TW202408686A - 用於連接組件之銀燒結膏及其用途 - Google Patents

用於連接組件之銀燒結膏及其用途 Download PDF

Info

Publication number
TW202408686A
TW202408686A TW112128134A TW112128134A TW202408686A TW 202408686 A TW202408686 A TW 202408686A TW 112128134 A TW112128134 A TW 112128134A TW 112128134 A TW112128134 A TW 112128134A TW 202408686 A TW202408686 A TW 202408686A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
silver
range
paste
particle size
sintering
Prior art date
Application number
TW112128134A
Other languages
English (en)
Inventor
莉美 周
法蘭克 赫伯特
麥克 舒斐爾
沃夫剛 施密特
Original Assignee
德商賀利氏德國有限責任兩合公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 德商賀利氏德國有限責任兩合公司 filed Critical 德商賀利氏德國有限責任兩合公司
Publication of TW202408686A publication Critical patent/TW202408686A/zh

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/06—Metallic powder characterised by the shape of the particles
    • B22F1/068—Flake-like particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B22F1/052—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles characterised by a mixture of particles of different sizes or by the particle size distribution
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
    • B22F1/107—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material containing organic material comprising solvents, e.g. for slip casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B22F7/062—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools involving the connection or repairing of preformed parts
    • B22F7/064—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools involving the connection or repairing of preformed parts using an intermediate powder layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
    • B23K35/0244—Powders, particles or spheres; Preforms made therefrom
