説明

接合方法

【課題】本発明の目的は、高い接合強度が得られる接合方法を提供することにある。
【手段】数平均一次粒子径50nmより大きく50μm以下である金属粒子、及び分散媒を含有する接合剤(A)を被接合部材に塗布し、加熱する工程(1)と、前記被接合部材の接合剤(A)が塗布された面に、数平均一次粒子径1nm以上50nm以下である金属粒子、及び分散媒を含有する接合剤(B)を塗布する工程(2)と、前記被接合部材の接合剤(A)及び接合剤(B)が塗布された面に、他の被接合部材を接合する工程(3)と、を有する接合方法である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、接合方法に関するもので、具体的には、電子部品などの接合の際に用いられる接合方法に関する。
【背景技術】
【0002】
銀、銅、ニッケルなどの金属粉末を液状熱硬化性樹脂組成物中に分散させてなる電気伝導性・熱伝導性ペーストは、加熱により硬化して電気伝導性・熱伝導性被膜が形成される。したがって、プリント回路基板上の電気伝導性回路の形成; 抵抗器やコンデンサ等の各種電子部品及び各種表示素子の電極の形成; 電磁波シールド用電気伝導性被膜の形成;コンデンサ、抵抗、ダイオード、メモリ、演算素子(CPU)等のチップ部品の基板への接着;太陽電池の電極の形成、特に、アモルファスシリコン半導体を用いているために、高温処理のできない太陽電池の電極の形成; 積層セラミックコンデンサ、積層セラミックインダクタ、積層セラミックアクチュエータ等のチップ型セラミック電子部品の外部電極の形成等に使用されている。
【0003】
特許文献1には、平均粒径(メディアン径D50)が0.1μmより大きく50μm以下であり融点が400℃より高く加熱焼結性である金属粒子と液状フラックスとからなるペースト状物を複数の金属製部材間に介在させ、70℃以上400℃以下で加熱することにより、金属粒子同士が焼結して金属粒子と同等の融点を有する多孔質焼結物となり、複数の金属製部材同士を接合することを特徴とする、金属製部材接合体の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2010−131669号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記従来の接合方法においては、十分な接合強度が得られないという問題点があった。
【0006】
本発明は、上記事情を鑑みなされたものであり、その目的は、高い接合強度が得られる接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
すなわち、本発明は、以下の[1]〜[8]を提供するものである。
[1] 数平均一次粒子径50nmより大きく50μm以下である金属粒子、及び分散媒を含有する接合剤(A)を被接合部材に塗布し、加熱する工程(1)と、前記被接合部材の接合剤(A)が塗布された面に、数平均一次粒子径1nm以上50nm以下である金属粒子、及び分散媒を含有する接合剤(B)を塗布る工程(2)と、前記被接合部材の接合剤(A)及び接合剤(B)が塗布された面に、他の被接合部材を接合する工程(3)と、を有する接合方法。
[2] 前記接合剤(A)に含まれる金属粒子が銀粒子である、前記[1]に記載の接合方法。
[3] 前記接合剤(B)に含まれる金属粒子が銀粒子である、前記[1]または[2]に記載の接合方法。
[4] 前記接合剤(A)を、インクジェット塗布法またはディスペンサー塗布法により被接合部材に塗布する、前記[1]〜[3]のいずれかに記載の接合方法。
[5] 前記被接合部材の接合剤(A)が塗布された面に、前記接合剤(B)を、インクジェット塗布法またはディスペンサー塗布法により被接合部材に塗布する、前記[1]〜[4]のいずれかに記載の接合方法。
[6] 被接合部材が、金属またはセラミックスである、前記[1]〜[5]のいずれかに記載の接合方法。
[7] 接合剤(A)が、さらに還元剤を含有する、前記[1]〜[6]のいずれかに記載の接合方法。
[8] 接合剤(B)が、さらに還元剤を含有する、前記[1]〜[7]のいずれかに記載の接合方法。
【発明の効果】
【0008】
本発明により、高い接合強度が得られる接合方法が提供され、特には厚膜化した際にも低抵抗で高い接合強度が得られる接合方法が提供される。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本発明の接合方法は、数平均一次粒子径50nmより大きく50μm以下である金属粒子、及び分散媒を含有する接合剤(A)を被接合部材に塗布し、加熱する工程(1)と、前記被接合部材の接合剤(A)が塗布された面に、数平均一次粒子径1nm以上50nm以下である金属粒子、及び分散媒を含有する接合剤(B)を塗布する工程(2)と、前記被接合部材の接合剤(A)及び接合剤(B)が塗布された面に、他の被接合部材を接合する工程(3)と、を有する。
