WO2024106298A1 - Bonding paste, bonded body, and method for producing bonded body - Google Patents

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Abstract

The present invention addresses the problem of providing: a bonding paste which uses silver particles and enables pressureless bonding, while achieving excellent bonding strength and being suppressed in decrease of the bonding strength associated with temperature cycles; a bonded body which uses this bonding paste; and a method for producing a bonded body. The problem is solved by: a bonding paste which contains (A) silver particles that have an average particle diameter of 100 nm to 500 nm, (B) a compound which comprises at least one kind of nitrogen atom selected from the group consisting of a secondary nitrogen atom and a tertiary nitrogen atom, and four or more hydroxyl groups, and (C) a dispersion medium; and a bonded body and a method for producing a bonded body, each of which uses this bonding paste.

Description

接合用ペースト、接合体及び接合体の製造方法Bonding paste, bonded body, and method for producing bonded body
 本開示は、接合用ペースト、接合体及び接合体の製造方法に関する。 This disclosure relates to a bonding paste, a bonded body, and a method for manufacturing the bonded body.
 従来、金属部材同士、金属部材と半導体素子、金属部材と発光ダイオード(LED)素子等を接着するための接合材として、はんだが使用されていた。近年、次世代パワーエレクトロニクスの技術分野では、高温動作可能なSiC等のデバイスが求められている。このようなデバイスを製造するための接合材としては、高温駆動信頼性の観点で、はんだの代替材料が求められており、例えば、特許文献1~3に示すように、焼結性を有する金属粒子を用いた接合用ペースト等の接合材が提案されている。  Conventionally, solder has been used as a bonding material for bonding metal members together, between metal members and semiconductor elements, between metal members and light-emitting diode (LED) elements, etc. In recent years, in the field of next-generation power electronics technology, there has been a demand for devices such as SiC that can operate at high temperatures. As a bonding material for manufacturing such devices, there is a demand for alternative materials to solder from the viewpoint of high-temperature operating reliability. For example, as shown in Patent Documents 1 to 3, bonding materials such as bonding pastes using sinterable metal particles have been proposed.
 特許文献1には、アミンにより被覆されている金属ナノ粒子と、直鎖のアルキルアミン又はアルカノールアミンであるアミンとを含む接合材が開示されている。特許文献2には、平均粒子径が20~500nmである銀粒子と、アルカノールアミン類と溶媒とを含む導電性接着剤を接合材として用いることが開示されている。特許文献3には、銅粉、液媒体及び還元剤を含み、還元剤が、少なくとも1個のアミノ基及び複数の水酸基を有する、接合用組成物が開示されている。 Patent Document 1 discloses a bonding material containing metal nanoparticles coated with an amine and an amine that is a linear alkylamine or alkanolamine. Patent Document 2 discloses the use of a conductive adhesive containing silver particles with an average particle size of 20 to 500 nm, alkanolamines, and a solvent as a bonding material. Patent Document 3 discloses a bonding composition that contains copper powder, a liquid medium, and a reducing agent, the reducing agent having at least one amino group and multiple hydroxyl groups.
特開2014-214357号公報JP 2014-214357 A 特開2022-117824号公報JP 2022-117824 A 国際公開第2020-032161号International Publication No. 2020-032161
 このような接合材を用いた接合プロセスとしては、無加圧下で行う方法(以下、無加圧接合という)と、加圧下で行う方法(以下、加圧接合という)とがある。加圧接合はボイド低減に有効であり、ボイドを起点にしたクラックが抑制されるため、接合強度及び冷熱サイクル特性に優れるという利点がある。しかし、加圧接合は専用設備を必要とし、さらに接合する対象が加圧環境に耐え得るものでなければならず、接合対象や用途が限定されてしまう。そのため、無加圧接合においてボイドを低減し、接合強度及び冷熱サイクル特性を向上させることが求められている。
 一方、近年、半導体素子の大面積化が進んでいるが、素子が大面積になるほど内部のガス等が抜け難く、ボイドが発生し易い傾向にあることが知られている。また、SiやSiC素子の線膨張係数と、銀粒子及び基材として使用される銅の線膨張係数との差が非常に大きく、冷熱サイクルの際に、銅基材/銀粒子を含む接合層/Si素子の層間でひずみが生じ、クラックが発生し冷熱サイクル特性が低下しやすい傾向にある。さらに、SiC素子はSi素子と同程度の線膨張係数であるが、Si素子に比べて硬度が高いため、Si素子に比べて冷熱サイクル時にかかる歪が大きく、接合層にクラックが生じやすい傾向にある。すなわち、SiC半導体素子の接合強度及び冷熱サイクル特性の向上に関する要求レベルは、近年ますます高まっている。
 しかしながら、特許文献1に記載の発明は、銀粒子とトリエタノールアミン等のアルカノールアミンとを含む接合材を用いて、面積の小さい銅素子を加圧接合するというものであり、無加圧接合且つ大面積SiC素子における接合強度と冷熱サイクル特性の課題を解決できない。また、特許文献2に記載の発明は、銀粒子とジグリコールアミン等のアルカノールアミンとを含む接合材を用いて、面積の小さいSi素子を無加圧接合するというものであり、大面積SiC素子における接合強度と冷熱サイクル特性の課題を解決できない。さらに、特許文献3に記載の発明は、銅粒子とアルカノールアミンとを含む接合材を用いて、面積の小さい銅素子を加圧接合するというものであるが、銅粒子は銀粒子と比べて、酸化され易く、酸化されると銅粒子の機能を発現することができないため、取り扱いに課題がある。特に、200℃程度以上に加熱する接合用途においては、加熱工程時に僅かな酸素が存在すると酸化が進行してしまうため酸化抑制が難しく、無加圧接合且つ大面積SiC素子における接合強度と冷熱サイクル特性の課題を解決できない。なお、特許文献3には銀粒子を用いることは記載されていない。
There are two types of bonding processes using such bonding materials: a method performed without pressure (hereinafter referred to as pressureless bonding) and a method performed under pressure (hereinafter referred to as pressure bonding). Pressure bonding is effective in reducing voids and suppresses cracks originating from voids, and therefore has the advantage of excellent bonding strength and thermal cycle properties. However, pressure bonding requires dedicated equipment, and furthermore, the objects to be bonded must be able to withstand a pressurized environment, which limits the objects to be bonded and their applications. Therefore, there is a demand for reducing voids in pressureless bonding and improving bonding strength and thermal cycle properties.
On the other hand, in recent years, the area of semiconductor elements has been increased, but it is known that the larger the area of the element, the more difficult it is for gases and the like inside to escape, and voids tend to occur. In addition, the difference between the linear expansion coefficient of Si or SiC elements and the linear expansion coefficient of copper used as silver particles and base material is very large, and during thermal cycles, distortion occurs between the copper base material/bonding layer containing silver particles/Si element layers, which tends to cause cracks and reduce thermal cycle characteristics. Furthermore, although the linear expansion coefficient of SiC elements is about the same as that of Si elements, the hardness is higher than that of Si elements, so that the distortion during thermal cycles is larger than that of Si elements, and cracks tend to occur in the bonding layer. That is, the level of requirements for improving the bonding strength and thermal cycle characteristics of SiC semiconductor elements has been increasing in recent years.
However, the invention described in Patent Document 1 uses a bonding material containing silver particles and an alkanolamine such as triethanolamine to pressure-bond a small copper element, and cannot solve the problems of pressureless bonding and bonding strength and thermal cycle characteristics in large-area SiC elements. In addition, the invention described in Patent Document 2 uses a bonding material containing silver particles and an alkanolamine such as diglycolamine to pressurelessly bond a small Si element, and cannot solve the problems of bonding strength and thermal cycle characteristics in large-area SiC elements. Furthermore, the invention described in Patent Document 3 uses a bonding material containing copper particles and an alkanolamine to pressure-bond a small copper element, but copper particles are more easily oxidized than silver particles, and when oxidized, the function of copper particles cannot be expressed, so there is a problem in handling. In particular, in bonding applications where heating is performed to about 200°C or higher, if a small amount of oxygen is present during the heating process, oxidation progresses, making it difficult to suppress oxidation, and the problems of pressureless bonding and bonding strength and thermal cycle characteristics in large-area SiC elements cannot be solved. It should be noted that Patent Document 3 does not mention the use of silver particles.
 したがって、本開示が解決しようとする課題は、銀粒子を用いており、接合強度に優れ、冷熱サイクルに伴う接合強度の低下が抑制された、無加圧でも接合が可能な接合用ペースト、及び該接合ペーストを用いた接合体を提供することである。 The problem that this disclosure aims to solve is therefore to provide a joining paste that uses silver particles, has excellent joining strength, is suppressed from decreasing in joining strength due to thermal cycling, and allows joining without the application of pressure, and a joined body that uses this joining paste.
 本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本開示に至った。
 本開示の一態様に係る接合用ペーストは、平均粒子径が100nm~500nmである銀粒子(A)、二級窒素原子及び三級窒素原子からなる群より選ばれる少なくとも一種の窒素原子を有し、且つ水酸基数が4以上である化合物(B)、並びに、分散媒(C)を含有することを特徴とする。
The present inventors have conducted extensive research to solve the above problems, and as a result have arrived at the present disclosure.
A bonding paste according to one embodiment of the present disclosure is characterized by containing silver particles (A) having an average particle size of 100 nm to 500 nm, a compound (B) having at least one type of nitrogen atom selected from the group consisting of secondary nitrogen atoms and tertiary nitrogen atoms and having four or more hydroxyl groups, and a dispersion medium (C).
 本開示の一態様に係る接合用ペーストは、銀粒子(A)の焼結温度をT1℃、化合物(B)の50%重量減少温度をT2℃、分散媒(C)の50%重量減少温度をT3℃とした場合に、T3<T1<(T2+10)を満たすことを特徴とする。 The bonding paste according to one embodiment of the present disclosure is characterized in that, when the sintering temperature of the silver particles (A) is T1°C, the 50% weight loss temperature of the compound (B) is T2°C, and the 50% weight loss temperature of the dispersion medium (C) is T3°C, the relationship T3<T1<(T2+10) is satisfied.
 本開示の一態様に係る接合用ペーストは、前記T2が、200~300℃であることを特徴とする。 The joining paste according to one embodiment of the present disclosure is characterized in that T2 is 200 to 300°C.
 本開示の一態様に係る接合用ペーストは、前記化合物(B)が、三級窒素原子を有することを特徴とする。 The joining paste according to one embodiment of the present disclosure is characterized in that the compound (B) has a tertiary nitrogen atom.
 本開示の一態様に係る接合用ペーストは、前記化合物(B)における三級窒素原子数が、1~3であることを特徴とする。 The joining paste according to one embodiment of the present disclosure is characterized in that the number of tertiary nitrogen atoms in the compound (B) is 1 to 3.
 本開示の一態様に係る接合用ペーストは、前記化合物(B)における水酸基数が、4~6であることを特徴とする。 The joining paste according to one embodiment of the present disclosure is characterized in that the number of hydroxyl groups in the compound (B) is 4 to 6.
 本開示の一態様に係る接合用ペーストは、前記化合物(B)が、25℃において液状であることを特徴とする。 The joining paste according to one embodiment of the present disclosure is characterized in that the compound (B) is liquid at 25°C.
 本開示の一態様に係る接合用ペーストは、前記化合物(B)の含有率が、前記銀粒子(A)の質量を基準として、0.05~1.0質量%であることを特徴とする。 The joining paste according to one embodiment of the present disclosure is characterized in that the content of the compound (B) is 0.05 to 1.0 mass % based on the mass of the silver particles (A).
 本開示の一態様に係る接合用ペーストは、前記銀粒子(A)は、平均粒子径が150nm~400nmであることを特徴とする。 The joining paste according to one embodiment of the present disclosure is characterized in that the silver particles (A) have an average particle size of 150 nm to 400 nm.
 本開示の一態様に係る接合用ペーストは、前記分散媒(C)は、沸点が250℃以上であることを特徴とする。 The joining paste according to one embodiment of the present disclosure is characterized in that the dispersion medium (C) has a boiling point of 250°C or higher.
 本開示の一態様に係る接合用ペーストは、さらに、水酸基、カルボキシ基及びアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を2つ以上有する炭素数20~80の化合物(D)を含有することを特徴とする。 The joining paste according to one embodiment of the present disclosure is further characterized by containing a compound (D) having 20 to 80 carbon atoms and having two or more functional groups of at least one type selected from the group consisting of hydroxyl groups, carboxy groups, and amino groups.
 本開示の一態様に係る接合用ペーストは、さらに、カルボキシ基を1つ有する炭素数14~20の化合物(E)を含有することを特徴とする。 The joining paste according to one embodiment of the present disclosure is further characterized by containing a compound (E) having one carboxy group and 14 to 20 carbon atoms.
 本開示の一態様に係る接合用ペーストは、前記銀粒子(A)の含有率が、接合ペーストの質量を基準として、80~95質量%であることを特徴とする。 The bonding paste according to one embodiment of the present disclosure is characterized in that the content of the silver particles (A) is 80 to 95 mass % based on the mass of the bonding paste.
 本開示の一態様に係る接合体は、上記接合用ペーストによって、第一の被接合部と第二の被接合部とが接合されたことを特徴とする。 The bonded body according to one aspect of the present disclosure is characterized in that a first bonded portion and a second bonded portion are bonded by the bonding paste.
 本開示の一態様に係る接合体は、前記第一の被接合部が、メッキレス基材であることを特徴とする。 The joined body according to one embodiment of the present disclosure is characterized in that the first joined portion is a non-plated substrate.
 本開示の一態様に係る接合体は、前記第二の被接合部が、SiCであることを特徴とする。 The bonded body according to one embodiment of the present disclosure is characterized in that the second bonded portion is made of SiC.
 本開示の一態様に係る接合体の製造方法は、上記接合用ペーストによって、第一の被接合部と第二の被接合部とが接合された接合体の製造方法であって、下記工程を含むことを特徴とする。
(1)接合用ペーストを第一の被接合体に塗布する工程。
(2)接合用ペーストを塗布した第一の被接合部の塗布部に第二の被接合部を載置する工程。
(2a)載置した積層体を加熱して予備乾燥する工程。
(3)載置した積層体を無加圧環境下で焼結する工程。
A method for producing a joined body according to one embodiment of the present disclosure is a method for producing a joined body in which a first joined portion and a second joined portion are joined by the above-mentioned joining paste, and is characterized in that it includes the following steps.
(1) A step of applying a bonding paste to a first object to be bonded.
(2) A step of placing a second part to be joined on the application portion of the first part to be joined that has been applied with the joining paste.
(2a) A step of pre-drying the placed laminate by heating.
(3) A step of sintering the placed laminate in a pressureless environment.
 本発明により、銀粒子を用いており、接合された箇所の接合強度が高く、冷熱サイクルに伴う接合強度の低下が抑制された、無加圧でも接合が可能な接合用ペースト、及び該接合ペーストを用いた接合体を提供することができる。これにより、面積の大きなSiC素子を無加圧で接合した場合であっても、優れた接合強度と冷熱サイクル特性とを発揮することができる。 The present invention provides a bonding paste that uses silver particles, has high bonding strength at the bonded points, and is suppressed from decreasing in bonding strength due to thermal cycles, and can bond without pressure, as well as a bonded body using the bonding paste. As a result, even when large-area SiC elements are bonded without pressure, excellent bonding strength and thermal cycle characteristics can be achieved.
 本明細書では、「平均粒子径が100nm~500nmである銀粒子(A)」を「銀粒子(A)」、「二級窒素原子及び三級窒素原子からなる群より選ばれる少なくとも一種の窒素原子を有し、且つ水酸基数が4以上である化合物(B)」を「化合物(B)」と略記することがある。 In this specification, "silver particles (A) having an average particle size of 100 nm to 500 nm" may be abbreviated as "silver particles (A)," and "compound (B) having at least one nitrogen atom selected from the group consisting of secondary nitrogen atoms and tertiary nitrogen atoms and having four or more hydroxyl groups" may be abbreviated as "compound (B)."