    • B23K35/025—Pastes, creams, slurries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3006—Ag as the principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/22—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/8384—Sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L24/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

銀燒結膏係由下列所組成： (A) 5 wt.%至40 wt.%之銀片，其粒度D90在5 µm至20 µm之範圍內， (B)  50 wt.%至85 wt.%之銀粒子，其粒度D90在300 nm至1,000 nm之範圍內， (C)  10 wt.%至25 wt.%之至少一種有機溶劑， (D) 0 wt.%至2 wt.%之至少一種纖維素衍生物，及 (E)  0 wt.%至10 wt.%之至少一種有別於成分(A)至(D)之添加劑。

Description

用於連接組件之銀燒結膏及其用途
本發明係關於一種銀燒結膏及一種可使用該銀燒結膏連接組件的方法。
本文中所使用之用語「組件(component)」具體而言指電子器件中所使用之組成部件，簡單來說係指電子組件。此等實例包括：二極體、LED（發光二極體）、晶粒、IGBT（絕緣閘雙極電晶體(insulated-gate bipolar transistors)）、MOSFET（金屬氧化物半導體場效電晶體(metal oxide semiconductor field effect transistors)）、IC（積體電路(integrated circuits)）、感測器、散熱器、電阻器、電容器、線圈、連接元件（例如夾子）、座板、天線、導線架、PCB（印刷電路板(printed circuit boards)）、可撓性電子器件、陶瓷基材、金屬-陶瓷基材，諸如DCB基材（直接銅接合基材(direct copper bonded substrates)）、IMS（絕緣金屬基材(insulated metal substrate)）、及類似者。
在電力及消費性電子器件領域中，電子組件之燒結連接係常見做法。經常用作連接材料的是金屬燒結膏，其中主成分係分散的可燒結金屬粒子。此類燒結膏之重要實例包括所屬技術領域中具有通常知識者已知的銀燒結膏。燒結連接技術代表一種用於穩定連接組件之非常簡單方法，其中待連接的組件係以其待連接的接觸表面彼此面對的方式轉移至施加有燒結連接材料（例如燒結膏）於其中的一夾心配置。接著，對使用燒結膏所建立之夾心配置進行乾燥及燒結步驟，在此過程中，組件之間形成高機械強度、導電、及導熱連接。經由各別的接觸表面，兩個組件之高機械強度連接係因此將一組件固定至第二組件，或在第二組件上。
本發明之目的在提供一種金屬燒結膏，尤其在其擠出行為之改善。所謂的金屬燒結膏之擠出行為係指在燒結程序期間的一非所欲現象，其中金屬燒結膏係從待藉由燒結而連接的一夾心配置之邊緣區域溢出。在所謂的加壓燒結的情況中，尤其可能發生此擠出現象，且若相對大量的金屬燒結膏位在夾心配置的待連接組件之間時，亦即若該金屬燒結膏的層厚度高時，及/或若待彼此連接的有關的組件之接觸表面大時，例如使得由待連接的接觸表面所形成之重疊面積在＞100 mm 2之範圍內，例如＞100至500 mm 2或更多時，則亦可能會愈常發生擠出現象。
出乎意料地，可藉由提供由下列所組成之銀燒結膏來達到目的： (A) 5至40 wt.%（重量%）、較佳地係10至30 wt.%、且尤其較佳地係15至25 wt.%之銀片（銀板），其粒度D90在5至20 µm之範圍內，較佳地係7至18 µm，且尤其較佳地係8至15 µm， (B)  50至85 wt.%、較佳地係55至80 wt.%、且尤其較佳地係60至75 wt.%之銀粒子，其粒度D90在300至1,000 nm之範圍內，較佳地係320至800 nm，且尤其較佳地係350至500 nm， (C)  10至25 wt.%、較佳地係10至20 wt.%、且尤其較佳地係10至15 wt.%之至少一種有機溶劑， (D) 0至2 wt.%、較佳地係0.1至1 wt.%、且尤其較佳地係0.1至0.5 wt.%之至少一種纖維素衍生物，及 (E)  0 wt.%至10 wt.%之至少一種有別於成分(A)至(D)之添加劑。
