KR20220041243A - 접합재, 접합재의 제조 방법 및 접합체 - Google Patents

Abstract

도전체(12)와 기판(14)이 접합재(13)에 의해 접합되어 있는 접합체(10)에 있어서, 접합재(13)로서, 은 분말이 소고된 소결체를 포함하고, 당해 소결체의 기공율이 8~30%이며, 접합면의 표면 조도(Ra)가 500 nm 이상 3.3μm 이하인 것을 채용한다.

Description

접합재, 접합재의 제조 방법 및 접합체

본 발명은, 접합재, 접합재의 제조 방법 및 접합체에 관한 것이다. 본원은, 2019년 10월 15일에 일본에 출원된 특원 2019-188913호에 근거하는 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

탄화 규소(SiC)를 이용한 파워 반도체는, 종래의 규소를 이용한 반도체와 비교하여 소형이고, 에너지 손실을 저감하는 것 외에, 300℃ 이상이라고 하는 고온에서도 동작 가능하다고 하는 특징을 가진다.

SiC 파워 반도체를 고온에서 동작시키는 경우, 동작 환경에서의 내열 온도가 약 150℃인 종래의 땜납은 접합재로서 적당하지 않다. 이것에 대신하는 접합재로서, 내열성, 전기 전도율이 뛰어난, 금속 미립자가 용제에 분산한 페이스트(금속 미립자 페이스트)를 이용하는 것이 검토되고 있다.

그렇지만, 상기 금속 미립자 페이스트를 이용하여 기판과 칩을 고온 하에서 접합했을 경우, 접합시에 용제가 휘발하여, 접합부에 큰 기공(보이드)이 생기는 문제나, 얻어진 접합체에 있어서 칩의 위치가 어긋나 버린다고 하는 문제가 있었다.

이에 대하여, 접합부에 있어서의 큰 기공의 형성을 억제하기 위해서, 은 입자를 가압하면서 성형하여 접합재를 제작하고, 이 접합재를 이용하여 기재 사이를 접합한다고 하는 방법이 제안되고 있다(특허문헌 1 참조).

특허문헌 1: 일본 특허 제4876979호 공보

그렇지만, 특허문헌 1에 기재된 접합재를 이용하여 기판과 칩을 고온 하에서 접합했을 경우, 얻어진 접합체의 접합 강도가 충분하지 않다고 하는 문제가 있다.

여기서, 본 발명은, 종래보다도 뛰어난 접합 강도를 가지는 접합체를 제작할 수 있는 접합재, 그 접합재의 제조 방법, 그 접합재를 이용한 접합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하의 구성을 채용했다.

즉, 본 발명의 제1의 태양은, 은 분말이 소고(燒固)된 소결체를 포함하고, 상기 소결체의 기공율이 8~30%이며, 접합면의 표면 조도(Ra)가, 500 nm 이상 3.3μm 이하인 것을 특징으로 하는, 접합재이다.

또한, 본 발명의 제2의 태양은, 접합재의 제조 방법으로서, 용제와 은 분말의 분산액을 이용하여 형성한 도공막을 가열하여 소결체를 얻는 공정을 갖고, 상기 분산액 중의 상기 용제의 함유량이, 5 질량% 이상 25 질량% 이하인 것을 특징으로 하는, 접합재의 제조 방법이다.

또한, 본 발명의 제3의 태양은, 접합재의 제조 방법으로서, 용제와 은 분말의 분산액을 이용하여 형성한 도공막을 가열하여 소결체를 얻는 공정을 갖고, 상기 은 분말은, 평균 입자 지름이 상위(相違)한 제1의 은 입자군과 제2의 은 입자군을 포함하고, 상기 제1의 은 입자군의 평균 입자 지름이 50 nm 이상 1000 nm 미만이며, 상기 제2의 은 입자군의 평균 입자 지름이 1μm 이상 20μm 미만인 것을 특징으로 하는, 접합재의 제조 방법이다.

제3의 태양에 따른 접합재의 제조 방법에 있어서, 상기 은 분말은, 추가로, 평균 입자 지름이 20μm 이상 60μm 미만인 제3의 은 입자군을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 제2 또는 제3의 태양에 따른 접합재의 제조 방법은, 상기 소결체를 얻는 공정에 있어서, 상기 도공막에 가해지는 압력을 5 MPa 이하로 하면서, 상기 도공막을 가열하는 것이 바람직하다.

또한, 제2 또는 제3의 태양에 따른 접합재의 제조 방법은, 추가로, 상기 소결체의 표면을 연마하는 공정, 또는, 상기 소결체의 표면에 은, 구리, 주석, 금 및 니켈로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 도금을 입히는 공정을 가지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 제4의 태양은, 도전체와, 기판이, 상기의 제1의 태양에 따른 접합재에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 하는, 접합체이다.

본 발명에 의하면, 종래보다도 뛰어난 접합 강도를 가지는 접합체를 제작할 수 있는 접합재, 그 접합재의 제조 방법, 그 접합재를 이용한 접합체를 제공할 수 있다.

[도 1] 본 발명에 따른 접합체의 일실시 형태를 나타내는 단면도이다.
[도 2a] 접합재의 단면의, 주사형 전자현미경에 의한 현미경상(像)이다.
[도 2b] 접합재의 단면의, 주사형 전자현미경에 의한 현미경상이다.
[도 2c] 접합재의 단면의, 주사형 전자현미경에 의한 현미경상이다.
[도 2d] 접합재의 단면의, 주사형 전자현미경에 의한 현미경상이다.
[도 2e] 접합재의 단면의, 주사형 전자현미경에 의한 현미경상이다.
[도 3a] 본 발명에 따른 접합재와 은 도금한 동판의 접합부 부근의 현미경상이다.
[도 3b] 본 발명에 따른 접합체의 쉬어 강도와, 소결시의 온도 및 압력의 관계를 나타내는 그래프이다.
[도 4a] 본 발명에 따른 접합재와 도금을 입히지 않은 동판의 접합부 부근의 현미경상이다.
[도 4b] 본 발명에 따른 접합체의 쉬어 강도와, 소결시의 온도 및 압력의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 1은, 본 발명에 따른 접합체의 일실시 형태를 나타내는 단면도이다.

도 1에 나타내는 접합체(10)는, 도전체(12)와 기판(14)이 접합재(13)에 의해 접합된 적층체이다.

본 실시 형태의 접합체(10)는, 접합재(13)에 특징이 있고, 그 외의 구성에 대해서는 공지의 여러 가지의 접합체를 적절히 적용할 수 있다.

[접합재]

본 실시 형태의 접합재는, 은 분말이 소고된 소결체를 포함하고, 상기 소결체의 기공율이 8~30%이며, 접합면의 표면 조도(Ra)가, 500 nm 이상 3.3μm 이하이다.

본 명세서에 있어서, 접합재란, 두 개의 물체를 접합시키는 것을 포함하고, 전형적으로는 도전체와 기판의 사이에 개재하여 이들을 접합시키는 것을 들 수 있다.

본 실시 형태의 접합재가 포함하는 소결체의 기공율은, 8~30%이며, 바람직하게는 8~20%이며, 보다 바람직하게는 9~15%이다.

소결체의 기공율이 상기 범위 내이면, 예를 들면 도전체와 기판의 접합 강도(접합체의 쉬어 강도)를 뛰어난 것으로 할 수 있다.

여기서, 쉬어 강도는 JIS　Z　3198-7: 2003에 준거한 방법에 의해 측정된 것을 의미한다. 구체적인 측정 방법은 실시예에 있어서 후술한다.

본 명세서에 있어서, 소결체의 기공율은, 다음과 같이 측정한 것이다.

우선, 소결체를 물에 가라앉혀 소결체의 체적을 측정하고, 또한, 소결체의 질량을 측정한다. 또한, 그 질량에 상당하는 소결체가 기공을 가지지 않는 경우의 체적을, 이론상의 밀도에 근거하여 산출한다. 측정한 체적과, 기공을 가지지 않는 경우의 이론상의 체적으로부터, 소결체의 기공율을 산출한다.

