0001 내지 0.02 g, 더더욱 바람직하게는 0.0005 내지 0.02 g의 코팅 화합물이다.
본 발명에 따르면, 페이스트는 1 이상의 지방족 탄화수소 화합물을 함유한다.
본 발명에 따르면, 지방족 탄화수소 화합물은 탄소 원자 및 수소 원자로 구성된 화합물로서 이해하며, 방향족이 아니다. 결과적으로, 본 발명에 따른 지방족 탄화수소 화합물은 헤테로 원자를 포함하지 않는다.
1 이상의 지방족 탄화수소 화합물은 250℃ 미만의 온도에서 코팅 화합물로서의 금속 입자에 함유된 지방산 또는 지방산 유도체의 연소를 촉진할 수 있을 것으로 보이며, 이에 따라 금속 입자의 반응성 표면은 이미 저온에서 소결 공정에 이용 가능하다. 그 결과, 소결 온도의 확실한 저하를 달성할 수 있다.
또한, 1 이상의 지방족 탄화수소 화합물은 용매 대체물로서 작용하여 이의 비극성 성질에 기초하여 남은 물을 효과적으로 제거할 수 있다.
1 이상의 지방족 탄화수소 화합물은 바람직하게는 포화 화합물, 단일 불포화 화합물, 다중 불포화 화합물 및 이의 혼합물로 구성된 군에서 선택된다. 특히 바람직한 구체예에 따르면, 지방족 탄화수소 화합물은 포화 지방족 탄화수소 화합물로 구성된 군에서 선택된다.
또한, 1 이상의 지방족 탄화수소 화합물은 환형 또는 비환형 화합물일 수 있다.
바람직한 구체예에 따르면, 1 이상의 지방족 탄화수소 화합물은 n-알칸, 이소알칸, 시클로알칸 및 이의 혼합물로 구성된 군에서 선택된다.
본 발명에 따라 사용되는 1 이상의 지방족 탄화수소 화합물은 바람직하게는 5 내지 32 개의 탄소 원자, 더욱 바람직하게는 10 내지 25 개의 탄소 원자, 더더욱 바람직하게는 16 내지 20 개의 탄소 원자를 갖는다.
바람직한 구체예에 따르면, 지방족 탄화수소 화합물은 화학식 CnH2n +2, CnH2n 및 CnH2n -2(식 중, n은 5 내지 32, 바람직하게는 10 내지 25, 더욱 바람직하게는 16 내지 20의 정수를 나타냄)로 표시되는 포화 탄화수소로 구성된 군에서 선택된다.
가장 바람직한 구체예에 따르면, 1 이상의 지방족 탄화수소 화합물은 헥사데칸, 옥타데칸, 이소헥사데칸, 이소옥타데칸, 시클로헥사데칸 및 시클로옥타데칸으로 구성된 군에서 선택된다. 예컨대, 1 이상의 지방족 탄화수소 화합물은 예컨대 Exxon Mobil이 Exxsol™ D140이라는 브랜드명으로 또는 Isopar M™이라는 브랜드명으로 공급하는 바의 지방족 탄화수소 화합물의 혼합물일 수 있다.
본 발명에 따른 페이스트는 바람직하게는 페이스트의 총 중량에 대해 75 내지 90 중량%, 더욱 바람직하게는 77 내지 89 중량%, 더더욱 바람직하게는 80 내지 88 중량%의 금속 입자를 함유한다.
바람직한 구체예에 따르면, 페이스트는 페이스트의 총 중량에 대해 0.05 내지 2.5 중량%, 더욱 바람직하게는 0.07 내지 2.2 중량%, 더더욱 바람직하게는 0.1 내지 2 중량%의, 지방산, 지방산 염 및 지방산 에스테르로 구성된 군에서 선택되는 1 이상의 코팅 화합물을 함유한다.
페이스트 중 1 이상의 지방족 탄화수소 화합물의 비율은 특별히 한정되지 않는다. 양호한 페이스트 처리성을 달성하기 위해, 페이스트는 페이스트의 총 중량에 대해 3 내지 25 중량%, 더욱 바람직하게는 4 내지 20 중량%, 더더욱 바람직하게는 5 내지 18 중량%의 1 이상의 지방족 탄화수소 화합물을 함유하는 것이 유리할 수 있다.
페이스트 중 1 이상의 지방족 탄화수소 화합물은 250℃ 미만의 온도에서 코팅 화합물의 간단한 연소를 가능하게 하기에 충분히 큰 양으로 제공하는 것이 특히 유리할 수 있음도 밝혀졌다. 따라서, 코팅 화합물의 중량 비율 대 1 이상의 지방족 탄화수소 화합물의 중량 비율의 비는 최대 0.1%이다.
다른 한 편, 지방족 탄화수소의 양도 본 발명에 따른 효과를 얻을 수 있도록 코팅 화합물의 양에 비해 특히 높게 선택해서는 안 된다. 특히 바람직한 구체예에 따르면, 코팅 화합물의 중량 비율 대 1 이상의 지방족 탄화수소 화합물의 중량 비율의 비는 이에 따라 0.001 내지 1.0 범위, 더욱 바람직하게는 0.005 내지 0.85 범위, 더더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.7 범위이다.