在一較佳實施例中，其係由以下所組成之銀燒結膏： (A) 5至40 wt.%、較佳地係10至30 wt.%、且尤其較佳地係15至25 wt.%之銀片，其粒度D10在0.5至2 µm之範圍內，且較佳地係0.7至1.5 µm，D50在2.4至4 µm之範圍內，且較佳地係3至3.8 µm，且D90在5至20 µm之範圍內，較佳地係7至18 µm，且尤其較佳地係8至15 µm， (B)  50至85 wt.%、較佳地係55至80 wt.%、且尤其較佳地係60至75 wt.%之銀粒子，其粒度D10在90至150 nm之範圍內，且較佳地係100至120 nm，D50在150至250 nm之範圍內，且較佳地係200至220 nm，且D90在300至1,000 nm之範圍內，較佳地係320至800 nm，且尤其較佳地係350至500 nm， (C)  10至25 wt.%、較佳地係10至20 wt.%、且尤其較佳地係10至15 wt.%之至少一種有機溶劑， (D) 0至2 wt.%、較佳地係0.1至1 wt.%、且尤其較佳地係0.1至0.5 wt.%之至少一種纖維素衍生物，及 (E)  0 wt.%至10 wt.%之至少一種有別於成分(A)至(D)之添加劑。
本文中關於銀片(A)所使用之用語「粒度D10」或「粒度D90」意指可藉助顯微影像之靜態自動分析來判定、且低於10%之粒子或90%之粒子體積分率之主要粒徑。本文中關於銀片(A)之用語「粒度D50」意指可藉助顯微影像之靜態自動分析來判定之體積平均主要粒徑。可權宜地使用已知之等效圓面積直徑(Equivalent Circular Area Diameter, ECAD)作為主要粒徑之量度(cf. RENLIANG XU ET AL: 「Comparison of sizing small particles using different technologies,」 POWDER TECHNOLOGY, ELSEVIER, BASEL (CH), vol. 132, no. 2-3, June 24, 2003 (2003-06-24), pages 145-153)。例如，可根據乾燥判定方法，使用來自Malvern Instruments之Morphologi 4測量系統來進行顯微影像之靜態自動分析。
本文中關於銀粒子(B)所使用之用語「粒度D10」或「粒度D90」係指可藉助雷射繞射方式來判定、且低於10%之粒子或90%之粒子體積分率之主要粒徑。本文中關於銀粒子(B)所使用之用語「粒度D50」係指可藉助雷射繞射來判定之體積平均主要粒徑。可權宜地使用已知之等效圓面積直徑(Equivalent Circular Area Diameter, ECAD)作為主要粒徑之量度(cf. RENLIANG XU ET AL: 「Comparison of sizing small particles using different technologies,」POWDER TECHNOLOGY, ELSEVIER, BASEL (CH), vol. 132, no. 2-3, June 24, 2003 (2003-06-24), pages 145-153)。可根據濕式判定方法，使用對應的粒度測量儀，例如來自Malvern Instruments之Mastersizer 3000或Mastersizer 2000，來進行雷射繞射測量。例如，在濕式判定方法中，可藉助超音波將1 g之(B)型銀粒子分散於200 ml乙醇中，作為樣本製備的一部分。
成分(A)係銀片，其粒度D90在5至20 µm之範圍內，較佳地係7至18 µm，且尤其較佳地係8至15 µm。較佳地，銀片具有之粒度D10係在0.5至2 µm之範圍內，且較佳地係0.7至1.5 µm，D50在2.4至4 µm之範圍內，且較佳地係3至3.8 µm，且D90在5至20 µm之範圍內，較佳地係7至18 µm，且尤其較佳地係8至15 µm。
銀片之縱橫比可例如係＞ 5:1，例如＞ 5:1至數百:1。粒子之縱橫比描述粒子之最大線性膨脹與最小線性膨脹的商數，及因此描述其形狀；僅為避免誤解，在粒子呈片的情況下，最大線性膨脹及最小線性膨脹的商數係最大長度延伸與片厚度的商數。此可使用掃描電子顯微鏡並藉由評估電子顯微影像、藉由判定統計上顯著數目之個別粒子之尺寸來判定。
銀片可具有例如在1至5 m 2/g之範圍內之比表面積。可根據DIN ISO 9277:2014-01（靜態體積測量方法，使用氣體：氮氣）藉助BET測量來判定比表面積（單位：m 2/g）。