본 실시 형태의 접합재가 포함하는 소결체의 기공율을 상기 범위 내로 제어하는 방법으로서는, 예를 들면, 은 분말의 종류 또는 입자 지름을 적절히 선택하는 방법, 소결시의 압력 조건을 적절히 설정하는 방법, 은 분말의 분산액을 이용하여 접합재를 제조할 때에는 당해 분산액의 용제량을 조정하는 방법 등을 들 수 있다.

본 실시 형태의 접합재는, 접합체의 쉬어 강도를 충분한 것으로 할 수 가능한 한, 은 분말부터 형성된 소결체 이외의 물질을 포함해도 된다.

본 실시 형태의 접합재의 형상으로서는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 원판, 직사각형판 등의 평판 형상; 원통상, 원주상, 다각 통상, 다각 주상(柱狀) 등의 봉상, 구상 등을 들 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 접합재는, 접합을 용이하게 하기 위해서, 1 mm 이하의 두꺼운(肉厚) 부분을 가지는 것이어도 된다.

접합재의 크기는, 특별히 한정되지 않고, 기판 및 도전체의 사양에 따라서 적절히 조정하면 된다. 접합재의 형상이 원판상인 경우, 원판의 직경은, 0.5~50 mm인 것이 바람직하고, 2~30 mm인 것이 보다 바람직하다. 접합재의 형상이 직사각형 판상인 경우, 장변의 길이는, 0.5~50 mm인 것이 바람직하고, 2~30 mm인 것이 보다 바람직하다.

본 실시 형태의 접합재에 있어서의 접합면의 표면 조도(Ra)는, 500 nm 이상이며, 바람직하게는 800 nm 이상이며, 보다 바람직하게는 1.06μm 이상, 더욱 바람직하게는 1.4μm 이상이다.

또한, 본 실시 형태의 접합재에 있어서의 접합면의 표면 조도(Ra)는, 3.3μm 이하이며, 바람직하게는 3.1μm 이하이며, 보다 바람직하게는 2.9μm 이하, 더욱 바람직하게는 2.8μm 이하이다.

본 실시 형태의 접합재에 있어서의 접합면의 표면 조도(Ra)의 상한치 및 하한치는 임의로 조합하여도 된다.

표면 조도(Ra)의 상한치 및 하한치의 조합은, 500 nm 이상 3.3μm 이하이며, 바람직하게는 800 nm 이상 3.3μm 이하이며, 보다 바람직하게는 1.06μm 이상 3.3μm 이하이며, 더욱 바람직하게는 1.4μm 이상 2.8μm 이하이다.

실시예에 있어서 후술하는 바와 같이, 접합면의 표면 조도(Ra)가, 상기 범위 내이면, 접합체의 쉬어 강도를 뛰어난 것으로 할 수 있다.

본 실시 형태의 접합재에 있어서, 상술로 규정된, 소결체의 기공율 및 접합면의 표면 조도(Ra)의 수치 범위는, 임의로 조합해도 된다.

소결체의 기공율 및 접합면의 표면 조도(Ra)의 조합은, 기공율이 8~30%이며, 또한, 표면 조도(Ra)가 500 nm 이상 3.3μm 이하이며, 바람직하게는 기공율이 8~30%이며, 또한, 표면 조도(Ra)가 1.06μm 이상 3.3μm 이하이며, 보다 바람직하게는 기공율이 8~27%이며, 또한, 표면 조도(Ra)가 1.06μm 이상 2.8μm 이하이며, 더욱 바람직하게는 기공율이 8~27%이며, 또한, 표면 조도(Ra)가 1.4μm 이상 2.8μm 이하이다.

표면 조도:

접합재의 접합면의 표면 조도는, 다음과 같이 측정할 수 있다. 초심도 칼라 3D 형상 측정 현미경(키엔스, VK-9510)을 이용하고, 접합재 표면의 임의의 5개소에 대하여, 표면 조도를 측정하고, 평균치를 산출한다.

접합재의 접합면의 표면 조도(Ra)를 상기 범위 내로 제어하는 방법으로서는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 소결체의 표면을 연마하는 방법, 소결체의 표면에 도금을 입히는 방법 등을 들 수 있다. 도금의 종류로서는 특별히 한정되지 않지만, 은, 구리, 주석, 금 및 니켈로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 금속, 또는, 2종 이상으로 이루어지는 합금을 도금하는 것을 들 수 있다. 도금은 조성이 다른 2층 이상의 도금이 중첩된 것이어도 된다.

본 실시 형태의 접합재가, 소결체의 표면이 연마된 것인 경우, 접합재에 있어서의 접합면의 표면 조도(Ra)는, 500 nm 이상이며, 바람직하게는 1.06μm 이상이며, 보다 바람직하게는 1.5μm 이상이며, 더욱 바람직하게는 1.7μm 이상이다.

본 실시 형태의 접합재가, 소결체의 표면이 연마된 것인 경우, 접합재에 있어서의 접합면의 표면 조도(Ra)는, 3.3μm 이하이며, 바람직하게는 3.1μm 이하이며, 보다 바람직하게는 2.9μm 이하이며, 더욱 바람직하게는 2.8μm 이하이다.

접합재에 있어서의 접합면의 표면 조도(Ra)의 상한치 및 하한치는 임의로 조합해도 된다.

본 실시 형태의 접합재가, 소결체의 표면이 연마된 것인 경우, 접합재에 있어서의 접합면의 표면 조도(Ra)의 상한치와 하한치의 조합은, 500 nm 이상 3.3μm 이하이며, 바람직하게는 1.06μm 이상 3.3μm 이하이며, 보다 바람직하게는 1.5μm 이상 2.9μm 이하이며, 더욱 바람직하게는 1.7μm 이상 2.8μm 이하이다.

본 실시 형태의 접합재에 있어서, 소결체의 표면이 연마된 것인 경우, 상술로 규정된, 소결체의 기공율 및 접합면의 표면 조도(Ra)의 수치 범위는, 임의로 조합해도 된다.

본 실시 형태의 접합재가, 소결체의 표면이 연마된 것인 경우, 소결체의 기공율 및 접합면의 표면 조도(Ra)의 조합은, 기공율이 8~30%이며, 또한, 표면 조도(Ra)가 500 nm 이상 3.3μm 이하이며, 바람직하게는 기공율이 8~30%이며, 또한, 표면 조도(Ra)가 1.06μm 이상 3.3μm 이하이며, 보다 바람직하게는 기공율이 8~27%이며, 또한, 표면 조도(Ra)가 1.5μm 이상 3.1μm 이하이며, 더욱 바람직하게는 기공율이 8~27%이며, 또한, 표면 조도(Ra)가 1.7μm 이상 2.8μm 이하이다.

본 실시 형태의 접합재가, 소결체의 표면에 도금을 입힌 것인 경우, 접합재에 있어서의 접합면의 표면 조도(Ra)는, 500 nm 이상이며, 바람직하게는 800 nm 이상이며, 보다 바람직하게는 1.06μm 이상이며, 더욱 바람직하게는 1.4μm 이상이다. 본 실시 형태의 접합재가, 소결체의 표면에 도금을 입힌 것인 경우, 접합재에 있어서의 접합면의 표면 조도(Ra)는, 3.3μm 이하이며, 바람직하게는 2.5μm 이하이며, 보다 바람직하게는 2.0μm 이하이며, 더욱 바람직하게는 1.8μm 이하이다.

접합재에 있어서의 접합면의 표면 조도(Ra)의 상한치 및 하한치는 임의로 조합해도 된다.

본 실시 형태의 접합재가, 소결체의 표면에 도금을 입힌 것인 경우, 접합재에 있어서의 접합면의 표면 조도(Ra)의 상한치와 하한치의 조합은, 500 nm 이상 3.3μm 이하이며, 바람직하게는 1.06μm 이상 3.3μm 이하이며, 보다 바람직하게는 1.06μm 이상 2.0μm 이하이며, 더욱 바람직하게는 1.4μm 이상 1.8μm 이하이다.

본 실시 형태의 접합재에 있어서, 소결체의 표면에 도금을 입힌 것인 경우, 상술로 규정된, 소결체의 기공율 및 접합면의 표면 조도(Ra)의 수치 범위는, 임의로 조합해도 된다.