【0010】
まず、数平均一次粒子径50nmより大きく50μm以下である金属粒子、及び分散媒を含有する接合剤(A)を被接合部材に塗布し、加熱する工程(1)(以下、「工程(1)」ともいう。)について説明する。
【0011】
接合剤(A)は、数平均一次粒子径50nmより大きく50μm以下である金属粒子と分散媒とを含有する。
前記金属粒子の数平均一次粒子径は、好ましくは50nmより大きく10μm以下であり、更に好ましくは50nmより大きく5μm以下である。前記金属粒子の数平均一次粒子径はレーザー回折散乱式粒度分布測定法により測定することができる。
また、金属粒子の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、融点が400℃より高いものであることが好ましく、金、銀、銅、パラジウム、ニッケル、スズ、アルミニウム、および、これら各金属の合金が例示される。
また、金属粒子の材質としては、融点が600℃以上であることが好ましく、接合性等の観点から銀、銀合金、銅、銅合金が好ましく、銀および銅が特に好ましい。銀粒子は、面または内部の一部が酸化銀または過酸化銀であってもよく、表面の全部が酸化銀または過酸化銀であってもよい。銅粒子は、表面または内部の一部が酸化銅であってもよく、表面の全部が酸化銅であってもよい。
【0012】
金属粒子は、通常、単独の材質からなるが、複数の材質の粒子の混合物であってもよい。金属粒子は、それら金属(例えば銀)により表面がメッキされた金属(例えば、銅、ニッケルまたはアルミニウム)粒子、それら加熱焼結性金属(例えば、銀)により表面がメッキされた樹脂(例えば、エポキシ樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂)粒子であってもよい。
【0013】
金属粒子の形状は、加熱焼結性があれば特に限定されず、球状,粒状,フレーク状(片
状),針状,角状,樹枝状,不規則形状,涙滴状,繊維状が例示される(JISZ2500:2000参照)。さらには板状,極薄板状,六角板状,柱状,棒状,多孔状,塊状,海綿状,けい角状,丸み状,楕円球状,ぶどう状,紡錘状,略立方体状等が例示される。
その形状は、多孔質焼結物を形成しやすい点で球状、粒状およびフレーク状(片状)が好ましい。ここで言う球状とは、ほぼ球に近い形状である(JISZ2500:2000参照)。必ずしも真球状である必要はなく、粒子の長径(DL)と短径(DS)との比(DL)/(DS)(球状係数と言うことがある)が1.0〜1.2の範囲にあるものが好ましい。粒状とは、不規則形状のものではなくほぼ等しい寸法をもつ形状である(JISZ2500:2000参照)。
フレーク状(片状)とは、板のような形状であり(JISZ2500:2000参照)、鱗のように薄い板状であることから鱗片状とも言われるものである。いずれの形状であっても粒度分布は限定されない。
レーザー回折散乱式粒度分布測定法は、金属粒子にレーザービームを照射し、その金属粒子の大きさに応じて様々な方向へ発せられる回折光や散乱光のレーザー光の強度を測定することにより一次粒子の粒径を求めるという汎用の測定方法である。数多くの測定装置が市販されており(例えば、株式会社島津製作所製レーザ回折式粒度分布測定装置SALD、日機装株式会社製レーザー回折散乱式粒度分布測定装置マイクロトラック)、これらを用いて容易に平均粒径(メディアン径D50)を測定することができる。なお金属粒子の凝集が強い場合には、ホモジナイザーにより一次粒子の状態に分散してから測定することが好ましい。
【0014】
金属粒子の製法は限定されるものではなく、還元法・粉砕法・電解法・アトマイズ法・熱処理法・それらの組合せによる方法が例示されるが、粒状または球状の粒子を得やすい還元法またはアトマイズ法であることが好ましい。
還元法による銀粒子の製造方法は多く提案されており、通常、硝酸銀水溶液に水酸化ナトリウム水溶液を加えて酸化銀を調製し、これにホルマリンのような還元剤の水溶液を加えることにより酸化銀を還元して銀粒子分散液とし、分散液をろ過し、ろ過残渣を水洗し、乾燥をおこなうことにより製造される。
還元法による銅粒子は、特開昭59−116203に記載されているように、通常、硫酸銅水溶液とヒドラジン水溶液を接触反応させて銅粉を還元析出させ、純水で洗浄した後、乾燥して製造している。アトマイズ法による金属粒子は、特開平9−137207に記載されているように、金属溶融槽から流下する溶融金属に高圧の不活性ガスを噴霧し、該溶融金属を急速凝固させて製造している。特開平5−156321では不活性ガスの代わりに水を用いたアトマイズ法で金属粉末を製造している。
