JP2020035978A - Method for producing copper particles for bonding, paste for bonding, semiconductor device, and electric / electronic component - Google Patents
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Abstract
【課題】還元雰囲気でなくとも低温焼結可能であり、接合層内部とフィレット部との焼結速度および焼結度が均一であり、接合特性が良好な銅粒子を得ることが可能な接合用銅粒子の製造方法、該製造方法によって得られる接合用銅粒子を含む接合用ペースト並びに該接合用ペーストを使用することで信頼性に優れた半導体装置及び電気・電子部品を提供する。【解決手段】銅化合物と、アミン化合物と、還元性化合物と、を有機溶剤中で混合し、銅粒子分散液を得る工程と、前記工程で得られた銅粒子分散液を溶剤洗浄し、前記銅粒子分散液から銅粒子を固液分離する洗浄工程とを有する接合用銅粒子の製造方法であって、前記洗浄工程を密閉系で実施することを特徴とする接合用銅粒子の製造方法。【選択図】なしPROBLEM TO BE SOLVED: To bond copper particles that can be sintered at a low temperature even in a reducing atmosphere, have a uniform sintering rate and a sintering degree between the inside of a bonding layer and a fillet portion, and can obtain copper particles having good bonding characteristics. Provided are a method for producing copper particles, a bonding paste containing copper particles for bonding obtained by the manufacturing method, and a semiconductor device and an electric/electronic component having excellent reliability by using the bonding paste. A copper compound, an amine compound, and a reducing compound are mixed in an organic solvent to obtain a copper particle dispersion, and the copper particle dispersion obtained in the above step is washed with a solvent, A method for producing copper particles for bonding, which comprises a washing step of solid-liquid separating copper particles from a copper particle dispersion liquid, wherein the washing step is carried out in a closed system. [Selection diagram] None
Description
本発明は、接合用銅粒子の製造方法、接合用ペーストおよび該接合用ペーストを使用して製造した半導体装置並びに電気・電子部品に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing copper particles for bonding, a bonding paste, a semiconductor device manufactured using the bonding paste, and an electric / electronic component.
半導体製品の大容量、高速処理化及び微細配線化に伴い半導体製品作動中に発生する熱の問題が顕著になってきており、半導体製品から熱を逃がす、いわゆるサーマルマネージメントがますます重要な課題となってきている。このため半導体製品にヒートスプレッダー、ヒートシンクなどの放熱部材を取り付ける方法などが一般的に採用されており、放熱部材を接着する材料自体の熱伝導率はより高いものが望まれてきている。
一方、半導体製品の形態によっては、サーマルマネージメントをより効率的なものとするため、半導体素子そのもの又は半導体素子を接着したリードフレームのダイパッド部にヒートスプレッダーを接着する方法及びダイパッド部をパッケージ表面に露出させることにより放熱板としての機能を持たせる方法(例えば、特許文献1参照)などが採用されている。
The problem of heat generated during the operation of semiconductor products has become remarkable due to the large capacity, high speed processing, and miniaturization of semiconductor products, and so-called thermal management, which dissipates heat from semiconductor products, is becoming an increasingly important issue. It has become to. For this reason, a method of attaching a heat dissipating member such as a heat spreader or a heat sink to a semiconductor product is generally adopted, and a material having a higher thermal conductivity for bonding the heat dissipating member is desired.
On the other hand, depending on the form of the semiconductor product, in order to make the thermal management more efficient, a method of bonding a heat spreader to the die pad portion of the semiconductor device itself or a lead frame to which the semiconductor device is bonded, and exposing the die pad portion to the package surface In this case, a method of giving a function as a heat radiating plate (for example, see Patent Document 1) is adopted.
また、さらには半導体素子をサーマルビアなどの放熱機構を有する有機基板などに接着する場合もある。この場合も半導体素子を接着する材料に高熱伝導性が要求される。また、近年の白色発光LEDの高輝度化により、フルカラー液晶画面のバックライト照明、シーリングライト、ダウンライト等の照明装置にも広く用いられるようになっている。ところで、発光素子の高出力化による高電流投入により、発光素子と基板とを接着する接着剤が熱及び光等で変色したり、電気抵抗値の経時変化が発生したりする問題があった。とりわけ発光素子と基板との接合を接着剤の接着力に完全に頼る方法では、電子部品のはんだ実装時に接合材料がはんだ溶融温度下に接着力を失い剥離し、不灯に至る致命的問題の懸念があった。また、白色発光LEDの高性能化は、発光素子チップの発熱量の増大を招くこととなり、これに伴いLEDの構造及びそれに使用する部材にも放熱性の向上が求められている。 Further, the semiconductor element may be bonded to an organic substrate having a heat dissipation mechanism such as a thermal via. Also in this case, the material for bonding the semiconductor element needs to have high thermal conductivity. Further, with the recent increase in luminance of white light emitting LEDs, they have been widely used for lighting devices such as backlighting, ceiling lights, and downlights of full color liquid crystal screens. By the way, when a high current is applied by increasing the output of the light emitting element, there has been a problem that the adhesive bonding the light emitting element and the substrate is discolored by heat, light, or the like, and the electric resistance value changes with time. In particular, in the method of completely relying on the adhesive strength of the adhesive to bond the light emitting element and the substrate, the bonding material loses its adhesive strength at the solder melting temperature at the time of soldering of electronic components and peels off, which is a fatal problem leading to non-lighting. There were concerns. Further, higher performance of the white light emitting LED causes an increase in the amount of heat generated by the light emitting element chip, and accordingly, the structure of the LED and members used therein are required to have improved heat radiation.
特に、近年、電力損失の少ない炭化ケイ素(SiC)、窒化ガリウムのようなワイドバンドギャップ半導体を使用するパワー半導体装置の開発が盛んとなり、素子自身の耐熱性が高く、大電流による250℃以上の高温動作が可能となっている。しかし、その特性を発揮するためには、動作発熱を効率的に放熱する必要があり、導電性及び伝熱性に加え、長期高温耐熱性に優れた接合材料が求められている。 In particular, in recent years, power semiconductor devices using wide band gap semiconductors such as silicon carbide (SiC) and gallium nitride with low power loss have been actively developed, and the heat resistance of the element itself is high, and the temperature is higher than 250 ° C. due to a large current. High temperature operation is possible. However, in order to exhibit such characteristics, it is necessary to efficiently dissipate the heat generated during operation. Therefore, a bonding material having excellent long-term high-temperature heat resistance in addition to conductivity and heat conductivity is required.
このように半導体装置及び電気・電子部品の各部材の接着に用いられる材料(ダイアタッチペースト及び放熱部材接着用材料等)に高い熱伝導性が要求されている。また、これらの材料は、同時に製品の基板搭載時のリフロー処理に耐える必要もあり、さらには大面積の接着が要求される場合も多く、構成部材間の熱膨張係数の違いによる反りなどの発生を抑制するための低応力性も併せ持つ必要がある。 Thus, high thermal conductivity is required for the materials (such as the die attach paste and the material for bonding the heat dissipating member) used for bonding the members of the semiconductor device and the electric / electronic parts. In addition, these materials also need to withstand reflow processing at the same time when the product is mounted on the substrate, and in many cases, a large area of adhesion is required. It is also necessary to have a low stress property for suppressing the stress.
ここで、通常、高熱伝導性を有する接着剤を得るには、銀粉、銅粉などの金属フィラー及び窒化アルミニウム、窒化ボロンなどのセラミック系フィラーなどを充填剤として有機系のバインダーに高い含有率で分散させる必要がある(例えば、特許文献2参照)。しかし、その結果、硬化物の弾性率が高くなってしまい、良好な熱伝導性と良好なリフロー性(上記リフロー処理後に剥離が生じにくいこと)を併せ持つことは困難であった。 Here, usually, in order to obtain an adhesive having high thermal conductivity, a metal filler such as silver powder and copper powder and a ceramic filler such as aluminum nitride and boron nitride are used as fillers at a high content in an organic binder. It is necessary to disperse (for example, see Patent Document 2). However, as a result, the elasticity of the cured product is increased, and it is difficult to have both good thermal conductivity and good reflow properties (there is little occurrence of peeling after the reflow treatment).
ところが、昨今、そうした要求に耐えうる接合方法の候補として、バルク体の銀よりも低温の条件下で接合を可能とする、銀ナノ粒子による接合方法が着目されるようになってきた(例えば、特許文献3参照)。
ところで、銀粒子は導電性が非常に良好であるが、価格が高いこと及びマイグレーションの問題から、他の金属への代替が検討されている。そこで、現在、銀粒子と比較して安価で、マイグレーション耐性のある銅粒子に注目が集まっている。
However, recently, as a candidate for a bonding method that can withstand such a demand, a bonding method using silver nanoparticles that enables bonding at a lower temperature than silver in a bulk body has been attracting attention (for example, Patent Document 3).
By the way, silver particles have very good conductivity, but due to the high price and the problem of migration, replacement with other metals is being studied. Therefore, attention is now focused on copper particles that are inexpensive and have migration resistance as compared with silver particles.
しかしながら、銅ナノ粒子による接合は、導電性の発現に、300℃という高温が必要なこと、さらには粒子径が小さく、酸化の抑制が困難であること、などから取扱い及び処理に手間がかかる場合がある。さらに、銅粒子の焼結には表面酸化膜の除去の観点から、還元雰囲気での焼結を必要としていた。 However, when bonding with copper nanoparticles requires a high temperature of 300 ° C. for the development of conductivity, and furthermore, the particle size is small, and it is difficult to suppress oxidation, and handling and processing are troublesome. There is. Further, sintering of copper particles requires sintering in a reducing atmosphere from the viewpoint of removing a surface oxide film.
また、特に研究開発が進んでいる配線用銅ナノ粒子は比較的低温焼結が可能であるものの、接合用に使用した場合、接合層内部とフィレット部とに焼結速度および焼結度に差が発生し、信頼性の高い接合体を得ることが難しかった。 In addition, although copper nanoparticles for wiring, for which research and development are particularly advanced, can be sintered at a relatively low temperature, when used for bonding, there is a difference in the sintering speed and degree of sintering between the inside of the bonding layer and the fillet. Occurred, and it was difficult to obtain a highly reliable bonded body.
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、還元雰囲気でなくとも低温焼結可能であり、接合層内部とフィレット部との焼結速度および焼結度が均一であり、接合特性が良好な銅粒子を得ることが可能な接合用銅粒子の製造方法、該製造方法によって得られる接合用銅粒子を含む接合用ペースト並びに該接合用ペーストを使用することで信頼性に優れた半導体装置及び電気・電子部品を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, is capable of low-temperature sintering even without a reducing atmosphere, has a uniform sintering rate and degree of sintering between the inside of the joining layer and the fillet portion, A method for producing copper particles for bonding capable of obtaining copper particles having good characteristics, a bonding paste containing the copper particles for bonding obtained by the manufacturing method, and excellent reliability by using the bonding paste. It is an object to provide a semiconductor device and an electric / electronic component.
本発明者らは、上記の課題を解決するべく鋭意検討した結果、下記の発明により該課題を解決できることを見出した。 Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the problems can be solved by the following invention.
すなわち、本願開示は、以下に関する。
[1]銅化合物と、アミン化合物と、還元性化合物と、を有機溶剤中で混合し、銅粒子分散液を得る工程と、前記工程で得られた銅粒子分散液を溶剤洗浄し、前記銅粒子分散液から銅粒子を固液分離する洗浄工程とを有する接合用銅粒子の製造方法であって、前記洗浄工程を密閉系で実施することを特徴とする接合用銅粒子の製造方法。
[2]前記洗浄工程において、連続して溶剤置換及び洗浄することを特徴とする上記[1]に記載の接合用銅粒子の製造方法。
[3]前記洗浄工程において、前記銅粒子を1〜50質量%含有する前記銅粒子分散液を流量5〜1500kg/hr・m2、圧力0.03〜1.0MPaでろ過膜に供給することを特徴とする上記[1]または[2]に記載の接合用銅粒子の製造方法。
[4]前記銅粒子の平均粒子径が1〜1000nmであることを特徴とする上記[1]〜[3]のいずれかに記載の接合用銅粒子の製造方法。
[5]上記[1]〜[4]のいずれかに記載の製造方法によって得られる接合用銅粒子を含むことを特徴とする接合用ペースト。
[6]上記[5]に記載の接合用ペーストを用いて接合されてなる半導体装置および電気・電子部品。
That is, the present disclosure relates to the following.
[1] A step of mixing a copper compound, an amine compound, and a reducing compound in an organic solvent to obtain a copper particle dispersion, and washing the copper particle dispersion obtained in the step with a solvent, A method for producing copper particles for bonding, comprising: a washing step of solid-liquid separating copper particles from a particle dispersion, wherein the cleaning step is performed in a closed system.
[2] The method for producing bonding copper particles according to the above [1], wherein in the washing step, solvent replacement and washing are successively performed.