본 실시 형태의 접합재가, 소결체의 표면에 도금을 입힌 것인 경우, 소결체의 기공율 및 접합면의 표면 조도(Ra)의 조합은, 기공율이 8~30%이며, 또한, 표면 조도(Ra)가 500 nm 이상 3.3μm 이하이며, 바람직하게는 기공율이 8~27%이며, 또한, 표면 조도(Ra)가 1.06μm 이상 3.3μm 이하이며, 보다 바람직하게는 기공율이 9~15%이며, 또한, 표면 조도(Ra)가 1.06μm 이상 2.0μm 이하이며, 더욱 바람직하게는 기공율이 9~13%이며, 또한, 표면 조도(Ra)가 1.4μm 이상 1.8μm 이하이다.

이상 설명한 본 실시 형태의 접합재는, 소결체의 기공율이 8~30%인 은 분말의 소결체를 포함하고, 또한, 접합면의 표면 조도(Ra)가 500 nm 이상 3.3μm 이하인 것이다. 이와 같이, 접합면의 표면 조도(Ra)가 특정의 범위에 있고, 특정의 기공율을 가지는 은 분말의 소결체를 채용하고 있기 때문에, 본 실시 형태의 접합재에 의하면, 종래보다도 뛰어난 접합 강도를 가지는 접합체를 제작할 수 있다.

추가로, 이러한 소결체는 은 분말의 융점보다 높은 온도 하에서도 용융 하지 않는다. 또한, 이 소결체를 포함하는 접합재를 이용하는 것에 의해, 벌크의 융점보다도 낮은 온도에서 접합할 수 있다.

[접합재의 제조 방법]

본 실시 형태의 접합재의 제조 방법은, 용제와 은 분말의 분산액을 이용하여 형성한 도공막을 가열하여 소결체를 얻는 공정을 가진다.

(용제)

본 실시 형태의 분산액은, 용제에 은 분말이 분산하고 있는 것이다.

여기서의 용제로서는, 예를 들면, 물, 알코올계 용제, 글리콜에테르계 용제, 테르피네올류 등을 들 수 있다.

알코올계 용제로서는 이소프로필알코올, 1,2-부탄디올, 이소보닐 시클로헥산올, 2,4-디에틸-1,5-펜탄디올, 2,2-디메틸-1,3-프로판디올, 2,5-디메틸-2,5-헥산디올, 2,5-디메틸-3-헥신-2,5-디올, 2,3-디메틸-2,3-부탄디올, 1,1,1-트리스(히드록시메틸)에탄, 2-에틸-2-히드록시메틸-1,3-프로판디올, 2,2'-옥시비스(메틸렌)비스(2-에틸-1,3-프로판디올), 2,2-비스(히드록시메틸)-1,3-프로판디올, 1,2,6-트리히드록시헥산, 비스[2,2,2-트리스(히드록시메틸)에틸]에테르, 1-에티닐-1-시클로헥산올, 1,4-시클로헥산디올, 1,4-시클로헥산디메탄올, 에리트리톨, 트레이톨, 구아야콜 글리세롤 에테르, 3,6-디메틸-4-옥틸-3,6-디올, 2,4,7,9-테트라메틸-5-데실-4,7-디올 등을 들 수 있다.

글리콜에테르계 용제로서는, 디에틸렌글리콜 모노-2-에틸헥실 에테르, 에틸렌글리콜 모노페닐 에테르, 2-메틸펜탄-2,4-디올, 디에틸렌글리콜 모노헥실 에테르, 디에틸렌글리콜 디부틸 에테르, 트리에틸렌글리콜 모노부틸 에테르 등을 들 수 있다.

(은 분말)

여기서의 은 분말로는, 평균 입자 지름이 상위한 은 입자군을 조합하여 이용하는 것이 바람직하다. 평균 입자 지름이 상위한 것을 병용함으로써, 특정의 기공율(8~30%)을 가지는 접합재를 용이하게 제작할 수 있다.

평균 입자 지름:

은 입자군의 평균 입자 지름은, 미디안 지름(D50)의 값을 채용한다. 본 발명에 있어서, 각 은 분말의 미디안 지름(D50)은, SALD-2300(시마즈 제작소 제)을 이용하고, 레이저 회절법에 의해 측정한 것(체적 평균 입자 지름)를 의미한다.

평균 입자 지름이 상위한 은 입자군의 적합한 조합으로서는, 나노 오더의 은 입자군과, 마이크로 오더의 은 입자군의 조합을 들 수 있다.

예를 들면, 평균 입자 지름이 상위한 제1의 은 입자군과 제2의 은 입자군을 포함하고, 제1의 은 입자군의 평균 입자 지름이 50 nm 이상 1000 nm 미만이며, 제2의 은 입자군의 평균 입자 지름이 1μm 이상 20μm 미만인 것이 바람직하다.

제1의 은 입자군의 평균 입자 지름은, 50 nm 이상 1000 nm 미만이며, 바람직하게는 100 nm 이상 800 nm 이하이며, 보다 바람직하게는 200 nm 이상 500 nm 이하이다.

제2의 은 입자군의 평균 입자 지름은, 1μm 이상 20μm 미만이며, 바람직하게는 3μm 이상 15μm 이하이며, 보다 바람직하게는 3μm 이상 10μm 이하이다.

이러한 제1의 은 입자군과 제2의 은 입자군의 병용에 의해, 특정의 기공율(8~30%)을 가지는 접합재를 용이하게 제작할 수 있고, 접합 강도가 높아진 접합체를 얻기 쉬워진다.

제1의 은 입자군의 은 입자의 형상은, 특별히 한정되지 않지만, 구상 및 비구상의 어느 하나이어도 된다. 비구상의 예로서는, 플레이크상, 침상, 각상(角狀), 수지상, 입상, 불규칙 형상, 누적상(漏滴狀), 판상, 극박 판상, 육각 판상, 주상, 봉상, 다공상, 섬유상, 괴상(塊狀), 해면상, 규각상(圭角狀), 라운드상(狀) 등을 들 수 있다. 이러한 형상 중에서도, 구상, 주상이 바람직하다.

제2의 은 입자군은 플레이크상 은 입자를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 제2의 은 입자군은, 은 입자의 과반수가 현미경 하에서 플레이크상(박편상(薄片狀) 또는 박편상(剝片狀))이라고 인정되는 것이면 된다. 전형적으로는, 제2의 은 입자군을 구성하는 입자(1차 입자)의 51 질량% 이상이 플레이크(박편(薄片) 또는 박편(剝片)) 형상을 가지고 있는 것을 말한다. 여기서, 플레이크상(박편상(薄片狀) 또는 박편상(剝片狀))의 입자란, 어스펙트비(가장 긴 장경/가장 짧은 단경의 비)가 5~300인 입자를 의미한다.

본 실시 형태의 은 분말은, 추가로, 평균 입자 지름이 20μm 이상 60μm 미만인 제3의 은 입자군을 포함해도 된다.

제3의 은 입자군의 평균 입자 지름은, 20μm 이상 60μm 미만이며, 바람직하게는 30μm 이상 50μm 이하이며, 보다 바람직하게는 35μm 이상 45μm 이하이다.

제1의 은 입자군 및 제2의 은 입자군에 더하여 제3의 은 입자군을 추가로 병용함으로써, 특정의 기공율(8~30%)을 가지는 접합재를 보다 안정하게 제작할 수 있다.

제3의 은 입자군의 은 입자의 형상은, 특별히 한정되지 않지만, 구상 및 비구상의 어느 하나이어도 된다. 비구상의 예로서는, 플레이크상, 침상, 각상, 수지상, 입상, 불규칙 형상, 누적상, 판상, 극박 판상, 육각 판상, 주상, 봉상, 다공상, 섬유상, 괴상, 해면상, 규각상, 라운드상 등을 들 수 있다. 이러한 형상 중에서도, 구상, 주상이 바람직하다.

또한, 제1의 은 입자군, 제2의 은 입자군, 제3의 은 입자군은, 각 은 입자군으로서 평균 입자 지름이 다른 2종 이상을 이용해도 된다.