추가의 바람직한 구체예에 따르면, 지방산, 지방산 염 및 지방산 에스테르로 구성된 군에서 선택되는 코팅의 주성분 대 1 이상의 지방족 탄화수소 화합물의 주성분의 몰 비는 0.001 내지 1.0 범위, 더욱 바람직하게는 0.005 내지 0.85 범위, 더더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.7 범위이다. 본 발명의 내용에서 몰 비는 페이스트 중 각각의 원소의 재료의 양의 비이다. 본 발명에 따르면, 코팅의 주성분은 지방산, 지방산 염 및 지방산 에스테르로 구성된 군에서 선택되는 코팅 화합물로 형성되며, 이는 지방산, 지방산 염 및 지방산 에스테르로 구성된 군에서 선택되는 것들 이외의 코팅 화합물에 함유된 임의의 다른 것들보다 큰 양으로 존재한다. 본 발명에 따르면, 1 이상의 지방족 탄화수소 화합물의 주성분은 지방족 탄화수소 화합물로 형성되며, 이는 지방족 탄화수소 화합물에 함유된 임의의 다른 것보다 큰 양으로 존재한다.
본 발명이 달성하고자 하는 소결 온도의 저하는 한 편으로는 금속 입자의 코팅에 일차적으로 함유된 지방산 또는 지방산 유도체의 주쇄의 길이와 관련 있고, 다른 한 편으로는 1 이상의 지방족 탄화수소 화합물 또는 지방족 탄화수소 화합물로부터의 혼합물의 주요 성분을 나타내는 지방족 탄화수소 화합물의 주쇄와 관련되어 있음이 놀랍게도 밝혀졌다. 이에 따라, 이 지방산 또는 이 지방산 유도체 및 이 지방산 탄화수소 화합물의 주쇄가 동일하거나 또는 유사한 수의 탄소 원자를 갖는 경우, 특히 상당한 소결 온도의 저하를 달성할 수 있음이 밝혀졌다.
가장 특히 바람직한 구체예에 따르면, 코팅의 주성분의 주쇄에 포함된 탄소 원자 대 적어도 지방족 탄화수소 화합물의 주성분의 주쇄에 포함된 탄소 원자의 비는 0.5 내지 2.0 범위, 더욱 바람직하게는 0.6 내지 1.4 범위, 더더욱 바람직하게는 0.8 내지 1.2 범위, 가장 특히 바람직하게는 0.85 내지 1.15 범위이다.
금속 입자가 예컨대 20 중량%의 라우르산(12개 탄소 원자의 주쇄를 갖는 지방산), 35 중량%의 미리스트산(14개 탄소 원자의 주쇄를 갖는 지방산) 및 45 중량%의 스테아르산칼륨(18개 탄소 원자의 주쇄를 갖는 지방산의 염)의 혼합물을 포함하는 코팅을 갖는 경우, 이에 따라 스테아르산칼륨이 코팅의 주성분이다. 이 경우, 단일 지방족 탄화수소 화합물 또는 지방족 탄화수소 화합물의 혼합물의 주성분이 유사하거나 동일한 수의 탄소 원자를 갖는 주쇄를 가질 경우, 상당한 소결 온도의 저하를 달성할 수 있다. 따라서, 단일 지방족 탄화수소 화합물 또는 지방족 탄화수소 화합물의 혼합물의 주성분이 16 내지 20 개의 탄소 원자, 특히 18개의 탄소 원자를 갖는 주쇄를 갖는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명에 따른 페이스트는 상기 언급한 성분 이외에 다른 물질을 함유할 수 있다.
바람직한 구체예에 따르면, 페이스트는 1 이상의 금속 전구체를 함유한다.
본 발명의 문맥에서, "금속 전구체"는 250℃ 미만의 온도에서 분해되어 페이스트에 함유된 금속 입자의 존재 하에 금속 전구체의 금속을 형성시키는 화합물로 이해해야 한다. 바람직하게는, 소결 공정 동안 금속 전구체를 사용시, 이에 따라 금속이 계내에서 형성된다. 화합물은 이 바람직한 구체예에 따른 금속 전구체와 관련됨이 용이하게 결정될 수 있다. 따라서, 예컨대 시험하려는 화합물을 함유하는 페이스트를 250℃로 가열되고 20 분 동안 이 온도에 방치된 은 표면을 갖는 기판에 침착시킬 수 있다. 그 다음, 이들 조건 하에서 시험하려는 화합물이 분해되어 금속을 형성시키는지 시험한다. 이를 목적으로, 시험 전에 금속 함유 페이스트 성분의 함량을 칭량하고, 이로부터 금속의 이론적 질량을 계산할 수 있다. 시험 후, 기판에 침착된 재료의 질량을 중량 측정으로 결정할 수 있다. 기판에 침착된 재료의 질량이 금속의 이론적 질량에 해당되는 경우, 일반적인 측정 편차를 고려시, 시험한 화합물은 이 바람직한 구체예에 따른 금속 전구체이다.
다른 바람직한 구체예에 따르면, 금속 전구체는 또한 금속 입자에 함유된 금속을 포함한다. 특히 바람직한 구체예에 따르면, 금속 전구체는 이에 따라 금속으로서 은 또는 구리를 함유한다.