【0015】
このように製造された金属粒子は、通常、粒状若しくは球状であるが、凝集防止および/または酸化防止のため有機物で表面を被覆してもよい。このような有機物としては、カプリル酸、カプリン酸、ラウリル酸、ミリスチル酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸のような高・中級脂肪酸;高・中脂肪酸金属塩、高・中脂肪酸エステル、高・中脂肪酸アミドのような高・中脂肪酸の誘導体;ドデシルアミンのような高・中級アルキルアミンが例示される。金属粒子の表面は撥水性、親水性のいずれであっても良い。
【0016】
金属粒子表面の有機物量は、金属粒子の焼結性の点で5重量%以下であり、好ましくは2重量%以下である。ここで有機物量は、通常の方法で測定できる。例えば金属粒子を不活性ガス中で500℃に加熱したときの重量減少を測定する方法が例示される。
金属粒子の含有量は、接合剤全体に対して、通常25〜95重量%であり、好ましくは30〜90重量%である。金属粒子の含有量が25重量%未満であると接合剤の塗布性が悪化するおそれがある。一方、金属粒子の含有量が95重量%を超えると、金属粒子の分散性、接合性が低下するおそれがある。
【0017】
また、接合剤(A)に用いる、分散媒としては、特に限定されるものではないが、アルコール類、エステル類、エーテル類、炭化水素類、ケトン類、アミド類などが挙げられる。
【0018】
アルコール類およびエーテル類としては、イソプロパノール、ブタノールなどの1価アルコール類;エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオールなどの2価アルコール類;グリセリンなどの3価アルコール類;
エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテートなどのエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;ジエチレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテル、エチレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテルなどの(ジ)エチレングリコールエーテル類;プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテルなどのプロピレングリコールモノアルキルエーテル類;プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジプロピルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテルなどのプロピレングリコールジアルキルエーテル類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテートなどのプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;エチルセロソルブ、ブチルセロソルブなどのセロソルブ類;ブチルカルビトールなどのカルビトール類;テルピネオールなどが挙げられる。
【0019】
エステル類としては、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−プロピル、乳酸イソプロピルなどの乳酸エステル類;酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸n−アミル、酢酸イソアミル、プロピオン酸イソプロピル、プロピオン酸n−ブチル、プロピオン酸イソブチルなどの脂肪族カルボン酸エステル類;γ−ブチロラクトンなどのラクトン類;3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチルなどの他のエステル類;などが挙げられる。
【0020】
炭化水素類としては、トルエン、キシレン、テトラデカン、シクロドデセンなどの芳香族炭化水素類などが挙げられ;ケトン類としては、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、4−ヘプタノン、シクロヘキサノンなどが挙げられ;アミド類としては、N−ジメチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドンなどが挙げられる。
分散媒は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