銀片可具有例如在1至5 g/cm 3之範圍內之夯實密度。與固體之塊體密度相比，夯實密度係藉由搗實或搖動而進一步壓縮之密度。可根據DIN EN ISO 787-11:1995-10來判定夯實密度（單位：g/cm 3）。
銀片通常係經塗佈的。此處所給出之重量規格包括銀片上之塗層的重量。
銀片可包含純銀之片（銀之純度係至少99.9 wt.%）及/或含有至多10 wt.%之至少一種其他合金金屬之銀合金。合適之合金金屬之實例係銅、金、鎳、鈀、鉑、及鋁。較佳的是純銀之銀片。
上述塗層可係銀片之表面上的一牢固黏附層。這通常是有機塗層。取決於是銀或銀合金，有機塗層之比例可係例如在0.5至1.5 wt.%之範圍內。一般而言，此一有機塗層可包含90至100 wt.%之一或多種脂肪酸及/或脂肪酸衍生物。脂肪酸衍生物之實例尤其包括脂肪酸鹽及脂肪酸酯。脂肪酸之實例包括：羊脂酸（辛酸）、羊蠟酸（癸酸）、月桂酸（十二酸）、肉豆蔻酸（十四酸）、棕櫚酸（十六酸）、珠光脂酸（十七酸）、硬脂酸（十八酸）、油酸（9-十八烯酸）、花生酸（二十酸）、蘿酸（二十二酸）、及木蠟酸（二十四酸）。
在例如25℃至400℃之溫度範圍內，用10 K/min之加熱速率及空氣通道所進行之經塗佈銀片之DSC分析（微差掃描熱量法、動態微差熱量法）的情況中，銀片之塗層之特徵可在於在例如200至270℃之溫度範圍內之一或兩個放熱峰值。
在例如25℃至400℃之溫度範圍內，用10 K/min之加熱速率及空氣通道所進行之經塗佈銀片之TGA分析（熱重量分析）的情況下，銀片之塗層之特徵可在於在例如0.7至1.5 wt.%之範圍內之重量損失，起始於例如130至150℃，且結束於例如220至240℃。
(A)型銀片可購自例如Metalor或Ames Goldsmith。
成分(B)係銀粒子，其粒度在300至1,000 nm之範圍內，較佳地係320至800 nm，且尤其較佳地係350至500 nm。較佳地，銀粒子具有之粒度D10係在90至150 nm之範圍內，且較佳地係100至120 nm，D50在150至250 nm之範圍內，且較佳地係200至220 nm，且D90在300至1,000 nm之範圍內，較佳地係320至800 nm，且更佳地係350至500 nm。成分(B)之銀粒子係所謂的次微米銀粒子，請勿與甚至更小的奈米銀粒子（其具有粒度D90 ＜250 nm）混淆。
銀粒子不是銀片；銀粒子之縱橫比係顯著小於銀片之縱橫比，例如在1:1至5:1之範圍內。理想的球形粒子具有1:1之縱橫比。在1:1至5:1之範圍內之銀粒子之縱橫比係指銀粒子具有例如球形、實質上球形、橢圓形、卵形、或不規則形狀，但在任何情況下都不是薄片狀。
銀粒子可包含純銀之粒子（銀之純度係至少99.9 wt.%）及/或含有至多10 wt.%之至少一種其他合金金屬之銀合金。合適之合金金屬之實例係銅、金、鎳、鈀、鉑、及鋁。較佳的是純銀之銀粒子。
銀粒子可具有例如在1至8 m 2/g之範圍內之比表面積。可根據DIN ISO 9277:2014-01（靜態體積測量方法，使用氣體：氮氣）藉助BET測量來判定比表面積（單位：m 2/g）。
銀粒子可具有例如在3至6 g/cm 3之範圍內之夯實密度。與固體之塊體密度相比，夯實密度係藉由搗實或搖動而進一步壓縮之密度。可根據DIN EN ISO 787-11:1995-10來判定夯實密度（單位：g/cm 3）。
銀粒子通常係經塗佈的。此處所給出之重量規格隨後包括銀粒子上之塗層的重量。
上述塗層可係銀粒子之表面上的一牢固黏附層。這通常是有機塗層。取決於是銀或銀合金，有機塗層之比例可係例如在0.5至1.5 wt.%之範圍內。一般而言，此一有機塗層可包含90至100 wt.%之一或多種脂肪酸及/或脂肪酸衍生物。脂肪酸衍生物之實例尤其包括脂肪酸鹽及脂肪酸酯。脂肪酸之實例包括：羊脂酸（辛酸）、羊蠟酸（癸酸）、月桂酸（十二酸）、肉豆蔻酸（十四酸）、棕櫚酸（十六酸）、珠光脂酸（十七酸）、硬脂酸（十八酸）、油酸（9-十八烯酸）、花生酸（二十酸）、蘿酸（二十二酸）、及木蠟酸（二十四酸）。
在例如25℃至400℃之溫度範圍內，用10 K/min之加熱速率及空氣通道所進行之經塗佈銀粒子之DSC分析的情況中，銀粒子之塗層之特徵可在於在例如200至270℃之溫度範圍內之一或兩個放熱峰值。
在例如25℃至400℃之溫度範圍內，用10 K/min之加熱速率及空氣通道所進行之經塗佈銀粒子之TGA分析的情況下，銀粒子之塗層之特徵可在於例如在0.9至1.4 wt.%之範圍內之重量損失，起始於例如140至160℃，且結束於例如230至250℃。
