接合材料及使用其的接合方法技术

本发明专利技术的目的在于通过减低在预干燥工序的脱溶剂过程的接合层的面内发生的中央与端部的干燥不均，可以进行即使接合后暴露于反复热冲击下接合面也不剥离的可靠性高的接合。解决上述问题的本发明专利技术的接合材料特征在于包含：作为主银颗粒，被碳原子数6以下的有机物包覆、平均一次粒径为10～30nm的纳米银颗粒；作为副银颗粒，被碳原子数6以下的有机物包覆、平均一次粒径为100～200nm的纳米银颗粒；沸点不同的两种溶剂；以及分散剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，尤其使用纳米银颗粒用于金属间接合 的接合方法。
技术介绍
已知的是，金属粒径变微小时，显示了尺寸特有的的物理特性。尤其是形成纳米级 的颗粒时，有时显示了与块体材料不同的特性。利用这种性质，提出了使用纳米金属离子的 不同物质之间的接合材料。 另一方面，随着汽车、产业设备的电子控制化，消耗电力变大。因此，其内部使用的 半导体的工作温度趋向于达到高温。因此，迫切期望有能耐受这种高温下的环境的接合材 料。以往，使用在高温下维持强度的含铅焊料，但从最近抑制使用铅的趋势来看，使用趋于 受限。 另外，在工作时接合部分所暴露的温度本身有时接近焊料的熔点。在这种情况下， 需要熔点更高的接合材料。然而，使用熔点高的钎焊材料的接合方法并不容易。即，期望提 供能够在低温下接合、在高温下仍具有接合强度的接合材料和接合方法。 另外，对于应用在接合时需要将接合材料彼此加压的技术，至少需要可同时进行 加压和加热的装置，可以说通用性稍有不足。另外，还具有不能对仅具有耐不住加压的程度 的机械强度的原料使用的问题。因此，如果能够提供即使不进行被接合材料彼此的加压也 可发挥适当的接合力的糊剂（接合材料），预期可以飞跃性拓宽使用对象。 另外，形成接合体时的气氛至少在空气中等含氧气的氧化气氛中进行。因此，对 于包括被接合面和接合材料的接合部分，担心有可能对接合力产生不良影响的接合部分氧 化。尤其是在微细的接合体中，认为氧气对接合部分的影响变得显著。为了排除这种影响， 在以氮气为代表的非活性气氛下接合即可。即，如果能够提供在非活性气氛下仍发挥充分 接合力的接合材料，预期可以飞跃性拓宽接合材料的利用领域、可能性。因此，强烈需求在 不加压下接合。 作为能耐受这种要求的接合方法的候补，最近着眼于不使用铅、可以在比块体材 料银更低的温度的条件下接合的、利用纳米银颗粒的接合方法。例如，在专利文献1中公 开了在非活性气体中在不加压下将含有特定尺寸关系的大中小三种金属成分颗粒、尤其是 具有复合纳米金属颗粒作为小颗粒的三种金属成分型复合纳米金属糊剂烧结，形成具有 lOMPa以上的高接合强度的致密金属接合层。 现有技术文献 专利文献 专利文献1 :日本特开2011-21255号公报 专利文献2 :国际公开W02011/007402号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问是页 如上所述公开了使用纳米级的银颗粒的接合材料，但实用方面的成果尚不足。因 此，如焊料那样，还说不上解决了各种各样的问题。作为已确认的接合材料的问题，本申请 的专利技术人等的课题在于受到反复热冲击时接合部分发生剥离。这一现象如下：即使刚接合 后具有充分的接合强度，在反复暴露于低温环境和高温环境时，接合部分会剥落。 查看此时的剥离断面时，观察到所想的状况，如由银颗粒形成的接合层中产生孔 隙、或者在接合面的中心与周围出现干燥不均。即，观察到所想问题的原因是接合层不均 一。因此，需要能够形成均一的接合层的接合材料和接合方法。 为了将接合层均一化，认为需要加大接合材料中的银含量。从专利文献1中来看， 接合材料中的银含量为90%以下。因此，专利技术人尝试用与专利文献1同样的方法将接合材 料中的银颗粒含量按质量比例计设定为90%以上。然而，发生了银颗粒聚集，失去流动性， 结果不能作为接合材料在接合面上涂布。 另一方面，用与专利文献2同样的组成比制作的接合材料在反复热冲击试验中发 生剥离。 用于解决问题的方案 专利技术人等深入研究了该课题，想到了即使提高银的含有率也能在接合面上均一地 涂布、形成致密的接合层，从而可以耐受反复热冲击的。 更具体而言，本专利技术的接合材料的特征在于包含： 作为主银颗粒，被碳原子数6以下的有机物包覆、平均一次粒径为10?30nm的纳 米银颗粒； 作为副银颗粒，被碳原子数6以下的有机物包覆、平均一次粒径为100?200nm的 纳米银颗粒； 沸点不同的两种溶剂；以及 分散剂。 另外，本专利技术的接合材料的特征在于，上述溶剂和上述分散剂的合计相对于接合 材料总量为5质量％以下。 