TWI652353B - Nickel particle composition, joint material, and joining method using same - Google Patents

Nickel particle composition, joint material, and joining method using same Download PDF

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TWI652353B
TWI652353B TW104121039A TW104121039A TWI652353B TW I652353 B TWI652353 B TW I652353B TW 104121039 A TW104121039 A TW 104121039A TW 104121039 A TW104121039 A TW 104121039A TW I652353 B TWI652353 B TW I652353B
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Abstract

一種鎳粒子組成物，其包括：A）鎳粒子，藉由雷射繞射/散射法所得的平均粒徑為0.5 μm～20 μm的範圍內，並含有50 wt%以上的鎳元素；B）鎳微粒子，藉由掃描型電子顯微鏡觀察所得的平均一次粒徑為30 nm～200 nm的範圍內，並含有50 wt%以上的鎳元素；以及C）有機黏合劑，相對於總金屬量為0.1 wt%～2.5 wt%的範圍內；且成分A及成分B的重量比（成分A：成分B）為30：70～70：30的範圍內。

Description

鎳粒子組成物、接合材及使用其的接合方法
本發明是有關於一種可用於電子零件的製造的鎳粒子組成物、接合材及使用其的接合方法。
近年來，於針對省電力化的研究過程中，反相器等電力變換器的高效率化正在發展。其中，作為可期待低損耗化的下一代的功率器件半導體材料，正在研究SiC(碳化矽)的實用化。但是，目前的Si(矽)功率器件的驅動溫度為125℃左右，相對於此，SiC估計為250℃以上，因此將功率半導體晶片與安裝基板加以接合的接合材料需要高溫驅動時的可靠性。
另外，根據2006年於歐盟(EU)所實施的RoHS指令，要求無鉛的焊料材料，但關於高溫區域的鉛焊料代替材料，尚未獲得令人滿意的材料。
正廣泛嘗試利用以銀粒子為代表的尺寸微小的金屬的物性的接合方法來代替焊料材料。例如於專利文獻1中，在200℃下使亞微米尺寸~幾微米尺寸的銀粒子接合材的揮發性成分揮散，並於300℃或350℃下進行加熱，藉此獲得20MPa~40MPa左右的接合強度。
進而，亦提出有包含奈米尺寸的銀粒子的接合材。例如專利文獻2中所記載的接合材為由山梨酸包覆的平均粒徑為58.8 nm的銀粒子與600nm的球狀銀粉混合而成者，並揭示有最大100MPa的接合強度。另外，於專利文獻3中揭示有藉由將用於接合材的銀粒子的體積粒度分佈變成雙峰，與具有單峰的分佈的銀粒子相比，接合強度提昇。
但是，如所述專利文獻等中所示般，金屬粒子的成分多為貴金屬，迄今為止尚無使用如鎳般的低價格的金屬的接合材的例子。不僅如此，如專利文獻4中所記載般，薄片狀鎳粒子的接合材無法獲得充分的接合強度。
另外，於專利文獻2或專利文獻3中所記載的接合中，必須在加熱過程中對被接合構件進行加壓，若考慮對於工業製程的適應，則與無加壓製程相比，設備的複雜化．成本上昇令人擔憂。
現有技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利第4795483號公報
專利文獻2：日本專利特開2011-80147號公報
專利文獻3：日本專利第4872663號公報
專利文獻4：日本專利第4633857號公報
本發明的目的在於形成如下的接合層，該接合層不使用銀等貴金屬，進而即便不對被接合構件彼此進行加壓，亦可獲得充分的接合強度。
針對所述問題，本發明者等人發現藉由使用如下的接合材，於含有還原性氣體的還原性氣體環境下以250℃~400℃的範圍內的溫度進行加熱的接合方法，可不使用銀等貴金屬，進而即便不對被接合構件彼此進行加壓，亦可獲得充分的接合強度，所述接合材含有鎳粒子組成物，該鎳粒子組成物包含藉由加熱而容易進行粒子間燒結的30nm~200nm的鎳微粒子、及藉由抑制接合層整體的體積收縮而作為骨材來支撐接合體的0.5μm~20μm的鎳粒子。
本發明的鎳粒子組成物包括以下的成分A~成分C：A)鎳粒子，藉由雷射繞射/散射法所得的平均粒徑為0.5μm~20μm的範圍內，並含有50wt%(重量百分比)以上的鎳元素；B)鎳微粒子，藉由掃描型電子顯微鏡觀察所得的平均一次粒徑為30nm~200nm的範圍內，並含有50wt%以上的鎳元素；以及C)有機黏合劑，相對於總金屬量為0.1wt%~2.5wt%的範圍內；且所述成分A及成分B的重量比(成分A：成分B)為30：70~70：30的範圍內。
本發明的鎳粒子組成物中，所述成分A的鎳元素的含量可為99.0wt%以上。
本發明的鎳粒子組成物中，所述成分B的鎳元素的含量 可為90wt%~99.0wt%的範圍內。
本發明的鎳粒子組成物中，所述成分A的鎳元素的含量可為99.0wt%以上，所述成分B的鎳元素的含量可為90wt%~99.0wt%的範圍內。
本發明的鎳粒子組成物中，所述成分A的鎳元素的含量可為99.0wt%以上，所述成分B的鎳元素的含量可為90wt%~99.0wt%的範圍內，相對於總金屬量，所述成分C的含量可為0.1wt%~2.5wt%的範圍內。
本發明的鎳粒子組成物中，所述成分A的鎳元素的含量可為99.0wt%以上，所述成分B的鎳元素的含量可為90wt%~99.0wt%的範圍內，相對於總金屬量，所述成分C的含量可為0.3wt%~1.5wt%的範圍內。
本發明的接合材為含有鎳粒子組成物的接合材，所述鎳粒子組成物的含量為70wt%~96wt%的範圍內。
本發明的接合材可更含有沸點處於100℃~300℃的範圍內的有機溶媒，所述有機溶媒的含量可為4wt%~30wt%的範圍內。
本發明的接合材中，相對於所有有機溶媒，所述有機溶媒可於15wt%~50wt%的範圍內含有選自由1-十一醇、十四烷所組成的群組中的至少一種。
本發明的接合方法使所述任一種接合材介於被接合構件之間，並於含有還原性氣體的還原性氣體環境下以200℃~ 400℃的範圍內的溫度進行加熱，藉此於被接合構件之間形成接合層。
根據本發明的鎳粒子組成物、接合材、接合方法，可不使用銀等貴金屬，進而即便不對被接合構件彼此進行加壓，亦可獲得充分的接合強度。
10、20‧‧‧被接合構件
30‧‧‧成分A的鎳粒子
40‧‧‧成分B的鎳微粒子
50‧‧‧成分C的有機黏合劑
60‧‧‧有機溶媒
70‧‧‧接合層
圖1是在與先前方法的比較中，示意性地說明本發明的作用的圖式。
圖2是表示實施例5的接合試驗樣品中的接合層的X射線觀察的結果的圖式。
圖3是表示實施例6的接合試驗樣品中的接合層的X射線觀察的結果的圖式。
圖4是表示實施例6的接合試驗樣品中的接合層的剖面的掃描型電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，SEM)觀察的結果的圖式。
圖5是表示比較例4的接合試驗樣品中的接合層的X射線觀察的結果的圖式。
圖6是表示比較例5的接合試驗樣品中的接合層的X射線觀察的結果的圖式。
以下，對本發明的實施形態進行說明。
[鎳粒子組成物]