(B)型銀粒子可購自例如Ames Goldsmith。
成分(C)係至少一種有機溶劑。合適之有機溶劑之實例包括：萜二醇、N-甲基-2-吡咯啶酮、乙二醇、二甲基乙醯胺、1-十三醇、2-十三醇、3-十三醇、4-十三醇、5-十三醇、6-十三醇、異十三醇、2-乙基-1,3-己二醇、2-(2-乙基己氧基)-乙醇、苯甲醇、二乙二醇單丁醚、二丙二醇單丙醚、二丙二醇單丁醚、二元酯（較佳地係戊二酸、己二酸、或丁二酸的二甲酯、或其混合物）、甘油、二乙二醇、三乙二醇、及脂族，尤其是具有5至32個碳原子、較佳地是10至25個碳原子、且甚至更佳地是16至20個碳原子之飽和脂族烴。
然而，較佳地係由根據本發明之銀燒結膏所包含之可選的成分(D)係至少一種纖維素衍生物。實例包括：甲基纖維素、乙基纖維素、乙基甲基纖維素、羧基纖維素、羥丙基纖維素、羥乙基纖維素、及羥甲基纖維素。
可選的成分(E)係至少一種有別於成分(A)至成分(D)之添加劑。實例包括：界面活性劑、消泡劑、潤濕劑、及抗腐蝕添加劑。
成分(E)較佳地係不包含任何玻璃粒子（玻璃粉）；換言之，根據本發明之銀燒結膏較佳地不包含任何玻璃粒子。
成分(E)尤其較佳地不包含熱可分解之金屬前驅物（金屬前驅物化合物），亦即在燒結程序期間沒有可經分解至對應金屬之金屬前驅物。因此，成分(E)尤其較佳地不包括有時慣常出現在先前技術的銀燒結膏中之對應銀前驅物，諸如氧化銀、碳酸銀、乳酸銀、及類似者。換言之，根據本發明之銀燒結膏尤其較佳地不包含熱可分解之金屬前驅物。已亦顯示缺乏此類金屬或銀前驅物對根據本發明之銀燒結膏之儲存穩定性具有正面效果。
根據本發明之銀燒結膏之必要發明特徵似乎在於其具有相對較小比例之(A)型銀片、與相對較大比例之(B)型次微米銀粒子的組合，且尤其較佳地係沒有前述金屬或銀前驅物之比例。
以根據本發明之銀燒結膏計，成分(A)至成分(E)之重量百分比的總和係100 wt.%。據此，根據本發明之銀燒結膏之生產可藉由混合成分(A)至(C)、或(A)至(D)、或(A)至(E)來進行。在此情況下，可使用所屬技術領域中具有通常知識者已知的習知裝置，例如攪拌器、三輥式研磨機、導引式噴射混合器、及/或分散混合器。
可將根據本發明之銀燒結膏使用在一燒結方法中，例如在如上文所解釋之燒結方法中。燒結應理解為藉由加熱連接兩個或更多個組件，同時防止銀片及銀粒子達到液相狀態。此處所形成之牢固機械連接同時是導電及導熱的；其幾乎或幾乎完全地是由銀所組成。在此方面，本發明亦關於一種用於連接組件之方法，其中(1)提供一夾心配置，其包含至少兩個組件及位於組件之間的根據本發明之銀燒結膏，(2)該銀燒結膏係可選地（但較佳地）經乾燥，及(3)對該夾心配置進行燒結。乾燥應理解為意指自所施加之根據本發明之燒結膏中移除有機溶劑。當使用根據本發明之銀燒結膏時，步驟(1)、(2)、及(3)形成一系列步驟之類型(1)-(2)-(3)，而步驟(2)係可選的步驟。在用根據本發明之銀燒結膏進行之方法的一實施例中，步驟(1)可能已經包含乾燥，且因此可省略步驟(2)；在另一實施例中，步驟(1)不包含乾燥或僅部分包含乾燥，且可選的步驟(2)可省略或較佳地進行；若步驟(2)在此處省略，則其可在步驟(3)之過程中進行或可與所述步驟重疊。
組件可包含至少一個金屬接觸表面，例如以金屬化層之形式（若其還不是由金屬組成的話），藉此先前所述之夾心配置之至少一個金屬接觸表面係在根據本發明之方法之範疇內製成。
在步驟(1)中，首先使該兩個或更多個組件彼此接觸。接觸係經由根據本發明之銀燒結膏進行，其中銀燒結膏係可選地已經乾燥。為此目的，在所提供的夾心配置中，根據本發明之銀燒結膏係位於該至少兩個組件中之兩者之間的各情況中。用語「夾心配置(sandwich arrangement)」係指一種配置，其中兩個組件中的一者係位於另一者上方，且該等組件基本上是彼此平行配置。
夾心配置可根據先前技術已知之方法製作。在此情況下，該等組件中之一者的有關的金屬接觸表面具有根據本發明之銀燒結膏。隨後，置放另一組件，其中其金屬接觸表面於銀燒結膏上，而該銀燒結膏係已施加至一組件之金屬接觸表面。
將根據本發明之銀燒結膏施加至一組件之有關的金屬接觸表面可藉由習知方法進行，例如藉由印刷方法，例如網版印刷或模板印刷。另一方面，亦可藉助施配技術（噴射）、藉助接腳轉移(pin transfer)、或藉由浸漬(dipping)來施加根據本發明之銀燒結膏。