금속 전구체로서, 금속 카르보네이트, 금속 락테이트, 금속 포르메이트, 금속 시트레이트, 금속 산화물 또는 금속 지방산 염(바람직하게는 지방산 염은 6 내지 24 개의 탄소 원자를 가짐)을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
특정 구체예에서, 탄산은, 락트산은, 포름산은, 시트르산은, 산화은(예컨대 AgO 또는 Ag2O), 락트산구리, 스테아르산구리, 산화구리(예컨대 Cu2O 또는 CuO) 또는 산화금(예컨대 Au2O 또는 AuO) 또는 이의 혼합물을 금속 전구체로서 사용한다.
특히 바람직한 구체예에 따르면, 금속 전구체는 탄산은 및 산화은으로 구성된 군에서 선택된다.
존재할 경우, 금속 전구체는 미립자 형태, 특히 바람직하게는 박편 형태로 페이스트에 존재한다.
소결 공정 동안 계내에서 금속을 방출하는 금속 전구체의 사용은, 소결 공정 동안 계내에서 형성된 금속이 페이스트에 함유된 금속 입자 사이의 공극을 폐쇄하는 결과를 가져온다. 이러한 방식으로, 연결해야 할 2개의 부품 사이의 접점의 공극을 감소시킬 수 있다.
페이스트는 1 이상의 소결 보조제도 포함할 수 있다. 250℃ 미만의 온도에서의 소결 공정 동안, 이 소결 보조제는 바람직하게는 250℃ 미만에서 코팅 화합물의 연소를 보장하여, 250℃ 미만의 온도에서의 소결을 가능하게 할 수 있다. 특히 적절한 소결 보조제는 중간에 형성된 화합물을 통해 직접적으로 또는 간접적으로 250℃ 미만의 온도에서의 코팅 화합물의 연소를 보장한다.
바람직한 구체예에 따르면, 소결 보조제는 산화제일 수 있다. 산화제는 다른 물질을 산화할 수 있고 이에 따라 자신은 환원되는 물질로 이해해야 한다. 산화제는 전자를 취할 수 있고, 이에 따라 전자 억셉터이다. 소결 보조제는 바람직하게는 또한 산소 캐리어(carrier)이다. 이는 산소를 방출할 수 있는 물질을 의미한다. 이 구체예에 따르면, 예컨대 (i) 유기 과산화물(예컨대 쿠밀퍼옥시드), (ii) 무기 과산화물, 및 (iii) 무기 산을 소결 보조제로서 사용할 수 있다. 이들 화합물은 소결 보조제로서 작용할 수 있는데, 왜냐하면 이들은 1 이상의 산소 원자를 함유하며 250℃ 미만의 온도에서 페이스트의 금속 입자 위에 존재하는 코팅 화합물을 연소시킬 수 있기 때문이다.
추가의 바람직한 구체예에 따르면, 소결 보조제는 또한 페이스트에 함유된 금속 입자의 표면 위에 존재할 수 있고 소결 공정을 방해할 수있는 금속 산화물을 감소시키는 것을 보장할 수 있다. 이러한 이유로, 화합물을 소결 공정 과정에서 환원제를 방출하는 소결 보조제로서 사용할 수 있다. 이 환원제는 바람직하게는 일산화탄소이다. 이 구체예에 따르면, 소결 보조제는 예컨대 (iv) 1 내지 4 개의 탄소 원자를 갖는 유기 산의 염(예컨대 포름산알루미늄), (v) 1 내지 4 개의 탄소 원자를 갖는 유기 산의 에스테르, 및 (vi) 카르보닐 착체로 구성된 군에서 선택될 수 있다. 이들 화합물은 소결 공정 동안 일산화탄소를 방출하거나 또는 일산화탄소의 방출에 수반되어 250℃ 미만의 온도에서 금속 페이스트에 함유된 금속 입자의 표면에 함유된 금속 산화물을 해당 금속으로 환원시킨다는 점에서 소결 보조제로서 작용할 수 있다.
지방족 탄화수소 화합물 이외에, 페이스트는 용매로서 작용할 수 있는 추가의 화합물을 함유할 수 있다. 금속 페이스트에 일반적으로 사용되는 용매가 이에 고려된다. 예컨대 하기를 용매로서 사용할 수 있다: α-터피네올((R)-(+)-α-터피네올, (S)-(-)-α-터피네올 또는 라세미체), β-터피네올, γ-터피네올, δ-터피네올, 상기한 터피네올의 혼합물, N-메틸-2-피롤리돈, 에틸렌글리콜, 디메틸아세트아미드, 1-트리데칸올, 2-트리데칸올, 3-트리데칸올, 4-트리데칸올, 5-트리데칸올, 6-트리데칸올, 이소트리데칸올, 이염기성 에스테르(바람직하게는 글루타르산, 아디핀산 또는 숙신산의 디메틸에스테르 또는 이의 혼합물), 글리세린, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜 또는 이의 혼합물. 그러나, 지방족 탄화수소 외에 금속 페이스트에 용매가 존재하지 않거나 대신에 소량 존재하는 것도 바람직할 수 있다. 예컨대, 금속 페이스트 중 추가의 용매의 비율이 최대 10 중량%, 더욱 바람직하게는 최대 5 중량%, 더더욱 바람직하게는 최대 3 중량%, 특히 바람직하게는 최대 1 중량%인 것이 유리할 수 있다. 추가의 바람직한 구체예에 따르면, 지방족 탄화수소 및 추가의 용매의 총 중량에 대한 지방족 탄화수소의 비율은 30 내지 100 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 50 내지100 중량%, 더더욱 바람직하게는 70 내지 100 중량% 범위, 특히 바람직하게는 80 내지 100 중량% 범위이다.