本發明的鎳粒子組成物含有以下的成分A~成分C，成分A及成分B的重量比(成分A：成分B)為30：70~70：30的範圍內。
A)鎳粒子，藉由雷射繞射/散射法所得的平均粒徑為0.5μm~20μm的範圍內，並含有50wt%以上的鎳元素；B)鎳微粒子，藉由掃描型電子顯微鏡觀察所得的平均一次粒徑為30nm~200nm的範圍內，並含有50wt%以上的鎳元素；以及C)有機黏合劑，相對於總金屬量為0.1wt%~2.5wt%的範圍內。
(成分A：鎳粒子)
成分A的鎳粒子就抑制利用加熱來形成接合層時的體積收縮的觀點而言，將藉由雷射繞射/散射法所得的平均粒徑設為0.5μm~20μm的範圍內。若成分A的鎳粒子的平均粒徑未滿0.5μm，則於利用加熱來形成接合層時體積收縮變大，被接合體彼此不充分地接合。另一方面，若成分A的鎳粒子的平均粒徑超過20μm，則於被接合體上塗佈性惡化、或難以調整接合層厚度。
另外，成分A的鎳粒子只要對應於其使用目的，適宜選擇鎳元素的含量即可，相對於所有金屬元素，將鎳元素的量較佳為設為50wt%以上，更佳為設為75wt%以上，進而更佳為設為 90wt%以上。為了充分地顯現出本發明的效果，成分A的鎳粒子最佳為含有99.0wt%以上的鎳元素。例如，將成分A的鎳粒子的鎳元素含量設為99.0wt%以上是以通常所市售的鎳粒子中所含有的鎳元素量為基準者。作為鎳元素以外的其他含有成分，除氧或碳以外，成分A的鎳粒子亦可含有雜質金屬。另外，鎳粒子的燒結性受到鎳粒子的表面或表層部的性狀的影響，因此就此種觀點而言，成分A的鎳粒子可具有包含含有鎳元素的殻(殻部)與由異種金屬形成的芯(中心部)的芯-殻結構等多層結構，或者可具有鎳粒子的表層部的鎳元素的濃度高於中心部、異種金屬的濃度於中心部高的結構。當具有此種結構時，相對於表層部的所有金屬元素，成分A的鎳粒子較佳為含有50wt%以上的鎳元素，更佳為含有75wt%以上的鎳元素，進而更佳為含有90wt%以上的鎳元素。因此，可對鎳元素的濃度設置梯度，並將鎳粒子的表層部設為高濃度，故相對於所有金屬元素，亦可將鎳元素的含量設為10wt%左右。
成分A的鎳粒子可不論其製造方法來利用。作為成分A的鎳粒子，例如可較佳地利用關東化學工業公司製造(製品名：鎳(粉末))、日本西格瑪奧德里奇(Sigma-Aldrich Japan)聯合公司製造(製品名：Nickel)等的市售品。
(成分B：鎳微粒子)
成分B的鎳微粒子的藉由掃描型電子顯微鏡觀察所得的平均一次粒徑為30nm~200nm的範圍內。例如，當於300℃的溫度下 對本發明的鎳粒子組成物進行加熱來進行燒結時，成分B的鎳微粒子的平均一次粒徑較佳為30nm~100nm的範圍內。另外，當於350℃的溫度下對本發明的鎳粒子組成物進行加熱來進行燒結時，成分B的鎳微粒子的平均一次粒徑較佳為30nm~160nm的範圍內。若成分B的鎳微粒子的平均一次粒徑未滿30nm，則鎳微粒子容易凝聚，與成分A的鎳粒子的均勻的混合變得困難。另一方面，若成分B的鎳微粒子的平均一次粒徑超過200nm，則鎳微粒子間或鎳微粒子與成分A的鎳粒子的燒結能力不充分，而導致接合強度的下降。再者，於本說明書中，成分B的鎳微粒子的一次粒子的平均粒徑包含實施例中所使用的值，其為利用場發射型掃描電子顯微鏡(Field Emission-Scanning Electron Microscope：FE-SEM)拍攝試樣的照片，自其中隨機抽出200個並求出各自的面積，將換算成真球時的粒徑作為個數基準所算出的值。
另外，成分B的鎳微粒子只要對應於其使用目的，適宜選擇鎳元素的含量即可，相對於所有金屬元素，較佳為含有50wt%以上的鎳元素的量，更佳為含有75wt%以上的鎳元素的量，進而更佳為於90wt%~99.0wt%的範圍內含有鎳元素的量。例如，當使用藉由濕式還原法所製造的鎳微粒子或進行了分散處理的鎳微粒子作為成分B時，若該些的平均一次粒徑為30nm~200nm的範圍內，則於表面包覆的碳或鈍態氧的存在下，鎳元素的含量變成所述值。另外，鎳微粒子的燒結性受到鎳微粒子的表面或表層 部的性狀的影響，因此就此種觀點而言，成分B的鎳微粒子可具有包含含有鎳元素的殻(殻部)與由異種金屬形成的芯(中心部)的芯-殻結構等多層結構，或者可具有鎳微粒子的表層部的鎳元素的濃度高於中心部、異種金屬的濃度於中心部高的結構。當具有此種結構時，相對於表層部的所有金屬元素，較佳為含有50wt%以上的鎳元素，更佳為含有75wt%以上的鎳元素，進而更佳為含有90wt%以上的鎳元素。因此，可對鎳元素的濃度設置梯度，並將鎳粒子的表層部設為高濃度，故相對於所有金屬元素，亦可將鎳元素的含量設為10wt%左右。
另外，成分B的鎳微粒子亦可含有鎳以外的金屬，但其含量最佳為設為1wt%~10wt%的範圍內的量。作為鎳以外的金屬，例如可列舉：錫、鈦、鈷、銅、鉻、錳、鐵、鋯、鎢、鉬、釩等賤金屬，金、銀、鉑、鈀、銥、鋨、釕、銠、錸等貴金屬等金屬元素。該些可含有一種、或含有兩種以上。
另外，當使用藉由濕式還原法所製造的鎳微粒子或進行了分散處理的鎳微粒子作為成分B的鎳微粒子時，例如亦可含有氧元素、碳元素等非金屬元素。當於成分B的鎳微粒子中含有碳元素時，其含有率例如為0.3wt%~2.5wt%的範圍內，較佳為0.5wt%~2.0wt%的範圍內。碳元素為源自鎳微粒子的表面所存在的有機化合物者，有助於鎳微粒子的分散性提昇。因此，若成分B的鎳微粒子中的碳元素的含量未滿0.3wt%，則有時無法獲得充分的分散性，當超過2.5wt%時，有可能於煅燒後碳化而變成殘炭， 並使接合層的導電性下降。另外，當於成分B的鎳微粒子中含有氧元素時，其含有率例如為0.7wt%~7.5wt%的範圍內，較佳為1.0wt%~2.0wt%的範圍內。
成分B的鎳微粒子可不論其製造方法來利用，但較佳為藉由如下的公知的方法所獲得者：自含有鎳鹽及有機胺的混合物中，利用濕式還原法對鎳離子進行加熱還原來使其析出。此處，對利用濕式還原法的鎳微粒子的製造方法的一例進行說明。
利用濕式還原法的鎳微粒子的製造可包括以下的步驟1及步驟2：步驟1)將含有羧酸鎳及一級胺的混合物加熱至100℃~165℃的範圍內的溫度而獲得錯合反應液的錯合反應液生成步驟；以及，步驟2)藉由微波照射將該錯合反應液加熱至170℃以上的溫度來使該錯合反應液中的鎳離子還原，而獲得由一級胺包覆的鎳微粒子的漿料的鎳微粒子漿料生成步驟。
步驟1)錯合反應液生成步驟：
(羧酸鎳)
羧酸鎳(羧酸的鎳鹽)並不限定羧酸的種類，例如可為羧基為1個的單羧酸，另外，亦可為羧基為2個以上的羧酸。另外，可為非環式羧酸，亦可為環式羧酸。作為此種羧酸鎳，可適宜地使用非環式單羧酸鎳。非環式單羧酸鎳之中，例如更佳為使用甲酸鎳、乙酸鎳、丙酸鎳、草酸鎳、苯甲酸鎳等。藉由使用該些非 環式單羧酸鎳，例如所獲得的鎳微粒子的形狀的不均得到抑制，容易形成為均勻的形狀。羧酸鎳可為酐，另外，亦可為水合物。
(一級胺)
一級胺可形成與鎳離子的錯合物，有效地發揮對於鎳錯合物(或鎳離子)的還原能力。另一方面，二級胺因位阻大，故存在阻礙鎳錯合物的良好的形成之虞，三級胺不具有鎳離子的還原能力，因此均無法單獨使用，但於使用一級胺後，可於不對所生成的鎳微粒子的形狀造成障礙的範圍內併用該些胺。一級胺只要是可形成與鎳離子的錯合物者，則並無特別限定，可使用常溫下為固體或液體者。此處，所謂常溫，是指20℃±15℃。常溫下為液體的一級胺亦作為形成鎳錯合物時的有機溶媒發揮功能。再者，即便是常溫下為固體的一級胺，只要是藉由100℃以上的加熱而為液體、或使用有機溶媒進行溶解者，則亦不特別存在問題。