根據本發明之銀燒結膏之濕膜厚度較佳地係在20至400 µm之範圍內。較佳的濕膜厚度係例如取決於所選擇的施用方法。若施加根據本發明之銀燒結膏係例如藉助網版印刷方法，則例如20至60 µm的濕膜厚度可係較佳的。若施用係例如藉助模板印刷來進行，則較佳的濕膜厚度可例如在20至400 µm之範圍內。舉例而言，在施配技術的情況下，較佳的濕膜厚度可例如在20至400 µm之範圍內，取決於所使用之施用工具，例如當使用在20至100 µm之範圍內之中空針頭時，或例如當使用在50至400 µm之範圍內之寬槽噴嘴（同時作為刮刀之用）時。
在將根據本發明之銀燒結膏施加至其中一組件之金屬接觸表面之後，該組件之金屬接觸表面（其具有可選的已經部分地或完全地乾燥之銀燒結膏）係經由該銀燒結膏與對應之待連接至其的組件之金屬接觸表面接觸。因此，根據本發明之未乾燥、部分乾燥、或完全乾燥之銀燒結膏之層係位於待連接的組件之間，目的是為了形成夾心配置。
根據一較佳實施例，以根據本發明之銀燒結膏中之有機溶劑的原始比例計，銀燒結膏中之有機溶劑在乾燥後的比例係例如0至5 wt.%。換言之，根據此較佳實施例，在乾燥期間，例如95至100 wt.%之有機溶劑、或根據本發明之銀燒結膏中原本所含有95至100 wt.%的有機溶劑係遭移除。
步驟(2)中之乾燥溫度（若進行的話）較佳地係在100℃至150℃之範圍內。典型的乾燥時間係例如在5至45分鐘之範圍內。為了幫助縮短乾燥時間，可使用真空，例如在100至300 mbar之範圍內的壓力。
在步驟(1)或步驟(2)完成之後，該夾心配置最後進行燒結程序。根據本發明之方法之此燒結步驟(3)可在加壓下進行或以未加壓方式進行。以未加壓方式進行該方法係指，儘管不存在機械加壓，但是組件之間仍可達到足夠牢固之連接。正如開頭所說，根據本發明之銀燒結膏之特徵在於低的、或較佳地甚至沒有擠出行為；換言之，根據本發明之銀燒結膏特別適合於經設計作為加壓燒結之根據本發明之方法。
實際的燒結係在例如200至280℃之溫度下進行，且如前所述，要不是作為未加壓程序，就是權宜地使用低調或不存在之擠出行為，而作為加壓燒結。
在加壓燒結的情況下，製程壓力較佳地係低於30 MPa，且更佳地係低於15 MPa。舉例而言，製程壓力係在1至30 MPa之範圍內，且更佳地係在5至15 MPa之範圍內。
在加壓燒結期間，燒結時間係例如在2至90分鐘之範圍內，例如在2至5分鐘之範圍內，且在未加壓燒結期間，例如在30至75分鐘之範圍內。
燒結程序可在不受任何特定限制的氣氛中進行。因此，一方面，燒結可在含氧的氣氛中進行。另一方面，燒結亦可能在無氧的氣氛或真空中進行。在本發明之背景中，無氧的氣氛應理解為意指氧含量不超過300重量ppm (ppm by weight)之氣氛，較佳地係不超過100重量ppm，且甚至更佳地係不超過50重量ppm。
燒結係在習知適於燒結的裝置中進行，其中可設定上述製程參數。 實例 1.    銀燒結膏之製備：
根據表1，製備根據本發明之銀燒結膏1至5及比較膏C1至C3（所有規格以wt.%為單位）。為此目的，有機溶劑及可選的乙基纖維素係首先在80℃下均質化以形成一溶劑系統。隨後，將銀片及銀粒子逐分地添加至溶劑系統中，並且完全分散。 2.    銀燒結膏之評估： a)    用作模型的測試結構之製備：
藉助模版印刷將根據本發明之銀燒結膏1至5及比較膏C1至C3施加至一有關的銀金屬化銅陶瓷基材，其具有300 µm之濕膜厚度。緊接著，進一步提供銀金屬化的銅陶瓷基材(20 mm × 20 mm)在該經印刷之銀燒結膏之各別區的整個區域上方。在120℃及正常空氣氛圍下對如此建立之夾心配置乾燥10分鐘。後續的加壓燒結係在氮氣氛圍（＜ 100 ppm氧氣）下在230℃及12 MPa的熱壓機中進行5分鐘。 b)    擠出行為之評估：
目視評估經燒結的測試結構，直到出現銀燒結膏在邊緣處非所欲的擠出之程度。
若在燒結過程期間，在裝載的基材之接觸表面下方的邊緣處沒有看到經燒結且擠出之燒結膏，則將擠出行為評定為「+」（無非所欲的擠出）。
若在裝載的銀金屬化銅陶瓷基材旁邊之測試結構之至少一邊緣上的經燒結銀燒結膏只在＜20%之周緣上看到，則擠出行為被分類為「低」。
若在裝載的銀金屬化銅陶瓷基材旁邊之測試結構之至少一邊緣上的經燒結銀燒結膏在＞50%之周緣上看到，則擠出行為被分類為「高」。 c)    剪切強度之判定：
對於剪切強度之判定，組件係在20℃下用剪切鑿刀以2 mm/min之速度剪切。施力係藉助10 kN之測力器（來自Zwick Roell Z010, Germany之裝置）來記錄。