또한, 페이스트는 페이스트에 소정 특성을 제공하기 위해 1 이상의 중합체를 함유할 수 있다. 다른 한 편, 페이스트는 중합체를 함유하지 않거나 또는 이의 비율이 적은 것이 유리할 수 있는데, 왜냐하면 중합체, 특히 듀로플라스트(duroplast)는 일반적으로 250℃ 이하의 온도에서 연소하여, 페이스트의 소결성에 불리한 영향을 미치기 때문이다. 이는 듀로플라스트 또는 이의 예비 생성물의 경우 특히 그러하다. 듀로플라스트의 예비 생성물은 추가의 페이스트 성분의 존재 하에 듀로플라스트로 경화할 수 있는 화합물을 지칭한다. 이들 듀로플라스트 또는 이의 예비 생성물은 일반적으로 중량 평균 분자량이 700 미만이다. 바람직한 구체예에 따르면, 중량 평균 분자량이 700 미만인 중합체의 비율은 페이스트의 총 중량에 대해 6 중량% 이하이다.
또한, 예컨대 통상적인 분산제, 계면 활성제, 소포제, 결합제 또는 점도 조절제와 같은 추가의 물질이 금속 페이스트에 함유될 수 있다.
상기 기재된 페이스트를 본 발명에 따라 기판에 전자 부품을 고정시키는 데에 사용할 수 있다.
이 고정은 바람직하게는 소결에 의해 실현된다. 본 발명에 따르면, 소결은 유체상(fluid phase)을 회피시키면서 가열에 의해 2 이상의 부품을 결합하는 것으로 이해한다.
"전자 부품"은 일반적으로 전자 어셈블리의 일부일 수 있는 물체로서 이해해야 한다. 바람직한 구체예에 따르면, 이는 추가로 해체될 수 없고 전자 회로의 부품으로서 작용할 수 있는 개별 부분으로서 이해한다. 전자 부품은 다수의 부품 부분의 단위를 임의로 포함할 수 있다. 전자 부품은 예컨대 능동 부품 또는 수동 부품일 수 있다. 특정 구체예에 따르면, 전자 부품은 고성능 전자 제품에 사용된다. 바람직한 구체예에 따르면, 전자 부품은 다이오드(예컨대 LED, 발광 다이오드), 트랜지스터(예컨대 IGBT, 절연 게이트 양극성 트랜지스터, 절연 게이트 전극을 갖는 양극성 트랜지스터), 집적 회로, 반도체 칩, 나칩(naked chip, 나다이), 레지스터, 센서, 축전기, 코일 및 냉각체(cooling body)로 구성된 군에서 선택된다.
"기판"은 일반적으로 전자 부품에 연결 가능한 물체로서 이해한다. 바람직한 구체예에 따르면, 기판은 리드프레임, DCB(직접 구리 결합) 기판 및 세라믹 기판으로 구성된 군에서 선택된다.
바람직한 구체예에 따르면, 하기 전자 부품 및 기판의 쌍이 서로 고정된다: LED/리드프레임, LED/세라믹 기판, 다이/리드프레임, 다이/세라믹 기판, 다이/DCB 기판, 다이오드/리드프레임, 다이오드/세라믹 기판, 다이오드/DCB 기판, IGBT/리드프레임, IGBT/세라믹 기판, IGBT/DCB 기판, 집적 회로/리드프레임, 집적 회로/세라믹 기판, 집적 회로/DCB 기판, 센서/리드프레임, 센서/세라믹 기판, 냉각체(바람직하게는 구리 또는 알루미늄 냉각체)/DCB, 냉각체(바람직하게는 구리 또는 알루미늄 냉각체)/세라믹 기판, 냉각체/리드프레임, 축전기(바람직하게는 탄탈 축전기, 더욱 바람직하게는 비수용 상태의 것)/리드프레임.
추가의 바람직한 구체예에 따르면, 다수의 전자 부품을 기판에 연결할 수 있다. 전자 부품을 기판의 반대쪽에 위치시키는 것이 추가로 바람직할 수 있다.
또한, 전자 부품, 기판, 또는 전자 부품 및 기판은 1 이상의 금속화 층을 포함할 수 있다. 이 금속화층은 예컨대 순수한 금속 또는 금속 합금을 포함할 수 있다. 금속화층이 금속을 포함하는 경우, 이는 바람직하게는 구리, 은, 금, 팔라듐 및 백금으로 구성된 군에서 선택된다. 금속화층이 금속 합금을 포함하는 경우, 이는 바람직하게는 은, 금, 니켈, 팔라듐 및 백금으로 구성된 군에서 선택되는 1 이상의 금속을 포함한다. 금속화층은 또한 다층 구성을 가질 수 있다. 추가의 바람직한 구체예에 따르면, 금속화층은 또한 유리를 포함한다.