一級胺亦可為芳香族一級胺，但就形成反應液中的鎳錯合物的容易性的觀點而言，適宜的是脂肪族一級胺。脂肪族一級胺例如可藉由調整其碳鏈的長度來控制所生成的鎳微粒子的粒徑，尤其於製造平均一次粒徑處於30nm~200nm的範圍內的鎳微粒子的情況下有利。就控制鎳微粒子的粒徑的觀點而言，脂肪族一級胺適宜的是自其碳數為6~20左右者中選擇來使用。碳數越多，所獲得的鎳微粒子的粒徑變得越小。作為此種胺，例如可列舉：辛基胺、三辛基胺、二辛基胺、十六基胺、十二基胺、十四基胺、硬脂基胺、油烯基胺、肉豆蔻基胺、月桂基胺等。例如， 油烯基胺於鎳微粒子生成過程中的溫度條件下作為液體狀態而存在，因此為均勻溶液且可有效率地進行反應。
一級胺於鎳微粒子的生成時作為表面修飾劑發揮功能，因此於去除一級胺後亦可抑制二次凝聚。另外，就將還原反應後所生成的鎳微粒子的固體成分與溶劑或未反應的一級胺等分離的清洗步驟中的處理操作的容易性的觀點而言，一級胺較佳為室溫下為液體者。進而，就使鎳錯合物還原而獲得鎳微粒子時的反應控制的容易性的觀點而言，一級胺較佳為沸點高於還原溫度者。即，於脂肪族一級胺中，較佳為沸點為180℃以上者，更佳為沸點為200℃以上者，另外，較佳為碳數為9以上者。此處，例如碳數為9的脂肪族胺的C9H21N(壬基胺)的沸點為201℃。相對於鎳1mol，一級胺的量較佳為使用2mol以上，更佳為使用2.2mol以上，理想的是使用4mol以上。若一級胺的量未滿2mol，則難以控制所獲得的鎳微粒子的粒徑，粒徑容易不均。另外，一級胺的量的上限並不特別存在，但例如就生產性的觀點而言，較佳為設為20mol以下。
(有機溶媒)
於步驟1中，為了更有效率地進行均勻溶液中的反應，亦可新添加與一級胺不同的有機溶媒。當使用有機溶媒時，可將有機溶媒與羧酸鎳及一級胺同時混合，但若先將羧酸鎳及一級胺混合來進行錯合(complexation)後添加有機溶媒，則一級胺有效率地配位於鎳原子上，故更佳。作為可使用的有機溶媒，只要是不阻 礙一級胺與鎳離子的錯合者，則並無特別限定，例如可使用：碳數4~30的醚系有機溶媒、碳數7~30的飽和或不飽和的烴系有機溶媒、碳數8~18的醇系有機溶媒等。另外，就即便於利用微波照射的加熱條件下亦可使用的觀點而言，所使用的有機溶媒較佳為選擇沸點為170℃以上者，更佳為選擇沸點處於200℃~300℃的範圍內者。作為此種有機溶媒的具體例，例如可列舉：四乙二醇、正辛基醚等。
錯合反應即便於室溫下亦可進行，但為了進行充分且效率更良好的錯合反應，加熱至100℃~165℃的範圍內的溫度來進行反應。例如於使用如甲酸鎳二水合物或乙酸鎳四水合物般的羧酸鎳的水合物作為羧酸鎳的情況下，該加熱特別有利。藉由將加熱溫度較佳為設為超過100℃的溫度，更佳為設為105℃以上的溫度，配位於羧酸鎳上的配位水與一級胺的配位體取代反應高效地進行，可使作為該錯合物配位體的水分子解離，進而可將該水排出至系統外，因此可高效地形成錯合物。例如，甲酸鎳二水合物採用於室溫下存在2個配位水與作為二牙配位體(bidentate ligand)的2個甲酸根離子的錯合物結構，因此為了藉由所述2個配位水與一級胺的配位體取代來高效地進行錯合，較佳為藉由以高於100℃的溫度進行加熱來使作為該錯合物配位體的水分子解離。另外，就與後續的鎳錯合物(或鎳離子)的利用微波照射的加熱還原的過程確實地分離，並使所述錯合反應完成這一觀點而言，將羧酸鎳與一級胺的錯合反應中的熱處理設為所述上限溫度以下， 較佳為設為160℃以下，更佳為設為150℃以下。
加熱時間可對應於加熱溫度或各原料的含量而適宜決定，但就使錯合反應完成這一觀點而言，較佳為設為10分鐘以上。加熱時間的上限並不特別存在，但就節約能量消耗及步驟時間的觀點而言，長時間進行熱處理並無益處。再者，該加熱的方法並無特別限制，例如可為利用油浴等熱媒的加熱，亦可為利用微波照射的加熱。
當對將羧酸鎳與一級胺於有機溶媒中混合所獲得的溶液進行加熱時，可藉由溶液的顏色的變化來確認羧酸鎳與一級胺的錯合反應。另外，該錯合反應例如可藉由如下方式來確認：使用紫外．可見吸收光譜測定裝置，測定於300nm~750nm的波長範圍中所觀測到的吸收光譜的最大吸收的波長，並觀測相對於原料的最大吸收波長(例如甲酸鎳二水合物的最大吸收波長為710nm，乙酸鎳四水合物的最大吸收波長為710nm)的錯合反應液的位移(最大吸收波長位移至600nm)。
於進行羧酸鎳與一級胺的錯合後，如以下所說明般，藉由微波照射來對所獲得的反應液進行加熱，藉此鎳錯合物的鎳離子得到還原，配位於鎳離子上的羧酸根離子同時分解，最終生成含有氧化數為0價的鎳的鎳微粒子。通常，羧酸鎳於將水作為溶媒的以外的條件下為難溶性，作為利用微波照射的加熱還原反應的前階段，必須將含有羧酸鎳的溶液製成均勻反應溶液。相對於此，可認為本實施形態中所使用的一級胺於使用溫度條件下為液 體，且藉由其配位於鎳離子上而液化，從而形成均勻反應溶液。
步驟2)鎳微粒子漿料生成步驟：
於本步驟中，利用微波照射將藉由羧酸鎳與一級胺的錯合反應所獲得的錯合反應液加熱至170℃以上的溫度，使錯合反應液中的鎳離子還原而獲得由一級胺包覆的鎳微粒子漿料。就抑制所獲得的鎳微粒子的形狀的不均這一觀點而言，利用微波照射進行加熱的溫度較佳為設為180℃以上，更佳為設為200℃以上。加熱溫度的上限並不特別存在，但就有效率地進行處理的觀點而言，例如適宜的是設為270℃以下。再者，微波的使用波長並無特別限定，例如為2.45GHz。另外，加熱溫度例如可藉由羧酸鎳的種類或促進鎳微粒子的核產生的添加劑的使用等來適宜調整。
於本步驟中，微波滲透至反應液內，故可進行均勻加熱、且可對介質直接提供能量，因此可進行急速加熱。藉此，可使反應液整體均勻地變成所期望的溫度，可於整個溶液中同時產生鎳錯合物(或鎳離子)的還原、核生成、核成長各個過程，結果可於短時間內容易地製造粒徑分佈狹小的單分散的粒子。
為了生成具有均勻的粒徑的鎳微粒子，必須於步驟1的錯合反應液生成步驟(進行鎳錯合物的生成的步驟)中均勻地且充分地生成鎳錯合物，且於本步驟2的鎳微粒子漿料生成步驟中，進行藉由鎳錯合物(或鎳離子)的還原所生成的鎳(0價)的核的同時產生．成長。即，於所述特定的範圍內調整錯合反應液生成步驟的加熱溫度，且確實地低於鎳微粒子漿料生成步驟中的利用微 波的加熱溫度，藉此容易生成粒徑．形狀整齊的粒子。例如，若於錯合反應液生成步驟中加熱溫度過高，則因鎳錯合物的生成與朝向鎳(0價)的還原反應同時進行，而存在鎳微粒子漿料生成步驟中的粒子形狀整齊的粒子的生成變得困難之虞。另外，若鎳微粒子漿料生成步驟的加熱溫度過低，則朝向鎳(0價)的還原反應速度變慢且核的產生變少，因此不僅粒子變大，而且就鎳微粒子的產率的觀點而言亦不佳。
將利用微波照射進行加熱所獲得的鎳微粒子漿料例如靜置分離，去除上清液後，使用適當的溶媒進行清洗，並加以乾燥，藉此可獲得鎳微粒子。於鎳微粒子漿料生成步驟中，視需要可添加所述有機溶媒。再者，如上所述，較佳為將用於錯合反應的一級胺直接用作有機溶媒。
以所述方式，可製備平均一次粒徑為30nm~200nm的範圍內的鎳微粒子。
(成分C：有機黏合劑)
成分C的有機黏合劑具有如下的作用：將成分A的鎳粒子與成分B的鎳微粒子連結，使兩者處於接近的狀態，藉此使接合層變成塊狀。於本實施形態的鎳粒子組成物中，包含微米尺寸的粒子與奈米尺寸的微粒子，因此與均勻粒子相比，因粒子尺寸的差異而難以產生凝聚，粒子彼此的連接點少。若向其中添加成分C的有機黏合劑，則廣泛地形成粒子彼此的連結。而且，於藉由成分C的有機黏合劑來維持成分A的鎳粒子與成分B的鎳微粒子的 廣泛的連結狀態的情況下，進行煅燒，藉此可獲得具有高接合強度的塊狀的接合層。