[3] In the washing step, the copper particle dispersion containing 1 to 50% by mass of the copper particles is supplied to the filtration membrane at a flow rate of 5 to 1500 kg / hr · m 2 and a pressure of 0.03 to 1.0 MPa. The method for producing copper particles for bonding according to the above [1] or [2], wherein
[4] The method for producing copper particles for bonding according to any of [1] to [3], wherein the copper particles have an average particle diameter of 1 to 1000 nm.
[5] A bonding paste comprising copper particles for bonding obtained by the production method according to any one of [1] to [4].
[6] A semiconductor device and an electric / electronic component joined using the joining paste according to the above [5].
本発明によれば、還元雰囲気でなくとも低温焼結可能であり、接合層内部とフィレット部との焼結速度および焼結度が均一であり、接合特性が良好な銅粒子を得ることが可能な接合用銅粒子の製造方法、該製造方法によって得られる接合用銅粒子を含む接合用ペースト並びに該接合用ペーストを使用することで信頼性に優れた半導体装置及び電気・電子部品を提供することができる。 According to the present invention, low-temperature sintering is possible even in a reducing atmosphere, sintering speed and degree of sintering between the inside of the joining layer and the fillet portion are uniform, and it is possible to obtain copper particles having good joining characteristics. Provided are a method for producing a joining copper particle, a joining paste containing the joining copper particle obtained by the producing method, and a semiconductor device and an electric / electronic component having excellent reliability by using the joining paste. Can be.
<接合用銅粒子の製造方法>
本発明の接合用銅粒子の製造方法は、銅化合物と、アミン化合物と、還元性化合物と、を有機溶剤中で混合し、銅粒子分散液を得る工程と、前記工程で得られた銅粒子分散液を溶剤洗浄し、前記銅粒子分散液から銅粒子を固液分離する洗浄工程とを有する接合用銅粒子の製造方法であって、前記洗浄工程を密閉系で実施することを特徴とする。
本発明の接合用銅粒子の製造方法では、前記洗浄工程を密閉系で実施することにより、銅粒子表面の酸化が抑制され、接合特性が良好な銅粒子を得ることができる。
<Method for producing copper particles for joining>
The method for producing copper particles for bonding of the present invention includes a step of mixing a copper compound, an amine compound, and a reducing compound in an organic solvent to obtain a copper particle dispersion, and the copper particles obtained in the step. Washing the dispersion with a solvent, and a washing step of solid-liquid separating the copper particles from the copper particle dispersion, a method for producing copper particles for joining, wherein the washing step is performed in a closed system. .
In the method for producing copper particles for bonding according to the present invention, by performing the washing step in a closed system, oxidation of the surface of the copper particles is suppressed, and copper particles having good bonding characteristics can be obtained.
以下、本発明について、一実施形態を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to an embodiment.
[銅粒子分散液を得る工程]
本工程では、原料である、銅化合物と、アミン化合物と、還元性化合物と、を有機溶剤中で混合し、銅粒子分散液を得る。
(銅化合物)
本実施形態で用いられる銅化合物は、銅原子を含むものであれば特に限定されるものではない。銅化合物としては、例えば、カルボン酸銅、酸化銅、水酸化銅、窒化銅等が挙げられる。中でも、反応時の均一性の観点からカルボン酸銅が好ましい。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
[Step of Obtaining Copper Particle Dispersion]
In this step, a raw material, a copper compound, an amine compound, and a reducing compound are mixed in an organic solvent to obtain a copper particle dispersion.
(Copper compound)
The copper compound used in the present embodiment is not particularly limited as long as it contains a copper atom. Examples of the copper compound include copper carboxylate, copper oxide, copper hydroxide, and copper nitride. Among them, copper carboxylate is preferred from the viewpoint of uniformity during the reaction. These may be used alone or in combination of two or more.
カルボン酸銅としては、ギ酸銅(I)、酢酸銅(I)、プロピオン酸銅(I)、酪酸銅(I)、吉草酸銅(I)、カプロン酸銅(I)、カプリル酸銅(I)、カプリン酸銅(I)、ギ酸銅(II)、酢酸銅(II)、プロピオン酸銅(II)、酪酸銅(II)、吉草酸銅(II)、カプロン酸銅(II)、カプリル酸銅(II)、カプリン酸銅(II)、クエン酸銅(II)等のカルボン酸銅無水物または水和物が挙げられる。中でも、生産性および入手容易性の観点から酢酸銅(II)一水和物が好ましい。また、これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 Copper carboxylate includes copper formate (I), copper acetate (I), copper (I) propionate, copper (I) butyrate, copper (I) valerate, copper (I) caproate, copper (I) caprylate (I) ), Copper (I) caprate, copper (II) formate, copper (II) acetate, copper (II) propionate, copper (II) butyrate, copper (II) valerate, copper (II) caproate, caprylic acid Copper carboxylate anhydrides or hydrates such as copper (II), copper (II) caprate, copper (II) citrate and the like can be mentioned. Among them, copper (II) acetate monohydrate is preferable from the viewpoint of productivity and availability. These may be used alone or in combination of two or more.
また、カルボン酸銅は、市販のものを使用してもよいし、合成によって得られたものを使用してもよい。 Further, as the copper carboxylate, a commercially available product may be used, or a product obtained by synthesis may be used.
カルボン酸銅の合成は、公知の方法で行うことができ、例えば、水酸化銅(II)とカルボン酸化合物とを混合・加熱によって得ることができる。 The synthesis of copper carboxylate can be performed by a known method, for example, it can be obtained by mixing and heating copper (II) hydroxide and a carboxylic acid compound.
酸化銅としては、酸化銅(II)、酸化銅(I)が挙げられ、生産性の観点から酸化銅(I)が好ましい。また、水酸化銅としては、水酸化銅(II)、水酸化銅(I)が挙げられる。
これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
Examples of copper oxide include copper (II) oxide and copper (I) oxide, and copper (I) oxide is preferable from the viewpoint of productivity. Examples of copper hydroxide include copper (II) hydroxide and copper (I) hydroxide.
These may be used alone or in combination of two or more.
(アミン化合物)
本実施形態で用いられるアミン化合物は、銅化合物と錯体を形成するものであれば特に限定されないが、焼結性の観点から、アルキルアミン、アミノアルコール、アルコキシアミン及びカルボン酸アミン塩から選ばれる少なくとも1種を含む化合物が好ましく、カルボン酸アミン塩がより好ましい。
上記アミン化合物は、銅化合物とアミン化合物との錯体が加熱され銅化合物が分解する際に、銅化合物の分解反応の反応媒として機能するものである。さらに、上記アミン化合物は、銅化合物を熱分解することで得られる銅粒子の表面に付着し、酸化を抑制する機能を有する。
(Amine compound)
The amine compound used in the present embodiment is not particularly limited as long as it forms a complex with the copper compound.From the viewpoint of sinterability, at least one selected from alkylamines, amino alcohols, alkoxyamines and carboxylic acid amine salts. Compounds containing one kind are preferred, and carboxylic acid amine salts are more preferred.
The amine compound functions as a reaction medium for the decomposition reaction of the copper compound when the copper compound is decomposed by heating the complex of the copper compound and the amine compound. Further, the amine compound has a function of adhering to the surface of copper particles obtained by thermally decomposing the copper compound and suppressing oxidation.
このため、本実施形態で使用されるアミン化合物は、銅化合物との錯体の熱分解の条件、製造される銅粒子に期待される特性等に応じて、公知のアミン化合物から適宜選択して用いることができる。 For this reason, the amine compound used in the present embodiment is appropriately selected from known amine compounds according to the conditions of the thermal decomposition of the complex with the copper compound, the properties expected of the produced copper particles, and the like. be able to.
ここで、アルキルアミンは、アミノ基と結合する基としてアルキル基等の脂肪族炭化水素基を有するアミン化合物であれば、特にその構造に制限がなく、例えば、アミノ基を1個有するアルキルモノアミン、アミノ基を2個有するアルキルジアミン等が挙げられる。なお、上記アルキル基はさらに置換基を有していてもよい。 Here, the alkylamine is not particularly limited in its structure as long as it is an amine compound having an aliphatic hydrocarbon group such as an alkyl group as a group bonded to an amino group, for example, an alkyl monoamine having one amino group, An alkyl diamine having two amino groups is exemplified. In addition, the said alkyl group may have a substituent further.
具体的には、アルキルモノアミンとしては、ジプロピルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、ドデシルアミン、オレイルアミン等、アルキルジアミンとしては、エチレンジアミン、N,N−ジメチルエチレンジアミン、N,N’−ジメチルエチレンジアミン、N,N−ジエチルエチレンジアミン、N,N’−ジエチルエチレンジアミン、1,3−プロパンジアミン、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジアミン、N,N−ジメチル−1,3−ジアミノプロパン、N,N’−ジメチル−1,3−ジアミノプロパン、N,N−ジエチル−1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,5−ジアミノ−2−メチルペンタン、1,6−ジアミノヘキサン、N,N’−ジメチル−1,6−ジアミノヘキサン、1,7−ジアミノヘプタン、1,8−ジアミノオクタン等が挙げられる。
なお、上述のカルボン酸銅と反応してカルボン酸銅−アミン錯体を効率的に形成するため、アルキルモノアミンは一級アミン(R1NH2)又は二級アミン(R2R3NH)等のアルキルモノアミンであることが好ましい。
なお、アルキルアミンには、以下に説明するアミノアルコール及びアルコキシアミンは含まない。
Specifically, examples of the alkyl monoamine include dipropylamine, butylamine, dibutylamine, hexylamine, cyclohexylamine, heptylamine, octylamine, nonylamine, decylamine, 3-aminopropyltriethoxysilane, dodecylamine, and oleylamine. As the diamine, ethylenediamine, N, N-dimethylethylenediamine, N, N′-dimethylethylenediamine, N, N-diethylethylenediamine, N, N′-diethylethylenediamine, 1,3-propanediamine, 2,2-dimethyl-1 , 3-propanediamine, N, N-dimethyl-1,3-diaminopropane, N, N′-dimethyl-1,3-diaminopropane, N, N-diethyl-1,3-diaminopropane, 1,4- Diaminobutane, , 5-diamino-2-methylpentane, 1,6-diaminohexane, N, N'-dimethyl-1,6-diaminohexane, 1,7-diamino-heptane, 1,8-diamino octane.
In order to efficiently form a copper carboxylate-amine complex by reacting with the above-mentioned copper carboxylate, the alkyl monoamine is an alkyl such as a primary amine (R 1 NH 2 ) or a secondary amine (R 2 R 3 NH). Preferably it is a monoamine.
The alkylamine does not include an amino alcohol and an alkoxyamine described below.
また、アミノアルコールとしては、官能基としてヒドロキシル基を有するアミン化合物であれば、特にその構造に制限がなく、例えば、アミノ基を1個有するアルカノールモノアミン等が挙げられる。具体的には、アミノエタノール、ヘプタミノール、イソエタリン、プロパノールアミン、スフィンゴシン、1−アミノ−2−プロパノール、2−アミノジブタノール、2−ジエチルアミノエタノール、3−ジエチルアミノ−1,2−プロパンジオール、3−ジメチルアミノ−1,2−プロパンジオール、3−メチルアミノ−1,2−プロパンジオール、3−アミノ−1,2−プロパンジオール等が挙げられる。 The amino alcohol is not particularly limited in its structure as long as it is an amine compound having a hydroxyl group as a functional group, and examples thereof include an alkanol monoamine having one amino group. Specifically, aminoethanol, heptaminol, isoetalin, propanolamine, sphingosine, 1-amino-2-propanol, 2-aminodibutanol, 2-diethylaminoethanol, 3-diethylamino-1,2-propanediol, 3-dimethyl Amino-1,2-propanediol, 3-methylamino-1,2-propanediol, 3-amino-1,2-propanediol and the like.
また、アルコキシアミンとしては、置換基としてアルコキシル基を有するアミン化合物であれば、特にその構造に制限がなく、例えば、アミノ基を1個有するアルコキシモノアミン、アミノ基を2個有するアルコキシジアミン等が挙げられる。具体的には、アルコキシモノアミンとしては、メトキシエチルアミン、2−エトキシエチルアミン、3−ブトキシプロピルアミン等が、アルコキシジアミンとしては、N−メトキシ−1,3−プロパンジアミン、N−メトキシ−1,4−ブタンジアミン等が挙げられる。なお、還元され生成した銅に対する配位力を考慮し、一級アミン(R1ONH2)又は二級アミン(R2(R3O)NH)等のアルコキシモノアミンであることが好ましい。 The alkoxyamine is not particularly limited in its structure as long as it is an amine compound having an alkoxyl group as a substituent, and examples thereof include an alkoxymonoamine having one amino group and an alkoxydiamine having two amino groups. Can be Specifically, methoxyethylamine, 2-ethoxyethylamine, 3-butoxypropylamine and the like are used as alkoxymonoamines, and N-methoxy-1,3-propanediamine and N-methoxy-1,4- are used as alkoxydiamines. Butanediamine and the like. In addition, in consideration of the coordination force with respect to copper generated by reduction, an alkoxymonoamine such as a primary amine (R 1 ONH 2 ) or a secondary amine (R 2 (R 3 O) NH) is preferable.
ここで、上記アルキルアミン及びアルコキシアミンで記載している一級アミンの置換基R1はアルキル基を表し、炭素数4〜18のアルキル基であることが好ましい。また、二級アミンの置換基R2及びR3は、アルキル基を表し、共に炭素数4〜18のアルキル基であることが好ましい。置換基R2及びR3は、同一であっても異なっていてもよい。さらに、これらのアルキル基は、シリル基、グリシジル基等の置換基を有していてもよい。 Where the substituents R 1 of the primary amine that has been described above alkylamines and alkoxyamines represents an alkyl group, it is preferably an alkyl group having 4 to 18 carbon atoms. Further, the substituents R 2 and R 3 of the secondary amine represent an alkyl group, and are preferably both an alkyl group having 4 to 18 carbon atoms. The substituents R 2 and R 3 may be the same or different. Further, these alkyl groups may have a substituent such as a silyl group and a glycidyl group.
カルボン酸アミン塩はカルボン酸化合物とアミン化合物から得ることができ、市販のものを使用してもよいし、予め合成によって得られたものを使用してもよい。また、銅粒子の製造工程中で反応容器内にカルボン酸化合物とアミン化合物をそれぞれ別々に投入し、in−situで生成させてもよい。 The carboxylic acid amine salt can be obtained from a carboxylic acid compound and an amine compound, and a commercially available product may be used, or a product obtained in advance by synthesis may be used. Further, the carboxylic acid compound and the amine compound may be separately charged into the reaction vessel during the production process of the copper particles, and may be generated in-situ.
カルボン酸アミン塩は、有機溶媒中でカルボン酸化合物とアミン化合物とを官能基等量で配合し、室温(25℃)乃至は100℃程度の比較的温和な温度条件で混合することで生成する。生成物を含む反応液より、蒸留法や再結晶法などで取り出すことが好ましい。 Carboxylic acid amine salts are formed by blending a carboxylic acid compound and an amine compound in an organic solvent in equivalent amounts of functional groups and mixing them under a relatively mild temperature condition of room temperature (25 ° C.) to about 100 ° C. . It is preferable to take out from the reaction solution containing the product by a distillation method, a recrystallization method, or the like.
カルボン酸アミン塩を構成するカルボン酸化合物としては、カルボキシ基を有する化合物であれば特に限定されず、例えば、モノカルボン酸、ジカルボン酸、芳香族カルボン酸、ヒドロキシ酸などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。中でも、接合層内部とフィレット部との焼結速度の差を小さくする観点から、モノカルボン酸、ジカルボン酸が好ましい。 The carboxylic acid compound constituting the carboxylic acid amine salt is not particularly limited as long as it has a carboxy group, and examples thereof include a monocarboxylic acid, a dicarboxylic acid, an aromatic carboxylic acid, and a hydroxy acid. These may be used alone or in combination of two or more. Among them, monocarboxylic acids and dicarboxylic acids are preferred from the viewpoint of reducing the difference in sintering speed between the inside of the bonding layer and the fillet portion.
カルボン酸アミン塩を構成するカルボン酸化合物は、接合層内部とフィレット部との焼結速度の差を小さくする観点から、熱分解温度が好ましくは200℃以下であり、より好ましくは190℃以下であり、さらに好ましくは180℃以下である。 The carboxylic acid compound constituting the carboxylic acid amine salt has a thermal decomposition temperature of preferably 200 ° C. or lower, more preferably 190 ° C. or lower, from the viewpoint of reducing the difference in the sintering speed between the inside of the bonding layer and the fillet portion. And more preferably 180 ° C. or lower.
また、カルボン酸アミン塩を構成するカルボン酸化合物のうち、熱分解温度より低温領域に沸点を有する化合物に関しては、接合層内部とフィレット部との焼結速度の差を小さくする観点から、沸点が好ましくは280℃以下であり、より好ましくは260℃以下であり、さらに好ましくは240℃以下である。 Further, among the carboxylic acid compounds constituting the carboxylic acid amine salt, those compounds having a boiling point in a region lower than the thermal decomposition temperature have a boiling point from the viewpoint of reducing the difference in sintering speed between the inside of the bonding layer and the fillet portion. It is preferably at most 280 ° C, more preferably at most 260 ° C, even more preferably at most 240 ° C.
カルボン酸アミン塩を構成するカルボン酸化合物のうち、モノカルボン酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、カプリル酸、オクチル酸、ノナン酸、カプリン酸、オレイン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。接合層内部とフィレット部との焼結速度の差を小さくする観点から、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、カプリル酸、オクチル酸、ノナン酸、カプリン酸が好ましく、吉草酸、カプロン酸、カプリル酸、ノナン酸、オクチル酸がより好ましい。 Among the carboxylic acid compounds constituting the carboxylic acid amine salts, monocarboxylic acids include formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid, caprylic acid, octylic acid, nonanoic acid, capric acid, oleic acid, and stearic acid Acids, isostearic acid and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid, caprylic acid, octylic acid, nonanoic acid, and capric acid are preferable, and valeric acid, from the viewpoint of reducing the difference in the sintering rate between the inside of the bonding layer and the fillet portion. , Caproic acid, caprylic acid, nonanoic acid and octylic acid are more preferred.
カルボン酸アミン塩を構成するカルボン酸化合物のうち、ジカルボン酸としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ジグリコール酸などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。接合層内部とフィレット部との焼結速度の差を小さくする観点から、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ジグリコール酸が好ましく、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、ジグリコール酸がより好ましい。 Among the carboxylic acid compounds constituting the carboxylic acid amine salt, examples of the dicarboxylic acid include oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, diglycolic acid, and the like. No. These may be used alone or in combination of two or more. From the viewpoint of reducing the difference in sintering speed between the inside of the bonding layer and the fillet portion, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, and diglycolic acid are preferable, and oxalic acid, malonic acid, succinic acid, Glycolic acid is more preferred.
カルボン酸アミン塩を構成するカルボン酸化合物のうち、芳香族カルボン酸としては、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、サリチル酸、没食子酸などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
接合層内部とフィレット部との焼結速度の差を小さくする観点から、安息香酸が好ましい。
Among the carboxylic acid compounds constituting the carboxylic acid amine salt, examples of the aromatic carboxylic acid include benzoic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, salicylic acid, and gallic acid. These may be used alone or in combination of two or more.
Benzoic acid is preferred from the viewpoint of reducing the difference in sintering speed between the inside of the bonding layer and the fillet portion.
カルボン酸アミン塩を構成するカルボン酸化合物のうち、ヒドロキシ酸としては、グリコール酸、乳酸、タルトロン酸、リンゴ酸、グリセリン酸、ヒドロキシ酪酸、酒石酸、クエン酸、イソクエン酸などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。接合層内部とフィレット部との焼結速度の差を小さくする観点から、グリコール酸、乳酸、リンゴ酸が好ましい。 Among the carboxylic acid compounds constituting the carboxylic acid amine salt, examples of the hydroxy acid include glycolic acid, lactic acid, tartronic acid, malic acid, glyceric acid, hydroxybutyric acid, tartaric acid, citric acid, and isocitric acid. These may be used alone or in combination of two or more. Glycolic acid, lactic acid, and malic acid are preferred from the viewpoint of reducing the difference in sintering speed between the inside of the bonding layer and the fillet.
カルボン酸アミン塩を構成するアミン化合物としては、カルボキシ基を有する化合物であれば特に限定されず、例えば、アルキルモノアミン、アルキルジアミン、アルカノールアミンなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。焼結性の観点から、アルキルモノアミン、アルカノールアミンが好ましい。 The amine compound constituting the carboxylic acid amine salt is not particularly limited as long as it has a carboxy group, and examples thereof include an alkyl monoamine, an alkyl diamine, and an alkanolamine. These may be used alone or in combination of two or more. From the viewpoint of sinterability, alkyl monoamines and alkanolamines are preferred.
カルボン酸アミン塩を構成するアミン化合物のうち、アルキルモノアミンとしては、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ドデシルアミンなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。焼結性の観点から、ヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミンが好ましい。 Among the amine compounds constituting the carboxylic acid amine salt, examples of the alkylmonoamine include methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, hexylamine, octylamine, decylamine, dodecylamine and the like. These may be used alone or in combination of two or more. From the viewpoint of sinterability, hexylamine, octylamine and decylamine are preferred.
カルボン酸アミン塩を構成するアミン化合物のうち、アルキルジアミンとしては、1,1−メタンジアミン、1,2−エタンジアミン、1,3−プロパンジアミン、1,4−ブタンジアミン、1,6−ヘキサンジアミン、1,8−オクタンジアミンなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。焼結性の観点から、1,4−ブタンジアミン、1,6−ヘキサンジアミンが好ましい。 Among the amine compounds constituting the carboxylic acid amine salt, examples of the alkyldiamine include 1,1-methanediamine, 1,2-ethanediamine, 1,3-propanediamine, 1,4-butanediamine, and 1,6-hexane. Diamine and 1,8-octanediamine are exemplified. These may be used alone or in combination of two or more. From the viewpoint of sinterability, 1,4-butanediamine and 1,6-hexanediamine are preferred.
カルボン酸アミン塩を構成するアミン化合物のうち、アルカノールアミン類としては、モノエタノールアミン、モノプロパノールアミン、モノブタノールアミン、2−(2−アミノエチルアミノ)エタノール、2−(2−アミノエトキシ)エタノール、1−アミノ−2−プロパノール、2−アミノ−1−プロパノール、3−アミノ−1,2−プロパンジオールなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。焼結性の観点から、モノエタノールアミン、モノプロパノールアミン、モノブタノールアミン、1−アミノ−2−プロパノール、2−アミノ−1−プロパノールが好ましい。 Among the amine compounds constituting the carboxylic acid amine salt, alkanolamines include monoethanolamine, monopropanolamine, monobutanolamine, 2- (2-aminoethylamino) ethanol, and 2- (2-aminoethoxy) ethanol , 1-amino-2-propanol, 2-amino-1-propanol, 3-amino-1,2-propanediol and the like. These may be used alone or in combination of two or more. From the viewpoint of sinterability, monoethanolamine, monopropanolamine, monobutanolamine, 1-amino-2-propanol, and 2-amino-1-propanol are preferred.
上記アミノ化合物の沸点は、好ましくは70℃以上280℃以下であり、より好ましくは100℃以上260℃以下であり、さらに好ましくは120℃以上240℃以下である。アミノ化合物の沸点が上記範囲にあれば得られた銅粒子は良好な焼結性を示す。また、アミノ化合物の沸点が70℃未満では加熱工程でアミンが揮発するおそれがあり、280℃超では銅粒子の焼結時に除去されにくく、低温焼結性が発現しにくくなるおそれがあるため好ましくない。より好ましいアミノ化合物の沸点は、加熱工程における加熱温度以上であり、使用時における焼結温度以下である。 The boiling point of the amino compound is preferably from 70 ° C to 280 ° C, more preferably from 100 ° C to 260 ° C, even more preferably from 120 ° C to 240 ° C. If the boiling point of the amino compound is in the above range, the obtained copper particles show good sinterability. Further, when the boiling point of the amino compound is less than 70 ° C., the amine may volatilize in the heating step, and when it exceeds 280 ° C., it is difficult to remove the copper particles at the time of sintering, and the low-temperature sintering property may not be easily exhibited. Absent. The more preferable boiling point of the amino compound is not lower than the heating temperature in the heating step and not higher than the sintering temperature in use.
(還元性化合物)
本実施形態で用いられる還元性化合物は、銅化合物を還元し、金属銅を遊離させる還元力を有するものであれば、特に限定されない。さらに、還元性化合物は、その沸点が70℃以上であることが好ましく、加熱工程における加熱温度以上であることがより好ましい。さらに、還元性化合物は、炭素、水素及び酸素から構成される後述する有機溶剤に溶解する化合物であることが好ましい。
(Reducing compound)
The reducing compound used in the present embodiment is not particularly limited as long as it has a reducing power for reducing a copper compound and releasing metallic copper. Further, the reducing compound preferably has a boiling point of 70 ° C. or higher, and more preferably a heating temperature of the heating step or higher. Further, the reducing compound is preferably a compound which is composed of carbon, hydrogen and oxygen and is soluble in an organic solvent described below.