본 발명에 따르면, 전자 부품은 소결에 의해 기판에 고정시킨다. 이러한 문맥에서, "위에"는 단순히 전자 부품의 표면이 기판의 표면에 연결됨을 의미하며, 여기서 전자 부품, 기판 또는 배열부의 상대적 위치와는 관련 없다.
본 발명에 따르면, 소결을 목적으로 전자 부품 및 기판을 서로 접촉시킨다. 이에 의해 접촉은 본 발명에 따른 페이스트를 통해 일어난다. 바람직한 구체예에 따르면, 전자 부품 및 기판 모두는 금속화 층을 가지며, 여기서 전자 부품의 금속화 층 및 기판의 금속화 층은 페이스트를 통해 서로 접촉한다. 본 발명에 따르면, 전자 부품, 기판 및 이들 사이에 위치하며 본 발명에 따른 페이스트를 포함하는 층을 갖는 샌드위치 배열부를 우선 형성시킨다. 샌드위치 배열부는 바람직하게는 전자 부품이 기판 위에 위치하거나 또는 기판이 전자 부품 위에 위치한 배열부로 이해하며, 여기서 전자 부품 및 기판은 실질적으로 서로 평행하게 배열된다.
전자 부품, 기판, 및 그 사이에 놓인 페이스트로 구성된 샌드위치 배열부는 공지된 종래 기술 공정에 따라 제조할 수 있다. 바람직하게는, 기판의 1 이상의 표면, 바람직하게는 금속화 층이 제공된 기판의 표면에 우선 본 발명에 따른 페이스트를 구비시킨다. 페이스트는 통상적인 공정에 의해 기판의 표면에 도포할 수 있다. 페이스트는 바람직하게는 압착 공정, 예컨대 스크린 인쇄 또는 스텐실 인쇄에 의해 도포한다. 다른 한 편, 페이스트는 분배 기술에 의해, 분무 기술에 의해, 핀 전사에 의해, 또는 침지에 의해 도포할 수 있다. 이어서, 전자 부품의 표면 중 하나, 바람직하게는 금속화 층을 갖는 표면을 기판의 표면에 도포된 페이스트에 놓는다. 결과적으로, 페이스트층은 기판과 전자 부품 사이에, 바람직하게는 기판의 금속화 층과 전자 부품의 금속화 층 사이에 위치한다.
기판과 전자 부품 사이의 습윤층 밀도는 바람직하게는 20 내지 200 ㎛ 범위이다. 습윤층 밀도는 바람직하게는 기판의 반대 표면과 전자 부품 사이의 거리로서 이해한다. 바람직한 습윤 층 밀도는 금속 페이스트를 도포하기 위해 선택된 공정에 따라 달라진다. 예컨대 스크린 인쇄에 의해 페이스트를 도포하는 경우, 습윤 층 밀도는 바람직하게는 20 내지 50 ㎛일 수 있다. 금속 페이스트를 스텐실 인쇄에 의해 도포하는 경우, 바람직한 습윤 층 밀도는 50 내지 200 ㎛ 범위일 수 있다.
바람직한 구체예에 따르면, 건조 단계는 소결 공정 전에 수행한다. 건조는 바람직하게는 금속 페이스트 중 용매의 비율의 감소로서 이해한다. 바람직한 구체예에 따르면, 건조 후 금속 페이스트 중 용매의 비율은 건조된 금속 페이스트의 중량에 대해 1 내지 5 중량% 범위이다.
한 편, 건조는 샌드위치 배열부의 제조 후에 수행할 수 있다. 다른 한 편, 건조는 또한 기판 또는 전자 부품의 1 이상의 표면에 페이스트를 도포한 직후, 그리고 연결해야 할 전자 부품 또는 기판과의 접촉 전에 수행할 수 있다. 건조 온도는 바람직하게는 50 내지 100℃ 범위이다. 건조 시간이 페이스트의 각각의 조성 및 소결해야 할 샌드위치 배열부의 크기에 따라 달라짐은 명백하다. 그러나, 통상적인 건조 시간은 5 내지 45 분 범위이다.
전자 부품, 기판 및 본 발명에 따른 페이스트를 포함하고 이들 사이에 배열된 층의 샌드위치 배열부가 최종적으로 소결 공정을 거치게 한다. 이 소결 공정은 저온 소결 공정이다. 본 발명에 따르면, 저온 소결 공정은 바람직하게는 250℃ 미만의 온도에서, 더욱 바람직하게는 220℃ 미만의 온도에서, 더더욱 바람직하게는 200℃ 미만의 온도에서, 특히 바람직하게는 180℃ 미만의 온도에서 실시되는 소결 공정으로서 이해한다.
소결 동안의 공정 압력은 바람직하게는 30 MPa 미만, 더욱 바람직하게는 5 MPa 미만, 더더욱 바람직하게는 1 MPa 미만이다. 본 발명에 따른 페이스트의 사용으로 인해, 소결은 결국 공정 압력의 인가 없이, 즉 0 MPa의 공정 압력에서 성공적으로 수행된다.
