TWI537088B - Improved sintered paste with partially oxidized metal particles - Google Patents

Improved sintered paste with partially oxidized metal particles Download PDF

Info

Publication number
TWI537088B
TWI537088B TW103115648A TW103115648A TWI537088B TW I537088 B TWI537088 B TW I537088B TW 103115648 A TW103115648 A TW 103115648A TW 103115648 A TW103115648 A TW 103115648A TW I537088 B TWI537088 B TW I537088B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
mixture
metal
organic compound
metal particles
group
Prior art date
Application number
TW103115648A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201503984A (zh
Inventor
Wolfgang Schmitt
Original Assignee
Heraeus Materials Tech Gmbh
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 Heraeus Materials Tech Gmbh filed Critical Heraeus Materials Tech Gmbh
Publication of TW201503984A publication Critical patent/TW201503984A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI537088B publication Critical patent/TWI537088B/zh

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • 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
    • B22F1/102—Metallic powder coated with organic material
    • 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
    • B22F1/16—Metallic particles coated with a non-metal
    • 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
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • 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
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • 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
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/19—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering taking account of the properties of the materials to be soldered
    • 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
    • B23K35/28—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 950 degrees C
    • B23K35/286—Al as the principal constituent
    • 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
    • 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
    • B23K35/302—Cu as the principal constituent
    • 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
    • B23K35/3033—Ni as the principal constituent
    • 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
    • B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
    • B23K35/3612—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest with organic compounds as principal constituents
    • 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
    • B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
    • B23K35/3612—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest with organic compounds as principal constituents
    • B23K35/3613—Polymers, e.g. resins
    • 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
    • H01L24/80—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
    • H01L24/83—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