【0021】
分散媒の含有量は、接合剤全体に対して、通常5〜75重量%であり、好ましくは10〜70重量%である。分散媒が5重量%未満であると接合剤の塗布性が悪化するおそれがある。一方、分散媒が75重量%を超えると、接合性が低下するおそれがある。
【0022】
また、接合剤(A)には、還元剤を含むことができる。還元剤としては、特に限定されるものではないが、塩化水素酸のアミン塩、臭化水素酸のアミン塩、カルボン酸、カルボン酸のアンモニウム塩、カルボン酸のアミン塩および多価フェノール類等を挙げることができる。前記接合剤(A)が還元剤を含むことで、前記金属粒子の表面から酸化物が除去されることで、金属粒子間の接合性が向上し、被接合部材間の接合性が向上すると推察される。また、被接合部材として金属製の部材を用いた際に被接合部材の表面から酸化物が除去されることで被接合部材間の接合性が向上すると推察される。
【0023】
アミンとしては、メチルアミン、エチルアミン、n−プロピルアミン、イソプロピルアミン、n−ブチルアミンなどの第1級アミン類;ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジ−n−ブチルアミンなどの第2級アミン類;トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリイソプロピルアミンなどの第3級アミン類;モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアルカノールアミン類;などが挙げられる。
塩化水素酸または臭化水素酸のアミン塩としては、塩化水素酸または臭化水素酸と上記例示のアミンとの塩が挙げられる。
カルボン酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、アラキン酸、ベヘニン酸などの飽和脂肪族カルボン酸;オレイン酸、リノール酸、リノレン酸などの不飽和脂肪族カルボン酸;シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、ジエチルグルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、セバシン酸、アゼライン酸などの飽和脂肪族ジカルボン酸;マレイン酸、フマル酸などの不飽和脂肪族ジカルボン酸;安息香酸などの芳香族酸;ヒドロキシピバリン酸、ジメチロールプロピオン酸、クエン酸、リンゴ酸、グリセリン酸、乳酸などのヒドロキシ酸;ジグリコール酸;などが挙げられる。
カルボン酸のアンモニウム塩としては、ギ酸アンモニウムなどの上記例示のカルボン酸とアンモニアとの塩が挙げられ、カルボン酸のアミン塩としては、上記例示のカルボン酸と上記例示のアミンとの塩が挙げられる。
多価フェノール類としては、2,3−ジヒドロキシナフタレン、レゾルシノール、カテ
コールなどが挙げられる。
還元剤は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
【0024】
本実施形態の接合剤(A)は、添加剤を含有してもよい。添加剤としては、チクソトロピー性付与剤、接着性樹脂、無機フィラーなどが挙げられる。
【0025】
前記接着性樹脂は、熱や光により接着性が発現される樹脂であれば特に限定されない。
例えば、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリアセタール、等の熱可塑性樹;エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、熱硬化性ポリエステル樹脂、等の熱硬化性樹脂:エポキシ樹脂、オキセタン樹脂等の光硬化性樹脂等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
本実施形態の接合方法に用いられる接合剤(A)において前記接着性樹脂を含む場合、その含有量は、前記金属粒子100質量部に対して、好ましくは5〜60質量部、より好ましくは10〜50質量部、更に好ましくは20〜40質量部である。チクソトロピー性付与剤の含有量を前記範囲に設定することにより、被接合部材同士の接着力をより容易に調整できる。
【0026】
前記無機フィラーとしては、シリカ、アルミナなどの無機酸化物等が挙げられる。
本発明のはんだペーストでは、無機フィラーを含有させることにより、はんだの強度を上げることができる。
【0027】
本実施形態の接合方法において、接合剤(A)を被接合部材に塗布する方法としては、特に限定されるものではないが、インクジェット塗布、ディスペンサー塗布、スプレー塗布、スピン塗布、ローラー塗布、リソグラフィー印刷塗布、スクリーン印刷塗布、オフセット印刷塗布などが挙げられ、特に微細な被接着部材を接合する際にはインクジェット塗布またはディスペンサー塗布が好ましい。
【0028】
本実施形態の接合方法において、接合剤(A)を加熱するときの雰囲気ガスは、不活性ガス、酸化性ガス、還元性ガスのいずれでも良いが、金属粒子または金属製部材が卑金属系であるときは不活性ガスまたは還元性ガスであることが好ましい。不活性ガスは窒素ガスであることが好ましい。酸化性ガスは酸素ガスと窒素ガスからなることが好ましく、特には酸素ガス濃度が0.1体積%以上40体積%以下と窒素ガス濃度が99.9体積%以下60体積%以上の混合ガスであることが好ましく、空気であっても良い。還元性ガスは水素ガスと窒素ガスからなることが好ましく、特には水素ガス濃度が1体積%以上40体積%以下と窒素ガス濃度が99体積%以下60体積%以上の混合ガスであることが好ましく、更には水素ガス濃度が5体積%以上25体積%以下と窒素ガスが95体積%以下75体積%以上であるフォーミングガスであることが好ましい。
【0029】
加熱温度は、通常70℃以上であり、150℃以上が好ましく、200℃以上であることがより好ましい。しかし、600℃を越えると常温にもどしたときの残留応力が大きくなる場合があるので通常600℃以下であり、好ましくは500℃以下、より好ましくは450℃以下である。
【0030】
接合剤(A)を被接着部材に塗布した後、加熱することで、接合剤(A)に含まれる金属粒子は焼結し、該金属粒子同士により多孔質の金属層が得られる。
【0031】
多孔質の金属層の融点は、通常の加熱温度である600℃より高く、金属粒子と同等であることが好ましい。融点は金属粒子の材質によって変わるが、600℃以上であることが好ましい。金属粒子が銀であれば900℃以上であることが好ましく、銅であれば1000℃以上であることが好ましい。
【0032】
多孔質の金属層の電気伝導性は、体積抵抗率で1×10−4Ω・cm以下であることが好ましく、1×10−5Ω・cm以下であることがより好ましい。
【0033】
次に、前記被接合部材の接合剤(A)が塗布された面に、数平均一次粒子径1nm以上50nm以下である金属粒子、及び分散媒を含有する接合剤(B)を塗布する工程(2)(以下、「工程(2)ともいう。)について説明する。
【0034】
接合剤(B)は、数平均一次粒子径1nm以上50nm以下である金属粒子、及び分散媒を含有する。
前記金属粒子の数平均一次粒子径は、好ましくは3nm以上40nm以下であり、更に好ましくは5nm以上30nm以下である。前記金属粒子の数平均一次粒子径はレーザー回折散乱式粒度分布測定法により測定することができる。
また、金属粒子の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、融点が400℃より高いものであることが好ましく、金、銀、銅、パラジウム、ニッケル、スズ、アルミニウム、および、これら各金属の合金が例示される。
また、金属粒子の材質としては、融点が600℃以上であることがより好ましく、接合性等の観点から銀、銀合金、銅、銅合金が好ましく、銀および銅が特に好ましい。銀粒子は、面または内部の一部が酸化銀または過酸化銀であってもよく、表面の全部が酸化銀または過酸化銀であってもよい。銅粒子は、表面または内部の一部が酸化銅であってもよく、表面の全部が酸化銅であってもよい。
【0035】
金属粒子は、通常、単独の材質からなるが、複数の材質の粒子の混合物であってもよい。金属粒子は、それら金属(例えば銀)により表面がメッキされた金属(例えば、銅、ニッケルまたはアルミニウム)粒子、それら加熱焼結性金属(例えば、銀)により表面がメッキされた樹脂(例えば、エポキシ樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂)粒子であってもよい。
【0036】
金属粒子の形状は、加熱焼結性があれば特に限定されず、球状,粒状,フレーク状(片
状),針状,角状,樹枝状,不規則形状,涙滴状,繊維状が例示される(JISZ2500:2000参照)。さらには板状,極薄板状,六角板状,柱状,棒状,多孔状,塊状,海綿状,けい角状,丸み状,楕円球状,ぶどう状,紡錘状,略立方体状等が例示される。
その形状は、多孔質焼結物を形成しやすい点で球状、粒状およびフレーク状(片状)が好ましい。ここで言う球状とは、ほぼ球に近い形状である(JISZ2500:2000参照)。必ずしも真球状である必要はなく、粒子の長径(DL)と短径(DS)との比(DL)/(DS)(球状係数と言うことがある)が1.0〜1.2の範囲にあるものが好ましい。粒状とは、不規則形状のものではなくほぼ等しい寸法をもつ形状である(JISZ2500:2000参照)。