表1：根據本發明之銀燒結膏1至5及比較膏C1至C3之組成及評估
1 2 3 4 5 C1 C2 C3  
銀片* 7    10 12 17 30 52 84 -  
銀粒子** 80    77 75 70 57 35 - 87  
乙基纖維素 0.1    - 0.1 0.1 0.1 0.1 0.3 0.1  
松油醇 6.45    6.50 6.45 6.45 6.45 6.45 7.85 6.45  
二乙二醇丁醚 6.45    6.50 6.45 6.45 6.45 6.45 - 6.45  
丁二酸二甲酯 -    - - - - - 7.85 -  
      評估：
擠出行為 低    + + + + + + 高  
剪切強度(N/mm 2) 40    40 41 45 40 30 30 55  
* 以脂肪酸塗佈之銀片：D90: 9 µm, D50: 3 µm, D10: 1 µm ** 以脂肪酸塗佈之銀粒子：D90: 400 nm, D50: 200 nm, D10: 105 nm
無

Claims (14)

  1. 一種銀燒結膏，其係由下列所組成 (A)   5 wt.%至40 wt.%之銀片，其粒度D90在5 µm至20 µm之範圍內， (B)   50 wt.%至85 wt.%之銀粒子，其粒度D90在300 nm至1,000 nm之範圍內， (C)   10 wt.%至25 wt.%之至少一種有機溶劑， (D)   0 wt.%至2 wt.%之至少一種纖維素衍生物，及 (E)   0 wt.%至10 wt.%之至少一種有別於成分(A)至(D)之添加劑。
  2. 如請求項1之銀燒結膏，其中該等銀片之粒度D10在0.5 µm至2 µm之範圍內且粒度D50在2.4 µm至4 µm之範圍內，且該等銀粒子之粒度D10在90 nm至150 nm之範圍內且粒度D50在150 nm至250 nm之範圍內。
  3. 如請求項1或請求項2之銀燒結膏，其中該等銀片之縱橫比係＞5:1。
  4. 如前述請求項中之任一項之銀燒結膏，其中該等銀片的比表面積係在1 m 2/g至5 m 2/g之範圍內。
  5. 如前述請求項中之任一項之銀燒結膏，其中該等銀片之夯實密度(tamped density)係在1 g/cm 3至5 g/cm 3之範圍內。
  6. 如前述請求項中之任一項之銀燒結膏，其中該等銀粒子之縱橫比係在1:1至5:1之範圍內。
  7. 如前述請求項中之任一項之銀燒結膏，其中該等銀粒子之比表面積係在1 m 2/g至8 m 2/g之範圍內。
  8. 如前述請求項中之任一項之銀燒結膏，其中該等銀粒子之夯實密度係在3 g/cm 3至6 g/cm 3之範圍內。
  9. 如前述請求項中之任一項之銀燒結膏，其中該至少一種纖維素衍生物係選自由下列所組成之群組：甲基纖維素、乙基纖維素、乙基甲基纖維素、羧基纖維素、羥丙基纖維素、羥乙基纖維素、及羥甲基纖維素。
  10. 如前述請求項中之任一項之銀燒結膏，其不包含玻璃粒子。
  11. 如前述請求項中之任一項之銀燒結膏，其不包含可熱分解的金屬前驅物。
  12. 一種用於連接組件之方法，其中(1)提供一夾心配置，該夾心配置包含至少兩個組件及位於該等組件之間之如前述請求項中之任一項之銀燒結膏，(2)可選地乾燥該燒結膏，及(3)燒結該夾心配置。
  13. 如請求項12之方法，其中燒結係在加壓下進行或以未加壓的方式進行。
  14. 如請求項12或請求項13之方法，其中該等組件係用於電子器件中之組件。
TW112128134A 2022-08-17 2023-07-27 用於連接組件之銀燒結膏及其用途 TW202408686A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22190706.6 2022-08-17
EP22190706.6A EP4324578B1 (de) 2022-08-17 2022-08-17 Silbersinterpaste und deren verwendung zum verbinden von bauelementen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202408686A true TW202408686A (zh) 2024-03-01

Family

ID=82943012

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW112128134A TW202408686A (zh) 2022-08-17 2023-07-27 用於連接組件之銀燒結膏及其用途

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4324578B1 (zh)
TW (1) TW202408686A (zh)
WO (1) WO2024037760A1 (zh)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201611198A (zh) * 2014-04-11 2016-03-16 阿爾發金屬公司 低壓燒結粉末
JP6756085B2 (ja) * 2018-07-06 2020-09-16 千住金属工業株式会社 導電性ペースト及び焼結体
KR102307809B1 (ko) * 2020-06-24 2021-09-30 센주긴조쿠고교 가부시키가이샤 도전성 페이스트, 적층체, 및 Cu 기판 또는 Cu 전극과 도전체와의 접합 방법
US20240033860A1 (en) * 2020-12-16 2024-02-01 Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG Sintering paste and use thereof for connecting components
CN113084151B (zh) * 2021-03-24 2023-12-19 江苏博迁新材料股份有限公司 一种5g滤波器用银粉及其生产方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP4324578B1 (de) 2024-10-09
EP4324578A1 (de) 2024-02-21
WO2024037760A1 (en) 2024-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI628256B (zh) 金屬膠及其用於連接組件之用途
US10144095B2 (en) Sinter paste with coated silver oxide on noble and non-noble surfaces that are difficult to sinter
JP5971909B2 (ja) 導電性ペースト、及び該導電性ペーストを焼成して得られる接合体
DE102013216633B4 (de) Vorgesinterte Halbleiterchip-Struktur und Verfahren zum Herstellen
JP6884285B2 (ja) 接合用組成物、並びに導電体の接合構造及びその製造方法
TWI537088B (zh) Improved sintered paste with partially oxidized metal particles
TW201624629A (zh) 金屬製劑及其用於連接組件之用途
TW202110555A (zh) 加壓接合用組合物、以及導電體之接合構造及其製造方法
JP7037332B2 (ja) 接合用の導電性ペーストを用いた電子デバイスの製造方法
TW201603152A (zh) 金屬膠及其用於連接組件之用途
TW202408686A (zh) 用於連接組件之銀燒結膏及其用途
WO2018101471A1 (ja) 導電性接合材料及び半導体装置の製造方法
JP7380256B2 (ja) 接合用シート
US20240033860A1 (en) Sintering paste and use thereof for connecting components
US11697155B2 (en) Metal paste and use thereof for joining components
WO2023190451A1 (ja) 接合体の製造方法
JP7487011B2 (ja) 接合材、接合材の製造方法及び接合方法
JP2018206826A (ja) 接合材、接合体および接合方法
TW202345995A (zh) 接合體之製造方法
WO2022168610A1 (ja) 銅ペースト