    • 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
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • 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
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/10—Aluminium or alloys thereof
    • 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
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/12—Copper or alloys thereof
    • 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
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/18—Dissimilar materials
    • 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
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/18—Dissimilar materials
    • B23K2103/26—Alloys of Nickel and Cobalt and Chromium
    • 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
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
    • 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
    • H01L2224/01—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
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29005—Structure
    • H01L2224/29006—Layer connector larger than the underlying bonding area
    • 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
    • H01L2224/83009—Pre-treatment of the layer connector or the bonding area
    • H01L2224/83048—Thermal treatments, e.g. annealing, controlled pre-heating or pre-cooling
    • 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
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Description

具有部分氧化之金屬粒子的改良型燒結物膏劑
本發明係有關於一種可燒結之混合物及一種採用該混合物來連接元件的方法。本發明亦有關於一種製造可燒結之混合物的方法。
在電力電子領域，將壓敏性及溫敏性較高的元件，如LED或超薄矽晶片連接在一起是非常具有挑戰性的。故通常用膠黏劑將此類壓敏及溫敏之元件相連。但膠黏技術之缺點在於，元件間的接觸位置僅具不充分的導熱性或導電性。為解決此項難題，通常對待連接的元件實施燒結。燒結技術提供一種非常簡單的將元件穩定地連接在一起的方案，係採用燒結物膏劑。
例如，US-B-7,766,218揭露過燒結物膏劑之應用，此等燒結物膏劑含有至少部分地塗有脂肪酸或脂肪酸衍生物的銀粒子，且含有一揮發性分散劑，以增強燒結效果以及導電性及導熱性。
WO-A-2-11/026624揭露過含有金屬粒子、金屬前驅物、溶劑及燒結輔劑的燒結物膏劑。
根據EP-A-2425920，往燒結物膏劑添加至少一脂族烴化合物，以降低燒結溫度。
不過實驗表明，即使應用了不同的燒結輔劑，傳統膏劑或混合物之燒結能力特別是在過程壓力較小的情況下仍有待提高。
本發明中的燒結能力包括含有金屬粒子之混合物的擴散能力以及該混合物所實現之連接接點的附著力。
此外還對能夠應用在不同於傳統溫度範圍及壓力範圍的可燒結混合物存在需求。同樣希望研發某種可燒結混合物，其擴散能力有所提高且與傳統膏劑相比，在類似條件下應用此類混合物可增強經燒結之接點的附著力。
有鑒於此，本發明之目的在於提供一種可燒結混合物，特別是燒結物膏劑，其特別是在鍍覆至銅表面的情況下具有更高的燒結能力。本發明之另一目的在於提供一種可燒結混合物，其能夠在更為柔和的條件下，特別是在溫度及壓力低於先前技術中的常見溫度及壓力的情況下實現燒結。因此，應用此種混合物能夠實現一種節能型接點連接方法。
本發明用以達成上述目的之解決方案為獨立項之標的。
本發明之標的為一種混合物，含有(a)金屬粒子，及(b)分子式I為R1-COR2(I)的有機化合物，其中，R1為具有8至32個碳原子的脂族基，R2要麼具有-OM結構要麼具有-X-R3結構，其中，M為陽離子且其中X選自由O、S、N-R4構成之群，且其中R3為氫原子或脂族基且R4為氫原子或脂族基，其中，該有機化合物(b)中所含之碳與該等金屬粒子(a)中所含之氧的成分比例為3至50。
本發明亦有關於一種連接至少兩個元件的方法，包括提供一夾層機構，該夾層機構具有至少一第一元件、一第二元件及本發明之混合物，其中該混合物位於該第一與該第二元件之間，以及對該夾層機構進行燒結。
本發明之混合物可燒結且較佳以燒結物膏劑，尤佳以可壓印燒結物膏劑的形式存在。
本發明基於以下令人驚異的認識：有機化合物(b)中的碳與金屬粒子(a)中的氧的成分比例對所製成之混合物的燒結能力具有重大影響。實驗結果意外表明，僅有相對較小的比例範圍可提高燒結性能。
金屬粒子(a)
本發明之混合物含有金屬粒子。
本發明中的金屬此一概念係指在元素週期表中處於Bor之週期但在Bor左邊、處於矽之週期但在矽的左邊、處於鍺之週期但在鍺的左邊、處於銻之週期但在銻的左邊之元素，以及序數大於55的所有元素。本發明中的金屬此一概念亦指合金及金屬間相。
根據較佳方案，該金屬之純度至少為95重量百分比，較佳至少為98重量百分比，進一步較佳至少為99重量百分比，更佳至少為99.9重量百分比。
本發明中的金屬粒子亦指經部分氧化之，例如經表面氧化之金屬粒子。