소결 시간은 공정 압력에 따라 달라지며, 바람직하게는 2 내지 45 분위 범위에 있다.
본 발명에 따르면, 소결 공정은 대기압에서 수행할 수 있으며, 추가로 한정되지 않는다. 바람직하게는, 소결은 산소를 포함하는 대기에서 실시한다.
소결은 바람직하게는 상기 기재한 공정 변수를 설정할 수 있는 소결에 적절한 통상적인 장치에서 실시한다.
이하, 한정적인 것으로서 이해해서는 안 되는 하기 실시예에 기초하여 본 발명을 상세히 설명한다.
실시예 :
실시예 1:
본 발명에 따른 금속 페이스트인 페이스트 1은, 83 중량%의, 박편의 형태로 존재하고 스테아르산으로 코팅된 은 입자, 및 17 중량%의, 주로 12 내지 15 개 탄소 원자를 갖는 이소파라핀으로 구성된 석유 증류액인 Isopar™을 균질한 페이스트가 되도록 혼합하여 제조하였다.
밀도가 50 ㎛인 페이스트 1의 침착물을 DCB(직접 구리 결합) 기판에 압착시킨 후, 이에 기저 표면이 100 ㎟인 IGBT(절연 게이트 양극성 트랜지스터)를 로딩하여, 기판, 페이스트 1 및 칩의 샌드위치 배열부를 형성시켰다. 이 샌드위치 배열부를 재순환 공기 건조 캐비넷에서 5 분 동안 100℃의 온도에서 건조시켰다.
건조된 샌드위치 배열부를 최종적으로 200℃의 온도 및 10 MPa의 압력에서 2 분의 기간 동안 소결시켰다.
이 실험을 동일한 조건 하에서 수 회 수행하였다.
비교예 1:
비교 페이스트인 비교 페이스트 1은, 83 중량%의, 박편의 형태로 존재하고 스테아르산으로 코팅된 은 입자, 9 중량%의 터피네올, 및 8 중량%의 트리데칸올을 균질한 페이스트가 되도록 혼합하여 제조하였다.
밀도가 50 ㎛인 비교 페이스트 1의 침착물을 DCB(직접 구리 결합) 기판에 압착시킨 후, 이에 기저 표면이 100 ㎟인 IGBT(절연 게이트 양극성 트랜지스터)를 로딩하여, 기판, 비교 페이스트 1 및 칩의 샌드위치 배열부를 형성시켰다. 이 샌드위치 배열부를 재순환 공기 건조 캐비넷에서 5 분 동안 100℃의 온도에서 건조시켰다.
건조된 샌드위치 배열부를 최종적으로 200℃의 온도 및 10 MPa의 압력에서 2 분의 기간 동안 소결시켰다.
이 실험을 동일한 조건 하에서 수 회 수행하였다.
실시예 1 및 비교예 1에서 얻은 접촉층의 비교:
기판과 칩 사이에 있는, 각각 실시예 1 및 비교예 1에서 얻은 접촉층의 신뢰성을 박리 시험[문헌(Mertens, Christian: The Low-Temperature Bonding Technique of Power Electronics, Progress Report VDI Series 21, No. 365, Dusseldorf, VDI Verlag 2004, Chapter 4.2)에 기재됨]에 의해 측정하였다. 여기서, 페이스트 1을 사용하여 얻은 접촉층은 비교 페이스트를 사용하여 얻은 접촉층에 비해 박리 강도가 상당히 증가하였다. 특히, 페이스트 1을 사용하여 형성된 접촉층은 비교 페이스트 1을 사용하여 형성된 접촉층에 비해 박리 강도에 있어서 균일한 품질을 제공하였다.
실시예 2:
본 발명에 따른 금속 페이스트인 페이스트 2는, 83 중량%의, 박편의 형태로 존재하고 스테아르산으로 코팅된 은 입자, 12 중량%의, 14 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소의 혼합물(우선적으로 n-알칸, 이소알칸 및 환형 탄화수소)인 Exxsol™ D120, 및 5 중량%의 탄산은을 균질한 페이스트가 되도록 혼합하여 제조하였다.
밀도가 50 ㎛인 페이스트 2의 침착물을 DCB(직접 구리 결합) 기판에 압착시키고, 이를 5 분의 기간 동안 75℃의 온도에서 건조시킨 후, 이에 기저 표면이 10 ㎟이고 니켈-은 금속화물을 갖는 칩을 로딩하여, 기판, 페이스트 2 및 칩의 샌드위치 배열부를 형성시켰다.
이 샌드위치 배열부를 최종적으로 220℃의 온도에서 15 분의 기간 동안 소결시켰다.
이 실험을 동일한 조건 하에서 수 회 수행하였다.
비교예 2:
비교 페이스트인 비교 페이스트 2는, 83 중량%의, 박편의 형태로 존재하고 스테아르산으로 코팅된 은 입자, 12 중량%의 터피네올, 및 5 중량%의 탄산은을 균질한 페이스트가 되도록 혼합하여 제조하였다.
밀도가 50 ㎛인 비교 페이스트 2의 침착물을 DCB(직접 구리 결합) 기판에 압착시키고, 이를 5 분의 기간 동안 75℃의 온도에서 건조시킨 후, 이에 기저 표면이 10 ㎟이고 니켈-은 금속화물을 갖는 칩을 로딩하여, 기판, 비교 페이스트 2 및 칩의 샌드위치 배열부를 형성시켰다.