另外，本专利技术的接合材料的特征在于，包覆上述主银颗粒的上述碳原子数6以下 的有机物为己酸。 另外，本专利技术的接合材料的特征在于，上述分散剂具有磷酸酯基。 另外，本专利技术的接合材料的特征在于，上述副银颗粒进一步包含平均一次粒径为 0. 3?3. 0 μ m的亚微米银颗粒。 另外，本专利技术的接合材料的特征在于，上述主银颗粒相对于接合材料总量为10? 40质量％。 另外，本专利技术的接合材料的特征在于，上述两种溶剂中，沸点低的溶剂与沸点高的 溶剂的含有比率为3:5?1:1。 另外，本专利技术的接合材料的特征在于，上述沸点低的溶剂至少是选自丁醇、辛醇、 α-菔烯、二甲苯、乙酰丙酮中的一种以上的溶剂，上述沸点高的溶剂至少是选自十二烷醇、 2-乙基-1，3-己二醇、二乙二醇单丁醚乙酸酯、二乙二醇二丁醚、二乙二醇己醚、二乙二 醇-2_乙基己基醚、异冰片基环己醇（isobornyl cyclohexanol)中的一种以上的溶剂。 另外，本专利技术的接合方法的特征在于包括： 将上述接合材料涂布于被接合材料的接合预定面上的工序； 使上述接合预定面间不加压地在80?120°C的环境下保持30?60分钟的第一加 热工序；以及 使上述被接合材料在250°C的环境下保持30?60分钟的第二加热工序。 专利技术的效果 通过采用本专利技术的接合材料和接合方法，可以将被接合材料间涂布的接合材料焙 烧，而没有孔隙或不均。另外，由于能够将接合材料中的银颗粒的含量提高到按质量比计 95%以上，可以获得能够充分维持接合强度的接合用金属糊剂（接合材料）。采用本专利技术 的接合材料和接合方法接合的被接合材料即使接合后暴露于反复热冲击，接合面也不会剥 离。因此，可以进行可靠性高的接合。 【附图说明】 图1所示为由低沸点溶剂单独调制的接合材料的TG测定结果图。 图2所示为由低沸点溶剂和高沸点溶剂的混合溶剂调制的接合材料的TG测定结 果图。 【具体实施方式】 关于本专利技术中使用的纳米银颗粒，作为主银颗粒，使用由透射电子显微镜照片算 出的平均一次粒径为10?30nm、优选为15?25nm的纳米银颗粒。另外，作为副银颗粒，使 用平均一次粒径为100?200nm的纳米银颗粒。通过采用具有这种粒径的纳米银颗粒，可 以提供可容易应对接合对象、接合条件的接合用糊剂。 这基于以下的原因。首先，由于作为主银颗粒的平均一次粒径为10?30nm、优选 为15?25nm的纳米银颗粒存在，可以充分利用银颗粒越是微粒越是能够在低温度下烧结 的纳米银的特性。然而，由于是微粒，仅采用主银颗粒具有烧结时收缩的特征。烧结时收缩 很大的话，接合层中应力蓄积，构成接合面剥离的原因。粒径增大时，烧结时的收缩变小。然 而，粒径增大时，纳米银颗粒特有的低温烧结等特性受损。 因此，出于在具有纳米银颗粒的特性的同时使收缩缓和的目的，含有使粒径范围 为100?200nm的纳米银颗粒作为副银颗粒。通过这样做，主银颗粒的缺点被补偿，可以制 成兼有主银颗粒和副本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种接合材料，其特征在于，包含：作为主银颗粒，被碳原子数6以下的有机物包覆、平均一次粒径为10～30nm的纳米银颗粒；作为副银颗粒，被碳原子数6以下的有机物包覆、平均一次粒径为100～200nm的纳米银颗粒；沸点不同的两种溶剂；以及分散剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1. 一种接合材料，其特征在于，包含： 作为主银颗粒，被碳原子数6以下的有机物包覆、平均一次粒径为10?30nm的纳米银 颗粒； 作为副银颗粒，被碳原子数6以下的有机物包覆、平均一次粒径为100?200nm的纳米 银颗粒； 沸点不同的两种溶剂；以及 分散剂。2. 根据权利要求1所述的接合材料，其特征在于，所述溶剂和所述分散剂的合计相对 于接合材料总量为5质量％以下。3. 根据权利要求1或2所述的接合材料，其特征在于，包覆所述主银颗粒的所述碳原子 数6以下的有机物为己酸。4. 根据权利要求1-3的任一项所述的接合材料，其特征在于，所述分散剂具有磷酸酯 基。5. 根据权利要求1-4的任一项所述的接合材料，其特征在于，所述副银颗粒进一步包 含平均一次粒径为〇. 3?3. 0 μ m的亚微米银颗粒。6. 根据权利要求1-5的任一项所述的接合材料，其特征在于，所述主银...

【专利技术属性】
技术研发人员：远藤圭一，栗田哲，永冈实奈美，
申请(专利权)人：同和电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP