WO2023190573A1

WO2023190573A1 - 接合体の製造方法及び被接合体の接合方法

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Publication number: WO2023190573A1
Application number: PCT/JP2023/012630
Authority: WO
Inventors: 隆志服部; 真一山内; 圭穴井
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Kinzoku Co Ltd
Priority date: 2022-03-30
Filing date: 2023-03-28
Publication date: 2023-10-05
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: EP4503104A4; EP4503104A1; US20250201764A1; TW202347528A; KR20240168928A; JPWO2023190573A1; CN118648093A

Abstract

接合層を介して第１被接合体（１１）と第２被接合体（１３）とが接合されてなる接合体を製造する。銅粒子及び有機溶媒を含むペーストを第１被接合体（１１）に塗布して塗膜（１２Ｘ）を形成する。塗膜（１２Ｘ）上に第２被接合体（１３）を載置して積層体（１５）を形成する。積層体（１５）を加熱及び加圧して、塗膜（１２Ｘ）中の銅粒子を焼結させ接合層を形成する。加熱開始温度から最高温度Ｔｍに達するまでの加熱を漸増的に行うとともに、加圧開始圧力から最高圧力Ｐｍに達するまでの加圧を漸増的に行い、且つ、加熱温度が２００℃に達したときの圧力を１５ＭＰａ以下とする。

Description

接合体の製造方法及び被接合体の接合方法

　本発明は、接合体の製造方法及び被接合体の接合方法に関する。

　近年、インバータなど電力変換・制御装置としてＩＧＢＴなどのパワーデバイスと呼ばれる半導体デバイスが盛んに用いられるようになってきている。このような半導体デバイスを製造するために半導体素子と回路基板などと接合する手段として金属ペーストを用いることが種々提案されている。

　例えば特許文献１には、焼結接合部の信頼性が高く且つ加圧による半導体素子へのダメージが抑制可能な半導体装置の製造方法が開示されている。同文献には、焼結接合部となる焼結性金属粒子を所定のタイミングで加熱及び加圧をすることが開示されている。

特開２０１８－１１０１４９号公報

　上述した技術によれば、焼結開始温度到達時に半導体素子に高い圧力が印加されるため、焼結接合部を平面視したときの当該焼結接合部の端部域における前記半導体素子が載置されていない部分（以下「フィレット部」ともいう。）の角部等にクラックが生じるという課題があった。
　したがって、本発明の課題は、フィレット部にクラックが発生することを抑制し得る接合体の製造方法を提供することにある。

　本発明は、接合層を介して第１被接合体と第２被接合体とが接合されてなる接合体の製造方法であって、
　銅粒子及び有機溶媒を含むペーストを前記第１被接合体に塗布して塗膜を形成する工程と、
　前記塗膜上に前記第２被接合体を載置して積層体を形成する工程と、
　前記積層体を加熱及び加圧して、前記塗膜中の前記銅粒子を焼結させ前記接合層を形成する焼成工程とを備え、
　前記焼成工程においては、加熱開始温度から最高温度Ｔｍに達するまでの加熱を漸増的に行うとともに、加圧開始圧力から最高圧力Ｐｍに達するまでの加圧を漸増的に行い、且つ、加熱温度が２００℃に達したときの圧力を１５ＭＰａ以下とする、接合体の製造方法を提供するものである。

　更に本発明は、接合層を介して第１被接合体と第２被接合体とを接合する被接合体の接合方法であって、
　銅粒子及び有機溶媒を含むペーストを前記第１被接合体に塗布して塗膜を形成する工程と、
　前記塗膜上に前記第２被接合体を載置して積層体を形成する工程と、
　前記積層体を加熱及び加圧して、前記塗膜中の前記銅粒子を焼結させ前記接合層を形成する焼成工程とを備え、
　前記焼成工程においては、加熱開始温度から最高温度Ｔｍに達するまでの加熱を漸増的に行うとともに、加圧開始圧力から最高圧力Ｐｍに達するまでの加圧を漸増的に行い、且つ、加熱温度が２００℃に達したときの圧力を１５ＭＰａ以下とする、被接合体の接合方法を提供するものである。

図１は、本発明の接合体の製造方法の最初の工程を示す模式図である。図２は、図１に示す工程の次の工程を示す模式図である。図３は、接合体のフィレット部に発生したクラックを示す模式図である。

　以下、本発明の接合体の製造方法及び被接合体の製造方法を、その好ましい実施形態に基づき説明する。本発明の方法によって製造される接合体は、第１被接合体と第２被接合体とが、接合層を介して接合された構造になっている。接合層は、後述するとおり、銅粒子及び有機溶媒を含むペーストを焼成してなる焼結体から構成されている。