이 샌드위치 배열부를 최종적으로 220℃의 온도에서 15 분의 기간 동안 소결시켰다.
이 실험을 동일한 조건 하에서 수 회 수행하였다.
실시예 2 및 비교예 2에서 얻은 접촉층의 비교:
기판과 칩 사이에 있는, 각각 실시예 2 및 비교예 2에서 얻은 접촉층의 박리 강도를 통상적인 박리 시험에 의해 측정하였다. 여기서, 페이스트 2를 사용하여 얻은 접촉층은 비교 페이스트 2를 사용하여 얻은 접촉층에 비해 약 50% 높은 박리 강도를 나타냈다. 실시예 2에서 얻은 배열부를 이용한 박리 시험은 칩 파쇄까지 초래하였다. 즉, 칩이 기판과 너무 강하게 결합되어 있어서, 칩을 파괴해서야만 이를 제거할 수 있었다. 특히, 페이스트 2를 사용하여 형성된 접촉층은 비교 페이스트 2를 사용하여 형성된 접촉층에 비해 박리 강도에 있어서 균질한 품질을 나타냈다.
실시예 3:
본 발명에 따른 금속 페이스트인 페이스트 3은, 83 중량%의, 박편의 형태로 존재하고 스테아르산으로 코팅된 은 입자, 7 중량%의, 14 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소의 혼합물(우선적으로 n-알칸, 이소알칸 및 환형 탄화수소)인 Exxsol™ D120, 5 중량%의 탄산은, 및 5 중량%의 디쿠밀퍼옥시드를 균질한 페이스트가 되도록 혼합하여 제조하였다.
밀도가 50 ㎛인 페이스트 3의 침착물을 DCB(직접 구리 결합) 기판에 압착시키고, 이를 5 분의 기간 동안 75℃의 온도에서 건조시킨 후, 이에 기저 표면이 10 ㎟이고 니켈-은 금속화물을 갖는 칩을 로딩하여, 기판, 페이스트 3 및 칩의 샌드위치 배열부를 형성시켰다.
이 샌드위치 배열부를 최종적으로 200℃의 온도에서 15 분의 기간 동안 소결시켰다.
이 실험을 동일한 조건 하에서 수 회 수행하였다.
비교예 3:
비교 페이스트인 비교 페이스트 3은, 83 중량%의, 박편의 형태로 존재하고 스테아르산으로 코팅된 은 입자, 7 중량%의 터피네올, 5 중량%의 탄산은, 및 5 중량%의 디쿠밀퍼옥시드를 균질한 페이스트가 되도록 혼합하여 제조하였다.
밀도가 50 ㎛인 비교 페이스트 3의 침착물을 DCB(직접 구리 결합) 기판에 압착시키고, 이를 5 분의 기간 동안 75℃의 온도에서 건조시킨 후, 이에 기저 표면이 10 ㎟이고 니켈-은 금속화물을 갖는 칩을 로딩하여, 기판, 비교 페이스트 3 및 칩의 샌드위치 배열부를 형성시켰다.
이 샌드위치 배열부를 최종적으로 200℃의 온도에서 15 분의 기간 동안 소결시켰다.
이 실험을 동일한 조건 하에서 수 회 수행하였다.
실시예 3 및 비교예 3에서 얻은 접촉층의 비교:
기판과 칩 사이에 있는, 각각 실시예 3 및 비교예 3에서 얻은 접촉층의 박리 강도를 통상적인 박리 시험에 의해 측정하였다. 여기서, 페이스트 3을 사용하여 얻은 접촉층은 비교 페이스트 3을 사용하여 얻은 접촉층에 비해 약 50% 높은 박리 강도를 나타냈다. 실시예 3에서 얻은 배열부를 이용한 박리 시험은 칩 파쇄까지 초래하였다. 즉, 칩이 기판과 너무 강하게 결합되어 있어서, 칩을 파괴해서야만 이를 제거할 수 있었다. 특히, 페이스트 3을 사용하여 형성된 접촉층은 비교 페이스트 3을 사용하여 형성된 접촉층에 비해 박리 강도에 있어서 균질한 품질을 나타냈다. 또한, 페이스트 3은 비교 페이스트 3에 비해 확실히 처리성이 양호하였다.
실시예 4:
본 발명에 따른 금속 페이스트인 페이스트 4는, 83 중량%의, 박편의 형태로 존재하고 스테아르산으로 코팅된 은 입자, 12 중량%의, 14 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소의 혼합물(우선적으로 n-알칸, 이소알칸 및 환형 탄화수소)인 Exxsol™ D120, 및 5 중량%의 포름산알루미늄을 균질한 페이스트가 되도록 혼합하여 제조하였다.
밀도가 50 ㎛인 페이스트 4의 침착물을 DCB(직접 구리 결합) 기판에 압착시키고, 이를 5 분의 기간 동안 75℃의 온도에서 건조시킨 후, 이에 기저 표면이 10 ㎟이고 니켈-은 금속화물을 갖는 칩을 로딩하여, 기판, 페이스트 4 및 칩의 샌드위치 배열부를 형성시켰다.