このような還元性化合物としては、典型的には、ヒドラジン誘導体が挙げられる。ヒドラジン誘導体としては、例えば、ヒドラジン一水和物、メチルヒドラジン、エチルヒドラジン、n−プロピルヒドラジン、i−プロピルヒドラジン、n−ブチルヒドラジン、i−ブチルヒドラジン、sec−ブチルヒドラジン、t−ブチルヒドラジン、n−ペンチルヒドラジン、i−ペンチルヒドラジン、neo−ペンチルヒドラジン、t−ペンチルヒドラジン、n−ヘキシルヒドラジン、i−ヘキシルヒドラジン、n−ヘプチルヒドラジン、n−オクチルヒドラジン、n−ノニルヒドラジン、n−デシルヒドラジン、n−ウンデシルヒドラジン、n−ドデシルヒドラジン、シクロヘキシルヒドラジン、フェニルヒドラジン、4−メチルフェニルヒドラジン、ベンジルヒドラジン、2−フェニルエチルヒドラジン、2−ヒドラジノエタノール、アセトヒドラジン等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 Such a reducing compound typically includes a hydrazine derivative. Examples of the hydrazine derivative include hydrazine monohydrate, methylhydrazine, ethylhydrazine, n-propylhydrazine, i-propylhydrazine, n-butylhydrazine, i-butylhydrazine, sec-butylhydrazine, t-butylhydrazine, n -Pentylhydrazine, i-pentylhydrazine, neo-pentylhydrazine, t-pentylhydrazine, n-hexylhydrazine, i-hexylhydrazine, n-heptylhydrazine, n-octylhydrazine, n-nonylhydrazine, n-decylhydrazine, n -Undecylhydrazine, n-dodecylhydrazine, cyclohexylhydrazine, phenylhydrazine, 4-methylphenylhydrazine, benzylhydrazine, 2-phenylethylhydrazine, 2-hydrazinoethanol Le, acetoacetate hydrazine and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
本実施形態の接合用銅粒子の製造方法において、さらに下記化合物を含んでもよい。
(炭素数1〜12のカルボン酸)
炭素数1〜12のカルボン酸は、得られる銅粒子の粒子径を制御する目的で使用される。カルボン酸はカルボキシル基を有するものであれば特に限定されない。例えば、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、カプリル酸、オクチル酸、ノナン酸、カプリン酸、オレイン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸等のモノカルボン酸;シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ジグリコール酸等のジカルボン酸;安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、サリチル酸、没食子酸等の芳香族カルボン酸;グリコール酸、乳酸、タルトロン酸、リンゴ酸、グリセリン酸、ヒドロキシ酪酸、酒石酸、クエン酸、イソクエン酸等のヒドロキシ酸などが挙げられる。粒径制御の容易性の観点から、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、カプリル酸、オクチル酸、ノナン酸、カプリン酸、オレイン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ジグリコール酸が好ましく、焼結性の観点から、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、カプリル酸、オクチル酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸がより好ましく、カプロン酸、カプリル酸、オクチル酸、シュウ酸、マロン酸がさらに好ましい。
The method for producing copper particles for bonding according to the present embodiment may further include the following compound.
(Carboxylic acid having 1 to 12 carbon atoms)
The carboxylic acid having 1 to 12 carbon atoms is used for the purpose of controlling the particle size of the obtained copper particles. The carboxylic acid is not particularly limited as long as it has a carboxyl group. For example, monocarboxylic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid, caprylic acid, octylic acid, nonanoic acid, capric acid, oleic acid, stearic acid, isostearic acid, etc .; oxalic acid, malonic acid Dicarboxylic acids such as succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, diglycolic acid; aromatics such as benzoic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, salicylic acid, and gallic acid Carboxylic acids; examples include hydroxy acids such as glycolic acid, lactic acid, tartronic acid, malic acid, glyceric acid, hydroxybutyric acid, tartaric acid, citric acid, and isocitric acid. From the viewpoint of easy particle size control, formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid, caprylic acid, octylic acid, nonanoic acid, capric acid, oleic acid, stearic acid, isostearic acid, oxalic acid, malon Acids, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, and diglycolic acid are preferred.From the viewpoint of sinterability, formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid , Caprylic acid, octylic acid, oxalic acid, malonic acid and succinic acid are more preferred, and caproic acid, caprylic acid, octylic acid, oxalic acid and malonic acid are even more preferred.
(有機溶剤)
本実施形態で用いられる有機溶剤は、上述の各原料を混合して得られる混合物から生成する錯体等の性質を阻害しない反応溶媒として用いることができるものであれば、特に限定されずに使用できる。中でも、上述の還元性化合物に対して相溶性を示すアルコールが好ましく用いられる。
(Organic solvent)
The organic solvent used in the present embodiment can be used without any particular limitation as long as it can be used as a reaction solvent that does not inhibit the properties of a complex or the like generated from a mixture obtained by mixing the above-described raw materials. . Among them, alcohols having compatibility with the above-mentioned reducing compounds are preferably used.
また、還元性化合物による銅イオンの還元反応は発熱反応であるため、還元反応中に揮発しない有機溶剤であることがより好ましい。有機溶剤が揮発してしまうと、銅化合物−アミン錯体の分解による銅イオンの生成及び生成した銅イオンの還元による金属銅の析出を制御しにくくなり、粒度の安定性が劣るおそれがあり好ましくない。したがって、有機溶剤はその沸点が70℃以上であり、炭素、水素及び酸素から構成されることが好ましい。 Further, since the reduction reaction of copper ions by the reducing compound is an exothermic reaction, it is more preferable that the organic solvent is an organic solvent which does not volatilize during the reduction reaction. When the organic solvent is volatilized, it is difficult to control the generation of copper ions due to decomposition of the copper compound-amine complex and the precipitation of metallic copper due to the reduction of the generated copper ions, and the stability of the particle size may be poor, which is not preferable. . Therefore, the organic solvent preferably has a boiling point of 70 ° C. or higher and is composed of carbon, hydrogen and oxygen.
有機溶剤として用いられる上記アルコールとしては、1−プロパノール、2−プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,2−プロパンジオール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、エチルカルビトール、エチルカルビトールアセテート、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ブチルセロソルブなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 Examples of the alcohol used as the organic solvent include 1-propanol, 2-propanol, butanol, pentanol, hexanol, heptanol, octanol, ethylene glycol, 1,3-propanediol, 1,2-propanediol, butyl carbitol, Butyl carbitol acetate, ethyl carbitol, ethyl carbitol acetate, diethylene glycol diethyl ether, butyl cellosolve and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
(混合物の形成)
まず、反応容器中に有機溶剤を収容し、該有機溶剤中において、上記説明した原料化合物である、銅化合物、アミン化合物、及び還元性化合物を混合する。これらの化合物の混合の順番は特に限定されず、上記化合物をどのような順番で混合しても構わない。
(Formation of the mixture)
First, an organic solvent is accommodated in a reaction vessel, and a copper compound, an amine compound, and a reducing compound, which are the above-described raw material compounds, are mixed in the organic solvent. The order of mixing these compounds is not particularly limited, and the above compounds may be mixed in any order.
なお、銅化合物とアミン化合物との錯体を効率的に形成させる場合は、先に銅化合物とアミン化合物とを混合して、0〜110℃で5〜30分程度混合しておき、さらに、還元性化合物を添加、混合することが好ましい。 In order to efficiently form a complex between the copper compound and the amine compound, the copper compound and the amine compound are mixed first, mixed at 0 to 110 ° C. for about 5 to 30 minutes, and further reduced. It is preferable to add and mix a reactive compound.
上記混合にあたって、各化合物の使用量は、銅化合物1molに対し、アミン化合物0.1〜10mol、還元性化合物0.5〜5molが好ましく、アミン化合物1〜10mol、還元性化合物1〜3molがより好ましい。このとき、有機溶剤は各成分が十分に反応を行うことができる量であればよく、例えば、50〜2000mL程度用いるようにすればよい。 In the mixing, the amount of each compound used is preferably 0.1 to 10 mol of an amine compound and 0.5 to 5 mol of a reducing compound, more preferably 1 to 10 mol of an amine compound and 1 to 3 mol of a reducing compound, per 1 mol of a copper compound. preferable. At this time, the organic solvent may be used in an amount that allows each component to sufficiently react. For example, about 50 to 2000 mL may be used.
(混合物の加熱)
次に、上記で混合して得られた混合物を十分に加熱して銅化合物の還元反応を進行させる。この加熱により、未反応の銅化合物をなくすことができ、良好に金属銅を析出、成長させ、銅粒子を形成することができる。
(Heating of the mixture)
Next, the mixture obtained by mixing the above is sufficiently heated to cause the reduction reaction of the copper compound to proceed. By this heating, an unreacted copper compound can be eliminated, and metallic copper can be favorably deposited and grown to form copper particles.
このとき、アミン化合物は、銅粒子の表面に付着し、成長を抑制することで粒子が粗大化するのを防ぐ作用を有している。 At this time, the amine compound adheres to the surface of the copper particle and has an action of suppressing the growth of the particle by suppressing the growth.
上記混合物の加熱における加熱温度は、銅化合物が熱分解及び還元され、銅粒子が生成できる温度であり、例えば、70〜150℃であることが好ましく、80〜120℃であることがより好ましい。さらに、加熱温度は原料化合物及び有機溶剤の沸点よりも低いことが好ましい。加熱温度が上記範囲にあると、銅粒子を効率的に生成できるとともに、アミン化合物の他にカルボン酸を併用する場合にはこれらの揮発が抑制されるため好ましい。 The heating temperature in heating the mixture is a temperature at which a copper compound is thermally decomposed and reduced to form copper particles, and is preferably, for example, 70 to 150 ° C, and more preferably 80 to 120 ° C. Further, the heating temperature is preferably lower than the boiling points of the raw material compound and the organic solvent. When the heating temperature is in the above range, copper particles can be efficiently produced, and when a carboxylic acid is used in addition to the amine compound, volatilization of these is suppressed, which is preferable.
また、加熱温度が70℃未満では、銅化合物の定量的な熱分解が生じにくく、未分解の銅化合物が残存してしまうおそれがある。また、加熱温度が150℃超ではアミン化合物の揮発量が多くなりすぎ、系中が不均一となるため好ましくない。 If the heating temperature is lower than 70 ° C., quantitative thermal decomposition of the copper compound is unlikely to occur, and undecomposed copper compound may remain. On the other hand, when the heating temperature is higher than 150 ° C., the volatilization amount of the amine compound becomes too large, and the system becomes non-uniform.
このようにして、銅粒子分散液を得ることができる。なお、得られた銅粒子分散液に後述する洗浄溶剤を加えて当該銅粒子分散液中に含有される銅粒子の濃度を1〜50質量%に調製することが好ましい。 Thus, a copper particle dispersion can be obtained. In addition, it is preferable that the washing | cleaning solvent mentioned later is added to the obtained copper particle dispersion liquid, and the density | concentration of the copper particle contained in the said copper particle dispersion liquid is adjusted to 1-50 mass%.
[洗浄工程]
本工程では、前記工程で得られた銅粒子分散液を密閉系で溶剤洗浄し、前記銅粒子分散液から銅粒子を固液分離する。
銀微粒子の製造時に一般に用いられている遠心分離等による分離作業では、連続して溶剤置換することができず、大気中で洗浄溶剤との撹拌作業が行われる。本発明者らの知見によると、合成した銅粒子は容易に粒子表面が酸化されやすく、特に大気中で洗浄溶剤と撹拌する時に銅粒子分散液に巻き込んだ酸素と、合成した銅粒子が接触することにより銅粒子表面の酸化が進行してしまうおそれがある。これに対し、本工程では、密閉系で銅粒子分散液を溶剤洗浄することにより、銅粒子の表面酸化を低減することができる。
[Washing process]
In this step, the copper particle dispersion obtained in the above step is solvent-washed in a closed system, and copper particles are solid-liquid separated from the copper particle dispersion.
In the separation operation such as centrifugation generally used in the production of silver fine particles, the solvent cannot be continuously replaced, and the stirring operation with the cleaning solvent is performed in the atmosphere. According to the findings of the present inventors, the synthesized copper particles are easily oxidized on the surface of the particles, and the oxygen caught in the copper particle dispersion liquid particularly when stirred with a cleaning solvent in the air comes into contact with the synthesized copper particles. As a result, oxidation of the copper particle surface may proceed. On the other hand, in this step, the surface oxidation of the copper particles can be reduced by washing the copper particle dispersion with a solvent in a closed system.
また、本工程では、連続して溶剤置換及び洗浄することが、銅粒子の表面酸化を低減する観点から好ましい。
具体的な溶剤置換洗浄方法は、銅粒子を1〜50質量%含有する前記銅粒子分散液をリスラリーすることなく流量5〜1500kg/hr・m2、圧力0.03〜1.0MPaの条件でろ過膜に供給し、さらに、上記条件により洗浄溶剤を連続して該ろ過膜に供給する。このように、銅粒子分散液に洗浄溶剤を流量5〜1500kg/hr・m2で供給し、0.03〜1.0MPaで加圧し、銅粒子分散液と洗浄用剤の置換を密閉系で行うことで、銅粒子を酸素が存在しない状態で洗浄することができ、該銅粒子の表面酸化を低減することができる。
また、このような観点から、上記流量は好ましくは10〜1000kg/hr・m2、より好ましくは15〜500kg/hr・m2、さらに好ましくは20〜200kg/hr・m2であり、上記圧力は好ましくは0.1〜0.8MPa、より好ましくは0.2〜0.6MPaである。
なお、上記溶剤置換及び洗浄は、後述する減圧乾燥、遠心分離等を行った後に、さらに実施してもよい。
In this step, it is preferable to continuously perform solvent replacement and washing from the viewpoint of reducing surface oxidation of copper particles.
A specific solvent replacement cleaning method is performed under the conditions of a flow rate of 5 to 1500 kg / hr · m 2 and a pressure of 0.03 to 1.0 MPa without reslurrying the copper particle dispersion containing 1 to 50% by mass of copper particles. The solvent is supplied to the filtration membrane, and the washing solvent is continuously supplied to the filtration membrane under the above conditions. Thus, the cleaning solvent is supplied to the copper particle dispersion at a flow rate of 5 to 1500 kg / hr · m 2 and pressurized at 0.03 to 1.0 MPa to replace the copper particle dispersion with the cleaning agent in a closed system. By doing so, the copper particles can be washed in the absence of oxygen, and the surface oxidation of the copper particles can be reduced.
From such a viewpoint, the flow rate is preferably 10 to 1000 kg / hr · m 2 , more preferably 15 to 500 kg / hr · m 2 , and still more preferably 20 to 200 kg / hr · m 2. Is preferably 0.1 to 0.8 MPa, more preferably 0.2 to 0.6 MPa.
The solvent replacement and washing may be further performed after drying under reduced pressure, centrifugation, and the like, which will be described later.
洗浄溶剤は生成した銅粒子の保護基にダメージを与えないものであれば、特に限定されずに使用できる。具体的には、水;エタノール、メタノール等のアルコール類;ジエチレングリコール等のグリコール類;その他の溶剤等が挙げられる。洗浄溶剤は濾室容積の3〜7倍の量を供給することが好ましい。 The washing solvent can be used without any particular limitation as long as it does not damage the protective group of the produced copper particles. Specific examples include water; alcohols such as ethanol and methanol; glycols such as diethylene glycol; and other solvents. The washing solvent is preferably supplied in an amount of 3 to 7 times the volume of the filtration chamber.
溶剤置換装置は密閉して溶剤洗浄できれば特に限定されないが、例えば回転型膜分離装置が好ましく用いられ、具体的には水平濾板式濾過機(三菱化工機(株)製)が挙げられる。
濾別した固形物に対し、例えば減圧乾燥、遠心分離等を行うことにより、銅粒子を得ることができる。
The solvent replacement device is not particularly limited as long as the solvent can be sealed and the solvent can be washed. For example, a rotary membrane separation device is preferably used, and a specific example thereof is a horizontal filter plate filter (manufactured by Mitsubishi Kakoki Co., Ltd.).
Copper particles can be obtained by performing, for example, drying under reduced pressure, centrifugal separation, and the like on the solids separated by filtration.
(銅粒子の形状、サイズ)
本実施形態の接合用銅粒子の製造方法により得られる銅粒子は、銅化合物がアミン化合物中で還元性化合物により還元され、溶出した銅原子が凝集し、核形成、核成長し、アミン化合物で被覆された銅粒子が形成されると推察される。したがって、使用する銅化合物、アミン化合物、還元性化合物の種類、反応温度を適宜選択することによって、銅原子の供給速度、あるいはアミン化合物による吸着能を変化させ、任意の形状及びサイズの銅粒子を得ることができる。
(Shape and size of copper particles)
Copper particles obtained by the method for producing copper particles for bonding of the present embodiment, the copper compound is reduced by the reducing compound in the amine compound, the eluted copper atoms aggregate, nucleation, nucleus growth, the amine compound It is assumed that coated copper particles are formed. Therefore, by appropriately selecting the type of the copper compound, the amine compound, and the reducing compound to be used, and the reaction temperature, the supply rate of the copper atom or the adsorption ability by the amine compound is changed, so that copper particles of any shape and size can be obtained. Obtainable.
本実施形態の接合用銅粒子の製造方法により得られる銅粒子は、300℃未満の低温焼成が可能であり、これを用いた接合用ペーストは、接合層内部とフィレット部との焼結速度および焼結度に差がなく、接合信頼性の高い接合層を得ることができる。 Copper particles obtained by the method for producing copper particles for bonding of the present embodiment can be fired at a low temperature of less than 300 ° C., and a bonding paste using the same can be obtained by sintering the inside of the bonding layer and the fillet portion and There is no difference in the degree of sintering, and a bonding layer with high bonding reliability can be obtained.
上記銅粒子の平均粒子径は、接合層の緻密性の観点から、好ましくは1〜1000nm、より好ましくは20〜800nm、さらに好ましくは30〜500nmである。
なお、上記銅粒子の平均粒子径は、走査電子顕微鏡(例えば、日本電子(株)製、商品名:JSM−7600F;SEM)の観察画像に基づく任意に選択した10個の銅粒子(n=10)の平均値として算出する。なお、平均値は算術平均値であり、その算出にあたっては10個以上の銅粒子を用いてもよい。
The average particle diameter of the copper particles is preferably 1 to 1000 nm, more preferably 20 to 800 nm, and still more preferably 30 to 500 nm, from the viewpoint of the denseness of the bonding layer.
The average particle diameter of the copper particles was determined based on an observation image of a scanning electron microscope (for example, JSM-7600F; SEM, manufactured by JEOL Ltd.). Calculated as the average value of 10). Note that the average value is an arithmetic average value, and 10 or more copper particles may be used in the calculation.
<接合用ペースト>
本実施形態の接合用ペーストは、上述の接合用銅粒子の製造方法によって得られる接合用銅粒子を含む。したがって、本実施形態の接合用ペーストは、無加圧での接合が可能であり接着性に優れ、また、接合層内部とフィレット部との焼結速度および焼結度が均一であり、接合特性が良好な硬化物を得ることができることから、素子接着用ダイアタッチペースト又は放熱部材接着用材料として好適である。
<Joining paste>
The joining paste of the present embodiment includes the joining copper particles obtained by the above-described method for producing the joining copper particles. Therefore, the joining paste of the present embodiment can be joined under no pressure and has excellent adhesiveness, and the sintering speed and the degree of sintering between the inside of the joining layer and the fillet portion are uniform, and the joining property is high. Is suitable as a die attach paste for element bonding or a material for bonding a heat radiating member since a good cured product can be obtained.
本実施形態の接合用ペーストは、2つ以上の異なる平均粒子径の銅粒子を併用することが好ましい。例えば、第一の銅粒子の平均粒子径に対して、該第一の銅粒子よりも大きい平均粒子径を有する第二の銅粒子の平均粒子径は2〜10倍程度であることが好ましい。また、第一の銅粒子の配合量に対して、第二の銅粒子の配合量は1.5〜10倍程度であることが好ましい。 The bonding paste of the present embodiment preferably uses two or more copper particles having different average particle diameters in combination. For example, the average particle diameter of the second copper particles having an average particle diameter larger than that of the first copper particles is preferably about 2 to 10 times the average particle diameter of the first copper particles. Further, the amount of the second copper particles is preferably about 1.5 to 10 times the amount of the first copper particles.
本実施形態の接合用ペーストは上述の銅粒子以外に、上述の銅粒子よりも粒径の大きい大粒径銅粒子、熱硬化性樹脂、有機溶剤、その他添加剤を含むことが好ましい。これにより、銅粒子の焼結収縮の影響を緩和し、さらに信頼性の高い接合層を形成することが可能となる。 The bonding paste of the present embodiment preferably contains, in addition to the above-described copper particles, large-diameter copper particles having a larger particle size than the above-described copper particles, a thermosetting resin, an organic solvent, and other additives. Thereby, the influence of the sintering shrinkage of the copper particles can be reduced, and a more reliable bonding layer can be formed.
(大粒径銅粒子)
大粒径銅粒子は、平均粒子径が1μmよりも大きく30μm以下であることが好ましく、2〜20μmであることがより好ましい。また、形状は特に限定されず、球状、プレート型、フレーク状、鱗片状、樹枝状、ロッド状、ワイヤー状等が使用できる。
なお、上記大粒径銅粒子の平均粒子径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置等を用いて測定することができる。
(Large-sized copper particles)
The large-diameter copper particles preferably have an average particle diameter of more than 1 μm and 30 μm or less, more preferably 2 to 20 μm. The shape is not particularly limited, and spheres, plates, flakes, scales, dendrites, rods, wires, and the like can be used.
The average particle diameter of the large-diameter copper particles can be measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer or the like.
上記大粒径銅粒子は、滑材、防錆剤で処理されているものを使用してもよい。このような処理として典型的なものは、カルボン酸化合物による処理である。カルボン酸化合物としては、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、カプリル酸、オクチル酸、ノナン酸、カプリン酸、パルミチン酸、オレイン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ジグリコール酸、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、サリチル酸、没食子酸、グリコール酸、乳酸、タルトロン酸、リンゴ酸、グリセリン酸、ヒドロキシ酪酸、酒石酸、クエン酸、イソクエン酸などが挙げられる。銅粒子との焼結性の観点から、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、カプリル酸、オクチル酸、ノナン酸、カプリン酸、パルミチン酸、オレイン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸が好ましく、銅粒子の分散性および耐酸化性の観点から、カプロン酸、カプリル酸、オクチル酸、ノナン酸、カプリン酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸がより好ましい。 As the large-sized copper particles, those treated with a lubricant and a rust preventive may be used. A typical example of such a treatment is a treatment with a carboxylic acid compound. Examples of the carboxylic acid compound include formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid, caprylic acid, octylic acid, nonanoic acid, capric acid, palmitic acid, oleic acid, stearic acid, isostearic acid, oxalic acid, Malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, diglycolic acid, benzoic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, salicylic acid, gallic acid, glycolic acid, lactic acid, Examples thereof include tartronic acid, malic acid, glyceric acid, hydroxybutyric acid, tartaric acid, citric acid, and isocitrate. From the viewpoint of sinterability with copper particles, formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid, caprylic acid, octylic acid, nonanoic acid, capric acid, palmitic acid, oleic acid, stearic acid, isostearic acid, Oxalic acid, malonic acid, succinic acid, and glutaric acid are preferred, and from the viewpoint of the dispersibility and oxidation resistance of the copper particles, caproic acid, caprylic acid, octylic acid, nonanoic acid, capric acid, malonic acid, succinic acid, and glutaric acid are used. Is more preferred.
(熱硬化性樹脂)
熱硬化性樹脂は、一般に接着剤用途として使用される熱硬化性樹脂であれば特に限定されずに使用できる。中でも、液状樹脂であることが好ましく、室温(25℃)で液状である樹脂がより好ましい。上記熱硬化性樹脂としては、例えば、シアネート樹脂、エポキシ樹脂、ラジカル重合性のアクリル樹脂、マレイミド樹脂などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本実施形態の接合用ペーストが熱硬化性樹脂を含むことで、適度な粘度を有する接着材料(ペースト)とすることができる。また、本実施形態の接合用ペーストが熱硬化性樹脂を含むと、その硬化時の反応熱によって接合用ペーストの温度が上昇し、銅粒子の焼結性を促進させる効果もあるため好ましい。
(Thermosetting resin)
The thermosetting resin can be used without particular limitation as long as it is a thermosetting resin generally used as an adhesive. Among them, a liquid resin is preferable, and a resin that is liquid at room temperature (25 ° C.) is more preferable. Examples of the thermosetting resin include a cyanate resin, an epoxy resin, a radically polymerizable acrylic resin, and a maleimide resin. These may be used alone or in combination of two or more.
When the bonding paste of the present embodiment contains a thermosetting resin, an adhesive material (paste) having an appropriate viscosity can be obtained. Further, it is preferable that the bonding paste of the present embodiment contains a thermosetting resin, because the temperature of the bonding paste rises due to the reaction heat at the time of curing and has an effect of promoting the sinterability of the copper particles.