作為成分C的有機黏合劑，只要是可溶於有機溶媒的黏合劑，則可無特別限制地使用，例如可列舉：酚樹脂、環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、脲樹脂、三聚氰胺樹脂等熱硬化性樹脂，或聚乙烯樹脂、丙烯酸樹脂、甲基丙烯酸樹脂、尼龍樹脂、縮醛樹脂、聚乙烯縮醛樹脂等熱塑性樹脂。該些之中，較佳為聚乙烯縮醛樹脂，尤其，更佳為分子內具有縮醛基的單元、乙醯基的單元、及羥基的單元的聚乙烯縮醛樹脂。
為了抑制成分A的鎳粒子及成分B的鎳微粒子的沈澱，並維持成充分的分散狀態，成分C的有機黏合劑例如較佳為分子量為30000以上者，更佳為分子量為100000以上者。
作為成分C的有機黏合劑，例如可較佳地使用積水化學工業公司製造的聚乙烯縮醛樹脂(S-LEC BH-A；商品名)等市售品。
(調配比)
鎳粒子組成物的成分A及成分B的重量比(成分A：成分B)為30：70~70：30的範圍內。若成分A的鎳粒子的比例高於所述範圍，則未被燒結的鎳粒子增加，藉此產生作為接合層的強度不足。另一方面，若成分A的鎳粒子的比例低於所述範圍，則接合層整體的體積收縮變大，另外，於該情況下亦無法獲得充分的接合強度。
另外，相對於組成物中的總金屬量，鎳粒子組成物中的成分C的有機黏合劑的調配量為0.1wt%~2.5wt%的範圍內，較佳為0.3wt%~1.5wt%的範圍內，更佳為0.5wt%~1.2wt%。此處，「總金屬量」是指成分A的鎳粒子及成分B的鎳微粒子的合計重量。若成分C的有機黏合劑的調配量超過所述範圍，則成分A的鎳粒子與成分B的鎳微粒子的燒結變得不充分，若低於所述範圍，則無法獲得調配的效果。
除所述成分A~成分C以外，本實施形態的鎳粒子組成物例如可含有如鱗片狀、線狀般的非球體鎳，或不阻礙燒結的程度的碳奈米管等碳材料作為任意成分。
(接合材)
本實施形態的接合材含有所述鎳粒子組成物。本實施形態的接合材可進而含有沸點處於100℃~300℃的範圍內的有機溶媒。就實際使用上的觀點而言，接合材中所含有的溶媒的沸點較佳為150℃~260℃的範圍內。若所使用的有機溶媒的沸點未滿100℃，則存在長期穩定性欠佳的傾向，若超過300℃，則存在加熱時不揮發，而於接合層中產生殘炭，阻礙粒子彼此的燒結或金屬間化合物的形成的傾向。接合材較佳為於添加高沸點的有機溶媒後，進行濃縮，而製成膏的形態。
接合材中的鎳粒子組成物的含量例如為70wt%~96wt%的範圍內，較佳為85wt%~95wt%的範圍內。若鎳粒子組成物的含量未滿70wt%，則有時接合層的厚度變薄，例如有必要重 複多次塗佈等而成為不均的原因，另外，有時無法獲得充分的接合強度。另一方面，若鎳粒子組成物的含量超過96wt%，則有時作為膏的流動性喪失，塗佈變得困難等而導致使用性下降。
作為沸點處於100℃~300℃的範圍內的溶媒，例如可使用醇系、芳香族系、烴系、酯系、酮系、醚系的溶媒。作為醇系溶媒的例子，可列舉1-庚醇、1-辛醇、2-辛醇、2-乙基-1-己醇、1-壬醇、3,5,5-三甲基-1-己醇、1-癸醇、1-十一醇等碳數7以上的脂肪族醇類，乙二醇、二乙二醇、丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、四亞甲基二醇、甲基三甘醇等多元醇類，α-萜品醇、β-萜品醇、γ-萜品醇等萜品醇類，進而可列舉乙二醇單丙醚，乙二醇單丁醚，甲基甲氧基丁醇，二乙二醇，二丙二醇，2-苯氧基乙醇，1-苯氧基-2-丙醇等具有醚基的醇類。另外，作為烴系的溶媒，例如可列舉：辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、十二烷、十三烷、十四烷、十五烷等。該些之中，較佳為1-十一醇、十四烷，相對於所有有機溶媒，更佳為於15wt%~50wt%的範圍內含有1-十一醇及/或十四烷。當使用1-十一醇及/或十四烷時，相對於所有有機溶媒，更佳為於50wt%~85wt%的範圍內併用萜品醇。
本實施形態的接合材中的有機溶媒的含量例如為4wt%~30wt%的範圍內，較佳為5wt%~15wt%的範圍內。若接合材中的有機溶媒的含量未滿4wt%，則有時流動性下降而導致作為接合材的使用性下降。另一方面，若有機溶媒的含量超過30wt%， 則例如有必要重複多次塗佈等而成為不均的原因，另外，有時無法獲得充分的接合強度。
除所述成分以外，本實施形態的接合材例如可含有增黏劑、觸變劑、調平劑、界面活性劑等作為任意成分。
(接合方法)
本實施形態的接合方法使所述接合材介於被接合構件之間，並於含有還原性氣體的還原性氣體環境下，以例如200℃~400℃的範圍內，較佳為250℃~400℃的範圍內，更佳為250℃~350℃的範圍內的溫度進行加熱，藉此於被接合構件之間形成接合層。可認為為了使鎳微粒子彼此、鎳微粒子與鎳粒子之間進行燒結，必須使鎳微粒子及鎳粒子的金屬表面露出。使鎳微粒子表面所存在的有機物揮發或分解的加熱溫度例如為200℃以上，較佳為250℃以上，進而，藉由在還原性氣體環境下進行加熱，可去除鎳微粒子、鎳粒子的兩粒子表面的鈍態層。另一方面，若加熱溫度超過400℃，則有時會對作為被接合構件的半導體器件周邊造成損害。
本實施形態的接合方法例如可包含如下的步驟：將膏狀的接合材塗佈於一對被接合構件的一側或兩側的被接合面上的步驟(塗佈步驟)；將被接合面彼此貼合，於例如溫度為200℃~400℃的範圍內，較佳為250℃~400℃的範圍內，更佳為250℃~350℃的範圍內進行加熱，藉此使接合材燒結的步驟(煅燒步驟)。
於塗佈接合材的塗佈步驟中，例如可採用噴霧塗佈、噴 墨塗佈、印刷等方法。接合材可對應於目的，例如塗佈成圖案狀、島狀、網眼狀、格子狀、條紋狀等任意的形狀。於塗佈步驟中，較佳為以塗佈膜的厚度變成50μm~200μm的範圍內的方式塗佈接合材。藉由以此種厚度進行塗佈，可減少接合部分的缺陷，因此可防止電阻的上昇或接合強度的下降。
另外，煅燒步驟可於例如10MPa以下，較佳為1MPa以下來對被接合構件彼此進行加壓、或者更佳為於無加壓狀態進行。可簡化煅燒步驟，進而可減少由被接合構件的加壓所產生的損害。
本實施形態的接合方法例如可用於Si、SiC的半導體材料的接合、或電子零件的製造過程。此處，作為電子零件，主要可例示半導體裝置、能量轉換模組零件等。當電子零件為半導體裝置時，例如可應用於半導體元件的背面與基板之間、半導體電極與基板電極之間、半導體電極與半導體電極之間、功率器件或功率模組與散熱構件之間等的接合。
當使電子零件接合時，為了提高接合強度，較佳為事先於被接合面的一側或兩側設置例如Au、Cu、Pd、Ni、Ag、Cr、Ti或該些的合金等材質的接觸金屬層。另外，當被接合面的材質為SiC或Si或者該些的表面的氧化膜時，較佳為先設置例如Ti、TiW、TiN、Cr、Ni、Pd、V或該些的合金等材質的接觸金屬層。
另外，本實施形態的接合方法亦可用於金屬材料等的接合。尤其於因利用蠟材或焊接的接合而看到熱影響部的母材的劣 化的情況下，適宜的是於低溫下進行接合。另外，本實施形態的接合方法亦適合於例如淬火鋼、不鏽鋼、藉由加工硬化而得到強化的金屬材料、因熱氧化或熱應變而劣化的無機材料或金屬材料的接合。被接合體可列舉管、板、接頭、棒、線、螺栓等，但並不限定於該些被接合體。
<作用>
其次，一面參照圖1，一面對本發明的作用進行說明。圖1示意性地表示藉由包含本發明方法的三種方法來將被接合構件10與被接合構件20接合時的塗佈、溶劑乾燥、煅燒的各階段的接合部位的狀態。圖1中，符號30是指成分A的鎳粒子，符號40是指成分B的鎳微粒子，符號50是指成分C的有機黏合劑，符號60是指有機溶媒，符號70是指接合層。