본 실시 형태의 은 분말에 있어서는, 제2의 은 입자군으로서, 평균 입자 지름이 다른 2종 이상을 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 제2의 은 입자군으로서, 평균 입자 지름이 1μm 이상 10μm 미만인 은 입자군과, 평균 입자 지름이 10μm 이상 20μm 미만인 은 입자군을 조합하여 이용하는 것이 바람직하다.

본 실시 형태의 은 분말로서, 평균 입자 지름이 상위한 은 입자군을 조합하여 이용하는 경우, 제1의 은 입자군의 비율은, 은 분말의 합계의 질량(100 질량%)에 대해서, 1~50 질량%인 것이 바람직하고, 1~30 질량%가 보다 바람직하고, 3~10 질량%가 더욱 바람직하다.

제2의 은 입자군의 비율은, 은 분말의 합계의 질량(100 질량%)에 대해서, 30~99 질량%인 것이 바람직하고, 45~90 질량%가 보다 바람직하고, 50~90 질량%가 더욱 바람직하다.

제3의 은 입자군을 추가로 병용하는 경우, 제3의 은 입자군의 비율은, 은 분말의 합계의 질량(100 질량%)에 대해서, 1~70 질량%인 것이 바람직하고, 1~50 질량%가 보다 바람직하고, 1~45 질량%가 더욱 바람직하다. 다만, 제1의 은 입자군, 제2의 은 입자군 및 제3의 은 입자군의 비율의 합은, 100 질량%를 넘지 않는다.

(분산액)

본 실시 형태에 있어서의, 상기 용제와 상기 은 분말의 분산액은, 당해 분산액 중의 상기 용제의 함유량이, 5 질량% 이상 25 질량% 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5 질량% 이상 20 질량% 이하이며, 더욱 바람직하게는 5 질량% 이상 15 질량% 이하이며, 특히 바람직하게는 6 질량% 이상 10 질량% 이하이다.

분산액 중의 용제의 함유량을 5 질량% 이상 25 질량% 이하로 하는 것에 의해, 기공율이 8~30%인 소결체를 용이하게 얻을 수 있다.

분산액을 소결할 때에, 분산액 중의 용제는 휘발하여, 소결체 중에 기공이 형성된다. 분산액 중의 용제의 함유량을 상기 범위 내로 하는 것에 의해, 소결체의 기공율을 8~30%로 할 수 있다.

다음에, 본 실시 형태의 접합재의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

소결체를 얻는 공정:

본 실시 형태에 있어서의, 소결체를 얻는 공정에서는, 용제와 은 분말의 분산액을 이용하여 형성한 도공막을 가열하여 소결체를 얻는다.

우선, 상술의 분산액을 기대(基台) 상에 도공하여 도공막을 형성한다. 도공하는 방법으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 디스펜스 도포, 인쇄 도포, 스프레이 도포, 솔칠, 주입 등을 들 수 있다.

기대의 재료로서는, 예를 들면, 유리, 석영, 실리콘, 금속 등을 들 수 있지만, 이것으로 한정되지 않는다. 실시예에 있어서 후술하듯이, 금속으로서는, 예를 들면, 황동을 이용할 수 있지만, 이것으로 한정되지 않는다.

금속의 기대를 이용하는 경우, 미리 기대에 윤활 이형제를 도포해 두면, 소결체를 기대로부터 용이하게 벗길 수 있다.

다음에, 도공막을 가열하여 소결체를 얻는다. 가열의 온도로서는, 소결체를 얻을 수 있는 온도이면 적절히 설정할 수 있지만, 예를 들면, 150℃ 이상 300℃ 이하가 바람직하고, 200℃ 이상 250℃ 이하가 보다 바람직하다.

도공막을 가열하는 시간으로서는, 소결체를 얻을 수 있는 시간이면 적절히 설정할 수 있지만, 예를 들면, 15분간 이상 180분간 이하가 바람직하고, 30분간 이상 90분간 이하가 보다 바람직하다.

본 실시 형태에 있어서의, 소결체를 얻는 공정에서는, 도공막에 가해지는 압력을, 바람직하게는 5 MPa 이하로 억제하는 것이 가능하고, 1 MPa 이하로 억제하는 것도 가능하고, 특별히는 무가압으로 하는 것도 가능하다.

다음에, 기판 및 도전체의 사양에 따라서, 얻어진 소결체를 절단해도 된다. 소결체의 절단에 이용하는 도구로서는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 가위, 다이아몬드 나이프, 페이퍼 커터 등을 들 수 있다. 본 명세서에 있어서, 상술의 절단한 소결체를 간단하게 소결체라고 부르는 경우가 있다.

이상 설명한 접합재의 제조 방법으로서, 보다 구체적으로는, 이하에 나타내는 실시 형태가 적합하게 들 수 있다.

실시 형태(i): 용제와 은 분말의 분산액을 이용하여 형성한 도공막을 가열하여 소결체를 얻는 공정을 갖고, 상기 분산액 중의 상기 용제의 함유량이, 5 질량% 이상 25 질량% 이하인, 접합재의 제조 방법.

실시 형태(i)에 의하면, 분산액 중의 상기 용제의 함유량을 특정의 비율과 함으로써, 기공율 8~30%의 소결체를 포함하는 접합재를 용이하게 제조할 수 있다.

실시 형태(ii): 용제와 은 분말의 분산액을 이용하여 형성한 도공막을 가열하여 소결체를 얻는 공정을 갖고, 상기 분산액 중의 상기 용제의 함유량이, 5 질량% 이상 25 질량% 이하이며, 상기 은 분말은, 평균 입자 지름이 상위한 제1의 은 입자군과 제2의 은 입자군으로 이루어지고, 상기 제1의 은 입자군의 평균 입자 지름이 50 nm 이상 1000 nm 미만이며, 상기 제2의 은 입자군의 평균 입자 지름이 1μm 이상 20μm 미만인, 접합재의 제조 방법.

상기 은 분말은, 예를 들면, 제1의 은 입자군의 비율이 1~50 질량%이며, 제2의 은 입자군의 비율이 50~99 질량%이어도 된다.

상기 은 분말은, 예를 들면, 제1의 은 입자군의 비율이 5~30 질량%이며, 제2의 은 입자군의 비율이 70~95 질량%이어도 된다.

상기 은 분말은, 예를 들면, 제1의 은 입자군의 비율이 5~15 질량%이며, 제2의 은 입자군의 비율이 85~95 질량%이어도 된다.

상기 제1의 은 입자군 및 제2의 은 입자군의 비율은, 상기 은 분말의 합계의 질량(100 질량%)에 대한 비율이다. 또한, 상기 제1의 은 입자군 및 제2의 은 입자군의 비율의 합은, 100 질량%를 넘지 않는다.

실시 형태(ii)에 의하면, 특정의 평균 입자 지름을 가지는 은 입자군을 조합하여 이용함으로써, 기공율 8~30%의 소결체를 포함하는 접합재를 용이하게 제조할 수 있다.

실시 형태(iii): 용제와 은 분말의 분산액을 이용하여 형성한 도공막을 가열하여 소결체를 얻는 공정을 갖고, 상기 분산액 중의 상기 용제의 함유량이, 5 질량% 이상 25 질량% 이하이며, 상기 은 분말은, 평균 입자 지름이 상위한 제1의 은 입자군과 제2의 은 입자군과 제3의 은 입자군으로 이루어지고, 상기 제1의 은 입자군의 평균 입자 지름이 50 nm 이상 1000 nm 미만이며, 상기 제2의 은 입자군의 평균 입자 지름이 1μm 이상 20μm 미만이며, 상기 제3의 은 입자군의 평균 입자 지름이 20μm 이상 60μm 미만인, 접합재의 제조 방법.

상술한 은 분말은, 예를 들면, 제1의 은 입자군의 비율이 1~50 질량%이며, 제2의 은 입자군의 비율이 30~98 질량%이며, 제3의 은 입자군의 비율이 1~69 질량%이어도 된다.

상술한 은 분말은, 예를 들면, 제1의 은 입자군의 비율이 1~30 질량%이며, 제2의 은 입자군의 비율이 30~90 질량%이며, 제3의 은 입자군의 비율이 5~60 질량%이어도 된다.

상술한 은 분말은, 예를 들면, 제1의 은 입자군의 비율이 3~8 질량%이며, 제2의 은 입자군의 비율이 45~72 질량%이며, 제3의 은 입자군의 비율이 20~50 질량%이어도 된다.