フレーク状(片状)とは、板のような形状であり(JISZ2500:2000参照)、鱗のように薄い板状であることから鱗片状とも言われるものである。いずれの形状であっても粒度分布は限定されない。
レーザー回折散乱式粒度分布測定法は、金属粒子にレーザービームを照射し、その金属粒子の大きさに応じて様々な方向へ発せられる回折光や散乱光のレーザー光の強度を測定することにより一次粒子の粒径を求めるという汎用の測定方法である。数多くの測定装置が市販されており(例えば、株式会社島津製作所製レーザ回折式粒度分布測定装置SALD、日機装株式会社製レーザー回折散乱式粒度分布測定装置マイクロトラック)、これらを用いて容易に平均粒径(メディアン径D50)を測定することができる。なお金属粒子の凝集が強い場合には、ホモジナイザーにより一次粒子の状態に分散してから測定することが好ましい。
【0037】
金属粒子の製法は限定されるものではなく、還元法・アトマイズ法による方法が例示されるが、粒状または球状の粒子を得やすい還元法であることが好ましい。
アトマイズ法による銀粒子は、例えば、特開2001-35255号公報に記載されているように、真空中で気相法により金属の微粒子を作製した後、有機溶媒と混合することで銀粒子が分散した分散液が製造される。また、還元法による金属粒子は、特開平11−319538号公報に記載されているように、水相中で金属イオンを還元することで金属粒子を生成させた後、水相から保護コロイドを含む有機溶媒相中に相間移動させて金属粒子のコロイド粒子が製造される。
【0038】
本実施形態の接合方法の接合剤(B)に用いられる分散媒としては、前記接合剤(A)において例示した分散媒と同様のものを挙げることができる。
また、本実施形態の接合方法の接合剤(B)に用いられる還元剤、添加剤としては、前記接合剤(A)において例示した還元剤、添加剤と同様のものを挙げることができる。
本実施形態の接合方法の接合剤(B)を、被接合部材の接合剤(A)が塗布された面に塗布する方法としては、前記接合剤(A)において例示した塗布方法を挙げることができる。
【0039】
本実施形態の接合方法において、接合剤(B)を塗布した後に必要に応じて加熱することもできる。加熱するときの雰囲気ガスは、不活性ガス、酸化性ガス、還元性ガスのいずれでも良いが、金属粒子または金属製部材が卑金属系であるときは不活性ガスまたは還元性ガスであることが好ましい。不活性ガスは窒素ガスであることが好ましい。酸化性ガスは酸素ガスと窒素ガスからなることが好ましく、特には酸素ガス濃度が0.1体積%以上40体積%以下と窒素ガス濃度が99.9体積%以下60体積%以上の混合ガスであることが好ましく、空気であっても良い。還元性ガスは水素ガスと窒素ガスからなることが好ましく、特には水素ガス濃度が1体積%以上40体積%以下と窒素ガス濃度が99体積%以下60体積%以上の混合ガスであることが好ましく、更には水素ガス濃度が5体積%以上25体積%以下と窒素ガスが95体積%以下75体積%以上であるフォーミングガスであることが好ましい。
【0040】
加熱温度は、通常70℃以上であり、150℃以上が好ましく、200℃以上であることがより好ましい。しかし、600℃を越えると常温にもどしたときの残留応力が大きくなるので600℃以下であることが必要であり、好ましくは500℃以下、より好ましくは450℃以下である。
【0041】
接合剤(B)を前記被接合部材の接合剤(A)が塗布された面に塗布した後、加熱することで、接合剤(B)に含まれる金属粒子は焼結し、該金属粒子同士により金属層が得られる。
【0042】
前記金属層の融点は、加熱焼結温度の上限値である600℃より高く、金属粒子と同等であることが好ましい。融点は金属粒子の材質によって変わるが、600℃以上であることが好ましい。金属粒子が銀であれば900℃以上であることが好ましく、銅であれば1000℃以上であることが好ましい。
【0043】
前記金属層の電気伝導性は、体積抵抗率で1×10−4Ω・cm以下であることが好ましく、1×10−5Ω・cm以下であることがより好ましい。
【0044】
次に、前記被接合部材の接合剤(A)及び接合剤(B)が塗布された面に、他の被接合部材を接合する工程(3)(以下、「工程(3)ともいう。)について説明する。
他の被接合部材としては特に限定されるものではないが、金属製、セラミック製、樹脂製などの材料を挙げることができる。
接合する際の加熱温度としては、通常70℃以上であり、150℃以上が好ましく、200℃以上であることがより好ましい。しかし、600℃を越えると常温にもどしたときの残留応力が大きくなるので600℃以下であることが必要であり、好ましくは500℃以下、より好ましくは450℃以下である。