根據一種較佳實施方式，該金屬選自由以下構成之群：銅、銀、鎳及鋁以及上述金屬之合金及混合物。根據一種尤佳實施方式，該金屬為銀。
根據一種較佳實施方式，該等金屬粒子(a)的至少一金屬選自由銀、銅及二者之混合物所構成之群。
該等金屬粒子(a)之金屬較佳主要由銀或銅或者銀與銅之混合物構成。
故大體而言，該等金屬粒子(a)的至少95重量百分比，特別是至少97.5重量百分比由相應金屬或該等金屬混合物構成。
本發明中的金屬合金係指由至少兩個組分構成且其中至少一個組分為金屬的金屬混合物。
根據一種較佳實施方式，本發明採用含有銅、鋁、鎳及/或貴金 屬的合金為金屬合金。該金屬合金較佳包含至少一選自由以下構成之群的金屬：銅、銀、金、鎳、鈀、鉑及鋁。金屬合金尤佳含有至少兩種選自由以下構成之群的金屬：銅、銀、金、鎳、鈀、鉑及鋁。進一步較佳地，該等選自由銅、銀、金、鎳、鈀、鉑及鋁構成之群的金屬在該金屬合金中的比例至少為90重量百分比，較佳至少為95重量百分比，進一步較佳至少為99重量百分比，更佳為100重量百分比。該合金例如可指含有銅及銀，銅、銀及金，銅及金，銀及金，銀及鈀，鉑及鈀，或者鎳及鈀的合金。
本發明中的金屬粒子亦可指由多個相構成之粒子。舉例而言，該等金屬粒子可包含由至少一金屬相構成之芯，其塗佈有至少另一金屬相。此處例如指塗佈有銀的銅粒子，其符合本發明之有關金屬粒子的定義。亦可將該金屬塗層鍍覆至非金屬芯。
根據一種替代實施方式，該等金屬粒子具有兩個或兩個以上不同的金屬。
較佳亦可採用金屬芯由賤金屬構成且塗層由貴金屬構成的金屬粒子，如塗有銀的銅粒子。本發明之混合物中的金屬可為一純金屬、多種類型之純金屬、一種類型之金屬合金、多種類型之金屬合金或者其混合物。該金屬以粒子的形式存在於該混合物中。
該等金屬粒子可採用不同形式。舉例而言，該等金屬粒子可呈片狀或球狀(球形)。根據一種尤佳實施方式，該等金屬粒子呈片狀。但此點並不排除以下情況：所採用之金屬粒子中亦可具有較小比例的另一形式。不過較佳而言，至少70重量百分比，進一步較佳至少80重量百分比，更佳至少90重量百分比或者100重量百分比的粒子呈片狀。
本發明之混合物中所含的該等金屬粒子在成分方面可呈均勻或不均勻。特定言之，該混合物中的粒子可含有不同金屬。
本發明之混合物就其總重而言含有較佳60-99.7重量百分比、進一步較佳77-89重量百分比、更佳80-88重量百分比的金屬粒子。在本發明之混合物中，就金屬粒子a)與有機化合物b)之總重而言，金屬粒子a)的量可為96-99.7重量百分比，較佳為96.5-99.5重量百分比，進一步較佳為97-99.3重量百分比，尤佳為97.5-99.0重量百分比。
該等金屬粒子較佳部分氧化。作為替代方案，亦可採用由金屬粒子構成之混合物，其中一部分粒子未經氧化，一部分粒子經部分或完全氧化。
本發明之混合物中的金屬粒子(a)的氧含量就該等金屬粒子之總重而言較佳為0.01至0.15重量百分比，特別是0.05至0.10重量百分比。
例如可根據相關領域通常知識者所熟知之分析法來測定金屬粒子之氧含量，係在Leco公司(美國)的TC 436分析儀上應用運載氣體熱萃取，其中，間接地透過轉化為CO2來測定氧含量，其中，用CO2紅外線量測單元來偵測CO2氣體。測定氧含量時可基於ASTM E1019-03標準。為確保進行可再生量測，可透過對已知量的CO2氣體進行氣體校準並檢查Leco公司之經認證的鋼材標準來對儀器進行調節，其氧含量大致與待測樣本之預期氧含量處於同一數量級。樣本製備係透過將100至150mg的金屬粉末稱量到Leco公司的錫囊。在2000℃條件下將樣本連同錫囊一起送入Leco公司的石墨坩堝，該石墨坩堝此前已在2500℃條件下兩次釋放氣體各約30秒。樣本中的氧與石墨中的碳反應成為一氧化碳(CO)。其又在Leco公司的氧化銅柱(Cu(II)O)上氧化成為二氧化碳(CO2)，其中，該柱之儀器特定的溫度約為600℃。用紅外線單元偵測透過上述方式產生之CO2，從而測定該樣本的氧含量。在對樣本實施真正意義上的量測前，在同樣條件下測定未充填之錫囊的空白值。實施真正意義上的量測時從儀器內之量測值(錫囊及樣本)中減 去該空白試驗值。
有機化合物(b)
本發明之燒結物膏劑另含分子式I為R1-COR2(I)的有機化合物，其中，R1為具有8至32個，較佳10-24個，尤佳12至18個碳原子的脂族基，其可為支鏈或直鏈。R1亦可含有雜原子。R2要麼具有-OM結構要麼具有-X-R3結構，其中，M為陽離子且其中X選自由O、S、N-R4構成之群，其中R3為氫原子或脂族基且R4為碳原子或脂族基。X較佳為O、N或S，尤佳為O。
R3及/或R4為具有1至32個，較佳10-24個，尤佳12至18個碳原子的脂族基，該基團可為線性或支鏈基。
該基團亦可包含一或多個雜原子。該脂族基可飽和或不飽和。
該有機化合物較佳係指一選自由以下構成之群的化合物：脂肪酸(X=O且R3=H)、脂肪酸鹽(M=陰離子)及脂肪酸酯。
該等自由之脂肪酸、脂肪酸鹽及脂肪酸酯較佳係直鏈。
此外，該等自由之脂肪酸、脂肪酸鹽或脂肪酸酯較佳係飽和。
根據一種較佳實施方式，該有機化合物係指單脂肪酸、單脂肪酸的鹽或者單脂肪酸酯。
根據一種較佳實施方式，該有機化合物(b)為C8-C30-脂肪酸，進一步較佳為C8-C24-脂肪酸，尤佳為C12-C18-脂肪酸。
脂肪酸鹽較佳指某類鹽，其陰離子成分係去質子之脂肪且陰離子成分M選自由以下構成之群：銨離子、單烷基胺離子、二烷基銨離子、三烷基銨離子、鋰離子、鈉離子、鉀離子、銅離子及鋁離子。
較佳之脂肪酸酯由相應之脂肪酸導出，其中較佳係採用甲酯、乙酯、丙酯及丁酯。
根據一種較佳實施方式，該有機化合物選自由以下構成之群：羊膻酸(辛酸)、羊脂酸(葵酸)、月桂酸(十二酸)、肉豆蔻酸(十四酸)、 棕櫚酸(十六酸)、硬脂酸(十八酸)、上述之混合物、相應之酯及鹽，以及其混合物。
根據一種尤佳實施方式，該有機化合物選自由以下構成之群：月桂酸(十二酸)、硬脂酸(十八酸)、硬脂酸鈉、硬脂酸鉀、硬脂酸鋁、硬脂酸銅、軟質酸鈉及軟脂酸鉀以及其任意之混合物。
進一步較佳地，該有機化合物(b)選自由以下構成之群：辛酸、硬脂酸、月桂酸、軟脂酸及其任意之混合物。
尤佳之混合物例如為由月桂酸及硬脂酸構成的混合物。較佳採用某類混合物，其硬脂酸與月桂酸之重量比大於1：1。
該有機化合物(b)較佳以塗層的形式存在於該等金屬粒子(a)上。
粒子之塗層係指附著於粒子表面上的層。附著之層表示該層不會因重力原因就自金屬粒子上脫落。
該等金屬粒子可自市場購得。可利用先前技術所揭露之傳統方法將該等有機化合物鍍覆至該等金屬粒子的表面。
舉例而言，可將該有機化合物，特別是前述之硬脂酸及/或月桂酸懸浮於溶劑中，並在珠磨機中與金屬粒子研磨在一起。研磨結束後將經塗佈之金屬粒子烘乾及除塵。
有機化合物(b)，特別是選自由自由之脂肪酸、脂肪酸鹽及脂肪酸酯構成之群且具有較佳8至24個，進一步較佳10至24個，更佳12至18個碳原子的化合物之就整個塗層而言的比例較佳為至少60重量百分比，進一步較佳為至少70重量百分比，更佳為至少80重量百分比，尤佳為至少90重量百分比，特別是至少95重量百分比、至少99重量百分比或100重量百分比。
根據一種較佳實施方式，該有機化合物(b)就該等粒子(a)與該化合物(b)之總重而言的含量為0.1至4.0重量百分比，進一步較佳為0.3至3.0wt%，尤佳為0.4至2.5wt%，特別是0.5至2.2wt%，最佳為0.8至 2.1wt%。
塗佈級定義為有機化合物(b)與金屬粒子(a)之表面的質量比，就每平方米(m2)金屬粒子表面上的有機化合物而言，該塗佈級較佳為0.003至0.03g，進一步較佳為0.007至0.02g，更佳為0.01至0.015g。
根據一種較佳實施方式，本發明之混合物就其總重而言含有0.05至3.5wt%或者0.08至2.5wt%，進一步較佳0.25至2.2重量百分比，更佳0.5至2重量百分比之較佳選自由脂肪酸、脂肪酸鹽及脂肪酸酯構成之群的有機化合物(b)。
根據一種較佳實施方式，該有機化合物(b)中所含的碳與該等金屬粒子中所含的氧的成分比例為4至45，較佳為5至40，進一步較佳為10至35，尤佳為12至30，特別是15至25或者12至45，更佳為15至40。
實驗結果意外表明，利用為該有機化合物(b)所含的碳與該等金屬粒子所含的氧採用某種成分比例可提高膏劑的燒結能力，從而提高經燒結而相連之部件的強度。其中，燒結能力有所提高之比例為3至50，較佳為4至45。若超出該範圍，則無法提高燒結能力。有機化合物(b)之含量過高亦會對該混合物之可用性產生負面影響。
可透過所添加之有機化合物(b)的量來計算該有機化合物(b)中的碳含量。作為替代方案，亦可採用分析法利用相關領域通常知識者所熟知之方法，如基於ASTM D 529102標準之元素分析法來測定碳含量。例如可透過以下方式確定該混合物所含有機化合物(b)中的碳含量：首先自本發明之混合物中將該有機化合物(b)以外的所有含碳化合物分離，並測定剩餘混合物的碳含量(如利用元素分析法)。例如可透過以下方式分離含碳化合物：在足夠長的時間內將該混合物加熱至某個低於該有機化合物(b)之沸點、但高於該混合物之其他含碳化合物之沸點的溫度。
預計在燒結過程中會有一氧化碳釋放出。一氧化碳係還原劑且 負責將金屬粒子表面上的金屬氧化物還原。去除金屬氧化物可確保不受阻礙的擴散，從而提高擴散速度。此種金屬氧化物還原還可就地產生有利於燒結過程之反應性金屬。該反應性金屬還可在燒結過程中將金屬粒子的各金屬原子間的縫隙填滿，從而顯著減輕該等待連接之元件間的接觸位置的孔隙度。透過上述方式便能製成及其穩固且導熱性及導電性極高的接觸位置。
分散劑(c)
本發明之可燒結混合物可用作燒結物膏劑且通常另含分散劑(c)。通常應用於金屬膏劑的分散劑可用於此類燒結物膏劑。
故根據本發明的一種較佳實施方式，該可燒結混合物另含分散劑(c)。
本發明中的分散劑係指可利用物理途徑將其他物質溶解或分散的物質。
本發明係採用通常應用於金屬膏劑的分散劑為分散劑。較佳採用以下有機化合物為分散劑：攜帶至少一個雜原子且具有6-24個碳原子，進一步較佳8-20個碳原子，尤佳8至14個碳原子的有機化合物。
該有機化合物可為支鏈或直鏈。該等分散劑(c)較佳指環狀化合物，尤指環狀且不飽和之化合物。
該等用作分散劑之有機化合物亦可為飽和、單元不飽和或多元不飽和化合物。
可用作溶劑之該有機化合物中所含的該至少一雜原子較佳選自由氧原子與氮原子構成之群。
該至少一雜原子可為至少一官能基的一部分。
根據一種尤佳實施方式，該分散劑係指醇。
尤佳採用單環之單萜醇，如松脂醇，特別是α-松脂醇。
該分散劑之熔點尤佳低於燒結物膏劑所用溫度。該分散劑之熔 點尤佳低於240℃，進一步較佳低於230℃，特別是低於220℃。
例如可採用α-松脂醇((R)-(+)-α-松脂醇、(S)-(-)-α-松脂醇或者外消旋物)、β-松脂醇、γ-松脂醇、δ-松脂醇、前述松脂醇之混合物、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、二元酯(較佳為戊二酸、己二酸或琥珀酸之二甲酯或者其混合物)、丙三醇、二甘醇、三甘醇或者其混合物。
根據一種較佳實施方式，較佳採用脂族烴化合物為分散劑。其中，該等脂族烴化合物可由飽和之化合物、單元或多元不飽和化合物以及其混合物構成。該等脂族烴化合物較佳由飽和之烴化合物構成，其中，其可為環狀或非環狀之烴化合物，如正烷、異烷烴、環烷或者其混合物。該等脂族烴化合物之分子式例如可為CnH2n+2、CnH2n及CnH2n-2，其中，n為5與32間的整數。根據一種尤佳實施方式，該等可用作分散劑之脂族烴化合物選自由十六烷、十八烷、異十六烷、異十八烷、環十六烷及環十八烷構成之群。
該分散劑(c)不同於該有機化合物(b)，特定言之，該分散劑(c)並非符合該有機化合物(b)之定義的有機化合物。
該分散劑之就本發明之混合物之總重而言的通常用量為6至40wt%，較佳為8至25wt%，尤佳為10至20wt%。
可利用該分散劑之類型及量來調節燒結物膏劑之流動特性。較佳利用加壓法將燒結物膏劑鍍覆至待燒結部件。
具有氧原子之聚合物(成分(d))
實驗結果意外表明，添加具有氧原子之有機聚合物會進一步提高燒結能力。
故根據一種較佳實施方式，本發明之混合物包含具有氧原子之有機聚合物。尤佳採用某種聚合物，其中，氧以醚及/或氫氧化物的 形式結合。進一步較佳採用某種聚合物，其具有烷氧基，特別是乙氧基及/或甲氧基。
適宜的聚合物例如為較佳經化學改質，例如經烷氧基化或烷基羧酸化(alkylcarboxylieren)之多醣，如纖維素。
該等纖維素之取代度較佳為2.0至2.9，更佳為2.3至2.8。該取代度係指每個葡萄糖單元中經化學改質、特別是經醚化之羥基的平均數。尤佳採用乙基纖維素。其就羥基數而言之乙氧基含量為43.0%至53.0%，尤佳為47.5%至50%，特別是48.0%至49.5%，其中，完全取代之纖維素的乙氧基含量為54.88%。該纖維素之黏度為60至120cps，較佳為90至115cps，尤佳為85至110cps。其中，根據ASTM D914標準並利用由80wt%的甲苯與20wt%的乙醇所構成的混合物來測定黏度，係在25℃條件下使用Hercules公司的水平毛細黏度計。
該纖維素較佳選自由以下構成之群：甲基纖維素、乙基纖維素、乙基甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥基丙基甲基纖維素、羥基乙基纖維素、羥基乙基甲基纖維素，或者其混合物。尤佳採用乙基纖維素。
採用乙基纖維素後，透過將有機化合物最佳地轉換為一氧化碳來進一步提高膏劑的燒結能力。
就本發明之混合物的總重而言，該混合物較佳含有0.05至2.0重量百分比，進一步較佳0.1至0.8重量百分比，尤佳0.2至0.5重量百分比的含氧聚合物，特別是纖維素。
其他成分
本發明之混合物中還可含有更多的成分，如常見之表面活性劑、消泡劑、黏合劑或黏度控制劑。該等混合物中較佳可含有潤濕劑。