상술한 제1의 은 입자군, 제2의 은 입자군 및 제3의 은 입자군의 비율은, 은 분말의 합계의 질량(100 질량%)에 대한 비율이다. 또한, 제1의 은 입자군, 제2의 은 입자군 및 제3의 은 입자군의 비율의 합은, 100 질량%를 넘지 않는다.

실시 형태(iii)에 의하면, 특정의 평균 입자 지름을 가지는 은 입자군을 조합하여 이용함으로써, 기공율 8~30%의 소결체를 포함하는 접합재를 용이하게 제조할 수 있다.

본 실시 형태의 접합재의 제조 방법은, 소결체를 얻는 공정에 더하여, 이것 이외의 공정을 가지고 있어도 된다.

예를 들면, 얻어진 소결체 표면의 조도를 제어하기 위해서, 소결체를 얻는 공정의 후단 측에, 소결체의 표면을 연마하는 공정, 또는, 소결체의 표면에 은, 구리, 주석, 금 및 니켈로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 도금을 입히는 공정을 추가로 가지고 있어도 된다.

본 실시 형태의 접합재의 제조 방법이, 상기의 소결체의 표면을 연마하는 공정, 또는, 상기 도금을 입히는 공정을 가지는 경우, 연마하는 공정 또는 도금을 입히는 공정에 의해서 얻을 수 있는 접합재에 있어서의 접합면의 표면 조도(Ra)는, 500 nm 이상이며, 바람직하게는 800 nm 이상이며, 보다 바람직하게는 1.06μm 이상, 더욱 바람직하게는 1.4μm 이상이다.

한편, 연마하는 공정 또는 도금을 입히는 공정에 의해서 얻을 수 있는 접합재에 있어서의 접합면의 표면 조도(Ra)의 상한은, 3.3μm 이하이며, 바람직하게는 3.1μm 이하이며, 보다 바람직하게는 2.9μm 이하, 더욱 바람직하게는 2.8μm 이하이다.

연마하는 공정 또는 도금을 입히는 공정에 의해서 얻을 수 있는, 접합재에 있어서의 접합면의 표면 조도(Ra)의 상한치 및 하한치는 임의로 조합해도 된다.

연마하는 공정 또는 도금을 입히는 공정에 의해서 얻을 수 있는, 접합재에 있어서의 접합면의 표면 조도(Ra)의 상한치와 하한치의 조합은, 500 nm 이상 3.3μm 이하이며, 바람직하게는 800 nm 이상 3.3μm 이하이며, 보다 바람직하게는 1.06μm 이상 3.3μm 이하이며, 더욱 바람직하게는 1.4μm 이상 2.8μm 이하이다.

소결체의 표면을 연마하는 공정:

소결체의 표면을 연마하는 방법으로서는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 화학 연마, 전해 연마, 기계 연마 등을 들 수 있다. 실시예에 있어서 후술하듯이, 2000번의 연마지를 이용하여, 소결체의 표면을 연마하는 것에 의해, 충분한 접합 강도를 가지는 접합체를 제작할 수 있는 접합재를 얻을 수 있다.

본 실시 형태의 접합재의 제조 방법이, 상기의 소결체의 표면을 연마하는 공정을 가지는 경우, 연마하는 공정에 의해서 얻을 수 있는 접합재에 있어서의 접합면의 표면 조도(Ra)는, 500 nm 이상이며, 바람직하게는 1.06μm 이상이며, 보다 바람직하게는 1.5μm 이상이며, 더욱 바람직하게는 1.7μm 이상이다.

한편, 연마하는 공정에 의해서 얻을 수 있는 접합재에 있어서의 접합면의 표면 조도(Ra)는, 3.3μm 이하이며, 바람직하게는 3.1μm 이하이며, 보다 바람직하게는 2.9μm 이하이며, 더욱 바람직하게는 2.8μm 이하이다.

연마하는 공정에 의해서 얻을 수 있는, 접합재에 있어서의 접합면의 표면 조도(Ra)의 상한치 및 하한치는 임의로 조합해도 된다.

연마하는 공정에 의해서 얻을 수 있는, 접합재에 있어서의 접합면의 표면 조도(Ra)의 상한치와 하한치의 조합은, 500 nm 이상 3.3μm 이하이며, 바람직하게는 1.06μm 이상 3.3μm 이하이며, 보다 바람직하게는 1.5μm 이상 2.9μm 이하이며, 더욱 바람직하게는 1.7μm 이상 2.8μm 이하이다.

소결체의 표면에 도금을 입히는 공정:

소결체의 표면에 도금을 입히는 방법으로서는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 전기 도금, 무전해 도금, 진공 도금 등을 들 수 있다. 도금의 종류로서는 특별히 한정되지 않지만, 은, 구리, 주석, 금 및 니켈로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 금속 또는, 2종 이상으로 이루어지는 합금을 도금하는 것을 들 수 있다. 도금을 입히는 공정은, 조성이 다른 2층 이상의 도금을 거듭하여 도금하는 것이어도 된다.

예를 들면 접합 대상물의 한쪽이 구리 기판인 경우에는, 소결체의 표면에 구리 도금을 입혀도 된다. 이것에 의해, 접합재와 구리 기판의 친화성이 강해져, 접합 강도를 높이기 쉬워진다.

본 실시 형태의 접합재의 제조 방법이, 상기의 소결체의 표면에 도금을 입히는 공정을 가지는 경우, 도금을 입히는 공정에 의해서 얻을 수 있는 접합재에 있어서의 접합면의 표면 조도(Ra)는, 500 nm 이상이며, 바람직하게는 800 nm 이상이며, 보다 바람직하게는 1.06μm 이상이며, 더욱 바람직하게는 1.4μm 이상이다.

한편, 도금을 입히는 공정에 의해서 얻을 수 있는 접합재에 있어서의 접합면의 표면 조도(Ra)는, 3.3μm 이하이며, 바람직하게는 2.5μm 이하이며, 보다 바람직하게는 2.0μm 이하이며, 더욱 바람직하게는 1.8μm 이하이다.

도금을 입히는 공정에 의해서 얻을 수 있는, 접합재에 있어서의 접합면의 표면 조도(Ra)의 상한치 및 하한치는 임의로 조합해도 된다.

도금을 입히는 공정에 의해서 얻을 수 있는, 접합재에 있어서의 접합면의 표면 조도는, 500 nm 이상 3.3μm 이하이며, 바람직하게는 1.06μm 이상 3.3μm 이하이며, 보다 바람직하게는 1.06μm 이상 2.0μm 이하이며, 더욱 바람직하게는 1.4μm 이상 1.8μm 이하이다.

접합재의 제조 방법이, 소결체를 얻는 공정의 실시 형태(i)의 후단 측에, 상기의 소결체의 표면을 연마하는 공정, 또는, 상기 도금을 입히는 공정을 가지는 경우, 얻을 수 있는 접합재는, 접합면의 표면 조도(Ra)가 특정의 범위에 있고, 소결체는 특정의 기공율을 가진다.

접합재의 제조 방법이, 소결체를 얻는 공정의 실시 형태(ii)의 후단 측에, 상기의 소결체의 표면을 연마하는 공정, 또는, 상기 도금을 입히는 공정을 가지는 경우, 얻을 수 있는 접합재는, 접합면의 표면 조도(Ra)가 특정의 범위에 있고, 소결체는 특정의 기공율을 가지는 은 분말의 소결체가 얻어진다.

접합재의 제조 방법이, 소결체를 얻는 공정의 실시 형태(iii)의 후단 측에, 상기의 소결체의 표면을 연마하는 공정, 또는, 상기 도금을 입히는 공정을 가지는 경우, 얻을 수 있는 접합재는, 접합면의 표면 조도(Ra)가 특정의 범위에 있고, 소결체는 특정의 기공율을 가지는 은 분말의 소결체가 얻어진다.

[접합체]

본 실시 형태의 접합체는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 도전체와, 기판이, 상술한 접합재에 의해 접합되어 있는 것이다.