加熱するときの雰囲気ガスは、不活性ガス、酸化性ガス、還元性ガスのいずれでも良いが、金属粒子または金属製部材が卑金属系であるときは不活性ガスまたは還元性ガスであることが好ましい。不活性ガスは窒素ガスであることが好ましい。酸化性ガスは酸素ガスと窒素ガスからなることが好ましく、特には酸素ガス濃度が0.1体積%以上40体積%以下と窒素ガス濃度が99.9体積%以下60体積%以上の混合ガスであることが好ましく、空気であっても良い。還元性ガスは水素ガスと窒素ガスからなることが好ましく、特には水素ガス濃度が1体積%以上40体積%以下と窒素ガス濃度が99体積%以下60体積%以上の混合ガスであることが好ましく、更には水素ガス濃度が5体積%以上25体積%以下と窒素ガスが95体積%以下75体積%以上であるフォーミングガスであることが好ましい。
【0045】
また、被接合部材の前記多孔質の金属層による接合体の接合強度は、せん断接着強さが5MPa以上であることが好ましく、10MPa以上であることがより好ましい。これらの融点、体積抵抗率およびせん断接着強さは、実施例に記載した方法により測定されるものである。
【0046】
本発明の接合方法は、加熱すると金属粒子同士が焼結し、強度および電気伝導性が優れ、接触していた金属製部材、例えば金メッキ基板、金合金基板、銀メッキ金属基板、銀基板、銀合金基板、銅メッキ基板、銅基板、銅合金基板、パラジウムメッキ基板、パラジウム合金基板等の金属系基板、電気絶縁性基板上の電極等金属部分への接着性を有する多孔質焼結物となるので、金属系基板や金属部分を有する電子部品、電子装置、電気部品、電気装置等の接合に有用である。
【0047】
そのような接合として、コンデンサ、抵抗等のチップ部品と回路基板との接合;ダイオード、メモリ、CPU等の半導体チップとリードフレームもしくは回路基板との接合;高発熱のCPUチップと冷却板との接合、半導体または基板上の電極形成材が例示される。
【実施例】
【0048】
以下、本発明について実施例を挙げて具体的に説明する。なお、実施例と比較例中、部とあるのは重量部を意味する。
【0049】
[金属製部材接合体の23℃におけるせん断接着強さ]
実施例及び比較例で得られた接合体について、JIS K 7194に準じた方法により体積抵抗率(単位;Ω・cm)を測定した。具体的には、接合体を接着強さ試験機の温度が23℃である試験体取付け具にセットし、該銀チップの側面を接着強さ試験機の押圧棒により押厚速度23mm/分で押圧し、接合部がせん断破壊したときの荷重をもって、23℃におけるせん断接着強さ(単位;MPa)とした。
【0050】
[金属製部材接合体の体積抵抗率]
実施例及び比較例で得られた接合体について、高精度抵抗率計(三菱化学株式会社製、Loresta−GP MCP−T600)を用いて体積抵抗率を測定した。
【0051】
[接合剤A−1の調製例]
Ag粒子(数平均一次粒径:80nm)の分散液(Ag粒子濃度:90質量%、分散媒:テルピネオール)99.5gと2,3−ジヒドロキシナフタレンを0.5g混合して、接合剤A−1を得た。
【0052】
[接合剤A−2の調製例]
Ag粒子(数平均一次粒径:0.8μm)の分散液(Ag粒子濃度:90質量%、分散媒:テルピネオール)99.5gと2,3−ジヒドロキシナフタレンを0.5g混合して、接合剤A−2を得た。
【0053】
[接合剤A−3の調製例]
プロピレングリコールモノメチルエーテル200部、n−ブチルメタクリレート70部、メタクリル酸30部およびアゾビスイソブチロニトリル1部からなる単量体組成物を、攪拌機付きオートクレーブに仕込み、窒素雰囲気下において、室温で均一になるまで攪拌した後、80℃で3時間重合させ、さらに100℃で1時間重合反応を継続させた後室温まで冷却してポリマー溶液を得た。このポリマー溶液から析出した重合体(以下、「ポリマー(A)」という。)の重量平均分子量(Mw)は、60,000であった。
次いで、導電性粒子として数平均一次粒径2.3μmの銀粉末750部、ポリマー(A)150部、分散剤としてステアリン酸1部および溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテル300部を混練りすることにより、接合剤A−3を得た。
【0054】
[接合剤Bの調製例]
Ag粒子(数平均一次粒径:9nm)の分散液(Ag粒子濃度:50質量%、分散媒:テトラデカン)97.6gと2,3−ジヒドロキシナフタレン2.4gを混合して、接合剤Bを得た。
【0055】
[実施例1]