就本發明之混合物的總重而言，該等更多成分之添加量通常為 最大0.01wt%，較佳為0.001至0.01wt%。
本發明之混合物較佳基本上不具有玻璃，特別是不具有玻璃料。玻璃料之常見組成部分為玻璃成分，如氧化鉛、氧化鉍、鹼金屬及鹼土金屬氧化物、氧化碲及類似成分。
故大體而言，該混合物含有小於2wt%，較佳小於1wt%，進一步較佳小於0.5wt%，尤佳小於0.1wt%，特別是小於0.05wt%，例如為0wt%的玻璃或玻璃料，其中，以上重量資料皆針對該可燒結混合物之總重而言。
根據一種特殊實施方式，本發明之可燒結混合物的金屬粒子a)為銀粒子。實驗結果意外表明，在以下情況下能獲得最佳燒結能力：該銀的氧含量(例如透過選取部分氧化之銀及/或銀與氧化銀之混合物)與該有機化合物(b)正好相協調。根據一種較佳實施方式，該等銀粒子及該有機化合物(b)中所含的所有氧與該銀的成分比例約為1.0至3.5，較佳約為1.2至3.0，尤佳約為2.0至2.7。
進一步較佳地，該有機化合物(b)中所含之所有碳與該銀的成分比例約為5至20，進一步較佳約為7至16，尤佳約為10至15。
在以下情況下亦能在燒結能力方面取得良好的結果：為本發明之混合物選擇某種組成，使得該有機化合物(b)中所含的碳與該等金屬粒子(a)，特別是該等銀粒子中及該有機化合物(b)中所含的所有氧的成分比例約為200至600，進一步較佳約為400至570，尤佳約為500至550。
根據一種較佳實施方式，本發明之混合物含有
(a)75至90wt%的金屬粒子，較佳選自由銀、銅、鋁及鎳構成之群，尤佳由銀構成
(b)0.05至3.0wt%的有機化合物(b)，其較佳選自由脂肪酸、脂肪酸鹽及脂肪酸酯構成之群，尤佳由脂肪酸構成且進一步較佳以塗層的 形式存在於該等金屬粒子(a)上，及
(c)6至30wt%的分散劑，其較佳選自醇類之群，尤佳選自松脂醇，及
(d)視情況0.05至1.0wt%的纖維素，特別是乙基纖維素，其中，該有機化合物(b)中所含之碳與該等金屬粒子(a)中所含之氧的成分比例為5至40，較佳為10至35，進一步較佳為12至30，尤佳為15至25，其中，以上重量資料皆針對該可燒結混合物之總重而言。
燒結
本發明亦有關於一種製造本發明之混合物的方法，其中，將該等金屬粒子(a)、該有機化合物(b)及視情況之該分散劑(c)混合。
根據本發明的一種較佳設計方案，透過以下方式將該等金屬粒子(a)與該有機化合物(b)混合：將該有機化合物(b)懸浮於溶劑中，並在粉碎機，特別是珠磨機中與該等金屬粒子(a)研磨在一起。隨後可在下一步驟中將經塗佈之金屬粒子烘乾並視需要加以除塵。
可在就相關領域通常知識者而言常見的混合裝置及攪拌器中製造本發明之可燒結混合物。根據本發明之製造方法的一種較佳設計方案，第一步驟係為該等金屬粒子(a)塗佈該有機化合物(b)。
下一步驟係將經塗佈之粒子與分散劑(c)混合。
根據本發明，將本發明之膏劑應用於一燒結工藝。
燒結較佳指透過在液相環境下實施加熱來連接兩個或兩個以上元件。因此，該燒結實施為擴散工藝。
本發明中的連接至少兩個元件係指將第一元件固定於第二元件上。此處之“上”僅表示第一元件之表面與第二元件之表面處於連接狀態，不涉及該二元件之相對位置或者該等至少兩個元件的佈置方案。
本發明中的元件此一概念較佳將單個部件包含在內。此等單個 部件較佳係不可進一步分解之部件。
本發明中的元件可指任一物體，與其功能無關。本發明中的元件、部件及基板等名稱係同義詞。
根據特殊實施方式，元件為具有至少一金屬表面的物體。
根據特殊實施方式，元件指應用於大功率電子領域的部件。
因此，該等元件例如為二極體、LED(light emitting diode，發光二極體)、DCB(直接銅接合)基板、引線框、晶粒、IGBT(insulated-gate bipolar transistor，絕緣柵雙極晶體管)、IC(integrated circuit，積體電路)、感測器、散熱器(優選為鋁散熱器或銅散熱器)或者其他被動式元件(如電阻器、電容器或線圈)。該等元件較佳亦可為非金屬元件。
該等待連接之元件可為同類型或不同類型的元件。
根據較佳實施方式，本發明係將LED連接引線框，將LED連接陶瓷基板，將晶粒、二極體、IGBT或IC連接引線框、陶瓷基板或DCB基板、將DCB或陶瓷基板連接銅散熱器或鋁散熱器，將引線框連接散熱器，或者將鉭電容器(優選在無殼狀態下)連接引線框。
較佳亦可將兩個以上元件相連。例如可將(i)LED或晶片與(ii)引線框及(iii)散熱器連接，其中，該引線框較佳位於(i)LED或晶片與(iii)散熱器之間。亦可將一二極體連接兩個散熱器且該二極體較佳位於兩個散熱器之間。
根據一種較佳實施方式，該等元件可包括至少一金屬表面。該金屬表面較佳為該元件的一部分。該金屬表面較佳位於該元件的至少一表面上。
該金屬表面可具有純金屬。該金屬表面較佳可具有至少50重量百分比，進一步較佳至少70重量百分比，更佳至少90重量百分比或者100重量百分比的純金屬。該純金屬較佳選自由鋁、銅、銀、金、鈀 及鉑構成之群。
該金屬表面亦可具有合金。該金屬表面之合金較佳含有至少一選自由銀、金、鎳、鈀及鉑構成之群的金屬。根據另一較佳方案，該金屬表面之合金中含有至少兩個選自由銀、金、鎳、鈀及鉑構成之群的金屬。選自由銀、金、鎳、鈀及鉑構成之群的元素相對該合金之比例較佳為至少90重量百分比，進一步較佳為至少95重量百分比，更佳為至少99重量百分比，如100重量百分比。
根據一種較佳實施方式，該金屬表面較佳含有較佳至少95重量百分比，進一步較佳至少99重量百分比，更佳100重量百分比的該合金。該金屬表面亦可具有多層結構。舉例而言，該等待接合之元件的至少一表面較佳可包括一多層式金屬表面，該等層具有前述之純金屬及/或合金。
根據一種較佳實施方式，一元件、特別是DCB基板的至少一金屬表面包含一由銅構成且鍍覆有一鎳層的層。視情況亦可在該鎳層上再鍍覆一金層。在此情況下，該鎳層之厚度較佳為1-2μm，該金層之厚度較佳為0.05-0.3μm。
根據另一較佳方案，元件之金屬表面包含一銀層或金層，覆蓋有一鈀層或鉑層。
根據另一較佳實施方式，該等層除含有前述之純金屬或合金外亦含有玻璃。該等層較佳亦可為由(i)玻璃與(ii)純金屬或合金構成之混合物。
本發明藉由燒結將至少兩個元件相連。
為此，首先使得該等至少兩個元件相接觸。其中，透過本發明之金屬膏劑實現接觸。為此，提供某種機構，使得該等至少兩個元件中的任兩個元件間皆設有金屬膏劑。
因此，若元件1與元件2此二元件相連，則本發明之金屬膏劑在 實施燒結前位於元件1與元件2之間。亦可將兩個以上元件相連。例如可透過某種方式將元件1、元件2與元件3此三個元件相連，使得元件2位於元件1與元件3之間。此時，本發明之金屬膏劑既位於元件1與元件2之間，又位於元件2與元件3之間。根據本發明，該等元件係處於一夾層機構中並相連。
本發明中的夾層機構係指兩個元件上下相疊且待連接之接觸面較佳大體平行的機構。