圖1的上段為使用含有成分B的鎳微粒子40的接合材料的情況，圖1的中段為使用含有成分B的鎳微粒子40與成分C的有機黏合劑50的接合材料的情況，圖1的下段為使用含有成分A的鎳粒子30與成分B的鎳微粒子40及成分C的有機黏合劑50的本發明的接合材料的情況。
如圖1的上段所示，當使用僅含有成分B的鎳微粒子40的接合材料時，粒徑以奈米尺寸計而一致，因此塗佈時處於均勻地分散的狀態。於溶劑乾燥~煅燒時，基於成分B的鎳微粒子40相互的凝聚作用而接近的少數的粒子間的凝聚體成為基本單位來形成接合層70。但是，凝聚體的內部的粒子間的結合弱，因此 接合層70容易分裂成細小的碎片，且容易產生被接合構件10的剝落。
如圖1的中段所示，當使用含有成分B的鎳微粒子40與成分C的有機黏合劑50的接合材料時，粒徑以奈米尺寸計亦一致，因此塗佈時處於均勻地分散的狀態。於溶劑乾燥~煅燒時，除成分B的鎳微粒子40相互的凝聚作用以外，利用由成分C的有機黏合劑50所產生的連結作用，將成分B的鎳微粒子40的集合體作為基本單位來形成接合層70。但是，由成分C的有機黏合劑50所產生的連結作用限於增強成分B的鎳微粒子40的集合體的內部的連結，集合體彼此的連結少，因此接合層70容易分裂成以集合體為單位的碎片，無法獲得足夠高的接合強度。
如圖1的下段所示，當使用含有成分A的鎳粒子30與成分B的鎳微粒子40及成分C的有機黏合劑50的接合材料時，微米尺寸的粒子介於奈米尺寸的粒子間，因此粒子間的空隙多，塗佈時處於略微不均勻地分散的狀態。但是，於溶劑乾燥~煅燒時，因成分A的鎳粒子30的存在而妨礙成分B的鎳微粒子40的凝聚，故由成分C的有機黏合劑50所產生的連結作用佔支配地位，產生廣泛的連結，而形成一體成塊狀的接合層70。與以凝聚體(上段)或集合體(中段)為單位的接合層70相比，如所述般利用本發明方法而一體地形成的接合層70難以分裂，可獲得非常高的接合強度。
[實施例]
以下表示實施例，並更具體地說明本發明的特徵。但是，本發明並不受實施例限制。再者，於以下的實施例中，只要事先無特別說明，則各種測定、評價為藉由下述方式者。
[成分A的平均粒徑的測定]
用作成分A的鎳粒子的平均粒徑的測定是藉由雷射繞射/散射法來進行。裝置使用清新(Seishin)企業股份有限公司製造的LMS-30，將水作為分散媒並於流動槽中進行測定。
[成分B的平均粒徑的測定]
成分B(鎳微粒子)的平均粒徑的測定是利用場發射型掃描電子顯微鏡(Field Emission-Scanning Electron Microscope：FE-SEM)拍攝試樣的照片，自其中隨機抽出200個並求出各自的面積，將換算成真球時的粒徑作為個數基準來算出一次粒子的平均粒徑。
[煅燒方法1]
燒結性試驗用樣品的煅燒是使用小型惰性氣體烘箱(光洋熱系統(Koyo Thermo Systems)公司製造，商品名：KLO-30NH)，一面以5L/min的流量流入3%氫氣及97%氮氣的混合氣體，一面以5℃/min的昇溫速度自常溫昇溫至250℃、300℃或350℃為止後，保持規定溫度1小時。繼而，歷時400分鐘降溫至50℃為止後，放置至常溫為止。再者，於燒結性試驗用樣品的煅燒中，不進行對於樣品的加壓。即為無加壓下的煅燒。
[剪切強度(shear strength)的評價1]
使用不鏽鋼製遮罩(遮罩寬度：2.0mm×長度：2.0mm×厚度：0.1mm)，將試樣塗佈於鍍金銅基板(寬度：10mm×長度：10mm×厚度：1.0mm)上而形成塗佈膜後，將矽模具(寬度：2.0mm×長度：2.0mm×厚度：0.40mm)搭載於該塗佈膜上，並進行煅燒。藉由接合強度試驗機(日本達格(Dage．Japan)公司製造，商品名：接合試驗器(bond tester)4000)來測定所獲得的接合樣品(接合層的厚度：50μm左右)的剪切強度。自模具側面，以自基板起的高度為50μm、工具速度為100μm/sec按壓接合試驗器工具，將接合部已剪切破裂時的負荷設為剪切強度(shear strength)。再者，鍍金銅基板為分別以4μm/40nm~50nm的厚度將Ni/Au鍍敷於Cu基板(厚度：1.0mm)的表面而成者，矽模具為將Au濺鍍於Si基板(厚度：0.40mm)的接合面而成者。
[接合樣品的剖面SEM觀察]
利用環氧樹脂包埋與所述剪切強度評價1同樣地製作的接合樣品後，實施剖面加工，並藉由場發射型掃描電子顯微鏡(FE-SEM)來進行觀察。
(合成例1)
向642重量份的油烯基胺中添加100.1重量份的乙酸鎳四水合物，於氮氣流動下，以150℃進行20分鐘加熱，藉此使乙酸鎳溶解而獲得錯合反應液。繼而，向該錯合反應液中添加492重量份的油烯基胺，利用微波於250℃下進行5分鐘加熱，藉此獲得鎳微粒子漿料1。
將合成例1中所獲得的鎳微粒子漿料1靜置分離，去除上清液後，使用甲苯與甲醇進行清洗，然後於維持成60℃的真空乾燥機內進行6小時乾燥而獲得鎳微粒子1(平均一次粒徑：92nm)。
[漿料溶液1的製備]
分離取出100重量份的合成例1中所獲得的鎳微粒子漿料1，向其中添加20重量份的辛酸，攪拌15分鐘後，利用甲苯進行清洗，而製備漿料溶液1(固體成分濃度為68.1wt%)。
(實施例1)
[膏1的製備]
分離取出125重量份的漿料溶液1，於其中混合57重量份的鎳粒子1(關東化學工業股份有限公司製造，商品名：鎳(粉末)，藉由雷射繞射/散射法所得的平均粒徑：9.8μm，鎳元素的含量：相對於鎳粒子整體為99wt%以上)、9.4重量份的α-萜品醇(和光純藥工業股份有限公司製造，沸點：220℃)、2.0重量份的十四烷(和光純藥工業股份有限公司製造，沸點為254℃)、0.78重量份的黏合劑樹脂1(積水化學工業股份有限公司製造，商品名：S-LEC BH-A)，並利用蒸發器以60℃、100hPa進行濃縮，而製備126重量份的膏1(固體成分濃度為92.1wt%)。
根據所述[煅燒方法1]、[剪切強度的評價1]，利用膏1於350℃下製作接合試驗樣品，並評價剪切強度，結果為16.0MPa而可獲得充分的強度。將結果示於表1。
(實施例2)
[膏2的製備與剪切強度評價]
分離取出114重量份的漿料溶液1，於其中混合78重量份的鎳粒子1、10.7重量份的α-萜品醇、2.3重量份的十四烷、0.78重量份的黏合劑樹脂1，並利用蒸發器以60℃、100hPa進行濃縮，而製備170重量份的膏2(固體成分濃度為91.8wt%)。
根據所述[煅燒方法1]、[剪切強度的評價1]，利用膏2於350℃下製作接合試驗樣品，並評價剪切強度，結果為49.0MPa而可獲得良好的強度。將結果示於表1。
(實施例3)
[膏3的製備與剪切強度評價]
分離取出116重量份的漿料溶液1，於其中混合119重量份的鎳粒子1、13.2重量份的α-萜品醇、2.9重量份的十四烷、1.1重量份的黏合劑樹脂1，並利用蒸發器以60℃、100hPa進行濃縮，而製備215重量份的膏3(固體成分濃度為92.0wt%)。
根據所述[煅燒方法1]、[剪切強度的評價1]，利用膏3於350℃下製作接合試驗樣品，並評價剪切強度，結果為28.8MPa而可獲得良好的強度。將結果示於表1。
(實施例4)
[膏4的製備與剪切強度評價]
分離取出94.0重量份的漿料溶液1，於其中混合149重量份的鎳粒子1、13.0重量份的α-萜品醇、2.7重量份的十四烷、1.2 重量份的黏合劑樹脂1，並利用蒸發器以60℃、100hPa進行濃縮，而製備230重量份的膏4(固體成分濃度為92.7wt%)。
根據所述[煅燒方法1]、[剪切強度的評價1]，利用膏4於350℃下製作接合試驗樣品，並評價剪切強度，結果為8.2MPa而可獲得充分的強度。將結果示於表1。
(比較例1)