　第１被接合体の種類に特に制限はない。一般的には、第１の被接合体は、その接合対象面に金属を含むことが好ましい。例えば第１の被接合体として、金属からなる面を有する部材を用いることができる。なお、本明細書でいう「金属」とは、他の元素と化合物を形成していない金属そのもの、又は２種類以上の金属の合金のことである。このような金属としては、例えば銅、銀、金、アルミニウム、パラジウム、ニッケル又はそれらの２種以上の組み合わせからなる合金が挙げられる。

　第１の被接合体が、金属からなる面を有する部材である場合、該金属からなる面は１種の金属から構成されていてもよく、あるいは２種以上の金属から構成されていてもよい。２種以上の金属から構成されている場合には、当該面は合金であってもよい。金属からなる面は一般には平面であることが好ましいが、場合によっては曲面であってもよい。

　第１の被接合体の具体例としては、例えば上述の金属からなるスペーサー、放熱板、半導体素子、及び上述した金属の少なくとも１種を表面に有する基板等が挙げられる。
　基板としては、例えば、セラミックス又は窒化アルミニウム板の表面に銅等の金属層を有する絶縁基板等が挙げられる。
　被接合体として半導体素子を用いる場合、半導体素子は、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｃ、Ｎ、Ａｓ等の元素のうち１種以上を含むことができる。

　図１及び図２は、本発明の接合体の接合方法を説明する工程図である。本製造方法においては、最初に、図１に示すように、第１被接合体１１上に銅粒子を含むペーストを塗布して塗膜１２Ｘを形成する。ペーストの塗布方法は特に限定されず、例えば、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、ディスペンス印刷法、リバースコート法及びドクターブレード法を挙げることができる。

　本発明で用いるペーストは、銅粒子及び後述する有機溶媒を含み、更に必要に応じて後述する調整剤を適宜含んでなる。

　ペーストに含まれる前記銅粒子は、純銅の粒子及び銅基合金の粒子の双方を包含する。ペーストに含まれる銅粒子は、純銅の粒子のみでもよく、銅基合金の粒子のみでもよく、あるいは純銅の粒子と銅基合金の粒子との混合物であってもよい。
　なお本発明の効果を損なわない範囲において、ペーストに、銅粒子以外の金属粒子が少量含まれていることは許容される。

　ペーストに含まれる銅粒子は、その形状に特に制限はなく、球状及び非球状のいずれのものも用いられる。
　ここで、銅粒子が球状であるとは、以下の方法で測定した円形度係数が０．８５以上であることをいう。円形度係数は、次の方法で算出される。すなわち、一次粒子の銅粒子の走査型電子顕微鏡像を撮影し、銅粒子の二次元投影像の面積をＳとし、周囲長をＬとしたときに、銅粒子の円形度係数を４πＳ／Ｌ^２の式から算出する。

　一方、銅粒子が非球状であるとは、上述の円形度係数が０．８５未満であることをいう。
　非球状の具体例としては、扁平状、六面体や八面体等の多面体状、紡錘状、異形状等の形状が挙げられる。本発明においては、２種以上の銅粉のいずれかが扁平状銅粒子であることが好ましく、後述するように扁平状銅粒子及び球状銅粒子を含むことがより好ましい。
　なお、本発明において扁平状とは、粒子の主面を形成している一対の板面と、これらの板面に直交する側面とを有する形状を指し、板面及び側面はそれぞれ独立して、平面、曲面又は凹凸面でありうるものとする。

　銅粒子が球状である場合の粒径は以下の方法により定めるものとする。すなわち、１０，０００倍以上１５０，０００倍以下の倍率の範囲で撮影した銅粒子の走査型電子顕微鏡像から輪郭がはっきりした一次粒子の銅粒子を５０個以上選んだ各粒子のヘイウッド径を測定する。次いで、得られたヘイウッド径から、粒子が真球であると仮定したときの体積を算出し、該体積の累積体積５０容量％における体積累積粒径をＤ_{ＳＥＭ５０}により定めるものとする。

　銅粒子のＤ_{ＳＥＭ５０}は０．１μｍを超えるものであることが好ましく、０．１１μｍ以上であることが更に好ましく、０．１２μｍ以上であることが一層好ましい。一方、Ｄ_{ＳＥＭ５０}が０．５５μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以下であることが更に好ましい。Ｄ_{ＳＥＭ５０}が０．１μｍを超える設定にすることによって、ペーストを塗布してなる塗膜１２Ｘを焼成して接合層とするときに収縮割れが生じにくくなり、接合層のフィレット部と第１被接合体１１との接合強度を十分なものとすることができる。一方、Ｄ_{ＳＥＭ５０}を０．５５μｍ以下に設定することによって、塗膜１２Ｘ中に存在する銅粒子の焼結を十分なものとすることができる。