本發明亦有關於一種連接至少兩個元件的方法，包括以下步驟：提供一夾層機構，該夾層機構具有至少一第一元件、一第二元件及本發明之混合物，其中該混合物位於該第一與該第二元件之間，以及對該夾層機構進行燒結。
該由至少兩個元件及金屬膏劑構成的機構，其中金屬膏劑位於該機構的兩個元件之間，可根據先前技術所揭露的方法製出。
較佳首先為元件1的至少一表面配設本發明之金屬膏劑。再將(另一)元件2的一表面放置到此前鍍覆至元件1之表面的金屬膏劑上。
根據該方法的一種較佳實施方式，該等元件中的至少一元件具有一用來鍍覆本發明之混合物的金屬表面，較佳為金表面、鈀表面、銀表面或銅表面。
根據該方法的另一較佳實施方式，該方法包括以下步驟：a)將本發明之混合物鍍覆至一元件的一元件表面，b)提供一夾層機構，具體方式是以某個方式佈置第二元件，使得該混合物位於該第一元件與該第二元件之間，以及c)對該夾層機構進行燒結。
根據一種尤佳實施方式，該等元件表面中的至少一個用來鍍覆 該混合物的元件表面為賤金屬表面，特別是銅。
實驗結果意外表明，特別是在一待連接元件表面具有賤金屬表面，特別是銅的情況下，本發明之混合物較為有利，其中，該有機化合物(b)中所含之碳與該等金屬粒子(a)中所含之氧的成分比例為11至48，特別是14至30。此外在採用此種成分比例時，在過程壓力較小的情況下(如0MPa)亦能實施燒結。
可採用傳統方法將金屬膏劑鍍覆至元件表面。較佳利用加壓法，如絲網印刷法或模板法來鍍覆金屬膏劑。亦可利用配製技術、噴塗技術、射流技術、針轉移或浸漬來鍍覆金屬膏劑。
鍍覆金屬膏劑完畢後，較佳透過該金屬膏劑使得該元件之配設有該金屬膏劑的表面與需要與該元件連接之元件的一表面發生接觸。遂使該等待連接之元件間存在一金屬膏劑層。
該等待連接之元件間的濕層厚度較佳為15-200μm。濕層厚度係指該等待連接之元件的相對表面在實施燒結前的間距。較佳之濕層厚度與所選的金屬膏劑鍍覆方法相關。舉例而言，若用絲網印刷法鍍覆金屬膏劑，則濕層厚度較佳可為15-50μm。若用模板法鍍覆金屬膏劑，則濕層厚度較佳可為50-200μm。根據一種較佳實施方式，在燒結工藝前實施烘乾步驟。
烘乾較佳指降低金屬膏劑中之分散介質的比例。
可在製成該機構後，即該等待連接之元件發生接觸後實施烘乾。亦可在將金屬膏劑鍍覆至該元件的至少一表面後且在與待連接之元件發生接觸前實施烘乾。
烘乾溫度較佳為50-160℃。
烘乾時間與金屬膏劑之成分以及待燒結機構之大小相關。常見烘乾時間為5-45分鐘。
最後，對該由至少兩個元件與位於該等元件之間的金屬膏劑構 成之機構實施燒結工藝。
該等元件之尺寸較佳可約為0.5mm2至180cm2，該等元件較佳呈矩形或圓形。
較佳在180℃或更低且在250℃或更低的溫度條件下，特別是在200℃或更高且在240℃或更低的溫度條件下實施燒結。
過程壓力較佳為30MPa或更小且0MPa或更大，更佳為5MPa或更大且25MPa或更小。
亦可不使用任何過程壓力，即在過程壓力為0MPa的情況下實施燒結。燒結時間與過程壓力相關，較佳為2-60分鐘。
可在不受限制的氣氛中實施燒結工藝。但較佳在含氧氣氛中實施燒結。
在一適合進行燒結的傳統裝置中實施燒結，該裝置較佳採用前述之過程參數。
1‧‧‧基板
2‧‧‧滾輪
3‧‧‧矽部件
4‧‧‧燒結層
圖1為測試結果極佳(評價=1)之彎曲測試的過程；及圖2為測試結果極差(評價=5)之彎曲測試的過程。
下面結合下文所列之實例對本發明進行說明，但該等實例不對本發明構成任何限制。
實例 製造金屬膏劑
首先根據表1所示之比例透過將相應成分混合來製出金屬膏劑1-13。
採用由質量比為75：25之硬脂酸與月桂酸所構成的混合物為塗層。
採用部分氧化之銀粒子(D50：4μm)為金屬粒子。
採用α-松脂醇或者α-松脂醇與十三醇所構成的1：1混合物為分散劑。
實例6、8及10中，往膏劑另添加乙基纖維素(取代度：100)。
鍍覆膏劑並實施燒結
在20℃至25℃條件下利用模板法鍍覆膏劑，其中，模板之厚度為75μm，壓印面為10X10mm。採用迎角為60º之鋼帶。壓印速度為50mm/s。
所製成之金屬膏劑用以對兩個需要連接在一起的元件進行燒結。
不同可燒結混合物(表1)的燒結能力(參閱表2)藉由加壓燒結及無壓燒結此兩種燒結法測定。燒結條件如下：
a)加壓燒結
將燒結物膏劑鍍覆至具金/鎳表面(其中，燒結物膏劑與金側發生接觸)或者具銅表面之部件後實施加壓燒結。隨後使得燒結物膏劑與帶TiNiAg金屬層之矽部件發生接觸並在240℃條件下以相應壓力(壓緊力)燒結3分鐘。
b)無壓燒結
將可燒結混合物鍍覆至具金/鎳表面(燒結物膏劑與金側發生接觸)或者具銅表面之部件後實施無壓燒結。
隨後使得燒結物膏劑與帶TiNiAg金屬層之矽部件發生接觸。
透過以下加熱剖面實施無壓燒結：在30分鐘內將待燒結之接觸位置自25℃持續加熱至160℃，並在160℃上保持30分鐘。隨後在5分鐘內將溫度持續升高至最終溫度230℃並保持60分鐘。再在50分鐘內將溫度持續冷卻至30℃。
可在保護氣氛(氮)或空氣中實施燒結。
燒結能力之評價
燒結能力係藉由兩個相同加權之評價標準而測定：
第一標準：橫割測試
經燒結之接觸位置被5個平行之割線水平地及豎向地穿過。割線間的距離為1mm。
極佳(評價=1)的橫割係指以下情況：燒結層不脫落，切割較為乾淨。
中等(評價=3)的橫割係指以下情況：割線上出現較小的折斷及斷裂處。
極差(評價=5)的橫割係指以下情況：燒結層脫落。
較佳(評價=2)的橫割係指以下情況：橫割介於極佳與中等之間。
較差(評價=4)的橫割係指以下情況：橫割介於中等與極差之間。
第二標準：彎曲測試
如圖1及2所示，與矽部件連接之基板固定在一滾輪上。在圖1及2中，透過燒結層(4)與基板(鎳/金部件或銅部件)(1)燒結在一起的矽部件(3)固定在直徑為2cm的滾輪(2)上。該複合體透過該滾輪自右朝左彎曲。圖1所示彎曲測試的結果極佳(評價=1)，矽部件(3)完全附著於基板上。
圖2所示彎曲測試的結果極差(評價=5)，矽部件(3)自基板脫落。評價2-4係指介於該二極端情況之情形。
隨後將橫割測試與彎曲測試之評價結果相加並求平均值。將該平均值作為各可燒結混合物之“燒結能力”繪製於表2。
表2列出各種膏劑之在燒結能力方面的結果。
“塗層含量”此行的數值係指有機化合物b)相對於銀粉末與有機化合物b)(作為銀粒子上的塗層)之總重而言的重量百分比。
經塗層之銀粉末、α-松脂酸、十三醇及乙基纖維素的數值係針對可燒結混合物之總重而言。
燒結能力：1=極佳，2=較佳，3=中等，4=較差，5=極差
1‧‧‧基板
2‧‧‧滾輪
3‧‧‧矽部件
4‧‧‧燒結層

Claims (19)

  1. 一種混合物，含有(a)經部分氧化的金屬粒子，及(b)分子式I為R1-COR2(I)的有機化合物，其中，R1為具有8至32個碳原子的脂族基，R2具有-OM基團或具有-X-R3基團，其中，M為陽離子且其中X選自由O、S、N-R4構成之群，且其中R3為氫原子或脂族基，且R4為氫原子或脂族基，其中，該有機化合物(b)中所含之碳與該等金屬粒子(a)中所含之氧的莫耳比例為3至50。
  2. 如請求項1之混合物，其中，該等金屬粒子(a)的至少一金屬選自由以下構成之群：銀、銅、鎳、鋁以及上述金屬之合金及混合物。
  3. 如請求項1或2之混合物，其中，該等金屬粒子(a)的至少一金屬選自由銀、銅及銅與銀之混合物所構成之群。
  4. 如請求項1或2之混合物，其中，該有機化合物(b)為C8-C30-脂肪酸。
  5. 如請求項1或2之混合物，其中，該有機化合物選自由以下構成之群：辛酸、硬脂酸、月桂酸、棕櫚酸及其任意之混合物。
  6. 如請求項1或2之混合物，其中，該混合物另含具有氧原子之聚合物。
  7. 如請求項1或2之混合物，其中，該有機化合物(b)以塗層的形式存在於該等金屬粒子(a)上。
  8. 如請求項1或2之混合物，其中，該有機化合物(b)就該等金屬粒子(a)與該有機化合物(b)之總重而言的含量為0.1至4.0重量百分比。
  9. 如請求項1或2之混合物，其中，該等金屬粒子(a)的氧含量就該等金屬粒子(a)之重量而言為0.01至0.15重量百分比。
  10. 如請求項1或2之混合物，其中，該有機化合物(b)中所含的碳與該等金屬粒子中所含的氧的莫耳比例為4至45。
  11. 如請求項1或2之混合物，另含(c)分散劑。
  12. 如請求項11之混合物，其中，該分散劑(c)選自由以下構成之群：α-松脂醇、β-松脂醇、γ-松脂醇、δ-松脂醇、前述松脂醇之混合物、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、二元酯、丙三醇、二甘醇、三甘醇及其混合物。
  13. 一種製造如請求項1至10中任一項之混合物的方法，其特徵在於，將該等金屬粒子(a)、該有機化合物(b)及與或不與該分散劑(c)混合。
  14. 一種連接至少兩個元件的方法，包括提供一夾層機構，該夾層機構具有至少一第一元件、一第二元件及如請求項1至12中任一項之混合物，其中該混合物位於該第一元件與該第二元件之間，以及對該夾層機構進行燒結。
  15. 如請求項14之方法，其中，在180℃或更高且在250℃或更低的溫度條件下實施該燒結。
  16. 如請求項14或15之方法，其中，在0MPa或更大且30MPa或更小的過程壓力下實施該燒結。
  17. 如請求項14或15之方法，其中，該等元件中的至少一元件具有一用來鍍覆該混合物的金屬表面。
  18. 如請求項14或15之方法，包括a)將如請求項1至12中任一項之混合物鍍覆至第一元件的元件 表面，b)提供一夾層機構，具體方式是以某個方式佈置第二元件，使得該混合物位於該第一元件與該第二元件之間，以及c)對該夾層機構進行燒結。
  19. 如請求項14或15之方法，其特徵在於，該等元件表面中的至少一個用來鍍覆該混合物的元件表面為賤金屬(non-precious metal)表面。
TW103115648A 2013-05-03 2014-04-30 Improved sintered paste with partially oxidized metal particles TWI537088B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP13002360.9A EP2799164B1 (de) 2013-05-03 2013-05-03 Verbesserte Sinterpaste mit teilweise oxidierten Metallpartikeln

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201503984A TW201503984A (zh) 2015-02-01
TWI537088B true TWI537088B (zh) 2016-06-11

Family

ID=48366085

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103115648A TWI537088B (zh) 2013-05-03 2014-04-30 Improved sintered paste with partially oxidized metal particles

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20160082512A1 (zh)
EP (1) EP2799164B1 (zh)
JP (1) JP6162885B2 (zh)
KR (1) KR20160005087A (zh)
CN (1) CN105324198B (zh)
HU (1) HUE042419T2 (zh)
MX (1) MX2015015121A (zh)
SG (1) SG11201509049SA (zh)
TW (1) TWI537088B (zh)
WO (1) WO2014177645A1 (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015202969A1 (de) * 2015-02-02 2016-08-04 Siemens Aktiengesellschaft Sinterbare Mischung zum Verbinden von Bauelementen sowie Verbund und Produkt daraus
EP3009211B1 (de) 2015-09-04 2017-06-14 Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG Metallpaste und deren verwendung zum verbinden von bauelementen
KR102101474B1 (ko) 2015-12-15 2020-04-16 주식회사 엘지화학 금속 페이스트 및 열전 모듈
EP3569329B1 (en) * 2017-01-11 2023-11-01 Resonac Corporation Copper paste for pressureless bonding, bonded body and semiconductor device
EP3401039A1 (de) 2017-05-12 2018-11-14 Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG Verfahren zum verbinden von bauelementen mittels metallpaste