[膏5的製備與剪切強度評價]
分離取出229重量份的漿料溶液1，於其中混合26.8重量份的α-萜品醇、5.8重量份的十四烷、1.9重量份的黏合劑樹脂1，並利用蒸發器以60℃、100hPa進行濃縮，而製備190重量份的膏5(固體成分濃度為81.9wt%)。
根據所述[煅燒方法1]、[剪切強度的評價1]，利用膏5於350℃下製作接合試驗樣品，並評價剪切強度，結果為0.0MPa而完全無法獲得強度。將結果示於表1。
(比較例2)
[膏6的製備與剪切強度評價]
分離取出134重量份的漿料溶液1，於其中混合23重量份的鎳粒子1、8.9重量份的α-萜品醇、1.9重量份的十四烷、0.63重量份的黏合劑樹脂1，並利用蒸發器以60℃、100hPa進行濃縮，而製備126重量份的膏6(固體成分濃度為91.0wt%)。
根據所述[煅燒方法1]、[剪切強度的評價1]，利用膏6於350℃下製作接合試驗樣品，並評價剪切強度，結果為3.7MPa 而無法獲得充分的強度。將結果示於表1。
(比較例3)
[膏7的製備與剪切強度評價]
分離取出92.1重量份的漿料溶液1，於其中混合251重量份的鎳粒子1、18.3重量份的α-萜品醇、3.8重量份的十四烷、1.7重量份的黏合劑樹脂1，並利用蒸發器以60℃、100hPa進行濃縮，而製備337重量份的膏7(固體成分濃度為93.0wt%)。
根據所述[煅燒方法1]、[剪切強度的評價1]，利用膏7於350℃下製作接合試驗樣品，並評價剪切強度，結果為0.0MPa而完全無法獲得強度。將結果示於表1。
(實施例5)
<膏8的製備與剪切強度評價>
分離取出167重量份的漿料溶液1，於其中混合114重量份的鎳粒子1、27.0重量份的α-萜品醇、1.3重量份的黏合劑樹脂1， 並利用蒸發器以60℃、100hPa進行濃縮，而製備257重量份的膏8(固體成分濃度為89.0wt%)。
根據所述[煅燒方法1]、[剪切強度的評價1]，利用膏8於300℃下製作接合試驗樣品，並評價剪切強度，結果為19.8MPa而可獲得充分的強度。將結果示於表2。另外，將隔著矽模具在與接合面垂直的方向觀察所製作的接合試驗樣品中的接合層時的X射線觀察的結果示於圖2。
(實施例6)
[膏9的製備與剪切強度評價]
分離取出193重量份的漿料溶液1，於其中混合131重量份的鎳粒子1、6.9重量份的α-萜品醇、6.9重量份的1-十一醇(和光純藥工業股份有限公司製造、沸點：220℃)、1.4重量份的黏合劑樹脂1，並利用蒸發器以60℃、100hPa進行濃縮，而製備278重量份的膏9(固體成分濃度為94.5wt%)。
根據所述[煅燒方法1]、[剪切強度的評價1]，利用膏9於300℃下製作接合試驗樣品，並評價剪切強度，結果為39.2MPa而可獲得良好的強度。將結果示於表2。另外，將隔著矽模具在與接合面垂直的方向觀察所製作的接合試驗樣品中的接合層時的X射線觀察的結果示於圖3，將接合層的剖面的SEM觀察的結果示於圖4。
(實施例7)
[膏10的製備與剪切強度評價]
分離取出120重量份的漿料溶液1，於其中混合81.9重量份的鎳粒子2(日本西格瑪奧德里奇聯合公司製造、商品名：Nickel、藉由雷射繞射/散射法所得的平均粒徑：1.9μm、鎳元素的含量：相對於鎳粒子整體為99.8wt%以上)、13.4重量份的α-萜品醇、0.9重量份的黏合劑樹脂1，並利用蒸發器以60℃、100hPa進行濃縮，而製備178重量份的膏10(固體成分濃度為92.0wt%)。
根據所述[煅燒方法1]、[剪切強度的評價1]，利用膏10於300℃下製作接合試驗樣品，並評價剪切強度，結果為10.5MPa而可獲得充分的強度。將結果示於表2。
(實施例8)
[膏11的製備與剪切強度評價]
分離取出127重量份的漿料溶液1，於其中混合65.0重量份的鎳粒子1、65.0重量份的鎳粒子2、5.7重量份的α-萜品醇、5.7重量份的1-十一醇、1.2重量份的黏合劑樹脂1，並利用蒸發器以60℃、100hPa進行濃縮，而製備229重量份的膏11(固體成分濃度為89.0wt%)。
根據所述[煅燒方法1]、[剪切強度的評價1]，利用膏11於300℃下製作接合試驗樣品，並評價剪切強度，結果為32.7MPa而可獲得良好的強度。將結果示於表2。
(實施例9)
[膏12的製備與剪切強度評價]
分離取出118重量份的漿料溶液1，於其中混合101重量份 的鎳粒子1、20.0重量份的鎳粒子2、5.3重量份的α-萜品醇、5.3重量份的1-十一醇、1.1重量份的黏合劑樹脂1，並利用蒸發器以60℃、100hPa進行濃縮，而製備213重量份的膏12(固體成分濃度為94.5wt%)。
根據所述[煅燒方法1]、[剪切強度的評價1]，利用膏12於300℃下製作接合試驗樣品，並評價剪切強度，結果為43.4MPa而可獲得充分的強度。將結果示於表2。
(比較例4)
[膏13的製備]
分離取出151重量份的漿料溶液1，於其中混合12.8重量份的α-萜品醇，並利用蒸發器以60℃、100hPa進行濃縮，而製備126重量份的膏13(固體成分濃度為88.9wt%)。
根據所述[煅燒方法1]、[剪切強度的評價1]，利用膏13於300℃下製作接合試驗樣品，並評價剪切強度，結果為0.0MPa而完全無法獲得強度。將結果示於表2。另外，將隔著矽模具在與接合面垂直的方向觀察所製作的接合試驗樣品中的接合層時的X射線觀察的結果示於圖5。
(比較例5)
[膏14的製備]
分離取出163重量份的漿料溶液1，於其中混合13.2重量份的α-萜品醇、2.0重量份的1-十一醇、0.63重量份的黏合劑樹脂1，並利用蒸發器以60℃、100hPa進行濃縮，而製備126重量份的膏 14(固體成分濃度為92.1wt%)。
根據所述[煅燒方法1]、[剪切強度的評價1]，利用膏14於300℃下製作接合試驗樣品，並評價剪切強度，結果為2.5MPa而無法獲得充分的強度。將結果示於表2。另外，將隔著矽模具在與接合面垂直的方向觀察所製作的接合試驗樣品中的接合層時的X射線觀察的結果示於圖6。
(比較例6)
[膏15的製備]
分離取出121重量份的漿料溶液1，於其中混合82.5重量份的鎳粒子1、4.8重量份的α-萜品醇、4.8重量份的1-十一醇，並利用蒸發器以60℃、100hPa進行濃縮，而製備175重量份的膏15(固體成分濃度為94.5wt%)。
根據所述[煅燒方法1]、[剪切強度的評價1]，利用膏15於300℃下製作接合試驗樣品，並評價剪切強度，結果為0.0MPa而完全無法獲得強度。將結果示於表2。
根據表1及表2，確認藉由使用含有包含成分A~成分C的本發明的鎳粒子組成物的接合材，可獲得具有高剪切強度的牢固的接合層。相對於此，於成分A的鎳粒子與成分B的鎳微粒子的重量比(成分A：成分B)為30：70~70：30的範圍外的比較例1~比較例5、不含成分C的有機黏合劑的比較例6中，均為剪切強度低且脆弱的接合層。
(實施例10)
[膏16的製備與剪切強度評價]
分離取出106重量份的漿料溶液1，於其中混合72.2重量份的鎳粒子2、3.8重量份的α-萜品醇、3.8重量份的1-十一醇、0.77重量份的黏合劑樹脂1，並利用蒸發器以60℃、100hPa進行濃縮，而製備153重量份的膏16(固體成分濃度為94.5wt%)。
根據所述[煅燒方法1]、[剪切強度的評價1]，利用膏16於300℃下製作接合試驗樣品，並評價剪切強度，結果為13.7MPa而可獲得充分的強度。將結果示於表3。
(實施例11)
<膏17的製備與剪切強度評價>