　銅粒子が非球状である場合の粒径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による累積体積５０容量％における体積累積粒径Ｄ_５０により定めるものとする。例えば以下の方法で行うことができる。すなわち、０．１ｇの測定試料と分散剤水溶液とを混合し、超音波ホモジナイザ（日本精機製作所製、ＵＳ－３００Ｔ）で１分間分散させる。その後、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置として、例えばマイクロトラックベル製ＭＴ３３００　ＥＸＩＩを用いて粒度分布を測定することでＤ_５０が算出される。

　銅粒子のＤ_５０は０．３μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以上４０μｍ以下であることがより好ましく、１μｍ以上２０μｍ以下であることが更に好ましい。Ｄ_５０がかかる範囲にあることによって、銅ペーストを塗膜化して焼成した際に緻密に焼結した接合層を得やすくなり、被接合体どうしの高い接合強度と、導電信頼性の向上とを実現することができる。

　銅粒子は、当該技術分野において知られている様々な方法で製造することができる。例えば湿式還元法、アトマイズ法、電解法などによって銅粉を製造できる。どのような方法を採用するかは、銅粒子の粒径や形状等に応じて適宜選択できる。ペーストは、これらの形状のうちの１種の形状の銅粒子のみから構成されていてもよく、あるいは２種以上の形状の銅粒子の組み合わせから構成されていてもよい。また、所定の平均粒径を有する銅粒子と、これとは平均粒径が異なる銅粒子との混合物を用いてもよい。

　特にペーストが、Ｄ_{ＳＥＭ５０}が０．１μｍを超えて０．５５μｍ以下の球状銅粒子（第一銅粒子）と、Ｄ_５０が０．３μｍ以上５０μｍ以下の非球状銅粒子（第二銅粒子）とを含むことによって、塗膜の過度な体積収縮に起因する該塗膜の割れを防止しつつ、塗膜の焼結性に優れたものとなる。この利点を一層顕著なものとする観点から、第一銅粒子と第二銅粒子との合計質量に対する第一銅粒子の割合を２０質量％以上９５質量％以下とすることが好ましく、２５質量％以上９０質量％以下とすることが更に好ましく、３０質量％以上８５質量％以下とすることが一層好ましい。特に第一銅粒子が球状であり、第二銅粒子が扁平状であると、焼結体が一層緻密になるので好ましい。

　銅粒子は、その表面に有機表面処理剤が施されていてもよい。有機表面処理剤は、銅粒子間での凝集を抑制するための剤である。銅粒子間での凝集を抑制するための剤として本発明において好適に用いられるものは、例えば各種の脂肪酸、脂肪族アミン、及び銅への親和性を有する錯化剤である。特に炭素数６以上１８以下、とりわけ炭素数１０以上１８以下である飽和又は不飽和脂肪酸あるいは脂肪族アミンを用いることが、耐酸化性向上の点から好ましい。そのような脂肪酸あるいは脂肪族アミンの具体例としては、安息香酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ラウリン酸、パルミチン酸、オレイン酸、ステアリン酸、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ラウリルアミン、オレイルアミン、ステアリルアミンなどが挙げられる。また、銅への親和性を有する錯化剤としては、例えばグリシンなどのアミノ酸、及びジメチルグリオキシムなどが挙げられる。これらの脂肪酸、脂肪族アミン、及び錯化剤は、それぞれ１種を単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

　ペースト中に占める銅粒子の含有量は、銅粒子の充填性を高めて接合層としての十分な接合強度を維持する観点から、５０質量％以上であることが好ましく、６０質量％以上９５質量％以下であることがより好ましい。

　塗膜１２Ｘの厚さは、該塗膜から形成される接合層が十分な接合強度を確保できるようにするために、１μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上２５０μｍ以下であることがより好ましい。

　ペーストに含まれる有機溶媒としては、従来知られているものを特に制限なく用いることができる。例えばモノアルコール、多価アルコール、多価アルコールアルキルエーテル、多価アルコールアリールエーテル、脂肪族有機酸、エステル類、含窒素複素環化合物、アミド類、アミン類、飽和炭化水素などが挙げられる。これらの有機溶媒は、一種を単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。

　ペーストに占める有機溶媒の量は、ペーストを塗膜にできる程度の粘度を有する限り特に制限はないが、一般的にはペーストに対して５質量％以上５０質量％以下であることが好ましい。