 本開示の接合用ペーストは、平均粒子径が100nm~500nmである銀粒子(A)、二級窒素原子及び三級窒素原子からなる群より選ばれる少なくとも一種の窒素原子を有し、且つ水酸基数が4以上である化合物(B)、並びに、分散媒(C)を含有することを特徴とする。
 本開示の接合用ペーストは、銀粒子(A)と所定の構造を備える化合物(B)とを組み合わせることで、化合物(B)の高い不揮発性により、所定の粒子径を有する銀粒子(A)の焼結段階において、基材への濡れ性が向上し、且つ塗膜中の空隙ボイドの生成が抑制されて、無加圧接合においても緻密な塗膜が形成される。
 さらに、被接合部がメッキレス銅のようなメッキ処理を施していない基材(メッキレス基材)である場合、焼結時の加温によって、メッキレス基材の表面が酸化され酸化物を形成するため、銀粒子と酸化物に被覆されたメッキレス基材との接合が不十分となり、接合強度の低下や冷熱サイクル特性が悪化する傾向にある。しかしながら、化合物(B)を含むことで、化合物(B)の還元機能によりメッキレス基材の表面の酸化が抑制、及び/又は、酸化物が還元され、銀粒子(A)とメッキレス基材との間で強固な接合が可能となる。そのため、接合強度の向上や良好な冷熱サイクル特性を得るだけでなく、基材にメッキ処理を施すことや、基材を予め洗浄する等の所作を省くことができる。
 上記により、無加圧接合、並びに、メッキレス基材及び大面積のSiC半導体素子のような安定した接合が困難な被接合部の接合においても、ボイドの生成が抑制され優れた接合強度や冷熱サイクル後の接合強度を発揮することができる。
The bonding paste of the present disclosure is characterized by containing silver particles (A) having an average particle size of 100 nm to 500 nm, a compound (B) having at least one type of nitrogen atom selected from the group consisting of secondary nitrogen atoms and tertiary nitrogen atoms and having four or more hydroxyl groups, and a dispersion medium (C).
The bonding paste of the present disclosure combines silver particles (A) with a compound (B) having a predetermined structure, and due to the high non-volatility of compound (B), the wettability of silver particles (A) having a predetermined particle size to the substrate is improved at the sintering stage, and the generation of voids in the coating film is suppressed, resulting in the formation of a dense coating film even in pressureless bonding.
Furthermore, when the bonded portion is a substrate (plating-free substrate) that has not been plated, such as plated copper, the surface of the plating-free substrate is oxidized to form an oxide by heating during sintering, and the bonding between the silver particles and the plating-free substrate covered with the oxide tends to be insufficient, resulting in a decrease in bonding strength and a deterioration in thermal cycle characteristics. However, by including the compound (B), the oxidation of the surface of the plating-free substrate is suppressed and/or the oxide is reduced by the reducing function of the compound (B), and strong bonding between the silver particles (A) and the plating-free substrate is possible. Therefore, not only can the bonding strength be improved and good thermal cycle characteristics be obtained, but also the steps of plating the substrate or cleaning the substrate in advance can be omitted.
As a result, even in pressureless bonding, and in bonding of parts that are difficult to bond stably, such as plating-free substrates and large-area SiC semiconductor elements, the generation of voids is suppressed, and excellent bonding strength and bonding strength after thermal cycles can be exhibited.
<銀粒子(A)>
 銀粒子(A)は、接合体の導電性及び熱伝導性を発現し、且つ焼結の過程で被接合体を接合する役割を担うものであり、銀を含む合金、酸化銀、金属(銀を除く)を核体としその表面を銀で被覆した銀コート粒子も含む。銀粒子(A)を用いることで、優れた強度を有する接合体が得られる。また、幅広い焼成温度に対応することができ、大気圧下、窒素雰囲気、真空中、又は還元雰囲気等の様々な焼成環境にも対応できる。
<Silver Particles (A)>
The silver particles (A) exert the electrical conductivity and thermal conductivity of the bonded body and play a role in bonding the bonded bodies during the sintering process, and include silver-coated particles in which a core body is an alloy containing silver, silver oxide, or a metal (except silver) and the surface of the core body is coated with silver. By using the silver particles (A), a bonded body having excellent strength can be obtained. In addition, the silver particles (A) can be used at a wide range of firing temperatures and can be used in various firing environments such as atmospheric pressure, nitrogen atmosphere, vacuum, or reducing atmosphere.
 銀粒子(A)は、平均粒子径が100nm~500nmの範囲にあることで、接合ペーストが加熱及び焼結される200℃から350℃の温度範囲で粒子同士が溶融又は結着(以下、焼結ともいう)する機能を有し、バルクの金属に変化することが可能となっている。その結果、被接合体を接合するに至る。以下、被接合体の間に存在する銀粒子(A)が焼結することで形成される部位を接合層と呼ぶ。 The silver particles (A) have an average particle size in the range of 100 nm to 500 nm, and therefore have the ability to melt or bond together (hereinafter also referred to as sintering) in the temperature range of 200°C to 350°C at which the bonding paste is heated and sintered, making it possible for the particles to change into bulk metal. As a result, the objects to be bonded are bonded together. Hereinafter, the area formed by sintering the silver particles (A) between the objects to be bonded is referred to as the bonding layer.
 本開示では、特定の平均粒子径を有する銀粒子(A)を用いることが重要である。本明細書でいう「平均粒子径」とは、実施例に記載した測定方法よって求められた体積基準の50%積算粒子径分布粒子径(d50)を意味する。銀粒子(A)のd50は100~500nmであり、好ましくは150nm以上、より好ましくは180nm以上、さらに好ましくは、200nm以上である。また、銀粒子(A)のd50は、好ましくは450nm以下、より好ましくは400nm以下、さらに好ましくは350nm以下、特に好ましくは300nm以下である。 In this disclosure, it is important to use silver particles (A) having a specific average particle size. In this specification, "average particle size" means the 50% cumulative particle size distribution particle size (d50) on a volume basis determined by the measurement method described in the Examples. The d50 of silver particles (A) is 100 to 500 nm, preferably 150 nm or more, more preferably 180 nm or more, and even more preferably 200 nm or more. In addition, the d50 of silver particles (A) is preferably 450 nm or less, more preferably 400 nm or less, even more preferably 350 nm or less, and particularly preferably 300 nm or less.
 銀粒子(A)は、表面を有機成分(a)で被覆されていることが好ましい。すなわち、銀粒子(A)は、銀粒子の表面が有機成分(a)で被覆されている粒子であることが好ましく、被覆された有機成分(a)を保護剤ともいう。有機成分(a)で被覆されていると接合用ペーストの保存安定性が増すことが期待できる。有機成分(a)としては、脂肪酸、脂肪族アミン、脂肪族アルコール等が挙げられるが、飽和又は不飽和の脂肪酸であることが好ましく、炭素数が3~18の飽和又は不飽和の脂肪酸であることがより好ましく、炭素数が6~18の飽和又は不飽和の脂肪酸であることがさらに好ましい。有機成分(a)は、1種又は2種以上含んでいてもよい。 The silver particles (A) are preferably surface-coated with an organic component (a). That is, the silver particles (A) are preferably particles whose surfaces are coated with an organic component (a), and the coated organic component (a) is also called a protective agent. When coated with the organic component (a), it is expected that the storage stability of the joining paste will increase. Examples of the organic component (a) include fatty acids, aliphatic amines, and aliphatic alcohols, and saturated or unsaturated fatty acids are preferred, saturated or unsaturated fatty acids having 3 to 18 carbon atoms are more preferred, and saturated or unsaturated fatty acids having 6 to 18 carbon atoms are even more preferred. The organic component (a) may contain one or more types.
 銀粒子(A)は、単独で使用してもよいし、複数組み合わせて使用してもよい。また、必要に応じて、銀粒子(A)以外の金属粒子を併用してもよい。銀粒子(A)以外の金属粒子を併用する場合は、平均粒子径500nmを超える粒子径の金属粒子を組み合わせてもよく、平均粒子径1000nmを超える粒子径の金属粒子を組み合わせてもよい。 Silver particles (A) may be used alone or in combination. If necessary, metal particles other than silver particles (A) may be used in combination. When metal particles other than silver particles (A) are used in combination, metal particles having an average particle diameter of more than 500 nm may be combined, or metal particles having an average particle diameter of more than 1000 nm may be combined.
<化合物(B)>
 本開示の接合用ペーストは、二級窒素原子及び三級窒素原子からなる群より選ばれる少なくとも一種の窒素原子を有し、且つ水酸基数が4以上である化合物(B)を含有する。
 化合物(B)は、銀粒子(A)を均一に分散させる機能を担い、経時での銀粒子(A)の凝集を抑制し、さらに良好な粘度特性、及び塗工性を可能とする。詳細には、二級窒素原子及び三級窒素原子は、銀粒子(A)や被接合部を還元する機能に優れる。また、二級窒素原子及び三級窒素原子は銀粒子(A)との結合性に優れるため、分散性を向上させる。特に、三級窒素原子は分岐構造を有するため、立体障害効果により分散性に優れる。
 また、二級窒素原子及び三級窒素原子は、銀粒子(A)や被接合部を還元する機能に優れるため、化合物(B)を含むことで、銀粒子(A)が還元され、焼結後の銀層は強固なものとなる。また、被接合部である基材表面の酸化が抑制され、界面の接合力が強化される。
 さらに、化合物(B)は、焼成時に銀粒子(A)に流動性を付与し、焼結後の銀層を緻密化する機能を担う。
 化合物(B)は、接合強度、冷熱サイクル特性の観点から、三級窒素原子を有することが好ましく、好ましくは、三級窒素原子数が1~3、より好ましくは2~3である。三級窒素原子数が2以上であることで、銀粒子(A)との結合性が高まり、分散性が顕著に向上する。また三級窒素原子は、銀粒子(A)や被接合部を還元する機能を有しており、三級窒素原子数が2以上であることで、還元機能が高まる。
 また、化合物(B)の水酸基数は、分散性及び還元機能の観点から、好ましくは4~6である。特に、水酸基は銀粒子(A)との結合性に優れるため、分散性を向上させる傾向にあり、水酸基数が4以上であることで銀粒子(A)との結合性が高まり、分散性が顕著に向上する。また水酸基は、銀粒子(A)や被接合部を還元する機能を有しており、水酸基数が4以上であることで、還元機能が大きく向上する。
<Compound (B)>
The bonding paste of the present disclosure contains a compound (B) having at least one type of nitrogen atom selected from the group consisting of secondary nitrogen atoms and tertiary nitrogen atoms, and having four or more hydroxyl groups.
The compound (B) has the function of uniformly dispersing the silver particles (A), suppressing the aggregation of the silver particles (A) over time, and enabling better viscosity characteristics and coatability. In particular, the secondary nitrogen atom and the tertiary nitrogen atom have an excellent function of reducing the silver particles (A) and the bonded portion. In addition, the secondary nitrogen atom and the tertiary nitrogen atom have excellent bonding properties with the silver particles (A), improving dispersibility. In particular, the tertiary nitrogen atom has a branched structure, and therefore has excellent dispersibility due to the steric hindrance effect.
In addition, since secondary nitrogen atoms and tertiary nitrogen atoms have an excellent function of reducing the silver particles (A) and the bonded portion, the inclusion of the compound (B) reduces the silver particles (A) and strengthens the silver layer after sintering. In addition, oxidation of the substrate surface, which is the bonded portion, is suppressed, and the bonding strength of the interface is strengthened.
Furthermore, the compound (B) imparts fluidity to the silver particles (A) during firing and serves to densify the silver layer after sintering.
From the viewpoints of bonding strength and thermal cycle properties, compound (B) preferably has a tertiary nitrogen atom, and the number of tertiary nitrogen atoms is preferably 1 to 3, more preferably 2 to 3. When the number of tertiary nitrogen atoms is 2 or more, the bondability with silver particles (A) is enhanced and dispersibility is significantly improved. In addition, the tertiary nitrogen atom has a function of reducing silver particles (A) and the bonded portion, and when the number of tertiary nitrogen atoms is 2 or more, the reducing function is enhanced.
From the viewpoints of dispersibility and reducing function, the number of hydroxyl groups in compound (B) is preferably 4 to 6. In particular, hydroxyl groups have excellent bonding properties with silver particles (A) and therefore tend to improve dispersibility, and a hydroxyl group number of 4 or more enhances bonding properties with silver particles (A) and significantly improves dispersibility. Hydroxyl groups also have the function of reducing silver particles (A) and the bonded portions, and a hydroxyl group number of 4 or more significantly improves the reducing function.
 化合物(B)は、25℃において液状の化合物であることが好ましい。本明細書において、液状とは、固体状ではなく流動性を有しており、E型粘度計を用いて25℃、2.5rpmの条件で測定される粘度が1000Pa・s以下であることを意味する。
 25℃において液状であることで、溶剤乾燥から焼結の過程において被接合部との接合界面における濡れ性が増し、接触面積が増大する。その結果、強固な接合界面を有する接合体を製造することが可能となる。また、溶剤乾燥から焼結の過程において、接合層中にボイドが形成された場合であっても、接合用ペーストの流動性が増すため、ボイド等の欠陥部に液状の化合物(B)が流入し、欠陥の少ない接合層及び接合体を得ることが可能となる。
The compound (B) is preferably a compound that is liquid at 25° C. In this specification, liquid means that the compound is not solid but has fluidity, and has a viscosity of 1000 Pa s or less as measured using an E-type viscometer at 25° C. and 2.5 rpm.
Being liquid at 25°C increases the wettability at the bonding interface with the bonded parts during the process from solvent drying to sintering, and the contact area increases. As a result, it is possible to manufacture a bonded body having a strong bonding interface. In addition, even if voids are formed in the bonding layer during the process from solvent drying to sintering, the fluidity of the bonding paste increases, so that the liquid compound (B) flows into defective parts such as voids, making it possible to obtain a bonding layer and bonded body with fewer defects.
 一般に、銀粒子(A)は粉体であるため、化合物(B)を含まない場合、接合用ペースト中から後述する分散媒(C)が揮発するに伴い、被接合部との界面形成をしにくくなる。しかしながら、本開示の化合物(B)を含むことで、分散媒(C)の一部又は全部が揮発した後も、液状組成物として存在できるため、被接合部と一体となった良好な接合界面を形成することができる。
 また、接合層中の欠陥(ボイド)の要因の一つとして、分散媒(C)の揮発が不十分であった場合に、焼成温度帯で急激に分散媒(C)が揮発することが挙げられるが、化合物(B)を含むことで、分散媒(C)が乾燥し除去された後でも、塗膜が流動し、接合界面を形成することができる。これにより、分散媒(C)を予め乾燥させる予備乾燥工程を設けることができ、より欠陥の少ない接合層を形成することが可能となる。
 また、化合物(B)が銀粒子(A)の焼結温度領域で液状である性質を有する場合、被接合部との接合界面における濡れ性が向上し、接触面積が増大するため、より強固な接合界面を有する接合体を得ることができる。さらに、焼結時の接合層にボイドが生じたとしても、接合ペーストが流動性を有するため、ボイド部に液状の化合物(B)が流入し、ボイドを低減することができる。
Generally, since the silver particles (A) are powder, when the compound (B) is not included, as the dispersion medium (C) described later volatilizes from the bonding paste, it becomes difficult to form an interface with the bonded parts. However, by including the compound (B) of the present disclosure, the bonding paste can exist as a liquid composition even after a part or all of the dispersion medium (C) has volatilized, so that a good bonding interface that is integrated with the bonded parts can be formed.
In addition, one of the causes of defects (voids) in the bonding layer is the sudden evaporation of the dispersion medium (C) at the firing temperature range when the dispersion medium (C) is insufficiently evaporated, but by including the compound (B), the coating film can flow and form a bonding interface even after the dispersion medium (C) has dried and been removed. This makes it possible to provide a pre-drying step for drying the dispersion medium (C) in advance, and to form a bonding layer with fewer defects.
In addition, when the compound (B) has a property of being liquid in the sintering temperature range of the silver particles (A), the wettability at the bonding interface with the bonded parts is improved and the contact area is increased, so that a bonded body having a stronger bonding interface can be obtained. Furthermore, even if voids are generated in the bonding layer during sintering, the bonding paste has fluidity, so that the liquid compound (B) flows into the voids, thereby reducing the voids.
 化合物(B)の具体例としては、例えば、ビス(2-ヒドロキシエチル)アミノトリス(ヒドロキシメチル)メタン(三級窒素原子数1、水酸基数5)、N,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシエチル)エチレンジアミン(三級窒素原子数2、水酸基数4)、N,N,N',N'',N''-ペンタキス(2-ヒドロキシエチル)ジエチレントリアミン(三級窒素原子数3、水酸基数5)、N,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン(三級窒素原子数2、水酸基数4)、1,3-ビス〔トリス(ヒドロキシメチル)メチルアミノ〕プロパン(二級窒素原子数2、水酸基数6)、N,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシエチル)アジポアミド(三級窒素原子数2、水酸基数4)、ビス(2-ヒドロキシプロピル)アミノトリス(ヒドロキシメチル)メタン(三級窒素原子数1、水酸基数5)、N,N,N',N'',N''-ペンタキス(2-ヒドロキシプロピル)ジエチレントリアミン(三級窒素原子数3、水酸基数5)が挙げられる。
 特にビス(2-ヒドロキシエチル)アミノトリス(ヒドロキシメチル)メタン、N,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシエチル)エチレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミンが好ましく用いられる。これら化合物(B)は単独で使用してもよいし、複数組み合わせて使用してもよい。
Specific examples of the compound (B) include bis(2-hydroxyethyl)aminotris(hydroxymethyl)methane (1 tertiary nitrogen atom, 5 hydroxyl groups), N,N,N',N'-tetrakis(2-hydroxyethyl)ethylenediamine (2 tertiary nitrogen atoms, 4 hydroxyl groups), N,N,N',N'',N''-pentakis(2-hydroxyethyl)diethylenetriamine (3 tertiary nitrogen atoms, 5 hydroxyl groups), N,N,N',N'-tetrakis(2-hydroxypropyl)ethylenediamine (3 tertiary nitrogen atoms, 5 hydroxyl groups), number of tertiary nitrogen atoms: 1, number of hydroxyl groups: 5), 1,3-bis[tris(hydroxymethyl)methylamino]propane (number of secondary nitrogen atoms: 2, number of hydroxyl groups: 6), N,N,N',N'-tetrakis(2-hydroxyethyl)adipamide (number of tertiary nitrogen atoms: 2, number of hydroxyl groups: 4), bis(2-hydroxypropyl)aminotris(hydroxymethyl)methane (number of tertiary nitrogen atoms: 1, number of hydroxyl groups: 5), and N,N,N',N'',N''-pentakis(2-hydroxypropyl)diethylenetriamine (number of tertiary nitrogen atoms: 3, number of hydroxyl groups: 5.
In particular, bis(2-hydroxyethyl)aminotris(hydroxymethyl)methane, N,N,N',N'-tetrakis(2-hydroxyethyl)ethylenediamine, and N,N,N',N'-tetrakis(2-hydroxypropyl)ethylenediamine are preferably used. These compounds (B) may be used alone or in combination.
 化合物(B)の含有率は、銀粒子(A)の質量を基準として、好ましくは0.02質量%以上である。0.02質量%以上であると、銀粒子(A)の分散性を向上させ、また、塗膜に化合物(B)が残存した状態で焼結が進行し、塗膜が流動性を有した状態で焼結が進むため、基材への密着性、及び接合層の欠陥が低減する。分散性、基材への密着性、接合層の欠陥低減の観点から、より好ましくは0.05質量%以上、さらに好ましくは0.10質量%以上である。
 また、化合物(B)の含有率は、銀粒子(A)の質量を基準として、好ましくは2.00質量%以下である。2.00質量%以下であることで、焼結後塗膜への残存量を低減することができ、接合強度及び冷熱サイクル特性に優れる。残存量低減の観点から、より好ましくは1.0質量%以下、さらに好ましくは0.5質量%以下である。
The content of the compound (B) is preferably 0.02% by mass or more based on the mass of the silver particles (A). If it is 0.02% by mass or more, the dispersibility of the silver particles (A) is improved, and sintering proceeds with the compound (B) remaining in the coating film, and the coating film has fluidity, so that adhesion to the substrate and defects in the bonding layer are reduced. From the viewpoints of dispersibility, adhesion to the substrate, and reduction of defects in the bonding layer, it is more preferably 0.05% by mass or more, and even more preferably 0.10% by mass or more.
The content of the compound (B) is preferably 2.00% by mass or less based on the mass of the silver particles (A). By making it 2.00% by mass or less, the amount remaining in the coating film after sintering can be reduced, and the bonding strength and thermal cycle properties are excellent. From the viewpoint of reducing the amount remaining, it is more preferably 1.0% by mass or less, and even more preferably 0.5% by mass or less.
<分散媒(C)>
 本開示の接合用ペーストは、分散媒(C)(ただし化合物(B)及び後述の化合物(D)を除く)を含有する。分散媒(C)は、銀粒子(A)と化合物(B)を分散する機能を担う。また、分散媒(C)は、銀の焼結工程において塗膜に流動性を付与する役割を担う。分散媒(C)の炭素数は、好ましくは20未満である。
<Dispersion medium (C)>
The bonding paste of the present disclosure contains a dispersion medium (C) (excluding compound (B) and compound (D) described below). The dispersion medium (C) serves to disperse silver particles (A) and compound (B). The dispersion medium (C) also serves to impart fluidity to the coating film in the silver sintering process. The number of carbon atoms in the dispersion medium (C) is preferably less than 20.
 分散媒(C)は、銀粒子(A)と化合物(B)とを均一に分散することできればよく、具体例としては、例えば、ターピネオール、ジヒドロターピネオール、ジヒドロターピニルアセテート、テルソルブTOE-100、テルソルブMTPH(日本テルペン化学株式会社製)、テキサノール(2,2,4-トリメチルペンタン-1,3-ジオールモノイソブチラート)、カルビトール、カルビトールアセテート、ブチルカルビトール、イソホロン、γ-ブチルラクトン、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールメチル-n-プロピルエーテル、3-メトキシ-3-メチルブチルアセテート、エチレングリコール、プロピレングリコールジアセテート、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、1,3-ブチレングリコール、1,3ブタンジオール、1,4ブタンジオール、2エチル1,3ヘキサンジオール、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノブチルエーテル、ポリエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、炭化水素系溶剤に含まれるイソパラフィン系溶剤が挙げられるが、これらに限定されない。 The dispersion medium (C) may be any medium capable of uniformly dispersing the silver particles (A) and the compound (B). Specific examples include, for example, terpineol, dihydroterpineol, dihydroterpinyl acetate, Tersolve TOE-100, Tersolve MTPH (manufactured by Nippon Terpene Chemical Co., Ltd.), Texanol (2,2,4-trimethylpentane-1,3-diol monoisobutyrate), carbitol, carbitol acetate, butyl carbitol, isophorone, γ-butyrolactone, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol methyl-n-propyl ether, 3-methoxy-3-methylbutyl acetate, ethylene glycol, propylene glycol. Examples of such solvents include, but are not limited to, isoparaffin-based solvents contained in hydrocarbon solvents, such as diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monohexyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, tetraethylene glycol monobutyl ether, polyethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, and isoparaffin-based solvents contained in hydrocarbon solvents.
 分散媒(C)は、沸点が200℃以上である分散媒を含むことが好ましい。沸点が200℃以上である分散媒を含むと、銀の焼結工程において、塗膜内の分散媒は比較的緩やかに乾燥減少するため、塗膜は高い流動性を維持したまま焼結することができる。これにより、被接合部との密着性の向上や、より欠陥の少ない強固な接合体を得ることが可能となる。分散媒(C)の質量に占める、沸点が200℃以上である分散媒の割合は、好ましくは70質量%以上である。 The dispersion medium (C) preferably contains a dispersion medium with a boiling point of 200°C or higher. If it contains a dispersion medium with a boiling point of 200°C or higher, the dispersion medium in the coating dries and reduces relatively slowly during the silver sintering process, so the coating can be sintered while maintaining high fluidity. This makes it possible to improve adhesion to the parts to be joined and to obtain a stronger bonded body with fewer defects. The proportion of the dispersion medium with a boiling point of 200°C or higher in the mass of the dispersion medium (C) is preferably 70 mass% or more.
 沸点が200℃以上である分散媒の沸点は、好ましくは240℃以上、より好ましくは250℃以上である。250℃以上であると、塗膜はより長い時間、高い流動性を維持したまま焼結することができる。そのため、より欠陥の少ない強固な接合体を形成し、冷熱サイクル性に優れるため好ましい。また、沸点は、分散媒の残留を抑制する観点から、好ましくは350℃以下である。200℃以上である分散媒を複数種含む場合は、200℃以上である分散媒の沸点は、各々の沸点とその質量比率から算出することができる。 The boiling point of the dispersion medium with a boiling point of 200°C or higher is preferably 240°C or higher, and more preferably 250°C or higher. If it is 250°C or higher, the coating film can be sintered for a longer period of time while maintaining high fluidity. This is preferable because it forms a stronger bond with fewer defects and has excellent thermal cycle properties. In addition, the boiling point is preferably 350°C or lower from the viewpoint of suppressing residual dispersion medium. When multiple types of dispersion medium with a boiling point of 200°C or higher are included, the boiling points of the dispersion mediums with a boiling point of 200°C or higher can be calculated from the boiling points of each type and their mass ratios.
 沸点が200℃以上である分散媒としては、例えば、ターピネオール、ジヒドロターピネオール、ジヒドロターピニルアセテート、テルソルブTOE-100、テルソルブMTPH(日本テルペン化学株式会社製)、テキサノール(2,2,4-トリメチルペンタン-1,3-ジオールモノイソブチラート)、イソホロン、γ-ブチルラクトン、ジプロピレン、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ポリエチレングリコールモノブチルエーテル、沸点200℃以上の炭化水素系溶剤が挙げられるが、これらに限定されない。これら沸点が200℃以上である分散媒は、単独又は複数を組み合わせて用いることができる。 Examples of dispersion media with a boiling point of 200°C or higher include, but are not limited to, terpineol, dihydroterpineol, dihydroterpinyl acetate, Tersolve TOE-100, Tersolve MTPH (manufactured by Nippon Terpene Chemical Co., Ltd.), Texanol (2,2,4-trimethylpentane-1,3-diol monoisobutyrate), isophorone, γ-butyrolactone, dipropylene, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2-ethyl-1,3-hexanediol, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monohexyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, tetraethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, polyethylene glycol monobutyl ether, and hydrocarbon solvents with a boiling point of 200°C or higher. These dispersion media with a boiling point of 200°C or higher can be used alone or in combination.
 沸点が200℃以上である分散媒の中で、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール等のジオール系;ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノブチルエーテル、ポリエチレングリコールモノブチルエーテル等のグリコールエーテル系;が好ましく用いられる。より好ましくは、グリコールエーテル系である。
 沸点が250℃以上であるグリコールエーテル系の分散媒としては、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノブチルエーテル、ポリエチレングリコールモノブチルエーテルが特に好ましく用いられる。
Among the dispersion media having a boiling point of 200° C. or higher, diol-based dispersion media such as 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, and 2-ethyl-1,3-hexanediol, and glycol ether-based dispersion media such as diethylene glycol monohexyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, tetraethylene glycol monobutyl ether, and polyethylene glycol monobutyl ether are preferably used. Glycol ether-based dispersion media are more preferred.
As glycol ether-based dispersion media having a boiling point of 250° C. or higher, diethylene glycol monohexyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, tetraethylene glycol monobutyl ether, and polyethylene glycol monobutyl ether are particularly preferably used.
 特に好ましくは、分散媒(C)の沸点は250℃以上である。分散媒(C)が分散媒を複数種含む場合は、各々の分散媒の沸点とその質量比率から、分散媒(C)の沸点として算出することができる。
 分散媒(C)全体としての沸点が250℃以上であると、銀の焼結工程において、塗膜内の分散媒は比較的緩やかに乾燥減少するため、塗膜は高い流動性を維持したまま焼結することができる。これにより、被接合部との密着性の向上や、より欠陥の少ない強固な接合体を得ることが可能となるため好ましい。
Particularly preferably, the boiling point of the dispersion medium (C) is 250° C. or higher. When the dispersion medium (C) contains a plurality of dispersion mediums, the boiling point of the dispersion medium (C) can be calculated from the boiling points of the respective dispersion mediums and their mass ratios.
If the boiling point of the dispersion medium (C) as a whole is 250° C. or higher, the dispersion medium in the coating film dries and decreases relatively slowly in the silver sintering process, so that the coating film can be sintered while maintaining high fluidity. This is preferable because it improves the adhesion with the bonded parts and makes it possible to obtain a stronger bonded body with fewer defects.
<焼結温度、50%重量減少温度>
 本開示の接合用ペーストは、銀粒子(A)の焼結温度をT1℃、化合物(B)の50%重量減少温度をT2℃、分散媒(C)の50%重量減少温度をT3℃とした場合に、T3<T1<(T2+10)を満たすことが好ましい。この際、T3<T2を満たすことが好ましい。このように、分散媒(C)の50%重量減少温度T3を、銀粒子(A)の50%重量減少温度T1、化合物(B)の50%重量減少温度T2より低くし、且つ、化合物(B)の50%重量減少温度T2を、銀粒子(A)の50%重量減少温度T1(焼結温度)より10℃程度低い温度を超える温度帯とすることで、最初に分散媒(C)が揮発除去し、且つ、銀粒子(A)の焼結時及び焼結後において化合物(B)が存在すると推察される。これにより、接合層中の欠陥が低減し、強固な接合界面の形成、及び緻密な接合が可能となり、優れた接合強度と冷熱サイクル特性を発揮すると考えられる。
<Sintering temperature, 50% weight loss temperature>
In the bonding paste of the present disclosure, when the sintering temperature of the silver particles (A) is T1 ° C., the 50% weight loss temperature of the compound (B) is T2 ° C., and the 50% weight loss temperature of the dispersion medium (C) is T3 ° C., it is preferable that T3 < T1 < (T2 + 10) is satisfied. In this case, it is preferable to satisfy T3 < T2. In this way, by making the 50% weight loss temperature T3 of the dispersion medium (C) lower than the 50% weight loss temperature T1 of the silver particles (A) and the 50% weight loss temperature T2 of the compound (B), and making the 50% weight loss temperature T2 of the compound (B) a temperature zone exceeding a temperature about 10 ° C. lower than the 50% weight loss temperature T1 (sintering temperature) of the silver particles (A), it is presumed that the dispersion medium (C) is first volatilized and removed, and the compound (B) is present during and after the sintering of the silver particles (A). This reduces defects in the bonding layer, enabling the formation of a strong bonding interface and dense bonding, which is believed to result in excellent bonding strength and thermal cycle properties.
 化合物(B)及び分散媒(C)の50%重量減少温度T2及びT3は、熱重量示差熱分析(以下、TG-DTA分析ともいう)を用いて測定することができる。測定方法としては、例えば以下の方法が挙げられる。
 熱重量示差熱分析装置(TG/DTA8122(RIGAKU社製))を用いて、窒素雰囲気下、昇温速度1℃/分で加熱し、50%重量減少した温度を、各々50%重量減少温度T2及びT3とする。化合物(B)又は分散媒(C)が2種以上の混合物である場合は、混合物を用いて上記測定を行った結果を用いる。
The 50% weight loss temperatures T2 and T3 of the compound (B) and the dispersion medium (C) can be measured by thermogravimetric differential thermal analysis (hereinafter, also referred to as TG-DTA analysis). Examples of the measurement method include the following method.