シアネート樹脂は、分子内に−NCO基を有する化合物であり、加熱により−NCO基が反応することで3次元的網目構造を形成し、硬化する樹脂である。具体的に例示すると、1,3−ジシアナトベンゼン、1,4−ジシアナトベンゼン、1,3,5−トリシアナトベンゼン、1,3−ジシアナトナフタレン、1,4−ジシアナトナフタレン、1,6−ジシアナトナフタレン、1,8−ジシアナトナフタレン、2,6−ジシアナトナフタレン、2,7−ジシアナトナフタレン、1,3,6−トリシアナトナフタレン、4,4’−ジシアナトビフェニル、ビス(4−シアナトフェニル)メタン、ビス(3,5−ジメチル−4−シアナトフェニル)メタン、2,2−ビス(4−シアナトフェニル)プロパン、2,2−ビス(3,5−ジブロモ−4−シアナトフェニル)プロパン、ビス(4−シアナトフェニル)エーテル、ビス(4−シアナトフェニル)チオエーテル、ビス(4−シアナトフェニル)スルホン、トリス(4−シアナトフェニル)ホスファイト、トリス(4−シアナトフェニル)ホスフェート、及びノボラック樹脂とハロゲン化シアンとの反応により得られるシアネート類などが挙げられる。また、これらの多官能シアネート樹脂のシアネート基を三量化することによって形成されるトリアジン環を有するプレポリマーも使用できる。該プレポリマーは、上記の多官能シアネート樹脂モノマーを、例えば、鉱酸、ルイス酸などの酸、ナトリウムアルコラート、第三級アミン類などの塩基、炭酸ナトリウムなどの塩類、を触媒として重合させることにより得られる。 The cyanate resin is a compound having a —NCO group in a molecule, and is a resin that forms a three-dimensional network structure and is cured by a reaction of the —NCO group by heating. Specific examples include 1,3-dicyanatobenzene, 1,4-dicyanatobenzene, 1,3,5-tricyanatobenzene, 1,3-dicyanatonaphthalene, 1,4-dicyanatonaphthalene, 6-dicyanatonaphthalene, 1,8-dicyanatonaphthalene, 2,6-dicyanatonaphthalene, 2,7-dicyanatonaphthalene, 1,3,6-tricyanatonaphthalene, 4,4′-dicyanatobiphenyl, bis (4-cyanatophenyl) methane, bis (3,5-dimethyl-4-cyanatophenyl) methane, 2,2-bis (4-cyanatophenyl) propane, 2,2-bis (3,5-dibromo -4-cyanatophenyl) propane, bis (4-cyanatophenyl) ether, bis (4-cyanatophenyl) thioether, bis (4-cyanatophenyl) Sulfone, tris (4-cyanatophenyl) phosphite, tris (4-cyanatophenyl) phosphate, and the like cyanates obtained by a reaction between novolak resin and a cyanogen halide. Further, a prepolymer having a triazine ring formed by trimerizing a cyanate group of these polyfunctional cyanate resins can also be used. The prepolymer is obtained by polymerizing the above polyfunctional cyanate resin monomer with, for example, a mineral acid, an acid such as a Lewis acid, a base such as sodium alcoholate, a tertiary amine, or a salt such as sodium carbonate as a catalyst. can get.
シアネート樹脂の硬化促進剤としては、一般に公知のものが使用できる。例えば、オクチル酸亜鉛、オクチル酸錫、ナフテン酸コバルト、ナフテン酸亜鉛、アセチルアセトン鉄などの有機金属錯体、塩化アルミニウム、塩化錫、塩化亜鉛などの金属塩、トリエチルアミン、ジメチルベンジルアミンなどのアミン類が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの硬化促進剤は1種又は2種以上混合して用いることができる。 As the curing accelerator for the cyanate resin, generally known curing accelerators can be used. For example, organometallic complexes such as zinc octylate, tin octylate, cobalt naphthenate, zinc naphthenate, and iron acetylacetone; metal salts such as aluminum chloride, tin chloride and zinc chloride; and amines such as triethylamine and dimethylbenzylamine. However, the present invention is not limited to these. These curing accelerators can be used alone or in combination of two or more.
エポキシ樹脂は、グリシジル基を分子内に1つ以上有する化合物であり、加熱によりグリシジル基が反応することで3次元的網目構造を形成し、硬化する樹脂である。グリシジル基は1分子に2つ以上含まれていることが好ましいが、これはグリシジル基が1つの化合物のみでは反応させても十分な硬化物特性を示すことができないからである。グリシジル基を1分子に2つ以上含む化合物は、2つ以上の水酸基を有する化合物をエポキシ化して得ることができる。このような化合物としては、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビフェノールなどのビスフェノール化合物又はこれらの誘導体、水素添加ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールF、水素添加ビフェノール、シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、シクロヘキサンジエタノールなどの脂環構造を有するジオール又はこれらの誘導体、ブタンジオール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、ノナンジオール、デカンジオールなどの脂肪族ジオール又はこれらの誘導体などをエポキシ化した2官能のもの、トリヒドロキシフェニルメタン骨格、アミノフェノール骨格を有する化合物などをエポキシ化した3官能のもの、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂などをエポキシ化した多官能のものなどが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。また、上記エポキシ樹脂は、接合用ペーストとして室温(25℃)でペースト状とするため、単独で又は混合物として室温(25℃)で液状のものが好ましい。通常行われるように反応性希釈剤を使用することも可能である。反応性希釈剤としては、フェニルグリシジルエーテル、クレジルグリシジルエーテルなどの1官能の芳香族グリシジルエーテル類、脂肪族グリシジルエーテル類などが挙げられる。 The epoxy resin is a compound having one or more glycidyl groups in the molecule, and is a resin that forms a three-dimensional network structure by the reaction of the glycidyl groups by heating and is cured. It is preferable that two or more glycidyl groups are contained in one molecule, because a single compound having only one glycidyl group cannot exhibit sufficient cured product properties. A compound containing two or more glycidyl groups in one molecule can be obtained by epoxidizing a compound having two or more hydroxyl groups. Examples of such compounds include bisphenol compounds such as bisphenol A, bisphenol F, and biphenol or derivatives thereof, and alicyclic rings such as hydrogenated bisphenol A, hydrogenated bisphenol F, hydrogenated biphenol, cyclohexanediol, cyclohexanedimethanol, and cyclohexanediethanol. Bifunctional ones obtained by epoxidizing aliphatic diols such as diols having a structure or derivatives thereof, aliphatic diols such as butanediol, hexanediol, octanediol, nonanediol, and decanediol; trihydroxyphenylmethane skeleton; aminophenol Trifunctional compounds obtained by epoxidizing compounds having a skeleton, phenol novolak resin, cresol novolak resin, phenol aralkyl resin, biphenyl Aralkyl resins, and the naphthol aralkyl resin as polyfunctional epoxidized include, without limitation thereto. Moreover, since the said epoxy resin becomes paste form at room temperature (25 degreeC) as joining paste, what is liquid at room temperature (25 degreeC) alone or as a mixture is preferable. It is also possible to use reactive diluents as usual. Examples of the reactive diluent include monofunctional aromatic glycidyl ethers such as phenyl glycidyl ether and cresyl glycidyl ether, and aliphatic glycidyl ethers.
このとき、エポキシ樹脂を硬化させる目的で硬化剤を使用するが、エポキシ樹脂の硬化剤としては、例えば、脂肪族アミン、芳香族アミン、ジシアンジアミド、ジヒドラジド化合物、酸無水物、フェノール樹脂などが挙げられる。ジヒドラジド化合物としては、アジピン酸ジヒドラジド、ドデカン酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド、p−オキシ安息香酸ジヒドラジドなどのカルボン酸ジヒドラジドなどが挙げられ、酸無水物としては、フタル酸無水物、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、エンドメチレンテトラヒドロフタル酸無水物、ドデセニルコハク酸無水物、無水マレイン酸とポリブタジエンの反応物、無水マレイン酸とスチレンの共重合体などが挙げられる。 At this time, a curing agent is used for the purpose of curing the epoxy resin. Examples of the curing agent for the epoxy resin include an aliphatic amine, an aromatic amine, dicyandiamide, a dihydrazide compound, an acid anhydride, and a phenol resin. . Examples of the dihydrazide compound include carboxylic acid dihydrazide such as adipic acid dihydrazide, dodecanoic acid dihydrazide, isophthalic acid dihydrazide, p-oxybenzoic acid dihydrazide, and the like.Examples of acid anhydrides include phthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, Examples include phthalic anhydride, endomethylenetetrahydrophthalic anhydride, dodecenylsuccinic anhydride, a reaction product of maleic anhydride and polybutadiene, and a copolymer of maleic anhydride and styrene.
さらに、硬化を促進するために硬化促進剤を配合でき、エポキシ樹脂の硬化促進剤としては、イミダゾール類、トリフェニルホスフィン又はテトラフェニルホスフィン及びそれらの塩類、ジアザビシクロウンデセンなどのアミン系化合物及びその塩類などが挙げられる。例えば、2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、2−C11H23−イミダゾール、2−メチルイミダゾールと2,4−ジアミノ−6−ビニルトリアジンとの付加物などのイミダゾール化合物が好適に用いられる。なかでも特に好ましいのは融点が180℃以上のイミダゾール化合物である。 Further, a curing accelerator can be blended to promote curing.Examples of curing accelerators for epoxy resins include imidazoles, triphenylphosphine or tetraphenylphosphine and salts thereof, amine compounds such as diazabicycloundecene, and the like. And salts thereof. For example, 2-methylimidazole, 2-ethylimidazole, 2-phenylimidazole, 2-phenyl-4-methylimidazole, 2-phenyl-4-methyl-5-hydroxymethylimidazole, 2-phenyl-4,5-dihydroxymethyl imidazole, 2-C 11 H 23 -, imidazole compounds such as the adduct of 2-methylimidazole and 2,4-diamino-6-vinyl-triazine is preferably used. Among them, particularly preferred are imidazole compounds having a melting point of 180 ° C. or higher.
ラジカル重合性のアクリル樹脂とは、分子内に(メタ)アクリロイル基を有する化合物であり、(メタ)アクリロイル基が反応することで3次元的網目構造を形成し、硬化する樹脂である。(メタ)アクリロイル基は分子内に1つ以上含まれていることが好ましい。 The radically polymerizable acrylic resin is a compound having a (meth) acryloyl group in a molecule, and is a resin which forms a three-dimensional network structure by the reaction of the (meth) acryloyl group and is cured. It is preferable that one or more (meth) acryloyl groups are contained in the molecule.
ここで、アクリル樹脂としては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、1,2−シクロヘキサンジオールモノ(メタ)アクリレート、1,3−シクロヘキサンジオールモノ(メタ)アクリレート、1,4−シクロヘキサンジオールモノ(メタ)アクリレート、1,2−シクロヘキサンジメタノールモノ(メタ)アクリレート、1,3−シクロヘキサンジメタノールモノ(メタ)アクリレート、1,4−シクロヘキサンジメタノールモノ(メタ)アクリレート、1,2−シクロヘキサンジエタノールモノ(メタ)アクリレート、1,3−シクロヘキサンジエタノールモノ(メタ)アクリレート、1,4−シクロヘキサンジエタノールモノ(メタ)アクリレート、グリセリンモノ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンモノ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールモノ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールモノ(メタ)アクリレートなどの水酸基を有する(メタ)アクリレート及びこれら水酸基を有する(メタ)アクリレートとジカルボン酸又はその誘導体とを反応させて得られるカルボキシル基を有する(メタ)アクリレートなどが挙げられる。ここで使用可能なジカルボン酸としては、例えばシュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸及びこれらの誘導体等が挙げられる。 Here, as the acrylic resin, for example, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 3-hydroxypropyl (meth) acrylate, 2-hydroxybutyl (meth) acrylate, 3-hydroxybutyl (Meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, 1,2-cyclohexanediol mono (meth) acrylate, 1,3-cyclohexanediol mono (meth) acrylate, 1,4-cyclohexanediol mono (meth) acrylate, 1,2-cyclohexane dimethanol mono (meth) acrylate, 1,3-cyclohexane dimethanol mono (meth) acrylate, 1,4-cyclohexane dimethanol mono (meth) acrylate, 1,2-cyclohexane di Tanol mono (meth) acrylate, 1,3-cyclohexanediethanol mono (meth) acrylate, 1,4-cyclohexanediethanol mono (meth) acrylate, glycerin mono (meth) acrylate, glycerin di (meth) acrylate, trimethylolpropane mono ( Has a hydroxyl group such as meth) acrylate, trimethylolpropane di (meth) acrylate, pentaerythritol mono (meth) acrylate, pentaerythritol di (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, neopentyl glycol mono (meth) acrylate, etc. (Meth) acrylates and (meth) acrylates having carboxyl groups obtained by reacting these (meth) acrylates having hydroxyl groups with dicarboxylic acids or derivatives thereof Acrylate and the like. Examples of dicarboxylic acids that can be used here include oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, maleic acid, fumaric acid, phthalic acid, and tetrahydrophthalic acid. , Hexahydrophthalic acid and derivatives thereof.
また、特に好ましいアクリル樹脂としては、分子量が100〜10000のポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ(メタ)アクリレートで(メタ)アクリル基を有する化合物、ヒドロキシル基を有する(メタ)アクリレート、ヒドロキシル基を有する(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。 Further, as particularly preferred acrylic resins, polyethers, polyesters, polycarbonates, compounds having a (meth) acryl group in poly (meth) acrylate having a molecular weight of 100 to 10,000, (meth) acrylate having a hydroxyl group, and having a hydroxyl group (Meth) acrylamide and the like.