　ペーストには、各種特性を調整するための調整剤を適宜含有させてもよい。調整剤としては、例えば還元剤、粘度調整剤、表面張力調整剤が挙げられる。

　還元剤としては、銅粒子の焼結を促進させるものがよく、例えばモノアルコール、多価アルコール、アミノアルコール、クエン酸、シュウ酸、ギ酸、アスコルビン酸、アルデヒド、ヒドラジン及びその誘導体、ヒドロキシルアミン及びその誘導体、ジチオスレイトール、ホスファイト、ヒドロホスファイト、亜リン酸及びその誘導体等が挙げられる。

　粘度調整剤としては、ペーストの粘度の高低を調整して、好ましくは上記粘度範囲内に設定できるものがよく、例えばケトン類、エステル類、アルコール類、グリコール類、炭化水素、ポリマーなどが挙げられる。

　表面張力調整剤としては、塗膜１２Ｘの表面張力を調整できるものであればよく、例えばアクリル系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、アルキルポリオキシエチレンエーテル、脂肪酸グリセロールエステルなどのポリマーやアルコール系、炭化水素系、エステル系、グリコール等のモノマーが挙げられる。

　ペーストの粘度はＴｈｅｒｍｏ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製のレオメーターＭＡＲＳ　IIIを用いて測定することができる。銅ペーストの塗布性又は印刷性を高める観点から、せん断速度１０ｓ^－１のときの粘度値が１０Ｐａ・ｓ以上２００Ｐａ・ｓ以下であることが好ましく、１５Ｐａ・ｓ以上２００Ｐａ・ｓ以下であることがより好ましい。銅ペーストの粘度の測定条件は以下のとおりである。
　測定モード　：　せん断速度依存性測定
　センサー　　：　パラレル型（Φ２０ｍｍ）
　測定温度　　：　２５℃
　ギャップ　　：　０．３００ｍｍ
　せん断速度　：　０．０５～１２０．０１ｓ^－１
　測定時間　　：　２分

　第１被接合体１１上に形成する塗膜１２Ｘの寸法及び形状は、後述する第２被接合体１３の寸法及び形状と同一にすることができる。あるいは、塗膜１２Ｘ上に第２被接合体１３を載置したときに、第２被接合体１３の周縁から塗膜１２Ｘが延出する寸法となるようにしてもよい。後者の場合、第１被接合体１１と第２被接合体１３とが確実に接合層によって接合されることになるので好ましい。この場合には、塗膜１２Ｘのうち、第２被接合体１３の周縁からが延出した部分、すなわちフィレット部が生じる。

　第１被接合体１１の表面に塗膜１２Ｘが形成されたら、図２に示すように、この塗膜１２Ｘ上に第２被接合体１３を載置して、第１被接合体１１、塗膜１２Ｘ及び第２被接合体１３がこの順で積層されてなる積層体１５を形成する。第２被接合体１３としては、先に述べた第１被接合体１１と同様のものを特に制限なく用いることができる。第１被接合体１１が例えば基板である場合には、第２被接合体１３は、例えばスペーサー、放熱板又は半導体素子のいずれかであることが好ましい。

　塗膜１２Ｘ上に第２被接合体１３を載置する場合、該塗膜１２Ｘに含まれる有機溶媒の濃度は、ペーストに含まれる有機溶媒の濃度と実質的に同じであってもよく、あるいは低くてもよい。後者の場合、第１被接合体１１上に塗膜１２Ｘを形成した後に、所定時間放置による自然乾燥又は加熱乾燥することで、該塗膜１２Ｘを乾燥させて有機溶媒を除去することができる。

　次いで、図２に示すように、積層体１５を所定の板状治具１６，１６で挟持し、積層体１５を加熱するとともに、治具１６，１６で、積層体１５を加圧する焼成工程を行う。加熱が進行するに連れて塗膜１２Ｘから有機溶媒が除去されるとともに、塗膜１２Ｘ中の銅粒子の焼結が開始する。なお、板状治具１６，１６を用いた加圧装置としては従来知られているものを特に制限なく用いることができる。

　加熱と加圧とは同時に開始してもよく、あるいは加熱を開始してから所定時間経過した後に加圧を開始してもよく、反対に加圧を開始してから所定時間経過した後に加熱を開始してもよい。