幅25mm×長さ70mm、厚さ1.0mmの銀基板(純度99%以上)上に、10mmの間隔をおいて4つの開口部(2.5mm×2.5mm)を有する100μm厚のメタルマスクを用いて、上記調製例で得られた接合剤A−1をディスペンサーにより塗布し、大気中で300℃で30分加熱した。さらに、上記調製例で得られた接合剤Bをインクジェット印刷により塗布した。
続いて、その上にサイズが2.5mm×2.5mm×0.5mmの銀チップ(純度99.9%以上)を搭載し、大気中120℃で5分加熱した。この銀チップを搭載した銀基板を室温のガス流通炉に入れ、雰囲気ガスを所定のガスに置換後、所定のガスを流量1リットル/分で流しながら室温から昇温速度1℃/秒で400℃まで昇温し、400℃で30分間保持後、室温まで冷却した。以上のようにして金属製部材用接合剤中の金属粒子を焼結することにより銀基板と銀チップを接合し、接合体を得た。得られた接合体について体積抵抗率とせん断接着強さを測定した結果を表1に示す。
【0056】
[実施例2]
実施例1において接合剤A−1の代わりに接合剤A−2を用いた以外は実施例1と同様に行って、接合体を得た。得られた接合体について体積抵抗率とせん断接着強さを測定した結果を表1に示す。
【0057】
[実施例3]
実施例1において接合剤A−1の代わりに接合剤A−3を用いた以外は実施例1と同様に行って、接合体を得た。得られた接合体について体積抵抗率とせん断接着強さを測定した結果を表1に示す。
【0058】
[比較例1]
幅25mm×長さ70mm、厚さ1.0mmの銀基板(純度99%以上)上に、10mmの間隔をおいて4つの開口部(2.5mm×2.5mm)を有する100μm厚のメタルマスクを用いて、上記調製例で得られた接合剤A−1をディスペンサーにより塗布し、大気中120℃で5分加熱した。その上にサイズが2.5mm×2.5mm×0.5mmの銀チップ(純度99.9%以上)を搭載し、この銀チップを搭載した銀基板を室温のガス流通炉に入れ、雰囲気ガスを所定のガスに置換後、所定のガスを流量1リットル/分で流しながら室温から昇温速度1℃/秒で400℃まで昇温し、400℃で30分間保持後、室温まで冷却した。以上のようにして金属製部材用接合剤中の金属粒子を焼結することにより銀基板と銀チップを接合し、接合体を得た。得られた接合体について体積抵抗率とせん断接着強さを測定した結果を表1に示す。
【0059】
[比較例2]
比較例1において接合剤A−1の代わりに接合剤A−2を用いた以外は比較例1と同様に行って、接合体を得た。得られた接合体について体積抵抗率とせん断接着強さを測定した結果を表1に示す。
【0060】
[比較例3]
比較例1において接合剤A−1の代わりに接合剤A−3を用いた以外は比較例1と同様に行って、接合体を得た。得られた接合体について体積抵抗率とせん断接着強さを測定した結果を表1に示す。
【0061】
【表1】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
数平均一次粒子径50nmより大きく50μm以下である金属粒子、及び分散媒を含有する接合剤(A)を被接合部材に塗布し、加熱する工程(1)と、
前記被接合部材の接合剤(A)が塗布された面に、数平均一次粒子径1nm以上50nm以下である金属粒子、及び分散媒を含有する接合剤(B)を塗布する工程(2)と、
前記被接合部材の接合剤(A)及び接合剤(B)が塗布された面に、他の被接合部材を接合する工程(3)と、を有する接合方法。
【請求項2】
前記接合剤(A)に含まれる金属粒子が銀粒子である、請求項1に記載の接合方法。
【請求項3】
前記接合剤(B)に含まれる金属粒子が銀粒子である、請求項1または2に記載の接合方法。
【請求項4】
前記接合剤(A)を、インクジェット塗布法またはディスペンサー塗布法により被接合部材に塗布する、請求項1〜3のいずれかに記載の接合方法。
【請求項5】
前記被接合部材の接合剤(A)が塗布された面に、前記接合剤(B)を、インクジェット塗布法またはディスペンサー塗布法により被接合部材に塗布する、請求項1〜4のいずれかに記載の接合方法。
【請求項6】
被接合部材が、金属またはセラミックスである、請求項1〜5のいずれかに記載の接合方法。
【請求項7】
接合剤(A)が、さらに還元剤を含有する、請求項1〜6のいずれかに記載の接合方法。
【請求項8】
接合剤(B)が、さらに還元剤を含有する、請求項1〜7のいずれかに記載の接合方法。

【公開番号】特開2012−218020(P2012−218020A)
【公開日】平成24年11月12日(2012.11.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−85216(P2011−85216)
【出願日】平成23年4月7日(2011.4.7)
【出願人】(000004178)JSR株式会社 (3,320)
【Fターム(参考)】