Using a thermogravimetric differential thermal analyzer (TG/DTA8122 (manufactured by RIGAKU Corporation)), the samples were heated in a nitrogen atmosphere at a heating rate of 1° C./min, and the temperatures at which the samples lost 50% weight were defined as 50% weight loss temperatures T2 and T3, respectively. When the compound (B) or the dispersion medium (C) is a mixture of two or more kinds, the results of the above measurement using the mixture are used.
 化合物(B)の50%重量減少温度T2は、好ましくは200~300℃、より好ましくは210℃~270℃であり、さらに好ましくは210℃~255℃である。200℃以上であると、焼結温度帯でも化合物(B)が十分に塗膜中に残存することができ、焼結中の塗膜の流動性が向上し、基材への密着性が向上し、接合強度に優れる。300℃以下であると、焼結後の塗膜中の残存を低減でき、接合強度や冷熱サイクル特性に優れる。 The 50% weight loss temperature T2 of compound (B) is preferably 200 to 300°C, more preferably 210 to 270°C, and even more preferably 210 to 255°C. If it is 200°C or higher, compound (B) can remain sufficiently in the coating even in the sintering temperature range, improving the fluidity of the coating during sintering, improving adhesion to the substrate, and providing excellent bonding strength. If it is 300°C or lower, it is possible to reduce the amount of compound (B) remaining in the coating after sintering, and providing excellent bonding strength and thermal cycle properties.
 銀粒子(A)の焼結温度T1は、熱重量示差熱分析(以下、TG-DTA分析ともいう)を用いて測定することができる。測定方法としては、例えば以下の方法が挙げられる。
 銀粒子(A)の焼結温度T1は、窒素雰囲気下、昇温速度1℃/分で400℃まで加熱し、保護剤を分解させ、その減量分を100としたときに、50%重量減少した温度をT1とする。
The sintering temperature T1 of the silver particles (A) can be measured using thermogravimetric differential thermal analysis (hereinafter, also referred to as TG-DTA analysis). Examples of the measurement method include the following method.
The sintering temperature T1 of silver particles (A) is defined as the temperature at which the protective agent is decomposed by heating to 400° C. in a nitrogen atmosphere at a temperature increase rate of 1° C./min, and the weight loss is defined as 100, and the temperature at which the weight is reduced by 50% is defined as T1.
<化合物(D)>
 本開示の接合用ペーストは、水酸基、カルボキシ基及びアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基(以下、官能基(d)という)を2つ以上有する炭素数20~80の化合物(D)を含有してもよい。このような化合物(D)を含むことで、分散媒(C)の一部又は全部が揮発した後も、液状組成物として存在できるため、被接合部と一体となった良好な接合界面を形成することができる。また、それぞれの官能基は、銀粒子(A)との結合性が高く、優れた分散性を発揮する。
<Compound (D)>
The bonding paste of the present disclosure may contain a compound (D) having 20 to 80 carbon atoms and having two or more functional groups (hereinafter referred to as functional group (d)) selected from the group consisting of hydroxyl groups, carboxy groups, and amino groups. By including such a compound (D), the composition can exist as a liquid composition even after a part or all of the dispersion medium (C) has volatilized, so that a good bonding interface integrated with the parts to be bonded can be formed. In addition, each functional group has high binding ability with silver particles (A) and exhibits excellent dispersibility.
 化合物(D)の炭素数は、官能基(d)中の炭素も含んだ数値を表す。したがって、化合物(D)中の官能基(d)が、カルボキシ基の場合は、このカルボキシ基中の炭素も含めた炭素数を化合物(D)の炭素数とみなす。 The number of carbon atoms in compound (D) includes the number of carbon atoms in functional group (d). Therefore, if the functional group (d) in compound (D) is a carboxy group, the number of carbon atoms in compound (D) includes the number of carbon atoms in the carboxy group.
 化合物(D)において、官能基(d)を除いた骨格(部分構造)は、有機残基であるが、炭化水素基又は複数の炭化水素基がヘテロ原子を含む連結基で結合された基であることが好ましい。このようなヘテロ原子を含む連結基としては、例えば、-O-基(エーテル基)、-C(=O)-基(カルボニル基)、-C(=O)-O-基(エステル基又はオキシカルボニル基)、-C(=O)-NH-基(アミド基又はイミノカルボニル基)が挙げられる。化合物(D)は、官能基(d)以外の官能基を有さないことが好ましい。 In compound (D), the skeleton (partial structure) excluding functional group (d) is an organic residue, but is preferably a hydrocarbon group or a group in which multiple hydrocarbon groups are bonded via a linking group containing a heteroatom. Examples of such linking groups containing a heteroatom include an -O- group (ether group), a -C(=O)- group (carbonyl group), a -C(=O)-O- group (ester group or oxycarbonyl group), and a -C(=O)-NH- group (amide group or iminocarbonyl group). It is preferable that compound (D) does not have any functional groups other than functional group (d).
 化合物(D)の性状は、特に限定されないが、本開示の接合用ペーストが焼成される温度領域である200℃~350℃において液状であることが好ましい。化合物(D)は、常温(25℃)で固体でも液状でもよいが、接合用ペースト中に均一に分散して、効果的に作用する観点から、常温で液状であることがより好ましい。 The properties of compound (D) are not particularly limited, but it is preferable that the compound (D) is liquid at 200°C to 350°C, which is the temperature range in which the joining paste of the present disclosure is fired. Compound (D) may be solid or liquid at room temperature (25°C), but it is more preferable that the compound (D) is liquid at room temperature from the viewpoint of being uniformly dispersed in the joining paste and acting effectively.
 化合物(D)が上記温度領域で液状である性質を有する場合は、被接合部との接合界面における濡れ性が増し、接触面積が増大することが期待できる。その結果、強固な接合界面を有する接合体を製造することが可能となる。また、焼結時の接合層中にボイドが形成された場合であっても、接合用ペーストの流動性が増すため、ボイド等の欠陥部に液状の化合物(D)が流入し、欠陥の少ない接合層及び接合体を得ることが可能であると考えられる。 If compound (D) has the property of being liquid in the above temperature range, it is expected that the wettability at the bonding interface with the parts to be bonded will increase, and the contact area will increase. As a result, it will be possible to manufacture a bonded body with a strong bonding interface. Furthermore, even if voids are formed in the bonding layer during sintering, the fluidity of the bonding paste will increase, so that liquid compound (D) will flow into defective parts such as voids, making it possible to obtain a bonding layer and bonded body with fewer defects.
 化合物(D)中の官能基(d)の数は、2又は3であることが好ましい。 The number of functional groups (d) in compound (D) is preferably 2 or 3.
 化合物(D)は、直鎖構造でもよいし、分岐及び/又は環状構造を有していてもよいが、分岐及び/又は環状構造を有することが好ましい。分岐及び/又は環状構造を有する場合は、結晶性が低く、良好な流動性を有する液状となりやすい点で、好ましい。 Compound (D) may have a linear structure or a branched and/or cyclic structure, but preferably has a branched and/or cyclic structure. When it has a branched and/or cyclic structure, it is preferable in that it has low crystallinity and is likely to become a liquid with good fluidity.
 化合物(D)の官能基(d)の数をnとした場合は、化合物(D)はn価の炭化水素基を有することが好ましい。化合物(D)において、官能基(d)を除いた骨格は、強固な接合体が得られる点で、n価の炭化水素基のみからなることがより好ましい。 When the number of functional groups (d) in compound (D) is n, compound (D) preferably has an n-valent hydrocarbon group. In compound (D), the skeleton excluding functional group (d) is more preferably composed only of n-valent hydrocarbon groups, in that a strong bond can be obtained.
 上記の理由から、化合物(D)は、焼結を開始した時点では直ちに蒸発しないことが好ましい。しかしながら、焼結が終了した時点では、形成された接合層中に必ずしも残存していなくてもよい。n価の炭化水素基の炭素数が30~60である場合は、焼結後の接合層中に残存する化合物(D)の量がより低減でき、より緻密な接合層が得られ易くなるため好ましい。その結果、初期の接合強度に優れ、冷熱サイクルに伴う接合強度の低下抑制が一層期待できる。 For the above reasons, it is preferable that compound (D) does not evaporate immediately when sintering begins. However, it does not necessarily have to remain in the formed bonding layer when sintering is completed. When the carbon number of the n-valent hydrocarbon group is 30 to 60, the amount of compound (D) remaining in the bonding layer after sintering can be further reduced, which is preferable because it makes it easier to obtain a denser bonding layer. As a result, the initial bonding strength is excellent, and it can be expected that the decrease in bonding strength due to thermal cycles will be further suppressed.
 直鎖構造を有する化合物(D)としては、例えば、エイコサン二酸、ヘネイコサン二酸、ドコサン二酸、テトラコサン二酸、トリアコンタン二酸、ドトリアコンタン二酸、テトラコンタン二酸、ペンタコンタン二酸、ヘキサコンタン二酸、バチルアルコールが挙げられるが、これらに限定されるものではない。 Examples of compounds (D) having a straight-chain structure include, but are not limited to, eicosane diacid, heneicosane diacid, docosane diacid, tetracosane diacid, triacontanedioic acid, dotriacontanedioic acid, tetracontanedioic acid, pentacontanedioic acid, hexacontanedioic acid, and batyl alcohol.
 分岐及び/又は環状構造を有する化合物(D)としては、例えば、ダイマー酸、トリマー酸、テトラマー酸、ダイマージオール、トリマートリオール、テトラマーテトラオール、ダイマージアミン、トリマートリアミン、テトラマーテトラミン、フィタントリオールが挙げられるが、これらに限定されるものではない。 Examples of compounds (D) having a branched and/or cyclic structure include, but are not limited to, dimer acid, trimer acid, tetramer acid, dimer diol, trimer triol, tetramer tetraol, dimer diamine, trimer triamine, tetramer tetramine, and phytantriol.
 中でも、化合物(D)としては、先に述べた理由から、ダイマー酸、トリマー酸、ダイマージオール、トリマートリオール、ダイマージアミン、及びトリマートリアミンからなる群より選ばれる化合物であることがより好ましい。 Of these, for the reasons mentioned above, it is more preferable that compound (D) is a compound selected from the group consisting of dimer acid, trimer acid, dimer diol, trimer triol, dimer diamine, and trimer triamine.
 ダイマー酸、トリマー酸及びテトラマー酸は、不飽和脂肪酸の多量化反応で製造することができる。例えば、オレイン酸(炭素数18)とリノール酸(炭素数18)とのDiels-Alder反応や、ラジカル反応によって製造することができる。ダイマー酸の炭素数は36若しくは44、トリマー酸の炭素数は54、テトラマー酸の炭素数は72であることが好ましい。また、原料となる不飽和脂肪酸の炭素数を適宜変更することで、上記以外の炭素数を有する化合物(D)を製造することが可能である。尚、本明細書では、炭素数12以上の不飽和脂肪酸の二量体、三量体及び四量体を、それぞれダイマー酸、トリマー酸及びテトラマー酸と呼称するものとする。 Dimer acid, trimer acid, and tetramer acid can be produced by the polymerization reaction of unsaturated fatty acids. For example, they can be produced by the Diels-Alder reaction between oleic acid (carbon number 18) and linoleic acid (carbon number 18) or by radical reaction. The carbon number of dimer acid is preferably 36 or 44, the carbon number of trimer acid is preferably 54, and the carbon number of tetramer acid is preferably 72. In addition, by appropriately changing the carbon number of the unsaturated fatty acid used as the raw material, it is possible to produce a compound (D) having a carbon number other than the above. In this specification, the dimer, trimer, and tetramer of unsaturated fatty acids having 12 or more carbon atoms are referred to as dimer acid, trimer acid, and tetramer acid, respectively.
 ダイマージオールはダイマー酸のカルボキシ基を、トリマートリオールはトリマー酸のカルボキシ基を、テトラマーテトラオールはテトラマー酸のカルボキシ基を、それぞれ、水酸基に還元した構造を有している。ダイマージオールの炭素数は36、トリマートリオールの炭素数は54、テトラマーテトラオールの炭素数は72であることが好ましい。 Dimer diol has a structure in which the carboxy group of dimer acid has been reduced to a hydroxyl group, trimer triol has a structure in which the carboxy group of trimer acid has been reduced to a hydroxyl group, and tetramer tetraol has a structure in which the carboxy group of tetramer acid has been reduced to a hydroxyl group. It is preferable that the carbon number of dimer diol is 36, the carbon number of trimer triol is 54, and the carbon number of tetramer tetraol is 72.
 ダイマージアミンはダイマー酸のカルボキシ基を、トリマートリアミンはトリマー酸のカルボキシ基を、テトラマーテトラミンはテトラマー酸のカルボキシ基を、それぞれ、アミノ基に官能基変換した構造を有している。ダイマージアミンの炭素数は36、トリマートリアミンの炭素数は54、テトラマーテトラミンの炭素数は72であることが好ましい。 Dimer diamine has a structure in which the carboxy group of dimer acid, trimer triamine has a structure in which the carboxy group of trimer acid, and tetramer tetramine has a structure in which the carboxy group of tetramer acid are converted to an amino group as a functional group. It is preferable that the carbon number of dimer diamine is 36, the carbon number of trimer triamine is 54, and the carbon number of tetramer tetramine is 72.
 化合物(D)は、製法上、多量化度が異なる化合物の混合物である場合があるが、異なる多量体の混合物として使用してもよいし、特定の単一化合物を使用してもよい。 Due to the manufacturing process, compound (D) may be a mixture of compounds with different degrees of polymerization, but it may be used as a mixture of different polymerizations, or a specific single compound may be used.
 本開示の接合用ペーストにおいて、化合物(D)の含有量は、銀粒子(A)100質量部に対して、好ましくは0.05~2.0質量部、より好ましくは0.1~1.0質量部である。この範囲であれば、初期の接合強度に特に優れ、冷熱サイクルに伴う接合強度の低下を抑制された接合体を得ることが可能である。 In the bonding paste of the present disclosure, the content of compound (D) is preferably 0.05 to 2.0 parts by mass, and more preferably 0.1 to 1.0 parts by mass, per 100 parts by mass of silver particles (A). Within this range, it is possible to obtain a bonded body that is particularly excellent in initial bonding strength and in which the decrease in bonding strength due to thermal cycles is suppressed.
[化合物(Dx)]
 本開示の接合用ペーストは、化合物(D)として、カルボキシ基を3つ有する炭素数が20~80の化合物(Dx)を含むことが好ましい。化合物(Dx)は、直鎖構造でもよいし、分岐及び/又は環状構造を有していてもよいが、分岐及び/又は環状構造を有することが好ましい。分岐及び/又は環状構造を有する場合は、結晶性が低く、良好な流動性を有する液状となりやすい点で、好ましい。化合物(Dx)は3価の炭化水素基を有することが好ましい。化合物(Dx)において、カルボキシ基を除いた骨格は、強固な接合体が得られる点で、3価の炭化水素基のみからなることがより好ましい。分岐及び/又は環状構造である化合物(Dx)の具体例としては、トリマー酸が挙げられ、好適に用いられる。
[Compound (Dx)]
The bonding paste of the present disclosure preferably contains, as the compound (D), a compound (Dx) having 20 to 80 carbon atoms and three carboxy groups. The compound (Dx) may have a linear structure or a branched and/or cyclic structure, but preferably has a branched and/or cyclic structure. When the compound (Dx) has a branched and/or cyclic structure, it is preferable that the compound (Dx) has a branched and/or cyclic structure, since the compound (Dx) is likely to be liquid with low crystallinity and good fluidity. The compound (Dx) preferably has a trivalent hydrocarbon group. In the compound (Dx), the skeleton excluding the carboxy group is more preferably composed of only a trivalent hydrocarbon group, since a strong bonded body can be obtained. A specific example of the compound (Dx) having a branched and/or cyclic structure is trimer acid, which is preferably used.