分離取出160重量份的漿料溶液1，於其中混合109重量份的鎳粒子1、6.1重量份的α-萜品醇、6.1重量份的1-十一醇、0.46重量份的黏合劑樹脂1，並利用蒸發器以60℃、100hPa進行濃縮，而製備231重量份的膏17(固體成分濃度為94.5wt%)。
根據所述[煅燒方法1]、[剪切強度的評價1]，利用膏17於300℃下製作接合試驗樣品，並評價剪切強度，結果為13.4MPa而可獲得充分的強度。將結果示於表3。
(實施例12)
<膏18的製備與剪切強度評價>
分離取出179重量份的漿料溶液1，於其中混合122重量份的鎳粒子1、6.6重量份的α-萜品醇、6.6重量份的1-十一醇、2.6重量份的二乙二醇(關東化學工業股份有限公司製造，沸點為244℃)、2.6重量份的黏合劑樹脂1，並利用蒸發器以60℃、100hPa進行濃縮，而製備262重量份的膏18(固體成分濃度為93.0wt%)。
根據所述[煅燒方法1]、[剪切強度的評價1]，利用膏18於300℃下製作接合試驗樣品，並評價剪切強度，結果為20.8MPa而可獲得良好的強度。將結果示於表3。
(實施例13)
<膏19的製備與剪切強度評價>
分離取出191重量份的漿料溶液1，於其中混合130重量份的鎳粒子1、23.4重量份的α-萜品醇、23.4重量份的1-十一醇、4.7重量份的黏合劑樹脂1，並利用蒸發器以60℃、100hPa進行濃縮，而製備312重量份的膏19(固體成分濃度為83.5wt%)。
根據所述[煅燒方法1]、[剪切強度的評價1]，利用膏19於300℃下製作接合試驗樣品，並評價剪切強度，結果為20.7MPa而可獲得良好的強度。將結果示於表3。
(實施例14)
[膏20的製備]
分離取出126重量份的漿料溶液1，於其中混合85.8重量份的鎳粒子1、12.1重量份的α-萜品醇、2.8重量份的黏合劑樹脂2(日本畢克化學(BYK-Chemie．Japan)股份有限公司製造，商品名：BYK-220S)，並利用蒸發器以60℃、100hPa進行濃縮，而製備186重量份的膏20(固體成分濃度為92.0wt%)。
根據所述[煅燒方法1]、[剪切強度的評價1]，利用膏20於300℃下製作接合試驗樣品，並評價剪切強度，結果為23.5MPa而可獲得充分的強度。將結果示於表3。
(比較例7)
[膏21的製備]
分離取出169重量份的漿料溶液1，於其中混合115重量份的鎳粒子1、39.7重量份的α-萜品醇、39.7重量份的1-十一醇、7.9重量份的黏合劑樹脂1，並利用蒸發器以60℃、100hPa進行濃縮，而製備317重量份的膏21(固體成分濃度為72.5wt%)。
根據所述[煅燒方法1]、[剪切強度的評價1]，利用膏21於300℃下製作接合試驗樣品，並評價剪切強度，結果為0.0MPa而完全無法獲得強度。將結果示於表3。
(合成例2)
向211重量份的油烯基胺中添加33重量份的乙酸鎳四水合物，於氮氣流動下，以150℃進行20分鐘加熱，藉此使乙酸鎳溶解而獲得錯合反應液。繼而，向該錯合反應液中添加100重量份的油烯基胺，利用微波於250℃下進行5分鐘加熱，藉此獲得鎳微粒子漿料2。
將合成例2中所獲得的鎳微粒子漿料2靜置分離，去除上清液後，使用甲苯與甲醇進行清洗，然後於維持成60℃的真空乾燥機內進行6小時乾燥而獲得鎳微粒子2(平均一次粒徑：119nm)。
[漿料溶液2的製備]
分離取出100重量份的合成例2中所獲得的鎳微粒子漿料2，向其中添加20重量份的辛酸，攪拌15分鐘後，利用甲苯進行清洗，而製備漿料溶液2(固體成分濃度為70.9wt%)。
(合成例3)
向182重量份的油烯基胺中添加18.5重量份的甲酸鎳二水合物，於氮氣流動下，以120℃進行10分鐘加熱，藉此使甲酸鎳溶解而獲得錯合反應液。繼而，向該錯合反應液中添加121重量份的油烯基胺，利用微波於180℃下進行10分鐘加熱，藉此獲得鎳微粒子漿料3。
將合成例3中所獲得的鎳微粒子漿料3靜置分離，去除上清液後，使用甲苯與甲醇進行清洗，然後於維持成60℃的真空乾燥機內進行6小時乾燥而獲得鎳微粒子3(平均一次粒徑：40nm)。
[漿料溶液3的製備]
分離取出100重量份的合成例3中所獲得的鎳微粒子漿料3，向其中添加20重量份的辛酸，攪拌15分鐘後，利用甲苯進行清洗，而製備漿料溶液3(固體成分濃度為67.3wt%)。
(實施例15)
[膏22的製備與剪切強度評價]
分離取出141重量份的漿料溶液2，於其中混合100重量份的鎳粒子1、5.3重量份的α-萜品醇、5.3重量份的1-十一醇、1.1重量份的黏合劑樹脂1，並利用蒸發器以60℃、100hPa進行濃縮，而製備212重量份的膏22(固體成分濃度為94.5wt%)。
根據所述[煅燒方法1]、[剪切強度的評價1]，利用膏22於300℃下製作接合試驗樣品，並評價剪切強度，結果為26.4MPa 而可獲得良好的強度。將結果示於表4。
(實施例16)
[膏23的製備與剪切強度評價]
分離取出202重量份的漿料溶液3，於其中混合136重量份的鎳粒子1、7.2重量份的α-萜品醇、7.2重量份的1-十一醇、1.5重量份的黏合劑樹脂1，並利用蒸發器以60℃、100hPa進行濃縮，而製備288重量份的膏23(固體成分濃度為94.5wt%)。
根據所述[煅燒方法1]、[剪切強度的評價1]，利用膏23於300℃下製作接合試驗樣品，並評價剪切強度，結果為20.0MPa而可獲得良好的強度。將結果示於表4。
(實施例17)
[膏23的剪切強度評價]
根據所述[煅燒方法1]、[剪切強度的評價1]，利用膏23於250℃下製作接合試驗樣品，並評價剪切強度，結果為13.7MPa而可獲得充分的強度。將結果示於表4。
(實施例18)
[膏9的剪切強度評價]
根據所述[煅燒方法1]、[剪切強度的評價1]，利用膏9於250℃下製作接合試驗樣品，並評價剪切強度，結果為19.2MPa而可獲得良好的強度。將結果示於表4。
以上，以例示的目的對本發明的實施形態進行了詳細說明，但本發明並不受所述實施形態限制。
本國際申請主張基於2014年6月30日所申請的日本專利申請2014-135245號的優先權，並將該申請的所有內容引用於本案中。

Claims (9)

  1. 一種鎳粒子組成物，其包括以下的成分A~成分C：成分A：鎳粒子，藉由雷射繞射/散射法所得的平均粒徑為0.5μm~20μm的範圍內，並含有50wt%以上的鎳元素；成分B：鎳微粒子，藉由掃描型電子顯微鏡觀察所得的平均一次粒徑為30nm~200nm的範圍內，並含有50wt%以上的鎳元素；以及成分C：有機黏合劑，相對於總金屬量為0.1wt%~2.5wt%的範圍內；且所述成分A及所述成分B的重量比(成分A：成分B)為30：70~70：30的範圍內。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的鎳粒子組成物，其中所述成分A的鎳元素的含量為99.0wt%以上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的鎳粒子組成物，其中所述成分B的鎳元素的含量為90wt%~99.0wt%的範圍內。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的鎳粒子組成物，其中所述成分A的鎳元素的含量為99.0wt%以上，所述成分B的鎳元素的含量為90wt%~99.0wt%的範圍內。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的鎳粒子組成物，其中所述成分A的鎳元素的含量為99.0wt%以上，所述成分B的鎳元素的含量為90wt%~99.0wt%的範圍內，所述成分C的含量相對於總金屬量為0.3wt%~1.5wt%的範圍內。