マレイミド樹脂は、1分子内にマレイミド基を1つ以上含む化合物であり、加熱によりマレイミド基が反応することで3次元的網目構造を形成し、硬化する樹脂である。例えば、N,N’−(4,4’−ジフェニルメタン)ビスマレイミド、ビス(3−エチル−5−メチル−4−マレイミドフェニル)メタン、2,2−ビス[4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル]プロパンなどのビスマレイミド樹脂が挙げられる。より好ましいマレイミド樹脂は、ダイマー酸ジアミンと無水マレイン酸の反応により得られる化合物、マレイミド酢酸、マレイミドカプロン酸といったマレイミド化アミノ酸とポリオールの反応により得られる化合物である。マレイミド化アミノ酸は、無水マレイン酸とアミノ酢酸又はアミノカプロン酸とを反応することで得られ、ポリオールとしては、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリ(メタ)アクリレートポリオールが好ましく、芳香族環を含まないものが特に好ましい。 The maleimide resin is a compound containing one or more maleimide groups in one molecule, and is a resin that forms a three-dimensional network structure and is cured by a reaction of the maleimide groups by heating. For example, N, N '-(4,4'-diphenylmethane) bismaleimide, bis (3-ethyl-5-methyl-4-maleimidophenyl) methane, 2,2-bis [4- (4-maleimidophenoxy) phenyl ] Bismaleimide resins such as propane. More preferred maleimide resins are compounds obtained by the reaction of a dimer acid diamine and maleic anhydride, and compounds obtained by the reaction of a maleimidated amino acid such as maleimide acetic acid and maleimidocaproic acid with a polyol. The maleimidated amino acid is obtained by reacting maleic anhydride with aminoacetic acid or aminocaproic acid, and the polyol is preferably a polyether polyol, a polyester polyol, a polycarbonate polyol, or a poly (meth) acrylate polyol. Those not containing are particularly preferred.
ここで、熱硬化性樹脂を配合する場合は、上記銅粒子および大粒径銅粒子の総量を100質量部としたとき、1〜20質量部となるように配合される。熱硬化性樹脂が1質量部以上であると熱硬化性樹脂による接着効果を十分に得ることができ、熱硬化性樹脂が20質量部以下であると銅成分の割合が低下するのを抑制し、高熱伝導性を十分に確保することができ、熱放散性を向上させることができる。また、有機成分が多くなる過ぎず、光及び熱による劣化を抑え、その結果、発光装置の寿命を高めることができる。このような配合範囲とすることで、熱硬化性樹脂の接着性能を利用して、銅粒子及び/又は大粒径銅粒子相互の接触を防止し、かつ、接着層全体の機械的強度を保持することが容易にできる。 Here, when the thermosetting resin is blended, it is blended so as to be 1 to 20 parts by mass when the total amount of the copper particles and the large-diameter copper particles is 100 parts by mass. When the content of the thermosetting resin is 1 part by mass or more, the adhesive effect by the thermosetting resin can be sufficiently obtained, and when the content of the thermosetting resin is 20 parts by mass or less, the decrease in the proportion of the copper component is suppressed. In addition, high heat conductivity can be sufficiently ensured, and heat dissipation can be improved. In addition, the organic component is not excessively increased, and deterioration due to light and heat is suppressed, and as a result, the life of the light emitting device can be increased. By using such a blending range, contact between the copper particles and / or large-diameter copper particles is prevented by utilizing the adhesive performance of the thermosetting resin, and the mechanical strength of the entire adhesive layer is maintained. Can be easily done.
(有機溶剤)
有機溶剤は、還元剤として機能する溶剤であれば公知の溶剤を用いることができる。
上記有機溶剤としては、アルコールが好ましく、例えば、脂肪族多価アルコールを挙げることができる。脂肪族多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロビレングリコール、1,4−ブタンジオール、グリセリン、ポリエチレングリコールなどのグリコール類などを挙げることができる。これらの有機溶剤は、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
(Organic solvent)
As the organic solvent, a known solvent can be used as long as it functions as a reducing agent.
Alcohol is preferable as the organic solvent, and examples thereof include aliphatic polyhydric alcohols. Examples of the aliphatic polyhydric alcohol include glycols such as ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, diprovylene glycol, 1,4-butanediol, glycerin, and polyethylene glycol. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more.
有機溶剤として、アルコールを用いることにより、ペースト硬化(焼結)時の熱処理により高温となることでアルコールの還元力を増大させ、銅粒子中に一部存在している酸化銅及び金属基板上の酸化金属(例えば、酸化銅)がアルコールによって還元され、純粋な金属となり、結果としてより緻密で導電性が高く、基板との密着性の高い硬化膜の形成ができると考えられる。また、半導体素子と金属基板に挟まれていることでペースト硬化時の熱処理中にアルコールが一部還流状態となり、溶剤であるアルコールが揮発により系中から直ちに失われることがなく、沸点以上のペースト硬化温度で酸化金属がより効率的に還元されるようになる。 By using alcohol as an organic solvent, the heat treatment at the time of paste curing (sintering) raises the temperature to increase the alcohol's reducing power, and the copper oxide partially present in the copper particles and on the metal substrate It is considered that a metal oxide (for example, copper oxide) is reduced by an alcohol to become a pure metal, and as a result, a cured film having higher density, higher conductivity, and higher adhesion to a substrate can be formed. In addition, the alcohol is partially refluxed during the heat treatment when the paste is cured by being sandwiched between the semiconductor element and the metal substrate, so that the alcohol, which is a solvent, is not immediately lost from the system due to volatilization, and the paste having a boiling point or higher is removed. At the curing temperature, the metal oxide becomes more efficiently reduced.
有機溶剤の沸点は、具体的には、100〜300℃、好ましくは150〜290℃である。沸点が100℃以上であると、常温であっても揮発性が高くなり過ぎず、分散媒の揮発による還元能力の低下を抑制することができ、安定した接着強度を得ることができる。また、沸点が300℃以下であると、硬化膜(導電膜)の焼結が生じやすく、緻密性に優れた膜を形成することができる。また、有機溶剤が揮発せず膜中に残存するのを抑制することができる。 The boiling point of the organic solvent is specifically 100 to 300 ° C, preferably 150 to 290 ° C. When the boiling point is 100 ° C. or higher, the volatility does not become too high even at room temperature, and a reduction in the reduction ability due to the volatilization of the dispersion medium can be suppressed, and a stable adhesive strength can be obtained. Further, when the boiling point is 300 ° C. or less, sintering of the cured film (conductive film) is likely to occur, and a film having excellent denseness can be formed. Further, it is possible to suppress the organic solvent from remaining in the film without being volatilized.
有機溶剤を配合する場合、その配合量は、銅粒子を100質量部としたとき、7〜20質量部であることが好ましい。7質量部以上であると粘度が高くなり過ぎず、作業性を向上させることができ、20質量部以下であると粘度低下が抑制され、ペースト中の銅の沈下を抑制し、信頼性を高めることができる。 When the organic solvent is compounded, the compounding amount is preferably 7 to 20 parts by mass when the copper particles are 100 parts by mass. When the amount is 7 parts by mass or more, the viscosity does not become too high, and the workability can be improved. When the amount is 20 parts by mass or less, the decrease in the viscosity is suppressed, the precipitation of copper in the paste is suppressed, and the reliability is increased. be able to.
本実施形態の接合用ペーストには、以上の各成分の他、本発明の効果を阻害しない範囲で、この種の組成物に一般に配合される、硬化促進剤、ゴム、シリコーン等の低応力化剤、カップリング剤、消泡剤、界面活性剤、着色剤(顔料、染料)、各種重合禁止剤、酸化防止剤、溶剤、その他の各種添加剤を、必要に応じて配合することができる。これらの各添加剤はいずれも1種を使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。 In the bonding paste of the present embodiment, in addition to the above-described components, as long as the effects of the present invention are not impaired, a curing accelerator, rubber, silicone, etc., which are generally blended with this type of composition, reduce stress. Agents, coupling agents, defoamers, surfactants, colorants (pigments, dyes), various polymerization inhibitors, antioxidants, solvents, and other various additives can be added as necessary. Each of these additives may be used alone or in combination of two or more.
本実施形態の接合用ペーストは、上述した銅粒子、及び必要に応じて配合される大粒径銅粒子、熱硬化性樹脂、有機溶剤、カップリング剤等の添加剤等を十分に混合した後、さらにディスパース、ニーダー、3本ロールミル等により混練処理を行い、次いで、脱泡することにより、調製することができる。 The bonding paste of the present embodiment is obtained by sufficiently mixing the above-described copper particles, and, if necessary, additives such as large-diameter copper particles, a thermosetting resin, an organic solvent, and a coupling agent. Further, it can be prepared by performing a kneading treatment with a disperser, a kneader, a three-roll mill or the like, and then defoaming.
本実施形態の接合用ペーストの粘度は、例えば、20〜300Pa・sが好ましく、40〜200Pa・sがより好ましい。
また、本実施形態の接合用ペーストの接合強度は、好ましくは25MPa以上、より好ましくは30MPa以上である。
なお、上記粘度及び接合強度は、実施例に記載の方法により測定することができる。
The viscosity of the bonding paste of the present embodiment is, for example, preferably from 20 to 300 Pa · s, and more preferably from 40 to 200 Pa · s.
The bonding strength of the bonding paste of the present embodiment is preferably 25 MPa or more, more preferably 30 MPa or more.
The viscosity and the bonding strength can be measured by the methods described in Examples.
このようにして得られる本実施形態の接合用ペーストは、高熱伝導性、熱放散性に優れる。そのため、素子や放熱部材の基板等への接合材料として使用すると、装置内部の熱の外部への放散性が改善され、製品特性を安定させることができる。 The bonding paste of the present embodiment obtained in this manner is excellent in high thermal conductivity and heat dissipation. Therefore, when used as a bonding material for an element or a heat radiating member to a substrate or the like, the heat dissipation inside the device to the outside can be improved, and the product characteristics can be stabilized.
<半導体装置および電気・電子部品>
本実施形態の半導体装置および電気・電子部品は、上述の接合用ペーストを用いて接合されてなることから、信頼性に優れる。
<Semiconductor devices and electrical / electronic components>
Since the semiconductor device and the electric / electronic component of the present embodiment are joined using the above-mentioned joining paste, they have excellent reliability.
本実施形態の半導体装置は、上述の接合用ペーストを用いて、半導体素子を素子支持部材となる基板上に接着してなるものである。すなわち、ここで接合用ペーストはダイアタッチペーストとして使用され、このペーストを介して半導体素子と基板とが接着し、固定される。 The semiconductor device of this embodiment is one in which a semiconductor element is adhered to a substrate serving as an element supporting member using the above-mentioned bonding paste. That is, the bonding paste is used here as a die attach paste, and the semiconductor element and the substrate are bonded and fixed via the paste.
ここで、半導体素子は、公知の半導体素子であればよく、例えば、トランジスタ、ダイオード等が挙げられる。さらに、この半導体素子としては、LED等の発光素子が挙げられる。また、発光素子の種類は特に制限されるものではなく、例えば、MOBVC法等によって基板上にInN、AlN、GaN、InGaN、AlGaN、InGaAlN等の窒化物半導体を発光層として形成させたものが挙げられる。
また、素子支持部材としては、銅、銅メッキ銅、PPF(プリプレーティングリードフレーム)、ガラスエポキシ、セラミックス等の材料で形成された支持部材が挙げられる。
Here, the semiconductor element may be any known semiconductor element, and examples include a transistor and a diode. Furthermore, as this semiconductor element, a light emitting element such as an LED is cited. The type of the light-emitting element is not particularly limited, and examples thereof include a light-emitting element in which a nitride semiconductor such as InN, AlN, GaN, InGaN, AlGaN, and InGaAlN is formed as a light-emitting layer on a substrate by MOBVC or the like. Can be
Examples of the element supporting member include a supporting member formed of a material such as copper, copper-plated copper, PPF (pre-plating lead frame), glass epoxy, and ceramics.
本実施形態の接合用ペーストを用いることで、金属メッキ処理されていない基材をも接合できる。このようにして得られた半導体装置は、実装後の温度サイクルに対する接続信頼性が従来に比べ飛躍的に向上したものとなる。また、電気抵抗値が十分小さく経時変化が少ないため、長時間の駆動でも出力の経時的減少が少なく長寿命であるという利点がある。 By using the bonding paste of this embodiment, a base material that has not been subjected to metal plating can be bonded. In the semiconductor device obtained in this way, the connection reliability with respect to the temperature cycle after mounting is dramatically improved as compared with the related art. Further, since the electric resistance value is sufficiently small and the change with time is small, there is an advantage that the output does not decrease with time even when driven for a long time and the life is long.
また、本実施形態の電気・電子部品は、上述の接合用ペーストを用いて、発熱部材に放熱部材を接着してなるものである。すなわち、ここで接合用ペーストは放熱部材接着用材料として使用され、該接合用ペーストを介して放熱部材と発熱部材とが接着し、固定される。 Further, the electric / electronic component of the present embodiment is obtained by bonding a heat radiating member to a heat generating member using the above-mentioned bonding paste. That is, the bonding paste is used as a material for bonding the heat radiating member, and the heat radiating member and the heat generating member are bonded and fixed via the bonding paste.