 本開示の接合用ペーストは、化合物(Dx)を、銀粒子(A)100質量部に対して、0.03~2.0質量部含有することが好ましい。上記範囲量であることで、メッキ処理されていない被接合基材を用いた場合等、より厳しい条件においても、優れた接合強度と冷熱サイクル特性を発揮することができる。 The bonding paste of the present disclosure preferably contains 0.03 to 2.0 parts by mass of compound (Dx) per 100 parts by mass of silver particles (A). By containing the compound (Dx) in the above range, it is possible to exhibit excellent bonding strength and thermal cycle properties even under more severe conditions, such as when a non-plated substrate is used for bonding.
[化合物(Dy)]
 本開示の接合用ペーストは、化合物(D)としてさらに、カルボキシ基を2つ有する炭素数が20~80の化合物(Dy)を含むことが好ましい。上述する化合物(Dx)と、カルボキシ基数が異なる化合物(Dy)とは、揮発又は分解する温度が異なり、化合物(Dy)は、化合物(Dx)より揮発又は分解する温度が低い。そのため、これらを組み合わせて用いると、銀の焼結工程において、特定の温度で一斉に揮発又は分解することを抑制できる。そのため、塗膜はより長い時間、高い流動性を維持したまま焼結することができる。これにより、被接合部との密着性がさらに向上し、より欠陥の少ない強固な接合体を得ることが可能となる。
[Compound (Dy)]
The bonding paste of the present disclosure preferably further contains a compound (Dy) having two carboxy groups and a carbon number of 20 to 80. The above-mentioned compound (Dx) and the compound (Dy) having a different number of carboxy groups have different volatilization or decomposition temperatures, and the compound (Dy) has a lower volatilization or decomposition temperature than the compound (Dx). Therefore, when these are used in combination, it is possible to suppress simultaneous volatilization or decomposition at a specific temperature in the sintering process of silver. Therefore, the coating film can be sintered for a longer time while maintaining high fluidity. This further improves the adhesion to the joined parts, making it possible to obtain a stronger bonded body with fewer defects.
 化合物(Dy)は、直鎖構造でもよいし、分岐及び/又は環状構造を有していてもよいが、分岐及び/又は環状構造を有することが好ましい。分岐及び/又は環状構造を有する場合は、結晶性が低く、良好な流動性を有する液状となりやすい点で、好ましい。化合物(Dy)は、2価の炭化水素基を有することが好ましい。化合物(Dy)において、カルボキシ基を除いた骨格は、強固な接合体が得られる点で、2価の炭化水素基のみからなることがより好ましい。 The compound (Dy) may have a linear structure or a branched and/or cyclic structure, but preferably has a branched and/or cyclic structure. When the compound has a branched and/or cyclic structure, it is preferable that the compound has a branched and/or cyclic structure, since it tends to be a liquid with low crystallinity and good fluidity. The compound (Dy) preferably has a divalent hydrocarbon group. In the compound (Dy), it is more preferable that the skeleton excluding the carboxyl group is composed only of a divalent hydrocarbon group, since a strong bonded body can be obtained.
 直鎖構造である化合物(Dy)としては、例えば、エイコサン二酸、ヘネイコサン二酸、ドコサン二酸、テトラコサン二酸、トリアコンタン二酸、ドトリアコンタン二酸、テトラコンタン二酸、ペンタコンタン二酸、ヘキサコンタン二酸が挙げられるが、これらに限定されるものではない。分岐及び/又は環状構造である化合物(Dy)としては、例えば、ダイマー酸が挙げられ、好適に用いられる。 Examples of the compound (Dy) having a linear structure include, but are not limited to, eicosane diacid, heneicosane diacid, docosane diacid, tetracosane diacid, triacontanedioic acid, dotriacontanedioic acid, tetracontanedioic acid, pentacontanedioic acid, and hexacontanedioic acid. Examples of the compound (Dy) having a branched and/or cyclic structure include dimer acid, which is preferably used.
 本開示の接合用ペーストは、化合物(Dy)を、銀粒子(A)100質量部に対して、0.03~2.0質量部含有することが好ましい。上記範囲量であることで、メッキ処理されていない被接合基材を用いた場合等、より厳しい条件においても、優れた接合強度と冷熱サイクル特性を発揮することができる。 The bonding paste of the present disclosure preferably contains 0.03 to 2.0 parts by mass of the compound (Dy) per 100 parts by mass of the silver particles (A). By containing the compound (Dy) in the above range, it is possible to exhibit excellent bonding strength and thermal cycle properties even under more severe conditions, such as when a non-plated substrate is used for bonding.
 本開示の接合用ペーストは、化合物(Dx)及び化合物(Dy)を合計で、銀粒子(A)100質量部に対して、0.05~2.0質量部含有することが好ましい。化合物(Dx)及び化合物(Dy)の合計が上記範囲であると、初期の接合強度に特に優れ、冷熱サイクルに伴う接合強度の低下を抑制された接合体を得ることができる。 The bonding paste of the present disclosure preferably contains 0.05 to 2.0 parts by mass of compound (Dx) and compound (Dy) in total relative to 100 parts by mass of silver particles (A). When the total of compound (Dx) and compound (Dy) is within the above range, a bonded body can be obtained that is particularly excellent in initial bonding strength and in which the decrease in bonding strength due to thermal cycles is suppressed.
<化合物(E)>
 本開示の接合用ペーストは、カルボキシ基を1つ有する炭素数14~20の化合物(E)を含有してもよい。化合物(E)の炭素数は、カルボキシ基の炭素も含めた炭素数である。
 化合物(E)は脂肪酸であり、このような化合物(E)を含むことで、分散媒(C)の一部又は全部が揮発した後も、液状組成物として存在できるため、被接合部と一体となった良好な接合界面を形成することができる。また、それぞれの官能基は、銀粒子(A)との結合性が高く、優れた分散性を発揮する。
<Compound (E)>
The bonding paste of the present disclosure may contain a compound (E) having one carboxy group and having 14 to 20 carbon atoms. The number of carbon atoms in the compound (E) includes the carbon atom in the carboxy group.
The compound (E) is a fatty acid, and by including such a compound (E), the composition can exist as a liquid composition even after a part or all of the dispersion medium (C) has evaporated, so that a good bonding interface can be formed that is integrated with the bonded parts. In addition, each functional group has high binding affinity with the silver particles (A) and exhibits excellent dispersibility.
 化合物(E)としては、例えば、直鎖飽和脂肪酸、直鎖不飽和脂肪酸又は分岐脂肪酸が挙げられる。直鎖飽和脂肪酸としては、例えば、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、ヘプタデシル酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸が挙げられる。直鎖不飽和脂肪酸としては、例えば、パルミトレイン酸、オレイン酸、エルカ酸が挙げられる。分岐脂肪酸としては、例えば、2-ヘキシルデカン酸が挙げられる。
 化合物(E)は好ましくは直鎖不飽和脂肪酸である。本開示の接合用ペーストが直鎖不飽和脂肪酸を含有することで、親油性が高まり、非水性溶剤中での安定性が向上する。また、直鎖不飽和脂肪酸は分解温度が低く、低温焼結性に優れるため好ましい。化合物(E)は、1種を単独で用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。
Examples of the compound (E) include linear saturated fatty acids, linear unsaturated fatty acids, and branched fatty acids. Examples of linear saturated fatty acids include myristic acid, pentadecylic acid, palmitic acid, heptadecylic acid, stearic acid, nonadecanoic acid, and arachic acid. Examples of linear unsaturated fatty acids include palmitoleic acid, oleic acid, and erucic acid. Examples of branched fatty acids include 2-hexyldecanoic acid.
The compound (E) is preferably a linear unsaturated fatty acid. The joining paste of the present disclosure contains a linear unsaturated fatty acid, which enhances lipophilicity and improves stability in non-aqueous solvents. In addition, linear unsaturated fatty acids are preferred because they have a low decomposition temperature and excellent low-temperature sintering properties. The compound (E) may be used alone or in combination of multiple types.
 本開示の接合用ペーストは、化合物(E)を、銀粒子(A)100質量部に対して、0.1~2.0質量部含有することが好ましく、0.2~1.0質量部含有することがより好ましい。上記範囲であると、被接合部がメッキ処理されていない基材であっても、優れた接合強度と冷熱サイクル特性を発揮することができる。 The bonding paste of the present disclosure preferably contains 0.1 to 2.0 parts by mass, and more preferably 0.2 to 1.0 parts by mass, of compound (E) per 100 parts by mass of silver particles (A). When the content is within the above range, excellent bonding strength and thermal cycle properties can be exhibited even if the substrate to be bonded is not plated.
<接合用ペーストの製造>
 本開示の接合用ペーストは、少なくとも銀粒子(A)、化合物(B)及び分散媒(C)を含有していればよく、その製造方法は特に制限されず、公知の方法を用いて調整することができる。銀粒子(A)、化合物(B)及び分散媒(C)とから接合用ペーストを調製する装置としては、ディスパー、3本ロール、ビーズミル、超音波分散機、自公転式撹拌機等が挙げられる。
<Production of bonding paste>
The bonding paste of the present disclosure may contain at least silver particles (A), a compound (B), and a dispersion medium (C), and the manufacturing method thereof is not particularly limited and may be prepared using a known method. Examples of devices for preparing the bonding paste from silver particles (A), a compound (B), and a dispersion medium (C) include a disperser, a three-roll mill, a bead mill, an ultrasonic disperser, and a self-revolving mixer.
 接合用ペーストの質量を基準とする銀粒子(A)の質量の割合は、好ましくは80質量%~95質量%、より好ましくは85質量%~94質量%である。銀粒子(A)を上記範囲で含むことにより、接合用ペーストとして良好な印刷適性を発現するとともに、接合体中での分散媒(C)の残留を抑制し、分散媒(C)由来のボイドの発生を抑制し、良好な接合強度を発現することができる。 The mass ratio of silver particles (A) based on the mass of the bonding paste is preferably 80% by mass to 95% by mass, and more preferably 85% by mass to 94% by mass. By including silver particles (A) in the above range, the bonding paste exhibits good printability, while suppressing the residue of dispersion medium (C) in the bonded body and suppressing the occurrence of voids originating from the dispersion medium (C), thereby exhibiting good bonding strength.
 本開示の接合用ペーストは、添加剤を含むことができ、例えば、焼結促進剤やバインダー樹脂、又は樹脂型分散剤を含有することができる。 The joining paste of the present disclosure may contain additives, such as a sintering accelerator, a binder resin, or a resin-type dispersant.
<接合体及び接合体の製造方法>
 本開示の接合用ペーストによって、第一の被接合部と第二の被接合部とを接合し、接合体を得ることができる。接合体は、例えば下記製造方法(I)又は製造方法(II)によって製造することができる。
<Jointed body and method for producing the joined body>
The bonding paste of the present disclosure can be used to bond a first bonded part and a second bonded part to obtain a bonded body. The bonded body can be produced, for example, by the following production method (I) or production method (II).
[製造方法(I)]
 製造方法(I)は、無加圧接合による方法であり、例えば、下記工程(1)~(3)を含むことが好ましい。
(1)接合用ペーストを第一の被接合体に塗布する工程。
(2)接合用ペーストを塗布した第一の被接合部に第二の被接合部を載置する工程。
(3)載置した積層体を無加圧環境下で焼結する工程。
[Production method (I)]
The manufacturing method (I) is a pressure-free joining method, and preferably includes, for example, the following steps (1) to (3).
(1) A step of applying a bonding paste to a first object to be bonded.
(2) A step of placing a second part to be joined on the first part to be joined that has been applied with the joining paste.
(3) A step of sintering the placed laminate in a pressureless environment.
(1)塗布工程
 接合用ペーストを被接合体に塗布する方法としては、部材上に均一に塗布できる方法であれば特に限定されず、例えば、スクリーン印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、メタルマスク印刷、グラビアオフセット印刷等の各種印刷法、ディスペンサーを使用した吐出法等が挙げられる。本開示の接合用ペーストは、高濃度で金属粒子を含有していても流動性に優れているため、特にメタルマスク印刷と組み合わせて用いることが好ましい。
(1) Coating process The method of coating the bonding paste on the bonded body is not particularly limited as long as it can be uniformly coated on the member, and examples thereof include various printing methods such as screen printing, flexographic printing, offset printing, gravure printing, metal mask printing, gravure offset printing, and the like, and a discharge method using a dispenser, etc. The bonding paste of the present disclosure has excellent fluidity even when it contains metal particles at a high concentration, and is therefore preferably used in combination with metal mask printing.
(2)載置工程
 次いで、本開示の接合用ペーストを塗布した第一の被接合部に第二の被接合部を載置させる。本開示の接合用ペーストを用いた場合、無加圧で載置することができる。無加圧接合においては、本載置工程も無加圧で行うことが好ましいが、圧力をかけながら載置することも可能である。加圧する場合、その圧力は接合用ペーストの粘度やペーストの乾燥状態により適宜設定されるが、好ましくは0.1~40MPa、より好ましくは0.3~30MPaである。
(2) Placing Step Next, the second part to be joined is placed on the first part to be joined to which the joining paste of the present disclosure has been applied. When the joining paste of the present disclosure is used, the second part to be joined can be placed without applying pressure. In the pressure-free joining, the placing step is preferably also performed without applying pressure, but it is also possible to place the second part while applying pressure. When applying pressure, the pressure is appropriately set depending on the viscosity of the joining paste and the drying state of the paste, and is preferably 0.1 to 40 MPa, more preferably 0.3 to 30 MPa.
(3)焼結工程
 第一の被接合部に第二の被接合部を載置した積層体を無加圧接合するための焼結の条件は、適宜変更されるが、例えば、大気圧下、窒素雰囲気、真空中、又は還元雰囲気で200~350℃等の条件を挙げることができる。焼成装置としては、熱風オーブン、焼成炉、電気炉、赤外線オーブン、リフローオーブン、マイクロウエーブオーブン、ホットプレート、光焼成装置等が挙げられる。これら装置を適宜、単独で又は複数用いることができる。
 無加圧焼結条件として好ましくは、2℃~30℃/分の昇温測定で設定温度まで昇温した後、該設定温度以上の温度で10分間~2時間程度維持する、というものである。設定温度として好ましくは200~350℃、より好ましくは250℃~330℃、さらに好ましくは280~320℃である。
(3) Sintering process Sintering conditions for pressurelessly bonding a laminate in which a second bonded portion is placed on a first bonded portion may be appropriately changed, and may include, for example, conditions of 200 to 350°C under atmospheric pressure, in a nitrogen atmosphere, in a vacuum, or in a reducing atmosphere. Examples of sintering devices include hot air ovens, sintering furnaces, electric furnaces, infrared ovens, reflow ovens, microwave ovens, hot plates, and optical sintering devices. These devices may be used alone or in combination as appropriate.
The pressureless sintering conditions are preferably such that the temperature is raised to a set temperature at a rate of 2°C to 30°C/min, and then the temperature is maintained at or above the set temperature for about 10 minutes to 2 hours. The set temperature is preferably 200 to 350°C, more preferably 250 to 330°C, and even more preferably 280 to 320°C.
(2a)予備乾燥工程
 無加圧接合を用いた製造方法(I)においては、工程(2)と工程(3)との間に、接合塗膜中の有機成分を取り除く目的で、予備乾燥工程(2a)を設けることが好ましい。本開示の接合用ペーストは化合物(B)を含むことで、分散媒(C)を予め乾燥させて除去した後でも塗膜が流動し接合界面を形成することができるため、予備乾燥工程を設けることができる。予備乾燥工程を設けることで、接合層中の欠陥(ボイド)の一因である分散媒(C)の残留を抑制でき、接合層中の緻密性に優れるため好ましい。
 予備乾燥は、例えば、焼成装置と同様な装置を用いて60~220℃の範囲で1分~300分の条件で行うことができる。好ましくは70~100℃の範囲で30分~120分である。
(2a) Pre-drying step In the manufacturing method (I) using pressureless bonding, it is preferable to provide a pre-drying step (2a) between steps (2) and (3) for the purpose of removing organic components in the bonding coating film. Since the bonding paste of the present disclosure contains the compound (B), the coating film can flow and form a bonding interface even after the dispersion medium (C) has been dried and removed in advance, so a pre-drying step can be provided. By providing a pre-drying step, the residual dispersion medium (C), which is one of the causes of defects (voids) in the bonding layer, can be suppressed, and the bonding layer has excellent density, which is preferable.