　焼成工程においては、加熱及び加圧プロファイルを制御することで、銅粒子の焼結体からなる接合層を首尾よく形成することができる。特に、接合層がフィレット部を有する場合、該フィレット部にクラックが発生することを効果的に抑制することができる。具体的には、焼成工程においては、加熱開始温度から最高温度Ｔｍに達するまでの加熱を漸増的に行う。これに加えて、加圧開始圧力から最高圧力Ｐｍに達するまでの加圧を漸増的に行う。
　なお、本発明においてフィレット部に発生する「クラック」とは、図３に示すとおり、フィレット部１４の角部だけ発生するクラック１７でなく、フィレット部１４の中央部付近に発生するクラック１７や、図示しないが第２被接合体１３の端部からフィレット部１４の外周にかけて連なって発生していない、フィレット部に内在するものも含むものとする。
　また本明細書において「漸増的に加熱する」とは、焼成工程における加熱の開始から最高温度Ｔｍに達するまで、時間の経過に連れて降温する期間が生じないように加熱を行うことを意味する。したがって、焼成工程において、加熱温度が一定の期間が生じることは許容される。例えば、焼成工程における加熱は時間の経過とともに温度が直線的に上昇するように行ってもよく、温度が指数関数的に上昇するように行ってもよく、温度が対数関数的に上昇するように行ってもよく、ステップ状に上昇するように行ってもよく、あるいはそれらを組み合わせた温度上昇線を描くように行ってもよい。
　また本明細書において「漸増的に加圧する」とは、焼成工程における加圧の開始から最高圧力Ｐｍに達するまで、時間の経過に連れて降圧する期間が生じないように加圧を行うことを意味する。したがって、焼成工程において、圧力が一定の期間が生じることは許容される。例えば、焼成工程における加圧は時間の経過とともに圧力が直線的に上昇するように行ってもよく、圧力が指数関数的に上昇するように行ってもよく、圧力が対数関数的に上昇するように行ってもよく、ステップ状に上昇するように行ってもよく、あるいはそれらを組み合わせた圧力上昇線を描くように行ってもよい。

　焼成工程においては、加熱及び加圧を漸増的に行うことに加え、加熱温度が２００℃に達したときの圧力が１５ＭＰａ以下であるように、加熱及び加圧の条件を制御する。このように加熱及び加圧プロファイルを制御することで、フィレット部にクラックが発生することを効果的に抑制できる。その理由は以下のとおりである。

　積層体１５の加熱及び加圧を漸増的に行うことは、目的とする接合体の製造効率を向上させる点から有利である。このことを条件として、加熱温度が２００℃に達したときの圧力が１５ＭＰａ以下であるように加熱及び加圧の条件を制御することで、塗膜１２Ｘのうち、第２被接合体１３の直下に位置する部分（以下「ダイ直下部」ともいう。）と、第２被接合体１３の周縁から延出した部分、すなわちフィレット部とが、概ね同程度に収縮する。これにより、フィレット部１４のクラック発生が抑制される。
　これに対して、加圧が進行した状態で銅粒子の焼結が始まると、ダイ直下部と、第２被接合体１３の周縁から延出した部分、すなわちフィレット部１４との間に収縮差が生じるので、フィレット部１４、特にフィレット部１４の角部にクラックが発生しやすくなる。　　　

　以上の利点を一層顕著なものとする観点から、加熱温度が２００℃に達したときの圧力を１５ＭＰａ以下とすることが好ましく、１３ＭＰａ以下とすることがより好ましく、低ければ低いほど、クラック発生の抑制の観点から好ましい。なお、加熱温度が２００℃に達してから加圧を開始してもよい。

　なお、温度２００℃を基準として圧力の制御を行う理由は、銅粒子の焼結は一般に２５０℃程度と推測されることから、２００℃であれば銅粒子の焼結は開始しておらず、塗膜１２Ｘの収縮を制御できるからである。

　焼成工程においては、加熱温度が２００℃に達したときの圧力が１５ＭＰａ以下であれば、加熱が最高温度Ｔｍに達した後に、加圧が最高圧力Ｐｍに達するようにしてもよく、逆に、加圧が最高圧力Ｐｍに達した後に、加熱が最高温度Ｔｍに達するようにしてもよい。あるいは、最高温度Ｔｍ及び最高圧力Ｐｍに同時に到達するように加熱及び加圧をコントロールしてもよい。好ましくは、フィレットにクラックが発生することを抑制する効果をより効果的に発揮させる観点から、加熱が最高温度Ｔｍに達した後に、加圧が最高圧力Ｐｍに達するようにする。

　焼成工程における加熱は漸増的である限りにおいて、時間の経過とともに温度が直線的に上昇するように行ってもよく、温度が指数関数的に上昇するように行ってもよく、温度が対数関数的に上昇するように行ってもよく、ステップ状に上昇するように行ってもよく、あるいはそれらを組み合わせた温度上昇線を描くように行ってもよい。焼成工程における加圧に関しても同様である。