  6. 一種接合材，其包括如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的鎳粒子組成物，所述鎳粒子組成物的含量為70wt%~96wt%的範圍內。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的接合材，其更包括沸點處於100℃~300℃的範圍內的有機溶媒，所述有機溶媒的含量為4wt%~30wt%的範圍內。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的接合材，其中相對於所有有機溶媒，所述有機溶媒於15wt%~50wt%的範圍內含有選自由1-十一醇及十四烷所組成的群組中的至少一種。
  9. 一種接合方法，其使如申請專利範圍第6項至第8項中任一項所述的接合材介於被接合構件之間，並於含有還原性氣體的還原性氣體環境下以200℃~400℃的範圍內的溫度進行加熱，藉此於所述被接合構件之間形成接合層。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10087332B2 (en) * 2016-05-13 2018-10-02 NanoCore Technologies Sinterable metal paste for use in additive manufacturing
TWI824999B (zh) * 2016-08-02 2023-12-11 日商弘輝股份有限公司 焊料膏用助焊劑及焊料膏
JP7164313B2 (ja) * 2017-03-31 2022-11-01 日鉄ケミカル＆マテリアル株式会社 ニッケル微粒子組成物、接合構造体及び接合方法
JP7198479B2 (ja) * 2018-08-31 2023-01-04 学校法人早稲田大学 半導体素子接合構造、半導体素子接合構造の生成方法及び導電性接合剤
CN114986018B (zh) * 2022-05-20 2023-07-18 浙江亚通新材料股份有限公司 一种塑性高温钎料组合物及其制备方法
CN115519118B (zh) * 2022-09-29 2024-01-19 晶高优材(北京)科技有限公司 提升增材制造金属粉末的流动性、松装及振实密度的方法
CN117759786A (zh) * 2023-12-29 2024-03-26 杭州毅而玛管业有限公司 一种快接式pe管及其制备工艺

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2794360B2 (ja) * 1992-03-11 1998-09-03 三ツ星ベルト株式会社 金属もしくはセラミックスから選ばれた被接合材の接合方法およびこれに用いる接合剤
US7097686B2 (en) * 1997-02-24 2006-08-29 Cabot Corporation Nickel powders, methods for producing powders and devices fabricated from same
JP2000331534A (ja) * 1999-05-18 2000-11-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電子部品用電極インキおよびその製造方法並びに電子部品の製造方法
US6375703B1 (en) * 2000-10-17 2002-04-23 National Science Council Method of synthesizing nickel fibers and the nickel fibers so prepared
ATE525730T1 (de) 2000-10-25 2011-10-15 Harima Chemicals Inc Elektroleitfähige metallpaste und verfahren zu ihrer herstellung
CN1737072B (zh) * 2004-08-18 2011-06-08 播磨化成株式会社 导电粘合剂及使用该导电粘合剂制造物件的方法
US7279229B2 (en) 2005-03-24 2007-10-09 General Electric Company Nickel-base braze material and method of filling holes therewith
US7601199B2 (en) * 2006-01-19 2009-10-13 Gm Global Technology Operations, Inc. Ni and Ni/NiO core-shell nanoparticles
US8889065B2 (en) * 2006-09-14 2014-11-18 Iap Research, Inc. Micron size powders having nano size reinforcement
US7758784B2 (en) * 2006-09-14 2010-07-20 Iap Research, Inc. Method of producing uniform blends of nano and micron powders
JP4872663B2 (ja) * 2006-12-28 2012-02-08 株式会社日立製作所 接合用材料及び接合方法
US20090107584A1 (en) * 2007-09-27 2009-04-30 Nanodynamics, Inc. Solder and methods of making solder
JP4633857B1 (ja) 2009-04-16 2011-02-23 ニホンハンダ株式会社 有機物被覆金属粒子の加熱焼結性の評価方法、加熱焼結性金属ペーストの製造方法、および金属製部材接合体の製造方法
JP5824201B2 (ja) 2009-09-11 2015-11-25 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 接合材およびそれを用いた接合方法
JP4795483B1 (ja) 2010-04-12 2011-10-19 ニホンハンダ株式会社 金属製部材接合体の製造方法および金属製部材接合体
GB201200619D0 (en) 2012-01-16 2012-02-29 Cambridge Display Tech Ltd Polymer
US8967453B2 (en) * 2012-03-21 2015-03-03 GM Global Technology Operations LLC Methods of bonding components for fabricating electronic assemblies and electronic assemblies including bonded components
US8815648B1 (en) * 2013-04-01 2014-08-26 Texas Instruments Incorporated Multi-step sintering of metal paste for semiconductor device wire bonding

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