The preliminary drying can be carried out, for example, using an apparatus similar to the calcination apparatus at a temperature in the range of 60 to 220° C. for 1 to 300 minutes, preferably at a temperature in the range of 70 to 100° C. for 30 to 120 minutes.
 すなわち、製造方法(I)として特に好ましくは、下記工程を含むものである。
(1)接合用ペーストを第一の被接合体に塗布する工程。
(2)接合用ペーストを塗布した第一の被接合部の塗布部に第二の被接合部を載置する工程。
(2a)載置した積層体を加熱して予備乾燥する工程。
(3)載置した積層体を無加圧環境下で焼結する工程。
That is, the production method (I) is particularly preferably one comprising the following steps:
(1) A step of applying a bonding paste to a first object to be bonded.
(2) A step of placing a second part to be joined on the application portion of the first part to be joined that has been applied with the joining paste.
(2a) A step of pre-drying the placed laminate by heating.
(3) A step of sintering the placed laminate in a pressureless environment.
[製造方法(II)]
 製造方法(II)は、加圧接合による方法であり、例えば、下記工程(10)~(30)を含むことが好ましい。
(10)接合用ペーストを第一の被接合体に塗布する工程。
(10a)塗布した積層体を加熱して予備乾燥する工程。
(20)接合用ペーストを塗布・予備乾燥した第一の被接合部に第二の被接合部を載置する工程。
(30)載置した積層体を加圧環境下で焼結する工程。
[Production method (II)]
The manufacturing method (II) is a pressure bonding method, and preferably includes, for example, the following steps (10) to (30).
(10) A step of applying a bonding paste to a first object to be bonded.
(10a) A step of pre-drying the coated laminate by heating.
(20) A step of placing a second part to be joined on a first part to be joined that has been coated with a joining paste and pre-dried.
(30) A step of sintering the placed laminate in a pressurized environment.
(10)塗布工程
 接合用ペーストを被接合体に塗布する方法としては、部材上に均一に塗布できる方法であれば特に限定されず、例えば、スクリーン印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、メタルマスク印刷、グラビアオフセット印刷等の各種印刷法、ディスペンサーを使用した吐出法等が挙げられる。本開示の接合用ペーストは、高濃度で金属粒子を含有していても流動性に優れているため、特にメタルマスク印刷と組み合わせて用いることが好ましい。
(10) Coating Step The method of applying the bonding paste to the bonded body is not particularly limited as long as it can be uniformly applied to the member, and examples thereof include various printing methods such as screen printing, flexographic printing, offset printing, gravure printing, metal mask printing, gravure offset printing, and the like, and a discharge method using a dispenser, etc. The bonding paste of the present disclosure has excellent fluidity even when it contains metal particles at a high concentration, and is therefore preferably used in combination with metal mask printing.
(10a)予備乾燥工程
 加圧接合を用いた製造方法(II)においては、工程(10)と工程(20)との間に、接合塗膜中の有機成分を取り除く目的で、予備乾燥工程(10a)を設けることができる。予備乾燥工程を設けることで、予備乾燥は、例えば、焼成装置と同様な装置を用いて60~220℃の範囲で1分~300分の条件で行うことができる。
(10a) Pre-drying step In the manufacturing method (II) using pressure bonding, a pre-drying step (10a) can be provided between steps (10) and (20) for the purpose of removing organic components in the bonding coating film. By providing the pre-drying step, the pre-drying can be carried out, for example, using a device similar to a baking device at a temperature in the range of 60 to 220° C. for 1 to 300 minutes.
(20)載置工程
 次いで、本開示の接合用ペーストを塗布・予備乾燥した第一の被接合部に第二の被接合部を載置させる。加圧接合の場合、載置工程も加圧下で行ってもよい。その圧力は接合用ペーストの粘度やペーストの乾燥状態により適宜設定されるが、好ましくは0.1~40MPa、より好ましくは0.3~30MPaである。
(20) Placing step Next, the second part to be joined is placed on the first part to be joined, which has been applied with the bonding paste of the present disclosure and pre-dried. In the case of pressurized bonding, the placing step may also be performed under pressure. The pressure is appropriately set depending on the viscosity of the bonding paste and the drying state of the paste, but is preferably 0.1 to 40 MPa, more preferably 0.3 to 30 MPa.
(30)焼結工程
 第一の被接合部に第二の被接合部を載置した積層体を加圧接合するための焼結の条件は、適宜変更されるが、例えば、大気圧下、窒素雰囲気、真空中、又は還元雰囲気で200~350℃等の条件を挙げることができる。焼成装置としては、熱風オーブン、焼成炉、電気炉、赤外線オーブン、リフローオーブン、マイクロウエーブオーブン、ホットプレート、光焼成装置等が挙げられる。これら装置を適宜、単独で又は複数用いることができる。
 圧力としては、接合用ペーストの粘度やペーストの乾燥状態により適宜設定されるが、好ましくは0.1~40MPa、更に好ましくは0.3~30MPaである。
(30) Sintering process Sintering conditions for pressure bonding a laminate in which a second bonded portion is placed on a first bonded portion may be appropriately changed, and may include, for example, conditions of atmospheric pressure, a nitrogen atmosphere, a vacuum, or a reducing atmosphere at 200 to 350°C. Examples of the sintering device include a hot air oven, a sintering furnace, an electric furnace, an infrared oven, a reflow oven, a microwave oven, a hot plate, a light sintering device, etc. These devices may be used alone or in combination as appropriate.
The pressure is appropriately set depending on the viscosity of the bonding paste and the drying state of the paste, but is preferably 0.1 to 40 MPa, and more preferably 0.3 to 30 MPa.
 いずれの製造方法においても、接合用ペーストで被接合部を接合した際に形成される接合層の厚みは制限されず、接合層の厚みは、好ましくは3μm~500μm、より好ましくは10μm~200μm、さらに好ましくは20μm~100μmである。 In either manufacturing method, there is no restriction on the thickness of the bonding layer formed when the parts to be bonded are bonded with the bonding paste, and the thickness of the bonding layer is preferably 3 μm to 500 μm, more preferably 10 μm to 200 μm, and even more preferably 20 μm to 100 μm.
[被接合部]
 被接合部の種類は特に限定されず、例えば、金属材料、半導体材料、プラスチック材料、セラミック材料のほか、電子素子を挙げることができる。金属としては、例えば、銅、金、アルミニウムが挙げられる。半導体材料としては、例えば、シリコン(ケイ素)、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、硫化カドミウム、窒化珪素、黒鉛、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、炭化ケイ素、窒化ガリウムが挙げられる。プラスチック材料としては、例えば、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレートが挙げられる。セラミック材料としては、例えば、ガラス、シリコンが挙げられる。電子素子としては、例えば、半導体素子、LED素子、パワーデバイス素子が挙げられる。
[Part to be joined]
The type of the joined part is not particularly limited, and examples thereof include metal materials, semiconductor materials, plastic materials, ceramic materials, and electronic elements. Examples of metals include copper, gold, and aluminum. Examples of semiconductor materials include silicon, germanium, gallium arsenide, gallium phosphide, cadmium sulfide, silicon nitride, graphite, yttrium oxide, magnesium oxide, silicon carbide, and gallium nitride. Examples of plastic materials include polyimide, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polycarbonate, and polyethylene naphthalate. Examples of ceramic materials include glass and silicon. Examples of electronic elements include semiconductor elements, LED elements, and power device elements.
 第一の被接合部及び第二の被接合部は、同じ種類だけではなく、異なる種類の部材であってもよい。被接合部は、接合された箇所の接合強度を大きくするため、被接合部の表面にコロナ処理、メッキ処理等が施されていてもよい。
 本開示の接合用ペーストは、メッキレス基材及びSiC素子に対する接合強度に優れており、第一の被接合部がメッキレス基材である接合体に好適に用いられる。また、第二の被接合部が、SiCである接合体に好適に用いられる。
 中でも、化合物(B)を含むことで、基材表面の酸化が抑制され、及び/又は、酸化物が還元され、銀粒子(A)と基材との間で強固な接合が可能となる。上記効果は、特に易酸化性の基材に対して有効であるため、本発明の接合用ペーストは、酸化しやすい銅基材、特にメッキレス銅基材に対する接合材料として、非常に有効である。
The first and second joined parts may be of the same type or different types. The surfaces of the joined parts may be subjected to a corona treatment, a plating treatment, or the like in order to increase the joining strength of the joined parts.
The bonding paste of the present disclosure has excellent bonding strength to a plating-less substrate and a SiC element, and is preferably used for a bonded body in which a first bonded part is a plating-less substrate, and a second bonded part is SiC.
In particular, by containing the compound (B), oxidation of the substrate surface is suppressed and/or the oxide is reduced, enabling strong bonding between the silver particles (A) and the substrate. The above effect is particularly effective for substrates that are easily oxidized, so the bonding paste of the present invention is extremely effective as a bonding material for copper substrates that are easily oxidized, particularly non-plated copper substrates.
 以下、実施例及び比較例を用いて本開示を詳細に説明するが、本開示の技術的範囲はこれに限定されるものではない。尚、例中、特に断りがない限り「部」及び「%」は、「質量部」及び「質量%」をそれぞれ表す。表中の数値は、特に断りがない限り「部」を表す。 Below, the present disclosure will be explained in detail using examples and comparative examples, but the technical scope of the present disclosure is not limited thereto. In the examples, "parts" and "%" represent "parts by mass" and "% by mass", respectively, unless otherwise specified. Numerical values in tables represent "parts" unless otherwise specified.
[銀粒子(A)の焼結温度T1]
 銀粒子(A)の焼結温度T1は、熱重量示差熱分析装置(TG/DTA8122(RIGAKU社製))を用いて、窒素雰囲気下、昇温速度1℃/分で400℃まで加熱し、保護剤を分解させ、その減量分を100としたときの、50%重量減少した温度を用いた。
[Sintering temperature T1 of silver particles (A)]
The sintering temperature T1 of silver particles (A) was measured by heating the particles to 400° C. at a temperature increase rate of 1° C./min in a nitrogen atmosphere using a thermogravimetric differential thermal analyzer (TG/DTA8122, manufactured by RIGAKU Corporation) to decompose the protective agent. The sintering temperature T1 was determined as the temperature at which the weight was reduced by 50%, assuming that the weight loss was 100.
[化合物(B)及び分散媒(C)の50%重量減少温度T2及びT3]
 化合物(B)及び分散媒(C)の50%重量減少温度T2及びT3は、熱重量示差熱分析装置(TG/DTA8122(RIGAKU社製))を用いて、窒素雰囲気下、昇温速度1℃/分で加熱し、50%重量減少した温度を、各々50%重量減少温度T2及びT3とした。化合物(B)又は分散媒(C)が2種以上の混合物である場合は、混合物を用いて上記測定を行った結果を用いた。
[50% Weight Loss Temperatures T2 and T3 of Compound (B) and Dispersion Medium (C)]
The 50% weight loss temperatures T2 and T3 of the compound (B) and the dispersion medium (C) were determined by heating at a heating rate of 1° C./min under a nitrogen atmosphere using a thermogravimetric differential thermal analyzer (TG/DTA8122 (manufactured by RIGAKU Corporation)) and determining the temperatures at which the weight of the compound (B) and the dispersion medium (C) was reduced by 50%, respectively. When the compound (B) or the dispersion medium (C) was a mixture of two or more kinds, the results of the above measurement using the mixture were used.
<金属粒子の製造>
(製造例1)金属粒子A1
 窒素雰囲気下、25℃で攪拌しながらトルエン200部及びヘキサン酸銀22.3部を混合し、0.5Mの溶液とした後に、分散剤としてジエチルアミノエタノール1.6部、オレイン酸0.28部を添加し溶解させた。その後、還元剤として濃度20%のコハク酸ジヒドラジド(以下、SUDH)水溶液73.1部を滴下すると液色が淡黄色から濃茶色に変化した。さらに反応を促進させるために40℃に昇温し、反応を進行させた。静置、分離した後、水相を取り出すことで過剰の還元剤や不純物を除去し、さらにトルエン層に数回蒸留水を加え、洗浄、分離を繰り返した後、トルエンを加え遠心分離後に上澄み液を除去する工程を2回繰り返した。沈殿物を乾燥させて、銀粒子がヘキサン酸及びオレイン酸で被覆された金属粒子A1を得た。金属粒子A1の平均粒子径(d50)を後述する方法で求めたところ、d50は210nmであった。
<Production of Metal Particles>
(Production Example 1) Metal Particles A1
Under a nitrogen atmosphere, 200 parts of toluene and 22.3 parts of silver hexanoate were mixed while stirring at 25 ° C. to obtain a 0.5 M solution, and then 1.6 parts of diethylaminoethanol and 0.28 parts of oleic acid were added as a dispersant and dissolved. Then, 73.1 parts of a 20% aqueous solution of succinic acid dihydrazide (hereinafter, SUDH) was dropped as a reducing agent, and the liquid color changed from light yellow to dark brown. In order to further promote the reaction, the temperature was raised to 40 ° C., and the reaction was allowed to proceed. After standing and separating, the aqueous phase was removed to remove excess reducing agent and impurities, and distilled water was added to the toluene layer several times, washing and separation were repeated, and then the process of adding toluene, centrifuging, and removing the supernatant was repeated twice. The precipitate was dried to obtain metal particles A1 in which silver particles were coated with hexanoic acid and oleic acid. The average particle size (d50) of metal particles A1 was determined by the method described below, and d50 was 210 nm.
(製造例2)金属粒子A2
 ジエチルアミノエタノール2.4部、オレイン酸の量を0.42部とした以外は、製造例1と同様にして、金属粒子A2を得た。d50は120nmであった。
(製造例3)金属粒子A3
 ジエチルアミノエタノール2.0部、オレイン酸の量を0.34部とした以外は、製造例1と同様にして、金属粒子A3を得た。d50は155nmであった。
(製造例4)金属粒子A4
 ジエチルアミノエタノール1.8部、オレイン酸の量を0.31部とした以外は、製造例1と同様にして、金属粒子A4を得た。d50は185nmであった。
(製造例5)金属粒子A5
 ジエチルアミノエタノール1.2部、オレイン酸の量を0.18部とした以外は、製造例1と同様にして、金属粒子A5を得た。d50は290nmであった。
(製造例6)金属粒子A6
 ジエチルアミノエタノール1.0部、オレイン酸の量を0.14部とした以外は、製造例1と同様にして、金属粒子A6を得た。d50は390nmであった。
(Production Example 2) Metal Particles A2
Metal particles A2 were obtained in the same manner as in Production Example 1, except that the amount of diethylaminoethanol was 2.4 parts and the amount of oleic acid was 0.42 parts. The d50 was 120 nm.
(Production Example 3) Metal Particles A3
Metal particles A3 were obtained in the same manner as in Production Example 1, except that the amount of diethylaminoethanol was 2.0 parts and the amount of oleic acid was 0.34 parts. The d50 was 155 nm.
(Production Example 4) Metal Particles A4
Metal particles A4 were obtained in the same manner as in Production Example 1, except that the amount of diethylaminoethanol was 1.8 parts and the amount of oleic acid was 0.31 parts. The d50 was 185 nm.
(Production Example 5) Metal Particles A5
Metal particles A5 were obtained in the same manner as in Production Example 1, except that the amount of diethylaminoethanol was 1.2 parts and the amount of oleic acid was 0.18 parts. The d50 was 290 nm.
(Production Example 6) Metal Particles A6
Metal particles A6 were obtained in the same manner as in Production Example 1, except that the amount of diethylaminoethanol was 1.0 part and the amount of oleic acid was 0.14 part. The d50 was 390 nm.