　上述したいずれの加熱態様であっても、加熱開始温度から最高温度Ｔｍに達するまでに１０秒以上、特に５秒以上の定温過程を有さないことが、効率的な接合体の製造の観点から好ましい。同様の理由によって、加圧開始圧力から最高圧力Ｐｍに達するまでに１０秒以上、特に５秒以上の定圧過程を有さないことが好ましい。なお焼成工程が、定温過程及び定圧過程の双方を有する場合、定温過程の期間と定圧過程の期間とはそれぞれ独立に設定することができ、両者を同期させることは要しない。

　焼成工程における積層体の加熱は、接合体を効率よく製造する観点から、加熱開始から温度が最高温度Ｔｍに達するまでに要する時間が１秒以上３０分以内、好ましくは１秒以上１０分以内、より好ましくは１秒以上１分以内であることが好ましい。

　焼成工程における積層体の加圧においては、塗膜１２Ｘの収縮をダイ直下部とフィレット部とで概ね同じにできる観点から、昇圧速度が０．２ＭＰａ／ｓ以上であることが好ましく、１ＭＰａ／ｓ以上としてもよい。
　また、昇圧速度は２０ＭＰａ／ｓ以下が好ましく、より好ましくは１０ＭＰａ／ｓ以下、更に好ましくは５ＭＰａ／ｓ以下となるように行われる。
　フィレット部に浮きを生じさせないようにする観点からは、加圧の昇圧速度は０．２ＭＰａ／ｓ以上１０ＭＰａ／ｓ以下であることが好ましく、０．２ＭＰａ／ｓ以上５ＭＰａ／ｓ以下であることが更に好ましい。
　昇圧速度の算出には定圧過程は含まれない。
　最高圧力Ｐｍに到達するまでの昇圧速度が一定でない場合には、該昇圧速度が前記の範囲内に収まっていればよい。

　焼成工程における加熱の最高温度Ｔｍは２００℃以上３５０℃以下に設定することが、銅粒子を十分に焼結させるだけでなく、被接合体が熱によるダメージを受けるのを防止する観点から好ましい。この観点から、最高温度Ｔｍは２１０℃以上３３０℃以下であることが好ましく、２２０℃以上３１０℃以下であることが更に好ましい。
　前記と同様の観点から、焼成工程における加圧の最高圧力Ｐｍは１ＭＰａ以上４０ＭＰａ以下に設定することが好ましく、特に５ＭＰａ以上４０ＭＰａ以下、とりわけ５ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下に設定することが好ましい。

　加熱が最高温度Ｔｍに達したら、その後はその温度Ｔｍを維持してもよく、あるいはＴｍよりも低下させてもよい。いずれの場合であっても、最高温度Ｔｍに達したら、（Ｔｍ－３０）℃以上Ｔｍ℃以下の温度範囲で加熱温度を一定に保つことが、銅粒子を十分に焼結させる観点から好ましい。
　加圧に関しては、加圧が最高圧力Ｐｍに達したら、その後はその圧力Ｐｍを維持してもよく、あるいはＰｍよりも低下させてもよい。いずれの場合であっても、最高圧力Ｐｍに達したら、（Ｐｍ－５）ＭＰａ以上ＰｍＭＰａ以下の温度範囲で加熱温度を一定に保つことが、銅粒子を十分に焼結させる観点から好ましい。

　焼成工程は例えば不活性雰囲気や含酸素雰囲気を用いることができる。不活性雰囲気としては、例えば窒素ガス雰囲気、アルゴンやネオン等の希ガス雰囲気などが挙げられる。経済性の観点からは窒素ガス雰囲気を用いることが好ましい。含酸素雰囲気としては例えば大気雰囲気を用いることができる。

　積層体１５を焼成工程に付すことによって、該積層体１５中の塗膜１２Ｘから接合層である焼結体が生成し、第１被接合体１１と第２被接合体１３とが高い接合強度で接合する。また、接合層にフィレット部が存在するとしても、該フィレット部にクラックが発生することが効果的に抑制されているので、接合体はその信頼性が高いものとなる。したがって、本製造方法によって得られた接合体は、大電流を扱うデバイス、例えば車載用電子回路やパワーデバイスが実装された電子回路などに好適に用いられる。