도전체로서는, 콘덴서 및 저항 등의 칩 부품이나, 웨이퍼에 저항, 트랜지스터, 콘덴서, 및 집적회로 등의 반도체 소자를 형성한 후에 웨이퍼로부터 각 반도체 소자의 구획을 잘라낸 Si 칩, SiC 칩, GaN 등을 들 수 있다.

기판으로서는, 회로 기판, 유리 섬유 강화 에폭시계 프린트 기판이나 폴리이미드계의 기판, 세라믹스 기판, 메탈 기판, Cu 리드 프레임 등을 들 수 있다.

접합할 때의 온도로서는, 예를 들면, 150℃ 이상 400℃ 이하가 바람직하고, 200℃ 이상 300℃ 이하가 보다 바람직하다.

상술한 접합재를 이용하여, 도전체와 기판을 접합하는 방법으로서는, 공지의 방법을 채용할 수 있다.

접합할 때의 압력으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 0.1 MPa 이상 3 MPa 이하이어도 된다.

접합시의 분위기는, 대기 중에서 수행되어도 되고, 질소 중에서 수행되어도 된다.

상술한 본 실시 형태의 접합체에 있어서는, 기공율이 8~30%인 은 분말의 소결체를 포함하고, 접합면의 표면 조도(Ra)가 500 nm 이상 3.3μm 이하인 접합재가 적용되고 있다. 이 때문에, 이러한 접합체는, 종래보다도 뛰어난 접합 강도를 가진다.

실시예

이하, 실시예에 의해 본 발명을 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예로 한정되는 것은 아니다.

<사용한 원료>

은 분말로서, 이하에 나타내는 은 입자군을 이용했다.

은 입자군 1A: 평균 입자 지름　300nm

은 입자군 2A: 평균 입자 지름　4μm

은 입자군 2B: 평균 입자 지름　10μm

은 입자군 3: 평균 입자 지름　42μm

은 입자군 1B: 평균 입자 지름　50nm

은 입자군 1A, 1B, 2A, 3의 은 입자의 형상은 구상이며, 은 입자군 2B의 은 입자의 형상은 플레이크상이었다.

용제로서, 에틸렌글리콜을 이용했다.

상술한 평균 입자 지름은, 미디안 지름(D50)의 값을 채용했다. 본 발명에 있어서, 각 은 분말의 미디안 지름(D50)은, SALD-2300(시마즈 제작소 제)을 이용하고, 레이저 회절법에 의해 측정한 것(체적 평균 지름)을 의미한다.

<은 분말의 분산액의 조제>

상술한 은 입자군과 용제를, 표 1에 나타내는 조성으로 혼합하여, 분산액 1~9를 조제했다. 표 1중, 은 입자군의 각각의 값은, 은 분말의 합계의 질량에 대한, 각 은 입자군의 질량의 비율(질량%)을 나타내다. 또한, 용제의 비율은, 은 분말과 용제의 합계의 질량에 대한, 용제의 질량의 비율(질량%)을 나타내다.

<접합재의 제조>

(실시예 1)

분산액 1을 이용하고, 황동의 기대 상에 도공막을 제작했다.

황동으로서는, 65 질량%의 구리와, 35 질량%의 아연으로 이루어지는 것을 이용했다.

소결체를 얻는 공정:

제작한 도공막을, 200℃에서 30분간, 무가압으로 가열하여 소결체를 얻었다. 가위를 이용하여, 얻어진 소결체를, 소편(세로Х가로의 치수: 3mmХ3 mm)으로 절단했다.

연마하는 공정:

얻어진 소편을, 2000번의 연마지(산쿄리카가쿠 제, 내수 연마지 시트)를 이용하여 소결체의 표면을 연마하여, 접합재를 얻었다.

(실시예 2)

소결 조건을 250℃에서 30분간으로 변경한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 접합재를 얻었다.

(실시예 3)

분산액 1을 이용하고, 상술한 황동의 기대 상에 도공막을 제작했다.

소결체를 얻는 공정:

제작한 도공막을, 200℃에서 30분간, 무가압으로 가열하여 소결체를 얻었다.

은도금을 입히는 공정:

얻어진 소결체를, 2-에틸헥실아민에 아세토아세트산 은을 용해시킨 용액에 침지하고, 40℃에서 10분간, 정치했다. 이어서, 소결체를 혼합액으로부터 취출하고 건조시켰다.

(실시예 4)

소결 조건을 250℃에서 30분간으로 변경한 이외는, 실시예 3과 동일하게 하여 접합재를 얻었다.

(실시예 5)

이용하는 분산액을 분산액 2로 변경한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 접합재를 얻었다.

(실시예 6)

소결 조건을 250℃에서 30분간으로 변경한 이외는, 실시예 5와 동일하게 하여 접합재를 얻었다.

(실시예 7)

이용하는 분산액을 분산액 2로 변경한 이외는, 실시예 3과 동일하게 하여 접합재를 얻었다.

(실시예 8)

소결 조건을 250℃에서 30분간으로 변경한 이외는, 실시예 7과 동일하게 하여 접합재를 얻었다.

(실시예 9)

이용하는 분산액을 분산액 3으로 변경한 이외는, 실시예 2와 동일하게 하여 접합재를 얻었다.

(실시예 10)

이용하는 분산액을 분산액 4로 변경한 이외는, 실시예 2와 동일하게 하여 접합재를 얻었다.

(실시예 11)

소결 조건을 250℃에서 90분간으로 변경한 이외는, 실시예 5와 동일하게 하여 접합재를 얻었다.

(실시예 12)

이용하는 분산액을 분산액 5로 변경한 이외는, 실시예 2와 동일하게 하여 접합재를 얻었다.

(실시예 13)

이용하는 분산액을 분산액 6으로 변경한 이외는, 실시예 2와 동일하게 하여 접합재를 얻었다.

(실시예 14)

분산액 2를 이용하고, 상술한 황동의 기대 상에 도공막을 제작했다.

소결체를 얻는 공정:

제작한 도공막을, 250℃에서 30분간, 무가압으로 가열하여 소결체를 얻었다.

구리 도금을 입히는 공정:

얻어진 소결체를, 질소 분위기 중, 2-에틸헥실아민에 포름산 구리(II) 4수화물(와코 준야쿠 코교 카부시키가이샤 제, 제품번호: LKJ3210, 1차 평균 입자 지름: 20μm)을 용해시킨 용액에 침지하고, 140℃에서 10분간, 정치했다. 이어서, 소결체를 혼합액으로부터 취출하고 건조시켰다.

(비교예 1)

이용하는 분산액을 분산액 7로 변경한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 접합재를 얻었다.

(비교예 2)

소결 조건을 250℃에서 30분간으로 변경하고, 소결시에 0.4 MPa로 가압하면서 소결한 이외는, 비교예 1과 동일하게 하여 접합재를 얻었다.

(비교예 3)

소결시에 0.4 MPa로 가압하면서 소결한 이외는, 비교예 1과 동일하게 하여 접합재를 얻었다.

(비교예 4)

소결 조건을 250℃에서 30분간으로 변경한 이외는, 비교예 1과 동일하게 하여 접합재를 얻었다.

(비교예 5)

이용하는 분산액을 분산액 7로 변경하고, 소결체의 표면을 연마하지 않았던 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 접합재를 얻었다.

(비교예 6)

소결 조건을 250℃에서 30분간으로 변경한 이외는, 비교예 5와 동일하게 하여 접합재를 얻었다.

(비교예 7)

이용하는 분산액을 분산액 8로 변경하고, 소결체의 표면을 연마하지 않았던 이외는, 실시예 2와 동일하게 하여 접합재를 얻었다.

(비교예 8)

이용하는 분산액을 분산액 8로 변경한 이외는, 실시예 2와 동일하게 하여 접합재를 얻었다.

(비교예 9)

이용하는 분산액을 분산액 9로 변경하고, 소결체의 표면을 연마하지 않았던 이외는, 실시예 2와 동일하게 하여 접합재를 얻었다.

(비교예 10)

이용하는 분산액을 분산액 9로 변경한 이외는, 실시예 2와 동일하게 하여 접합재를 얻었다.

실시예 1~14, 비교예 1~10에 있어서 얻어진 각 접합재에 대해서, 다음에 나타내는 측정 방법에 의해서, 기공율과 표면 조도를 각각 측정했다.