(製造例10)比較例用金属粒子A10
 ジエチルアミノエタノール1.4部、オレイン酸の量を0.09部とした以外は、製造例1と同様にして、金属粒子A10を得た。d50は600nmであった。
(製造例11)比較例用金属粒子A11
 ジエチルアミノエタノール0.6部、オレイン酸の量を0.070部とした以外は、製造例1と同様にして、金属粒子A11を得た。d50は1100nmであった。
(製造例12)比較例用金属粒子A12
 ジエチルアミノエタノール2.3部、オレイン酸の量を2.8部とした以外は、製造例1と同様にして、金属粒子A12を得た。d50は20nmであった。
(製造例13)比較例用金属粒子A13
 ジエチルアミノエタノール2.1部、オレイン酸の量を0.71部とした以外は、製造例1と同様にして、金属粒子A13を得た。d50は85nmであった。
(Production Example 10) Comparative metal particles A10
Metal particles A10 were obtained in the same manner as in Production Example 1, except that the amount of diethylaminoethanol was 1.4 parts and the amount of oleic acid was 0.09 parts. The d50 was 600 nm.
(Production Example 11) Comparative metal particles A11
Metal particles A11 were obtained in the same manner as in Production Example 1, except that the amount of diethylaminoethanol was 0.6 parts and the amount of oleic acid was 0.070 parts. The d50 was 1100 nm.
(Production Example 12) Comparative metal particles A12
Metal particles A12 were obtained in the same manner as in Production Example 1, except that the amount of diethylaminoethanol was 2.3 parts and the amount of oleic acid was 2.8 parts. The d50 was 20 nm.
(Production Example 13) Comparative metal particles A13
Metal particles A13 were obtained in the same manner as in Production Example 1, except that the amount of diethylaminoethanol was 2.1 parts and the amount of oleic acid was 0.71 parts. The d50 was 85 nm.
[銀粒子の平均粒子径の測定方法]
 各銀粒子にイソプロピルアルコールを加え超音波分散機にて分散し、0.5質量%の分散液を得た。得られた分散液を、ナノトラックUPA-EX150(日機装社製)を用いて、分散液中の金属粒子の粒子径を測定し、平均粒子径(d50)を求めた。上記の方法で製造された金属粒子の内、金属粒子A1-A6が本開示の銀粒子(A)に該当し、金属粒子A10-A13が銀粒子(A)ではない金属粒子に該当する。
[Method for measuring the average particle size of silver particles]
Isopropyl alcohol was added to each silver particle and dispersed in an ultrasonic disperser to obtain a 0.5% by mass dispersion. The particle diameter of the metal particles in the obtained dispersion was measured using a Nanotrac UPA-EX150 (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.) to determine the average particle diameter (d50). Of the metal particles produced by the above method, metal particles A1-A6 correspond to the silver particles (A) of the present disclosure, and metal particles A10-A13 correspond to metal particles other than silver particles (A).
<化合物(B)>
 化合物(B)としては下記の材料を使用した。
B1:ビス(2-ヒドロキシエチル)アミノトリス(ヒドロキシメチル)メタン(三級窒素原子数1、水酸基数5、25℃において固体)
B2:N,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシエチル)エチレンジアミン(三級窒素原子数2、水酸基数4、25℃において液状)
B3:N,N,N',N'',N''-ペンタキス(2-ヒドロキシプロピル)ジエチレントリアミン(三級窒素原子数3、水酸基数5、25℃において液状)
B4:N,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン(三級窒素原子数2、水酸基数4、25℃において液状)
B5:1,3-ビス〔トリス(ヒドロキシメチル)メチルアミノ〕プロパン(二級窒素原子数2、水酸基数6、25℃において固体)
B6:N,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシエチル)アジポアミド(三級窒素原子数2、水酸基数4、25℃において固体)
B11:トリエタノールアミン(三級窒素原子数1、水酸基数3、25℃において液状)
B12:2-アミノ-2-ヒドロキシメチル-1,3-プロパンジオール(水酸基数3、25℃において固体)
B13:2-(2-アミノエトキシ)エタノール(水酸基数1、25℃において液状)
B14:キシリトール(水酸基数5、25℃において固体)
B15:イミダゾール(25℃において固体)
<Compound (B)>
As the compound (B), the following material was used.
B1: Bis(2-hydroxyethyl)aminotris(hydroxymethyl)methane (1 tertiary nitrogen atom, 5 hydroxyl groups, solid at 25°C)
B2: N,N,N',N'-tetrakis(2-hydroxyethyl)ethylenediamine (2 tertiary nitrogen atoms, 4 hydroxyl groups, liquid at 25°C)
B3: N,N,N',N'',N''-pentakis(2-hydroxypropyl)diethylenetriamine (3 tertiary nitrogen atoms, 5 hydroxyl groups, liquid at 25°C)
B4: N,N,N',N'-tetrakis(2-hydroxypropyl)ethylenediamine (2 tertiary nitrogen atoms, 4 hydroxyl groups, liquid at 25°C)
B5: 1,3-bis[tris(hydroxymethyl)methylamino]propane (2 secondary nitrogen atoms, 6 hydroxyl groups, solid at 25°C)
B6: N,N,N',N'-tetrakis(2-hydroxyethyl)adipamide (2 tertiary nitrogen atoms, 4 hydroxyl groups, solid at 25°C)
B11: Triethanolamine (1 tertiary nitrogen atom, 3 hydroxyl groups, liquid at 25°C)
B12: 2-amino-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol (3 hydroxyl groups, solid at 25°C)
B13: 2-(2-aminoethoxy)ethanol (1 hydroxyl group, liquid at 25°C)
B14: Xylitol (5 hydroxyl groups, solid at 25°C)
B15: Imidazole (solid at 25°C)
<分散媒(C)>
 分散媒(C)としては下記の材料を使用した。括弧内に入手したメーカー名、補足情報と沸点を記載した。
分散媒C1:ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル(グリコールエーテル系、沸点255℃)
分散媒C2:トリエチレングリコールモノブチルエーテル(グリコールエーテル系、沸点278℃)
分散媒C3:トリエチレングリコールモノメチルエーテル(グリコールエーテル系、沸点248℃)
分散媒C4:2-エチル-1,3-ヘキサンジオール(ジオール系、沸点244℃)
分散媒C5:ジエチレングリコールモノメチルエーテル(グリコールエーテル系、沸点193℃)
分散媒C6:1-デカノール(沸点233℃)
分散媒C7:日本テルペン化学株式会社製「テルソルブTOE-100」(沸点260℃)
<Dispersion medium (C)>
The following materials were used as the dispersion medium (C). The manufacturer's name, supplementary information, and boiling point are given in parentheses.
Dispersion medium C1: Diethylene glycol monohexyl ether (glycol ether type, boiling point 255°C)
Dispersion medium C2: Triethylene glycol monobutyl ether (glycol ether type, boiling point 278°C)
Dispersion medium C3: Triethylene glycol monomethyl ether (glycol ether type, boiling point 248°C)
Dispersion medium C4: 2-ethyl-1,3-hexanediol (diol type, boiling point 244°C)
Dispersion medium C5: Diethylene glycol monomethyl ether (glycol ether type, boiling point 193°C)
Dispersion medium C6: 1-decanol (boiling point 233°C)
Dispersion medium C7: "Tersolv TOE-100" (boiling point 260°C) manufactured by Nippon Terpene Chemical Co., Ltd.
<化合物(D)>
 化合物(D)としては下記の材料を使用した。化合物D1~D4は、いずれもクローダジャパン株式会社製であり、括弧内に、炭素数、材料名、25℃での性状を記載した。
化合物D1:プリポール1009(炭素数36の水添ダイマー酸。2つのカルボキシ基と、分岐及び環状構造を有する二価の炭化水素基とからなる。液状)
化合物D2:プリポール1040(炭素数54のトリマー酸。3つのカルボキシ基と、分岐及び環状構造を有する三価の炭化水素基とからなる。液状)
化合物D3:プリポール2033(炭素数36のダイマージオール。2つの水酸基と、分岐及び環状構造を有する二価の炭化水素基とからなる。液状)
化合物D4:プリアミン1075(炭素数36のダイマージアミン。2つのアミノ基と、分岐及び環状構造を有する二価の炭化水素基とからなる。液状)
<Compound (D)>
The following material was used as compound (D): Compounds D1 to D4 are all manufactured by Croda Japan Co., Ltd. The carbon number, material name, and properties at 25° C. are given in parentheses.
Compound D1: Pripol 1009 (a hydrogenated dimer acid having 36 carbon atoms. It consists of two carboxyl groups and a divalent hydrocarbon group having a branched and cyclic structure. Liquid)
Compound D2: Pripol 1040 (a trimer acid having 54 carbon atoms. It consists of three carboxyl groups and a trivalent hydrocarbon group having a branched and cyclic structure. Liquid)
Compound D3: Pripol 2033 (a dimer diol having 36 carbon atoms. It consists of two hydroxyl groups and a divalent hydrocarbon group having a branched and cyclic structure. Liquid)
Compound D4: Priamine 1075 (a dimer diamine having 36 carbon atoms. It consists of two amino groups and a divalent hydrocarbon group having a branched and cyclic structure. Liquid)
<化合物(E)>
 化合物(E)としては下記の材料を使用した。
化合物E1:オレイン酸
<Compound (E)>
As the compound (E), the following material was used.
Compound E1: Oleic acid
<接合用ペーストの製造>
[実施例1]
 金属粒子A1(90部)とジエチレングリコールモノヘキシルエーテル(10部)と化合物B1(0.2部)、その他成分D1(0.1部)、その他成分D2(0.1部)を、自公転式攪拌機を用いて混合し、接合用ペーストを調製した。
<Production of bonding paste>
[Example 1]
Metal particles A1 (90 parts), diethylene glycol monohexyl ether (10 parts), compound B1 (0.2 parts), other component D1 (0.1 parts), and other component D2 (0.1 parts) were mixed using a planetary stirrer to prepare a joining paste.
[実施例2~43、比較例1~9]
 表1A~表2Bに記載の組成に従い、材料の種類と配合量(部)を変更した以外は、実施例1と同様にして接合用ペーストを得た。表中、空欄は配合していないことを表す。
[Examples 2 to 43, Comparative Examples 1 to 9]
A joining paste was obtained in the same manner as in Example 1, except that the types of materials and the amounts (parts) of the materials were changed according to the compositions shown in Tables 1A to 2B. In the tables, blank spaces indicate that no materials were added.
<接合用ペーストの評価>
 得られた接合用ペーストを用いて、後述する製造方法1~5いずれかの製法により接合体を作製した。得られた接合体について、接合強度と冷熱サイクル特性を評価した。結果を表1A~表2Bに示す。
<Evaluation of bonding paste>
The resulting bonding paste was used to fabricate a bonded body by any one of manufacturing methods 1 to 5 described below. The resulting bonded body was evaluated for bonding strength and thermal cycle characteristics. The results are shown in Tables 1A to 2B.
[製造方法1]
 実施例1~39、比較例1~9で得られた接合用ペーストを用いて、以下の手順で接合体を製造した。
 被接合部1(銅基材(メッキレス):20mm×20mm×3mm)に、実施例1~36、比較例1~9で得られた接合用ペーストをそれぞれ、下記の印刷条件にて1回印刷した後、被接合部2(金メッキ処理SiC素子:8mm×8mm×0.3mm)のメッキ処理面を接合ペースト面に向けて載置し、下記焼結条件にて無加圧接合し、接合体をそれぞれ得た。
〔焼結条件〕
 窒素雰囲気の焼成炉に載置した積層体を入れ、25℃から80℃まで5℃/分の条件にて昇温し、80℃で90分予備乾燥した。その後、300℃まで8℃/分の条件にて昇温し、300℃に達した後、300℃で2時間保持した。
[Production method 1]
Using the bonding pastes obtained in Examples 1 to 39 and Comparative Examples 1 to 9, bonded bodies were manufactured in the following manner.
The bonding paste obtained in each of Examples 1 to 36 and Comparative Examples 1 to 9 was printed once on the bonded part 1 (copper base material (plating-free): 20 mm × 20 mm × 3 mm) under the printing conditions described below, and then the plated surface of the bonded part 2 (gold-plated SiC element: 8 mm × 8 mm × 0.3 mm) was placed facing the bonding paste surface, and bonded without pressure under the sintering conditions described below to obtain each bonded body.
[Sintering conditions]
The laminate was placed in a firing furnace in a nitrogen atmosphere, and the temperature was increased from 25° C. to 80° C. at a rate of 5° C./min, and pre-dried at 80° C. for 90 minutes. Thereafter, the temperature was increased to 300° C. at a rate of 8° C./min, and after reaching 300° C., the laminate was maintained at 300° C. for 2 hours.
[製造方法2]
 実施例40で得られた接合用ペーストを用いて、以下の手順で接合体を製造した。
 被接合部1(銅基材(メッキレス):20mm×20mm×3mm)に、実施例37で得られた接合用ペーストを、下記の印刷条件にて1回印刷した後、被接合部2(金メッキ処理SiC素子:8mm×8mm×0.3mm)のメッキ処理面を接合ペースト面に向けて載置し、下記焼結条件にて無加圧接合し、接合体を得た。
〔焼結条件〕
 窒素雰囲気の焼成炉に載置した積層体を入れ、25℃から80℃まで5℃/分の条件にて昇温し、80℃で90分予備乾燥した。その後、300℃まで2℃/分の条件にて昇温し、300℃に達した後、300℃で2時間保持した。
[Production method 2]
Using the bonding paste obtained in Example 40, a bonded body was produced in the following manner.
The bonding paste obtained in Example 37 was printed once on the bonded part 1 (copper base material (plating-free): 20 mm × 20 mm × 3 mm) under the printing conditions described below, and then the plated surface of the bonded part 2 (gold-plated SiC element: 8 mm × 8 mm × 0.3 mm) was placed facing the bonding paste surface, and bonded without pressure under the sintering conditions described below to obtain a bonded body.
[Sintering conditions]
The laminate was placed in a firing furnace in a nitrogen atmosphere, and the temperature was increased from 25° C. to 80° C. at a rate of 5° C./min, and pre-dried at 80° C. for 90 minutes. Thereafter, the temperature was increased to 300° C. at a rate of 2° C./min, and after reaching 300° C., the laminate was maintained at 300° C. for 2 hours.
[製造方法3]
 実施例41で得られた接合用ペーストを用いて、以下の手順で接合体を製造した。
 被接合部1(銅基材(メッキレス):20mm×20mm×3mm)に、実施例38で得られた接合用ペーストを、下記の印刷条件にて1回印刷した後、被接合部2(金メッキ処理SiC素子:8mm×8mm×0.3mm)のメッキ処理面を接合ペースト面に向けて載置し、下記焼結条件にて無加圧接合し、接合体を得た。
〔焼結条件〕
 窒素雰囲気の焼成炉に載置した積層体を入れ、25℃から300℃まで8℃/分の条件にて昇温し、300℃に達した後、300℃で2時間保持した。
[Production method 3]
Using the bonding paste obtained in Example 41, a bonded body was produced in the following manner.
The bonding paste obtained in Example 38 was printed once on the bonded part 1 (copper base material (plating-free): 20 mm × 20 mm × 3 mm) under the printing conditions described below, and then the plated surface of the bonded part 2 (gold-plated SiC element: 8 mm × 8 mm × 0.3 mm) was placed facing the bonding paste surface, and bonded without pressure under the sintering conditions described below to obtain a bonded body.
[Sintering conditions]
The laminate was placed in a firing furnace in a nitrogen atmosphere, and the temperature was raised from 25° C. to 300° C. at a rate of 8° C./min. After reaching 300° C., the laminate was held at 300° C. for 2 hours.
[製造方法4]
 実施例42で得られた接合用ペーストを用いて、以下の手順で接合体を製造した。
 被接合部1(銅基材(メッキレス):20mm×20mm×3mm)に、実施例39で得られた接合用ペーストを、下記の印刷条件にて1回印刷した後、被接合部2(金メッキ処理SiC素子:8mm×8mm×0.3mm)のメッキ処理面を接合ペースト面に向けて載置し、下記焼結条件にて無加圧接合し、接合体を得た。
〔焼結条件〕
 窒素雰囲気の焼成炉に載置した積層体を入れ、25℃から300℃まで2℃/分の条件にて昇温し、300℃に達した後、300℃で2時間保持した。
[Production Method 4]
Using the bonding paste obtained in Example 42, a bonded body was produced in the following manner.