発熱部材としては、上記半導体素子又は該半導体素子を有する部材でもよいし、それ以外の発熱部材でもよい。半導体素子以外の発熱部材としては、光ピックアップ、パワートランジスタ等が挙げられる。また、放熱部材としては、ヒートシンク、ヒートスプレッダー等が挙げられる。 The heat generating member may be the above-described semiconductor element or a member having the semiconductor element, or may be another heat generating member. Examples of the heat generating member other than the semiconductor element include an optical pickup and a power transistor. In addition, examples of the heat radiating member include a heat sink and a heat spreader.
このように、発熱部材に上述の接合用ペーストを用いて放熱部材を接着することで、発熱部材で発生した熱を放熱部材により効率良く外部へ放出することが可能となり、発熱部材の温度上昇を抑えることができる。なお、発熱部材と放熱部材とは、接合用ペーストを介して直接接着してもよいし、他の熱伝導率の高い部材を間に挟んで間接的に接着してもよい。 In this manner, by bonding the heat radiating member to the heat generating member by using the above-described bonding paste, the heat generated by the heat generating member can be efficiently released to the outside by the heat radiating member, and the temperature rise of the heat generating member can be reduced. Can be suppressed. The heat-generating member and the heat-dissipating member may be directly bonded via a bonding paste, or may be indirectly bonded with another member having high thermal conductivity interposed therebetween.
次に実施例により、本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。 Next, the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
(カルボン酸アミン塩の調製)
[調製例1]
ノナン酸(東京化成工業(株)製、商品名:ノナン酸)40mmolと、ヘキシルアミン(東京化成工業(株)製、商品名:ヘキシルアミン)40mmolを、50mLのサンプルビンに入れ、アルミブロック式加熱撹拌機中、撹拌・混合すると、60℃まで発熱した。続けて60℃で15分間撹拌・混合し、室温(25℃)まで冷却することで、ノナン酸ヘキシルアミン(収量10.3g、収率99.2%)を得た。
(Preparation of carboxylic acid amine salt)
[Preparation Example 1]
40 mmol of nonanoic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., trade name: nonanoic acid) and 40 mmol of hexylamine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., trade name: hexylamine) are placed in a 50 mL sample bottle, and an aluminum block type is used. When the mixture was stirred and mixed in a heating stirrer, heat was generated up to 60 ° C. Subsequently, the mixture was stirred and mixed at 60 ° C. for 15 minutes, and cooled to room temperature (25 ° C.) to obtain hexylamine nonanoate (10.3 g, yield 99.2%).
(銅粒子の製造)
[合成例1]
窒素導入管、熱電対、ジムロート、滴下漏斗を備えた2000mLの4つ口セパラブルフラスコに、銅化合物として酢酸銅(II)一水和物(東京化成工業(株)製、商品名:酢酸銅(II)一水和物)4molと、アミン化合物として調製例1で得たノナン酸ヘキシルアミン塩40mmolと、有機溶剤としてブチルセロソルブ(東京化成工業(株)製)600mLを入れ、90℃で5分間混合し、銅前駆体溶液とした。該銅前駆体溶液を室温(25℃)まで冷却した後、1−プロパノール500mLに、還元性化合物としてヒドラジン一水和物(富士フイルム和光純薬(株)製、商品名:ヒドラジン一水和物)3molを溶解させた溶液を、銅前駆体溶液に滴下し、30分間撹拌した。再び90℃に昇温し、2時間加熱撹拌した後、室温(25℃)まで冷却することにより、銅粒子を2質量%含有する銅粒子分散液を得た。
(Production of copper particles)
[Synthesis Example 1]
Copper acetate (II) monohydrate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., trade name: copper acetate) in a 2000 mL four-neck separable flask equipped with a nitrogen inlet tube, thermocouple, Dimroth, and dropping funnel 4 mol of (II) monohydrate), 40 mmol of hexylamine nonanoate obtained in Preparation Example 1 as an amine compound, and 600 mL of butyl cellosolve (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) as an organic solvent were added at 90 ° C. for 5 minutes. The mixture was mixed to obtain a copper precursor solution. After cooling the copper precursor solution to room temperature (25 ° C.), hydrazine monohydrate (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd., trade name: hydrazine monohydrate) was added to 500 mL of 1-propanol as a reducing compound. 3) A solution in which 3 mol was dissolved was added dropwise to the copper precursor solution, and the mixture was stirred for 30 minutes. The temperature was raised again to 90 ° C., and the mixture was heated and stirred for 2 hours, and then cooled to room temperature (25 ° C.) to obtain a copper particle dispersion containing 2% by mass of copper particles.
密閉したDyF152/s(商品名、水平濾板式濾過機、三菱化工機(株)製)のろ過膜に、流量20kg/hr・m2、圧力0.1MPaで上記銅粒子分散液を供給し、さらに、エタノール1000mLを連続して供給し、エタノールで溶剤置換した銅粒子濃縮液を得た。エタノールで溶剤置換した銅粒子濃縮液をDyF152/s中で、さらにジエチレングリコール(東京化成工業(株)製)1000mLを連続して供給し、ジエチレングリコールで溶剤置換した後、遠心分離(4000rpm)して、平均粒子径50nmの銅粒子濃縮液を得た。
なお、得られた銅粒子の平均粒子径は、得られた銅粒子濃縮液を、遠心分離(4000rpm(1分間))し、固体物を得、その遠心分離した固体物を減圧乾燥し、走査電子顕微鏡(日本電子(株)製、商品名:JSM−7600F;SEM)の観察画像に基づく任意に選択した10個の銅粒子(n=10)の平均値として算出した。
The above-mentioned copper particle dispersion is supplied to a sealed filtration membrane of DyF152 / s (trade name, horizontal filter plate type filter, manufactured by Mitsubishi Kakoki Co., Ltd.) at a flow rate of 20 kg / hr · m 2 and a pressure of 0.1 MPa, Further, 1000 mL of ethanol was continuously supplied to obtain a copper particle concentrated solution in which solvent was replaced with ethanol. In a DyF152 / s, 1000 mL of diethylene glycol (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) was continuously supplied from the copper particle concentrated solution with the solvent replaced with ethanol, and the solvent was replaced with diethylene glycol, followed by centrifugation (4000 rpm). A copper particle concentrate having an average particle diameter of 50 nm was obtained.
The average particle diameter of the obtained copper particles was determined by centrifuging the obtained copper particle concentrate (4000 rpm (1 minute)) to obtain a solid substance, drying the centrifuged solid substance under reduced pressure, and scanning. It was calculated as an average value of 10 arbitrarily selected copper particles (n = 10) based on an observation image of an electron microscope (trade name: JSM-7600F; SEM, manufactured by JEOL Ltd.).
(実施例1)
合成例1で得られた銅粒子が100質量部、有機溶剤としてジエチレングリコール(東京化成工業(株)製)が15質量部となるように調製し、ロールで混練し、接合用ペーストを得た。得られた接合用ペーストを以下の方法で評価した。その結果を表1に併せて示す。
(Example 1)
100 parts by mass of the copper particles obtained in Synthesis Example 1 and 15 parts by mass of diethylene glycol (produced by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) as an organic solvent were prepared and kneaded with a roll to obtain a bonding paste. The obtained joining paste was evaluated by the following method. The results are shown in Table 1.
<接合用ペーストの評価方法>
[粘度]
E型粘度計(3°コーン)を用いて、25℃、5rpmでの値を測定した。
<Evaluation method of bonding paste>
[viscosity]
The value was measured at 25 ° C. and 5 rpm using an E-type viscometer (3 ° cone).
[ポットライフ]
25℃の恒温槽内に接合用ペーストを放置した時の粘度が初期粘度の0.7倍以上増粘するまでの日数を測定した。
[Pot life]
The number of days until the viscosity when the bonding paste was allowed to stand in a constant temperature bath at 25 ° C. increased to 0.7 times or more the initial viscosity was measured.
[電気抵抗]
接合用ペーストを、ガラス基板(厚み1mm)にスクリーン印刷法により厚み25μmとなるように塗布し、200℃、60分で硬化した。得られた焼結膜をロレスタGP(商品名、(株)三菱ケミカルアナリティック製)を用い四端針法にて電気抵抗を測定した。
[Electric resistance]
The joining paste was applied to a glass substrate (1 mm in thickness) by screen printing so as to have a thickness of 25 μm, and was cured at 200 ° C. for 60 minutes. The electrical resistance of the obtained sintered film was measured by a four-point needle method using Loresta GP (trade name, manufactured by Mitsubishi Chemical Analytic).
<半導体装置の評価方法>
[接合強度]
2mm×2mmの接合面に金蒸着層を設けたシリコンチップを、接合用ペーストを用いて無垢の銅フレーム及びPPF(Ni−Pd/Auめっきした銅フレーム)にマウントし、窒素(3%水素)雰囲気下、200℃、60分で硬化した。硬化後及び吸湿処理(85℃、相対湿度85%、72時間)後、それぞれについてDAGE 4000Plus(製品名、ノードソン(株)製)を用い、室温(25℃)におけるダイシェア強度を測定した。
<Semiconductor device evaluation method>
[Joint strength]
A silicon chip having a gold deposition layer provided on a bonding surface of 2 mm × 2 mm was mounted on a pure copper frame and a PPF (Ni-Pd / Au-plated copper frame) using a bonding paste, and nitrogen (3% hydrogen) was used. The composition was cured at 200 ° C. for 60 minutes in an atmosphere. After the curing and after the moisture absorption treatment (85 ° C., relative humidity 85%, 72 hours), the die shear strength at room temperature (25 ° C.) was measured for each using DAGE 4000Plus (product name, manufactured by Nordson Corporation).
[耐冷熱衝撃性]
2mm×2mmの接合面に金蒸着層を設けたシリコンチップを、接合用ペーストを用いて銅フレーム及びPPFにマウントし、窒素(3%水素)雰囲気下、200℃、60分で硬化した。これを京セラ(株)製、エポキシ封止材(商品名:KE−G3000D)を用い、下記の条件で成形したパッケージを85℃、相対湿度85%、168時間吸湿処理した後、IRリフロー処理(260℃、10秒)及び冷熱サイクル処理(−55℃から150℃まで昇温し、また−55℃に冷却する操作を1サイクルとし、これを1000サイクル)を行い、各処理後それぞれのパッケージの内部クラックの発生数を超音波顕微鏡で観察した。
なお、表1に5個のサンプルについてクラックの発生したサンプル数を示す。
[Cold and thermal shock resistance]
A silicon chip provided with a gold vapor-deposited layer on a bonding surface of 2 mm × 2 mm was mounted on a copper frame and a PPF using a bonding paste, and cured at 200 ° C. for 60 minutes in a nitrogen (3% hydrogen) atmosphere. Using an epoxy sealing material (trade name: KE-G3000D) manufactured by Kyocera Corporation, the package molded under the following conditions was subjected to a moisture absorption treatment at 85 ° C. and a relative humidity of 85% for 168 hours, and then an IR reflow treatment ( 260 ° C., 10 seconds) and a cooling / heating cycle process (the operation of raising the temperature from −55 ° C. to 150 ° C. and cooling to −55 ° C. is one cycle, and this is 1000 cycles). The number of internal cracks was observed with an ultrasonic microscope.
Table 1 shows the number of cracked samples for the five samples.
(成形条件)
パッケージ:80pQFP(14mm×20mm×2mm厚さ)
チップ:裏面金メッキシリコンチップ
リードフレーム:PPF及び銅
封止材の成形:175℃、2分間
ポストモールドキュアー:175℃、8時間
(Molding condition)
Package: 80pQFP (14mm x 20mm x 2mm thickness)
Chip: Backside gold-plated silicon chip Lead frame: PPF and copper Molding of sealing material: 175 ° C, 2 minutes Post-mold cure: 175 ° C, 8 hours
以上の結果より、洗浄工程を密閉系で行う本発明の接合用銅粒子の製造方法により得られる銅粒子を含む接合用ペーストは、塗膜状態、接合状態ともに高い焼結性が得られている。
また、本発明の接合用銅粒子の製造方法によって得られる銅粒子を含む接合用ペーストは、高い接合信頼性が得られることがわかった。したがって、該接合用ペーストを用いることにより信頼性に優れた半導体装置及び電気電子機器を得ることができる。
From the above results, the bonding paste containing the copper particles obtained by the method for manufacturing the bonding copper particles of the present invention, in which the washing step is performed in a closed system, has a high sinterability in both the coating film state and the bonding state. .
In addition, it was found that a bonding paste containing copper particles obtained by the method for producing copper particles for bonding of the present invention has high bonding reliability. Therefore, by using the bonding paste, a semiconductor device and an electric / electronic device having excellent reliability can be obtained.
Claims (6)
前記洗浄工程を密閉系で実施することを特徴とする接合用銅粒子の製造方法。 A step of mixing a copper compound, an amine compound, and a reducing compound in an organic solvent to obtain a copper particle dispersion, and washing the copper particle dispersion obtained in the step with a solvent, and washing the copper particle dispersion. A method for producing copper particles for joining, comprising a washing step of solid-liquid separation of copper particles from,
A method for producing copper particles for bonding, wherein the washing step is performed in a closed system.
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