EP3622554A1 (de) 2017-05-12 2020-03-18 Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG Verfahren zum verbinden von bauelementen mittels metallpaste
CN108247238A (zh) * 2017-12-11 2018-07-06 安徽宝辰机电设备科技有限公司 一种延长使用寿命紫铜用焊接剂及其使用方法
CN117324633B (zh) * 2023-09-27 2024-08-13 深圳市哈深智材科技有限公司 一种银粉及其制备方法和应用

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0697316A (ja) * 1992-09-10 1994-04-08 Denki Kagaku Kogyo Kk 接合材及び回路基板
JPH11264001A (ja) * 1998-03-16 1999-09-28 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd フレーク銅粉及びその製造方法
JP4296347B2 (ja) * 2004-01-19 2009-07-15 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 フレーク状銅粉およびその製造法
KR101046197B1 (ko) * 2005-09-21 2011-07-04 니혼한다가부시끼가이샤 페이스트형 은입자 조성물, 고형상 은의 제조 방법, 고형상은, 접합 방법 및 인쇄 배선판의 제조 방법
JP4801958B2 (ja) * 2005-09-29 2011-10-26 東海ゴム工業株式会社 導電性ペースト
JP4505825B2 (ja) * 2006-09-15 2010-07-21 国立大学法人大阪大学 金属ナノ粒子の焼結方法およびその焼結方法を用いた基板上に配線を形成する方法
DE102009040078A1 (de) * 2009-09-04 2011-03-10 W.C. Heraeus Gmbh Metallpaste mit CO-Vorläufern
DE102010044326A1 (de) 2010-09-03 2012-03-08 Heraeus Materials Technology Gmbh & Co. Kg Verwendung von aliphatischen Kohlenwasserstoffen und Paraffinen als Lösemittel in Silbersinterpasten
DE102010044329A1 (de) * 2010-09-03 2012-03-08 Heraeus Materials Technology Gmbh & Co. Kg Kontaktierungsmittel und Verfahren zur Kontaktierung elektrischer Bauteile
JP2012182111A (ja) * 2011-02-28 2012-09-20 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd 導電性金属ペースト組成物及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016523426A (ja) 2016-08-08
KR20160005087A (ko) 2016-01-13
SG11201509049SA (en) 2016-01-28
US20160082512A1 (en) 2016-03-24
EP2799164B1 (de) 2018-12-19
JP6162885B2 (ja) 2017-07-12
EP2799164A1 (de) 2014-11-05
CN105324198A (zh) 2016-02-10
MX2015015121A (es) 2016-08-17
TW201503984A (zh) 2015-02-01
WO2014177645A1 (de) 2014-11-06
HUE042419T2 (hu) 2019-06-28
CN105324198B (zh) 2018-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI537088B (zh) Improved sintered paste with partially oxidized metal particles
KR102065232B1 (ko) 부품들을 연결하기 위한 금속 페이스트 및 그 이용
US10144095B2 (en) Sinter paste with coated silver oxide on noble and non-noble surfaces that are difficult to sinter
JP5940782B2 (ja) 焼結される銀ペーストにおける溶媒としての、脂肪族炭化水素およびパラフィンの使用
CN106170851B (zh) 电子元器件模块、以及电子元器件模块的制造方法
US20210276085A1 (en) Metal sintering preparation and the use thereof for the connecting of components
TW201624629A (zh) 金屬製劑及其用於連接組件之用途
JP2016171085A (ja) ペースト及び電子素子を基板と結合する方法
JP6313761B2 (ja) 金属接着のための融剤または還元剤を含む銀焼結性組成物
JP6312858B2 (ja) 金属ペーストおよびコンポーネントの結合のためのその使用
WO2016028221A1 (en) Metal sintering preparation and the use thereof of the connecting of components
TW201616624A (zh) 金屬燒結調配物及其於連接組件之用途
JP7317397B2 (ja) 酸化銅ペースト及び電子部品の製造方法
WO2018101471A1 (ja) 導電性接合材料及び半導体装置の製造方法
US11697155B2 (en) Metal paste and use thereof for joining components
TW201603933A (zh) 金屬膠及其用於連接組件之用途
WO2024037760A1 (en) Silver sintering paste and use thereof for connecting components
JP2013206729A (ja) 導電性組成物及び接合体の製造方法