[기공율의 측정]

접합재를 물에 가라앉혀 접합재의 체적을 측정하고, 접합재의 질량을 측정했다. 또한, 그 질량에 상당하는 접합재가 기공을 가지지 않는 경우의 체적을, 이론상의 밀도에 근거하여 산출했다. 측정한 체적과, 기공을 가지지 않는 경우의 이론상의 체적으로부터, 기공율을 산출했다.

[표면 조도의 측정]

초심도 칼라 3D 형상 측정 현미경(키엔스, VK-9510)을 이용하고, 접합재 표면의 임의의 5개소에 대하여, 표면 조도를 측정하고, 평균치를 산출했다. 측정 개소의 크기는, 1400μmХ1050μm였다.

실시예 1~14, 비교예 1~10에 있어서 얻어진 각 접합재의, 소결 조건, 기공율, 표면 조도를 표 2에 나타내다.

은 분말이 은 입자군 1과 은 입자군 2를 포함하고, 분산액 중의 용제의 함유량이 5 질량% 이상 25 질량% 이하인 경우, 얻어진 실시예 1~14의 접합재의 소결체의 기공율은, 8~30%였다.

얻어진 소결체를 수지로 포매(包埋)한 후, 이온 밀링 장치　IM4000PLUS(카부시키가이샤 히타치 하이테크놀로지사 제)을 이용하여, 수지로 포매한 소결체를 절단하여, 평활화한 절편을 얻었다. 얻어진 절편을, 주사형 전자현미경(SEM)을 이용하여 관찰했다. 접합재 단면의 SEM에 의한 현미경상을 도 2에 나타냈다.

도 2a는, 실시예 2의 접합재 단면의 SEM에 의한 현미경상이다. 도 2b는, 실시예 6의 접합재 단면의 SEM에 의한 현미경상이다. 도 2c는, 비교예 4의 접합재 단면의 SEM에 의한 현미경상이다. 도 2d는, 실시예 9의 접합재 단면의 SEM에 의한 현미경상이다. 도 2e는, 실시예 10의 접합재 단면의 SEM에 의한 현미경상이다.

그 결과, 실시예 2, 6, 9, 10의 접합재의 단면에는, 비교예 4의 접합재의 단면과 비교하여, 기공이 많이 인정되었다.

<접합체의 제조>

(실시예 21~34, 비교예 11~20)

도전체로서, Si 칩 측으로부터 순서대로, Ti층(두께 40 nm) 및 Ag층(두께 1000 nm)이 스퍼터링에 의해 적층된 Si 칩(세로Х가로의 치수: 3mmХ3 mm)을 이용했다. 접합재로서, 실시예 1~14, 비교예 1~10의 각 접합재를 이용했다. 각 접합재의 두께는 100μm였다. 기판으로서, 구리 기판을 이용했다.

기판, 접합재, 도전체를, 접합재의 연마한 면이 접합면이 되도록, 이 순서대로 쌓은 후, 대기 중에서 압력을 0.4 MPa로 설정하고, 온도 250℃에서 가열 처리를 행하는 것에 의해 접합하여, 접합체를 얻었다. 실시예 1~14, 비교예 1~10의 각 접합재를 이용하여, 실시예 21~34, 비교예 11~20의 접합체를 얻었다.

얻어진 실시예 21~34, 비교예 11~20의 접합체의 쉬어 강도를, 다음에 나타내는 측정 방법에 따라서 측정했다. 결과를 표 3에 나타내다.

[쉬어 강도 시험]

실시예 21~34, 비교예 11~20의 각 접합체의 쉬어 강도(전단 강도)를 다음과 같이 측정했다. 측정 결과를 표 3에 나타내다.

쉬어 강도 시험:

얻어진 각 접합체에 대해서, 만능형 본드 테스터　Nordson DAGE　Series 4000(Nordson　Corporation제)를 사용하고, 실온(25℃) 조건하, JIS　Z　3198-7:2003에 준거한 방법으로, Si 칩과 기판의 사이의 전단 강도(MPa)의 측정을 수행했다. 각 시료에 대하여 5회 측정을 수행하고, 전단 강도(MPa)의 평균치를 산출했다.

기공율이 8~30%인 실시예 1~14의 접합재를 이용했을 경우, 실시예 21~34의 접합체의 쉬어 강도는 충분했다.

접합면의 표면 조도(Ra)가 500 nm 이상 3.3μm 이하인 실시예 1~14의 접합재를 이용했을 경우, 얻어진 실시예 21~34의 접합체의 쉬어 강도는 충분했다.

소결체의 표면을 연마하여 얻어진 실시예 1, 2, 5, 6, 9~13의 접합재를 이용했을 경우, 얻어진 실시예 21, 22, 25, 26, 29~33의 접합체의 쉬어 강도는 충분했다.

소결체의 표면에 도금을 입혀 얻어진 실시예 3, 4, 7, 8, 14의 접합재를 이용했을 경우, 얻어진 실시예 23, 24, 27, 28, 34의 접합체의 쉬어 강도는 충분했다.

분산액 중의 용제의 함유량을 5 질량% 이상 25 질량% 이하의 범위 내에서 늘려, 얻어진 실시예 12, 13의 접합재를 이용하여 접합체를 얻은 경우, 실시예 32, 33의 접합체의 쉬어 강도는 충분했다.

은 입자군 1B만을 포함하는 분산액을 이용하여 얻어진 비교예 1~6의 접합재는, 소결체의 기공율이 8% 미만이며, 이들을 이용한 비교예 11~16의 접합체의 쉬어 강도는 충분하지는 않았다.

용제의 함유량이 26%인 분산액을 이용한 비교예 7~10의 접합재는, 소결체의 기공율이 30%보다도 크고, 이들 접합재를 이용한 비교예 17~20의 접합체의 쉬어 강도는 충분하지는 않았다.

소결체의 표면을 연마하지 않고, 또한, 도금을 입히지 않았던 비교예 5, 6, 7, 9의 접합재를 이용했을 경우, 얻어진 비교예 25, 26, 27, 29의 접합체의 쉬어 강도는 충분하지는 않았다.

또한, 이하에 기술하는 바와 같이, 실시예의 접합재와, 비교예의 접합재를, 조건(a) 및 조건(b) 하에서 대비하는 것에 의해, 다음에 나타내는 것이 분명하게 되었다.

≪조건(a): 분산액에 있어서의 은 분말의 조성, 및 소결 조건이 동일한 것을 비교≫

(1) 실시예 2의 접합재와, 비교예 8의 접합재와의 대비

(2) 실시예 6의 접합재와, 비교예 10의 접합재와의 대비

(3) 실시예 12의 접합재와, 비교예 10의 접합재와의 대비

(4) 실시예 13의 접합재와, 비교예 10의 접합재와의 대비

실시예 2의 접합재와, 비교예 8의 접합재와의 대비:

접합재를 제조할 때, 실시예 2에 대해서는 분산액 1, 비교예 8에 대해서는 분산액 8이 각각 이용되고 있고, 분산액에 있어서의 은 분말의 조성은, 모두, 은 입자군 1A/은 입자군 2A/은 입자군 2B = 10/40/50(질량%)이다.

소결 조건은, 모두, 소결시의 온도, 시간을 250℃, 30분간, 소결시의 압력을 무가압으로 설정하고, 소결체의 표면을 연마하고 있다.

접합재에 있어서의 표면 조도(μm)/기공율(%)/접합체의 쉬어 강도(MPa)는, 이하와 같았다.

실시예 2에 대해서, 2.79μm / 10.6% / 22.3 MPa (실시예 22)

비교예 8에 대해서, 2.75μm / 36.3% / 10.6 MPa (비교예 18)

실시예 6의 접합재와, 비교예 10의 접합재와의 대비:

접합재를 제조할 때, 실시예 6에 대해서는 분산액 2, 비교예 10에 대해서는 분산액 9가 각각 이용되고 있고, 분산액에 있어서의 은 분말의 조성은, 모두, 은 입자군 1A/은 입자군 2A/은 입자군 2B/은 입자군 3 = 5/20/25/50(질량%)이다.

소결 조건은, 모두, 소결시의 온도, 시간을 250℃, 30분간, 소결시의 압력을 무가압, 소결체의 표면을 연마하고 있다.