The bonding paste obtained in Example 39 was printed once on the bonded part 1 (copper base material (plating-free): 20 mm × 20 mm × 3 mm) under the printing conditions described below, and then the plated surface of the bonded part 2 (gold-plated SiC element: 8 mm × 8 mm × 0.3 mm) was placed facing the bonding paste surface, and bonded without pressure under the sintering conditions described below to obtain a bonded body.
[Sintering conditions]
The laminate was placed in a firing furnace in a nitrogen atmosphere, and the temperature was raised from 25° C. to 300° C. at 2° C./min. After reaching 300° C., it was held at 300° C. for 2 hours.
[製造方法5]
 実施例43で得られた接合用ペーストを用いて、以下の手順で接合体を製造した。
 被接合部1(銅基材(メッキレス):20mm×20mm×3mm)に、実施例40で得られた接合用ペーストを、下記の印刷条件にて1回印刷した後、熱風オーブンに入れ、180℃10分間予備乾燥した。次いで、被接合部2(金メッキ処理SiC素子:8mm×8mm×0.3mm)のメッキ処理面を予備乾燥後の接合ペースト面に向けて載置し、下記焼結条件にて加圧接合し、接合体を得た。
〔焼結条件〕
 窒素雰囲気において、被接合部2の上から30MPaの圧力で加圧を行いながら、室温から300℃まで20℃/分の条件にて昇温し、300℃に達した後、同温度で5分間維持した。
[Production Method 5]
Using the bonding paste obtained in Example 43, a bonded body was produced in the following manner.
The bonding paste obtained in Example 40 was printed once on the bonded part 1 (copper base material (plating-free): 20 mm x 20 mm x 3 mm) under the printing conditions described below, and then the bonded part was placed in a hot air oven and pre-dried for 10 minutes at 180°C. Next, the plated surface of the bonded part 2 (gold-plated SiC element: 8 mm x 8 mm x 0.3 mm) was placed facing the pre-dried bonding paste surface, and pressure-bonded under the sintering conditions described below to obtain a bonded body.
[Sintering conditions]
In a nitrogen atmosphere, the joint portion 2 was heated from room temperature to 300° C. at a rate of 20° C./min while being pressurized at a pressure of 30 MPa from above, and after reaching 300° C., was maintained at that temperature for 5 minutes.
〔印刷条件(メタルマスク印刷)〕
 メタルマスク:開口部7.5mm角、板厚100μm(セリアコーポレーション社製)
 メタルスキージ:40mm×250mm、厚み1mm(セリアコーポレーション社製)
[Printing conditions (metal mask printing)]
Metal mask: opening 7.5 mm square, plate thickness 100 μm (manufactured by Ceria Corporation)
Metal squeegee: 40 mm x 250 mm, thickness 1 mm (manufactured by Seria Corporation)
[接合強度]
 得られた接合体について、接合体を被接合部1の部位で固定し、被接合部1と接合層との界面を起点として被接合部2に向かって高さ100μmの位置を、500μm/sの速度で押し、接合が破壊される接合強度(ダイシェア強度)を求め、下記評価基準に基づいて評価した。接着強度の数値が大きいものほど良好であり、10MPa以上が実用範囲内である。測定条件を以下に示す。
〔測定条件〕
 測定装置:万能型ボンドテスタ(デイジ・ジャパン株式会社製、4000シリーズ)
 測定高さ:100μm
 測定スピード:500μm/s
[Bonding strength]
The obtained bonded body was fixed at the site of the bonded part 1, and pushed toward the bonded part 2 at a height of 100 μm from the interface between the bonded part 1 and the bonding layer at a speed of 500 μm/s to determine the bond strength (die shear strength) at which the bond was broken, and evaluated based on the following evaluation criteria. The larger the adhesive strength value, the better, and 10 MPa or more is within the practical range. The measurement conditions are shown below.
〔Measurement condition〕
Measurement device: Universal bond tester (4000 series, manufactured by Daisy Japan Co., Ltd.)
Measurement height: 100 μm
Measurement speed: 500 μm/s
(評価基準)
 S :35MPa以上
 A+:30MPa以上35MPa未満
 A :25MPa以上30MPa未満
 A-:20MPa以上25MPa未満
 B :15MPa以上20MPa未満
 C :10MPa以上15MPa未満
 D :10MPa未満
(Evaluation criteria)
S: 35 MPa or more A+: 30 MPa or more and less than 35 MPa A: 25 MPa or more and less than 30 MPa A-: 20 MPa or more and less than 25 MPa B: 15 MPa or more and less than 20 MPa C: 10 MPa or more and less than 15 MPa D: Less than 10 MPa
[冷熱サイクル特性]
 得られた接合体を用いて下記サイクル試験を行い、サイクル試験後の接合体を用いて、上述の[接合強度]と同様にして接合強度(ダイシェア強度)を求め評価した。
〔サイクル試験〕
 接合体を-40℃で30分間保持した後、150℃で30分間保持する工程を1サイクルとし、500サイクル実施した。
[Heat cycle characteristics]
The bonded bodies thus obtained were subjected to the following cycle test, and the bond strength (die shear strength) of the bonded bodies after the cycle test was determined and evaluated in the same manner as in the above-mentioned [Bonding strength].
[Cycle test]
The bonded body was held at -40°C for 30 minutes and then held at 150°C for 30 minutes, which constituted one cycle, and 500 cycles were carried out.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
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 表1A~表2Bの結果に示すように、所定の銀粒子(A)と所定の化合物(B)を組み合わせた本開示の接合用ペーストを用いると、接合強度が非常に高く、冷熱サイクル試験を実施した後も、接合強度の低下が抑止されていることを確認した。
 特に、T3<T1<(T2+10)を満たす接合用ペーストは、メッキレス基材及び大面積SiC素子のような、安定した接合が極めて困難な構成とした場合であっても、接合強度が非常に高く、冷熱サイクル試験を実施した後も、接合強度の低下が抑止されていた(実施例26と実施例27、及び実施例28と実施例29)。
 また、三級窒素原子数が、2~3である化合物を有する接合用ペーストは、メッキレス基材及び大面積SiC素子のような、安定した接合が極めて困難な構成とした場合であっても、接合強度が非常に高く、冷熱サイクル試験を実施した後も、接合強度の低下が抑止されていた(実施例1と実施例2)。
 また、沸点が250℃以上である分散媒を含有する接合用ペーストは、メッキレス基材及び大面積SiC素子のような、安定した接合が極めて困難な構成とした場合であっても、接合強度が非常に高く、冷熱サイクル試験を実施した後も、接合強度の低下が抑止されていた(実施例4、30、35と実施例31~34)。
 また、水酸基、カルボキシ基及びアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を2つ以上有する炭素数20~80の化合物(D)を含有する接合用ペーストは、メッキレス基材及び大面積SiC素子のような、安定した接合が極めて困難な構成とした場合であっても、接合強度が非常に高く、冷熱サイクル試験を実施した後も、接合強度の低下が抑止されていた(実施例2と実施例15、及び実施例4と実施例16)。
 また、カルボキシ基を1つ有する炭素数14~20の化合物(E)を含有する接合用ペーストは、メッキレス基材及び大面積SiC素子のような、安定した接合が極めて困難な構成とした場合であっても、接合強度が非常に高く、冷熱サイクル試験を実施した後も、接合強度の低下が抑止されていた(実施例15と実施例21、及び実施例16と実施例22)。
 また、上述する予備乾燥工程(2a)を含む無加圧接合方法を用いて接合した接合体は、メッキレス基材及び大面積SiC素子のような、安定した接合が極めて困難な構成とした場合であっても、接合強度が非常に高く、冷熱サイクル試験を実施した後も、接合強度の低下が抑止されていた(実施例4と実施例41、及び実施例40と実施例42)。
 一方、比較例の接合用ペーストを用いた場合では、接合強度が著しく低く、冷熱サイクル試験を実施した後の接合強度も著しく低かった。
As shown in the results of Tables 1A to 2B, when the bonding paste of the present disclosure, which combines a specified silver particle (A) and a specified compound (B), was used, it was confirmed that the bonding strength was extremely high and that a decrease in the bonding strength was suppressed even after the thermal cycle test was performed.
In particular, the bonding paste satisfying T3<T1<(T2+10) had extremely high bonding strength even in configurations where stable bonding is extremely difficult, such as plating-free substrates and large-area SiC elements, and the decrease in bonding strength was suppressed even after performing thermal cycle tests (Examples 26 and 27, and Examples 28 and 29).
In addition, the bonding paste containing a compound having 2 to 3 tertiary nitrogen atoms had very high bonding strength even in configurations where stable bonding is extremely difficult, such as plating-free substrates and large-area SiC elements, and the decrease in bonding strength was suppressed even after performing a thermal cycle test (Examples 1 and 2).
In addition, the bonding paste containing a dispersion medium having a boiling point of 250°C or higher had a very high bonding strength even in configurations where stable bonding is extremely difficult, such as a plating-less substrate and a large-area SiC element, and the decrease in bonding strength was suppressed even after a thermal cycle test (Examples 4, 30, and 35 and Examples 31 to 34).
In addition, the bonding paste containing the compound (D) having 20 to 80 carbon atoms and having two or more functional groups selected from the group consisting of hydroxyl groups, carboxy groups, and amino groups had extremely high bonding strength even in configurations where stable bonding is extremely difficult, such as plating-less substrates and large-area SiC elements, and the decrease in bonding strength was suppressed even after a thermal cycle test (Examples 2 and 15, and Examples 4 and 16).
In addition, the bonding paste containing the compound (E) having one carboxy group and 14 to 20 carbon atoms had a very high bonding strength even in the case of a configuration in which stable bonding is extremely difficult, such as a plating-less substrate and a large-area SiC element, and the decrease in bonding strength was suppressed even after a thermal cycle test (Examples 15 and 21, and Examples 16 and 22).
In addition, the bonded bodies bonded using the pressureless bonding method including the above-mentioned preliminary drying step (2a) had extremely high bonding strength even in the case of configurations for which stable bonding is extremely difficult, such as plating-less substrates and large-area SiC elements, and even after carrying out thermal cycle tests, the decrease in bonding strength was suppressed (Examples 4 and 41, and Examples 40 and 42).
On the other hand, when the bonding paste of the comparative example was used, the bonding strength was significantly low, and the bonding strength after the thermal cycle test was also significantly low.
 この出願は、2022年11月17日に出願された日本出願特願2022-183808を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。 This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2022-183808, filed on November 17, 2022, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.

Claims (17)

  1.  平均粒子径が100nm~500nmである銀粒子(A)、
     二級窒素原子及び三級窒素原子からなる群より選ばれる少なくとも一種の窒素原子を有し、且つ水酸基数が4以上である化合物(B)、並びに、
     分散媒(C)を含有する接合用ペースト。
    Silver particles (A) having an average particle size of 100 nm to 500 nm;
    A compound (B) having at least one nitrogen atom selected from the group consisting of a secondary nitrogen atom and a tertiary nitrogen atom and having 4 or more hydroxyl groups; and
    A bonding paste containing a dispersion medium (C).
  2.  銀粒子(A)の焼結温度をT1℃、化合物(B)の50%重量減少温度をT2℃、分散媒(C)の50%重量減少温度をT3℃とした場合に、T3<T1<(T2+10)を満たす請求項1に記載の接合用ペースト。 The joining paste according to claim 1, in which T3 < T1 < (T2 + 10) is satisfied, where T1°C is the sintering temperature of the silver particles (A), T2°C is the 50% weight loss temperature of the compound (B), and T3°C is the 50% weight loss temperature of the dispersion medium (C).
  3.  前記T2が、200~300℃である請求項2に記載の接合用ペースト。 The joining paste according to claim 2, wherein T2 is 200 to 300°C.
  4.  前記化合物(B)が、三級窒素原子を有する請求項1~3いずれか1項に記載の接合用ペースト。 The joining paste according to any one of claims 1 to 3, wherein the compound (B) has a tertiary nitrogen atom.
  5.  前記化合物(B)における三級窒素原子数が、2~3である請求項4に記載の接合用ペースト。 The joining paste according to claim 4, wherein the number of tertiary nitrogen atoms in the compound (B) is 2 to 3.
  6.  前記化合物(B)における水酸基数が、4~6である請求項1~3いずれか1項に記載の接合用ペースト。 The joining paste according to any one of claims 1 to 3, wherein the number of hydroxyl groups in the compound (B) is 4 to 6.
  7.  前記化合物(B)が、25℃において液状である請求項1~3いずれか1項に記載の接合用ペースト。 The joining paste according to any one of claims 1 to 3, wherein the compound (B) is liquid at 25°C.
  8.  前記化合物(B)の含有率が、前記銀粒子(A)の質量を基準として0.05~1.0質量%である請求項1~3いずれか1項に記載の接合用ペースト。 The joining paste according to any one of claims 1 to 3, wherein the content of the compound (B) is 0.05 to 1.0 mass% based on the mass of the silver particles (A).
  9.  前記銀粒子(A)は、平均粒子径が150nm~400nmである請求項1~3いずれか1項に記載の接合用ペースト。 The bonding paste according to any one of claims 1 to 3, wherein the silver particles (A) have an average particle diameter of 150 nm to 400 nm.
  10.  前記分散媒(C)は、沸点が250℃以上である請求項1~3いずれか1項に記載の接合用ペースト。 The joining paste according to any one of claims 1 to 3, wherein the dispersion medium (C) has a boiling point of 250°C or higher.
  11.  さらに、水酸基、カルボキシ基及びアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を2つ以上有する炭素数20~80の化合物(D)を含有する請求項1~3いずれか1項に記載の接合用ペースト。 The joining paste according to any one of claims 1 to 3 further contains a compound (D) having 20 to 80 carbon atoms and two or more functional groups selected from the group consisting of hydroxyl groups, carboxy groups, and amino groups.
  12.  さらに、カルボキシ基を1つ有する炭素数14~20の化合物(E)を含有する請求項1~3いずれか1項に記載の接合用ペースト。 The joining paste according to any one of claims 1 to 3 further contains a compound (E) having one carboxy group and 14 to 20 carbon atoms.
  13.  前記銀粒子(A)の含有率が、接合ペーストの質量を基準として80~95質量%である請求項1~3いずれか1項に記載の接合用ペースト。 The joining paste according to any one of claims 1 to 3, wherein the content of the silver particles (A) is 80 to 95 mass% based on the mass of the joining paste.
  14.  請求項1~3いずれか1項に記載の接合用ペーストによって、第一の被接合部と第二の被接合部とが接合された接合体。 A bonded body in which a first bonded part and a second bonded part are bonded using the bonding paste according to any one of claims 1 to 3.
  15.  前記第一の被接合部が、メッキレス基材である請求項14に記載の接合体。 The bonded body according to claim 14, wherein the first bonded portion is a non-plated substrate.
  16.  前記第二の被接合部が、SiCである請求項14に記載の接合体。 The bonded body according to claim 14, wherein the second bonded portion is SiC.
  17.  請求項1~3いずれか1項に記載の接合用ペーストによって、第一の被接合部と第二の被接合部とが接合された接合体の製造方法であって、下記工程を含むことを特徴とする接合体の製造方法。
    (1)接合用ペーストを第一の被接合体に塗布する工程。
    (2)接合用ペーストを塗布した第一の被接合部の塗布部に第二の被接合部を載置する工程。
    (2a)載置した積層体を加熱して予備乾燥する工程。
    (3)載置した積層体を無加圧環境下で焼結する工程。
    A method for producing a joined body in which a first joined part and a second joined part are joined by the joining paste according to any one of claims 1 to 3, comprising the following steps:
    (1) A step of applying a bonding paste to a first object to be bonded.
    (2) A step of placing a second part to be joined on the application portion of the first part to be joined that has been applied with the joining paste.
    (2a) A step of pre-drying the placed laminate by heating.
    (3) A step of sintering the placed laminate in a pressureless environment.
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