이 샌드위치 배열부를 최종적으로 220℃의 온도에서 15 분의 기간 동안 소결시켰다.
이 실험을 동일한 조건 하에서 수 회 수행하였다.
비교예 4:
비교 페이스트인 비교 페이스트 4는, 83 중량%의, 박편의 형태로 존재하고 스테아르산으로 코팅된 은 입자, 12 중량%의 터피네올, 및 5 중량%의 포름산알루미늄을 균질한 페이스트가 되도록 혼합하여 제조하였다.
밀도가 50 ㎛인 비교 페이스트 4의 침착물을 DCB(직접 구리 결합) 기판에 압착시키고, 이를 5 분의 기간 동안 75℃의 온도에서 건조시킨 후, 이에 기저 표면이 10 ㎟이고 니켈-은 금속화물을 갖는 칩을 로딩하여, 기판, 비교 페이스트 4 및 칩의 샌드위치 배열부를 형성시켰다.
이 샌드위치 배열부를 최종적으로 220℃의 온도에서 15 분의 기간 동안 소결시켰다.
이 실험을 동일한 조건 하에서 수 회 수행하였다.
실시예 4 및 비교예 4에서 얻은 접촉층의 비교:
기판과 칩 사이에 있는, 각각 실시예 4 및 비교예 4에서 얻은 접촉층의 박리 강도를 통상적인 박리 시험에 의해 측정하였다. 여기서, 페이스트 4를 사용하여 얻은 접촉층은 비교 페이스트 4를 사용하여 얻은 접촉층에 비해 약 50 내지 70% 높은 박리 강도를 나타냈다. 실시예 4에서 얻은 배열부를 이용한 박리 시험은 칩 파쇄까지 초래하였다. 즉, 칩이 기판과 너무 강하게 결합되어 있어서, 칩을 파괴해서야만 이를 제거할 수 있었다. 특히, 페이스트 4를 사용하여 형성된 접촉층은 비교 페이스트 4를 사용하여 형성된 접촉층에 비해 박리 강도에 있어서 균질한 품질을 나타냈다.

Claims (13)

  1. (a) 지방산, 지방산 염 및 지방산 에스테르로 구성된 군에서 선택되는 1 이상의 화합물을 포함하는 코팅을 갖는 금속 입자, 및 (b) 1 이상의 지방족 탄화수소 화합물을 포함하는 페이스트.
  2. 제1항에 있어서, 금속 입자는 은 입자인 것을 특징으로 하는 페이스트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 금속 입자는 박편으로서 존재하는 것을 특징으로 하는 페이스트.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 1 이상의 코팅 화합물은 8 내지 28 개의 탄소 원자를 갖는 포화 지방산, 8 내지 28 개의 탄소 원자를 갖는 포화 지방산의 염, 8 내지 28 개의 탄소 원자를 갖는 포화 지방산의 에스테르 및 이의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 페이스트.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 1 이상의 지방족 탄화수소 화합물은 화학식 CnH2n +2, CnH2n 및 CnH2n -2(식 중, n은 5 내지 32의 정수를 나타냄)로 표시되는 포화 탄화수소로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 페이스트.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 지방산, 지방산 염 및 지방산 에스테르로 구성된 군에서 선택되는 코팅 화합물의 중량 비율 대 1 이상의 지방족 탄화수소 화합물의 중량 비율의 비는 0.001 내지 1.0 범위에 있는 것을 특징으로 하는 페이스트.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅의 주성분의 주쇄에 포함된 탄소 원자 대 1 이상의 지방족 탄화수소 화합물의 주성분의 주쇄에 포함된 탄소 원자의 비는 0.5 내지 2.0 범위에 있는 것을 특징으로 하는 페이스트.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 페이스트의 총 중량에 대한 금속 입자의 비율은 75 내지 90 중량% 범위에 있는 것을 특징으로 하는 페이스트.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 페이스트의 총 중량에 대한 코팅 화합물의 비율은 0.05 내지 2.5 중량% 범위에 있는 것을 특징으로 하는 페이스트.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 페이스트의 총 중량에 대한 1 이상의 지방족 탄화수소 화합물의 비율은 3 내지 25 중량% 범위에 있는 것을 특징으로 하는 페이스트.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 중량 평균 분자량이 700 미만인 중합체의 비율이 페이스트의 총 중량에 대해 6 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 페이스트.
  12. 기판에 전자 부품을 고정시키기 위한 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 페이스트의 용도.
  13. (i) 전자 부품 및 기판을 제공하는 단계,
    (ii) 전자 부품, 기판, 및 그 사이에 배열되며, (a) 지방산, 지방산 염 및 지방산 에스테르로 구성된 군에서 선택되는 1 이상의 화합물을 포함하는 코팅을 갖는 금속 입자, 및 (b) 1 이상의 지방족 탄화수소 화합물을 포함하는 페이스트를 포함하는 층을 포함하는 샌드위치 배열부(sandwich arrangement)를 형성시키는 단계, 및
    (iii) 샌드위치 배열부를 소결시키는 단계
    를 포함하는, 기판에 전자 부품을 고정시키는 방법.
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