　以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に制限されない。

　上述した実施形態に関し、本発明は更に以下の接合体の製造方法及び被接合体の接合方法を開示する。
〔１〕　接合層を介して第１被接合体と第２被接合体とが接合されてなる接合体の製造方法であって、
　銅粒子及び有機溶媒を含むペーストを前記第１被接合体に塗布して塗膜を形成する工程と、
　前記塗膜上に前記第２被接合体を載置して積層体を形成する工程と、
　前記積層体を加熱及び加圧して、前記塗膜中の前記銅粒子を焼結させ前記接合層を形成する焼成工程とを備え、
　前記焼成工程においては、加熱開始温度から最高温度Ｔｍに達するまでの加熱を漸増的に行うとともに、加圧開始圧力から最高圧力Ｐｍに達するまでの加圧を漸増的に行い、且つ、加熱温度が２００℃に達したときの圧力を１５ＭＰａ以下とする、接合体の製造方法。
〔２〕　前記塗膜上に前記第２被接合体を載置したときに、前記第２被接合体の周縁から前記塗膜が延出する寸法となるように、前記塗膜を塗布する、〔１〕に記載の製造方法。
〔３〕　前記焼成工程においては、加熱が最高温度Ｔｍに達した後に、加圧が最高圧力Ｐｍに達するようにする、〔１〕又は〔２〕に記載の製造方法。
〔４〕　加熱開始温度から最高温度Ｔｍに達するまでに１０秒以上の定温過程を有さない、〔１〕ないし〔３〕のいずれか一に記載の製造方法。
〔５〕　加圧開始圧力から最高圧力Ｐｍに達するまでに１０秒以上の定圧過程を有さない、〔１〕ないし〔４〕のいずれか一に記載の製造方法。
〔６〕　前記最高温度Ｔｍを２００℃以上３５０℃以下とする、〔１〕ないし〔５〕のいずれか一に記載の製造方法。
〔７〕　前記最高温度Ｔｍに達したら、加熱温度を（Ｔｍ－３０）℃以上Ｔｍ℃以下の範囲で一定に保つ、〔６〕に記載の製造方法。
〔８〕　前記最高圧力Ｐｍを１ＭＰａ以上４０ＭＰａ以下とする、〔１〕ないし〔７〕のいずれか一に記載の製造方法。
〔９〕　前記最高圧力Ｐｍに達したら、圧力を（Ｐｍ－５）ＭＰａ以上ＰｍＭＰａの範囲で一定に保つ、〔８〕に記載の製造方法。
〔１０〕　接合層を介して第１被接合体と第２被接合体とを接合する被接合体の接合方法であって、
　銅粒子及び有機溶媒を含むペーストを前記第１被接合体に塗布して塗膜を形成する工程と、
　前記塗膜上に前記第２被接合体を載置して積層体を形成する工程と、
　前記積層体を加熱及び加圧して、前記塗膜中の前記銅粒子を焼結させ前記接合層を形成する焼成工程とを備え、
　前記焼成工程においては、加熱開始温度から最高温度Ｔｍに達するまでの加熱を漸増的に行うとともに、加圧開始圧力から最高圧力Ｐｍに達するまでの加圧を漸増的に行い、且つ、加熱温度が２００℃に達したときの圧力を１５ＭＰａ以下とする、被接合体の接合方法。

　以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。特に断らない限り、「％」は「質量％」を意味する。

　〔実施例１〕
（１）ペーストの調製
　第１銅粒子（球状、Ｄ_{ＳＥＭ５０}＝０．１６μｍ）と、第２銅粒子（扁平状、Ｄ_５０＝４．２μｍ）と、ヘキシレングリコール（有機溶媒）と、ポリエチレングリコール（分子量３００、有機溶媒）と、ビス（２－ヒドロキシエチル）イミノトリス（ヒドロキシメチル）メタン（還元剤）とを混合してペーストを調製した。
　ペーストにおける第１銅粒子及び第２銅粒子の合計の含有割合は８２％であり、有機溶媒の含有割合は１７．９％であり、還元剤の含有割合は０．１％であった。第１銅粒子と第２銅粒子との質量比は、第１銅粒子：第２銅粒子＝７：３とした。

（２）塗膜の形成
　銅からなる基板上にペーストを縦６．０ｍｍ、横６．０ｍｍ、厚み２００μｍのメタルマスクを用いて印刷し、矩形の塗膜を形成した。前記塗膜を大気雰囲気で１１０℃、２０分で乾燥させた。

（３）積層体の形成
　半導体パワーデバイスのモデル部材を想定して、Ａｇめっきしたアルミナチップを用意した（縦５ｍｍ、横５ｍｍ、厚み０．５ｍｍ）。このアルミナチップのＡｇめっき面を乾燥後の塗膜上に載置し、０．８ＭＰａの荷重を２秒間加え、第１被接合体、塗膜及び第２被接合体の順に積層された積層体を形成した。