접합재에 있어서의 표면 조도(μm)/기공율(%)/접합체의 쉬어 강도(MPa)는, 이하와 같았다.

실시예 6에 대해서, 2.36μm / 13.1% / 22.1 MPa (실시예 26)

비교예 10에 대해서, 2.68μm / 35.7% / 8.6 MPa (비교예 20)

실시예 12의 접합재와, 비교예 10의 접합재와의 대비:

접합재를 제조할 때, 실시예 12에 대해서는 분산액 5, 비교예 10에 대해서는 분산액 9가 각각 이용되고 있고, 분산액에 있어서의 은 분말의 조성은, 모두, 은 입자군 1A/은 입자군 2A/은 입자군 2B/은 입자군 3 = 5/20/25/50(질량%)이다.

소결 조건은, 모두, 소결시의 온도, 시간을 250℃, 30분간, 소결시의 압력을 무가압으로 설정하고, 소결체의 표면을 연마하고 있다.

접합재에 있어서의 표면 조도(μm)/기공율(%)/접합체의 쉬어 강도(MPa)는, 이하와 같았다.

실시예 12에 대해서, 2.76μm / 17.2% / 22.2 MPa (실시예 32)

비교예 10에 대해서, 2.68μm / 35.7% / 8.6 MPa (비교예 20)

실시예 13의 접합재와, 비교예 10의 접합재와의 대비:

접합재를 제조할 때, 실시예 13에 대해서는 분산액 6, 비교예 10에 대해서는 분산액 9가 각각 이용되고 있고, 분산액에 있어서의 은 분말의 조성은, 모두, 은 입자군 1A/은 입자군 2A/은 입자군 2B/은 입자군 3 = 5/20/25/50(질량%)이다.

소결 조건은, 모두, 소결시의 온도, 시간을 250℃, 30분간, 소결시의 압력을 무가압으로 설정하고, 소결체의 표면을 연마하고 있다.

접합재에 있어서의 표면 조도(μm)/기공율(%)/접합체의 쉬어 강도(MPa)는, 이하와 같았다.

실시예 13에 대해서, 2.61μm / 26.3% / 21.7 MPa (실시예 33)

비교예 10에 대해서, 2.68μm / 35.7% / 8.6 MPa (비교예 20)

≪조건(b): 접합재의 표면 조도가 동일(1.06μm)인 것을 비교≫

실시예 14의 접합재와, 비교예 1의 접합재와의 대비:

접합재에 있어서의 표면 조도(μm)/기공율(%)/접합체의 쉬어 강도(MPa)는, 이하와 같았다.

실시예 14에 대해서, 1.06μm / 11.6% / 18.5 MPa (실시예 34)

비교예 1에 대해서, 1.06μm / 5.3% / 12.5 MPa (비교예 11)

상기의 조건(a) 및 조건(b) 하에서의 대비로부터, 비록 접합면의 표면 조도가 동일한 정도이어도, 그 표면 조도가 특정의 범위(500 nm 이상 3.3μm 이하)이고, 또한, 소결체의 기공율이 수치 한정(8~30%)의 내와 외의 각각의 효과에 대해서, 접합체의 쉬어 강도의 점에서 현저한 차이가 있는 것이 분명하게 되었다. 더하여, 그 접합체의 쉬어 강도에 대해서, 기공율의 수치 범위(8~30%) 내의 전체에 걸쳐 현저성이 있는 것도 분명하게 되었다.

즉, 「소결체의 기공율　8~30%」과 「접합면의 표면 조도(Ra)　500 nm 이상 3.3μm 이하」를 조합한 경우, 쉬어 강도는 각별히 현저한 것이 되는 것이 분명하게 되었다.

<은도금을 입힌 동판과 도전체와의 접합>

도전체와, 은도금한 동판을, 실시예 1의 접합재를 이용하여, 대기 중에서, 압력을 0.4 MPa 또는 1 MPa로 설정하고, 온도 200℃, 250℃, 300℃에서 각각 가열 처리를 가하는 것에 의해 접합하여, 접합체를 얻었다.

도 3a는, 대기 중에서, 압력을 0.4 MPa로 설정하고, 온도 250℃에서 가열 처리를 가하는 것에 의해 접합하여 얻어진 접합체 단면의, SEM에 의한 현미경상이다. 도 3b는, 접합체의 쉬어 강도와, 소결시의 온도 및 압력의 관계를 나타내는 그래프이다.

그 결과, 대기 중에서, 실시예 1의 접합재를 적용하여, 은도금한 동판과 도전체를 접합할 수 있었다. 소결시의 온도가 높을수록, 또한, 소결시의 압력이 높을수록, 쉬어 강도가 높아지는 것이 분명하게 되었다.

<도금이 입혀지지 않은 동판과 도전체와의 접합>

도전체와, 도금이 입혀지지 않은 동판(무구(無垢) 동판)을, 실시예 14의 접합재를 이용하여, 질소 중에서, 압력을 0.4 MPa 또는 1 MPa로 설정하고, 온도 250℃, 300℃, 350℃에서 각각 가열 처리를 가하는 것에 의해 접합하여, 접합체를 얻었다.

도 4a는, 질소 중에서, 압력을 0.4 MPa로 설정하고, 온도 300℃에서 가열 처리를 가하는 것에 의해 접합하여 얻어진 접합체 단면의, SEM에 의한 촬상 데이터이다. 도 4b는, 접합체의 쉬어 강도와, 소결시의 온도 및 압력의 관계를 나타내는 그래프이다.

그 결과, 질소 중에서, 실시예 14의 접합재를 적용하고, 도금이 입혀지지 않은 동판과 도전체를 직접 접합할 수 있었다. 소결시의 온도가 높을수록, 또한, 소결시의 압력이 높을수록, 쉬어 강도가 높아지는 것이 분명하게 되었다.

본 발명에 의하면, 종래보다도 뛰어난 접합 강도를 가지는 접합체를 제작하기 위해서 이용되는 접합재, 그 접합재의 제조 방법, 그 접합재를 이용한 접합체를 제공할 수 있다. 본 발명의 접합재는, 종래의 접합재에서는 곤란했던 고온 하(예를 들면 300℃ 이상)에서의 사용이 가능하고, 탄화 규소(SiC)를 이용한 파워 반도체 등을 구비한 전자 부품용의 접합재로서 유용하다.

10…접합체, 12…도전체, 13…접합재, 14…기판

Claims (7)

1. 은 분말이 소고(燒固)된 소결체를 포함하고, 상기 소결체의 기공율이 8~30%이며,
   접합면의 표면 조도(Ra)가, 500 nm 이상 3.3μm 이하인, 접합재.
2. 용제와 은 분말의 분산액을 이용하여 형성한 도공막을 가열하여 소결체를 얻는 공정을 갖고,
   상기 분산액 중의 상기 용제의 함유량이, 5 질량% 이상 25 질량% 이하인, 접합재의 제조 방법.
3. 용제와 은 분말의 분산액을 이용하여 형성한 도공막을 가열하여 소결체를 얻는 공정을 갖고,
   상기 은 분말은, 평균 입자 지름이 상위한 제1의 은 입자군과 제2의 은 입자군을 포함하고,
   상기 제1의 은 입자군의 평균 입자 지름이 50 nm 이상 1000 nm 미만이며,
   상기 제2의 은 입자군의 평균 입자 지름이 1μm 이상 20μm 미만인, 접합재의 제조 방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 은 분말은, 추가로, 평균 입자 지름이 20μm 이상 60μm 미만인 제3의 은 입자군을 포함하는, 접합재의 제조 방법.
5. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 소결체를 얻는 공정에 있어서, 상기 도공막에 가해지는 압력을 5 MPa 이하로 하면서, 상기 도공막을 가열하는, 접합재의 제조 방법.
6. 청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   추가로, 상기 소결체의 표면을 연마하는 공정, 또는, 상기 소결체의 표면에 은, 구리, 주석, 금 및 니켈로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 도금을 입히는 공정을 가지는, 접합재의 제조 방법.
7. 도전체와, 기판이, 청구항 1의 접합재에 의해 접합되어 있는, 접합체.

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