（４）積層体の加熱及び加圧
　積層体の初期温度４０℃及び無加重状態（ただし自重を除く）から加熱及び加圧を同時に開始した。４０℃から３００℃までに要した時間は１５秒であり、昇温速度は平均値で１７．３℃／ｓ、昇圧速度は１．３ＭＰａ／ｓとした。昇温及び昇圧は、時間の経過に対して直線的に行った。雰囲気は窒素ガス雰囲気とした。温度が２００℃に達したときの圧力は８．７ＭＰａであった。温度が最高温度Ｔｍである３００℃に達した時点で昇温を停止し、その後は３００℃を維持した。温度が３００℃に達した時点で圧力も最高圧力Ｐｍである２０ＭＰａに達し、その後は２０ＭＰａを維持した。最高温度Ｔｍ及び最高圧力Ｐｍに達してから１０分後に加熱及び加圧を停止し、自然冷却して目的とする接合体を得た。

〔比較例１〕
　実施例１の「（４）積層体の加熱及び加圧」において、４０℃から３００℃までに要した時間を３０秒とし、昇温速度を平均値で８．７℃／ｓ、昇圧速度を１．３ＭＰａ／ｓとした。圧力が最高圧力Ｐｍである２０ＭＰａに達した時点で昇圧を停止し、その後は最高圧力Ｐｍを維持した。この時点で昇温は継続していた。温度が２００℃に達したときの圧力は２０ＭＰａであった。温度が最高温度Ｔｍである３００℃に達した時点で昇温を停止し、その後は３００℃を維持した。最高温度Ｔｍに達してから１０分後に加熱及び加圧を停止し、自然冷却して目的とする接合体を得た。

〔比較例２〕
　実施例１の「（４）積層体の加熱及び加圧」において、４０℃から３００℃までに要した時間を４０秒とし、昇温速度を平均値で６．５℃／ｓ、昇圧速度を１．３ＭＰａ／ｓとした。圧力が最高圧力Ｐｍである２０ＭＰａに達した時点で昇圧を停止し、その後は最高圧力Ｐｍを維持した。この時点で昇温は継続していた。温度が２００℃に達したときの圧力は２０ＭＰａであった。温度が最高温度Ｔｍである３００℃に達した時点で昇温を停止し、その後は３００℃を維持した。最高温度Ｔｍに達してから１０分後に加熱及び加圧を停止し、自然冷却して目的とする接合体を得た。

〔評価〕
　実施例及び比較例で得られた接合体の外観を目視観察し、フィレット部における欠陥の発生の有無を評価した。その結果、実施例１で得られた接合体のフィレット部にはクラックをはじめとする欠陥は観察されなかった。これに対して、比較例１及び比較例２で得られた接合体のフィレット部の角部にクラックが観察された。

　本発明によれば、フィレット部にクラックが発生することが抑制された接合体を製造する方法が提供される。

Claims

　接合層を介して第１被接合体と第２被接合体とが接合されてなる接合体の製造方法であって、
　銅粒子及び有機溶媒を含むペーストを前記第１被接合体に塗布して塗膜を形成する工程と、
　前記塗膜上に前記第２被接合体を載置して積層体を形成する工程と、
　前記積層体を加熱及び加圧して、前記塗膜中の前記銅粒子を焼結させ前記接合層を形成する焼成工程とを備え、
　前記焼成工程においては、加熱開始温度から最高温度Ｔｍに達するまでの加熱を漸増的に行うとともに、加圧開始圧力から最高圧力Ｐｍに達するまでの加圧を漸増的に行い、且つ、加熱温度が２００℃に達したときの圧力を１５ＭＰａ以下とする、接合体の製造方法。
　前記塗膜上に前記第２被接合体を載置したときに、前記第２被接合体の周縁から前記塗膜が延出する寸法となるように、前記塗膜を塗布する、請求項１に記載の製造方法。
　前記焼成工程においては、加熱が最高温度Ｔｍに達した後に、加圧が最高圧力Ｐｍに達するようにする、請求項１又は２に記載の製造方法。
　加熱開始温度から最高温度Ｔｍに達するまでに１０秒以上の定温過程を有さない、請求項１又は２に記載の製造方法。
　加圧開始圧力から最高圧力Ｐｍに達するまでに１０秒以上の定圧過程を有さない、請求項１又は２に記載の製造方法。
　前記最高温度Ｔｍを２００℃以上３５０℃以下とする、請求項１又は２に記載の製造方法。
　前記最高温度Ｔｍに達したら、加熱温度を（Ｔｍ－３０）℃以上Ｔｍ℃以下の範囲で一定に保つ、請求項６に記載の製造方法。
　前記最高圧力Ｐｍを１ＭＰａ以上４０ＭＰａ以下とする、請求項１又は２に記載の製造方法。
　前記最高圧力Ｐｍに達したら、圧力を（Ｐｍ－５）ＭＰａ以上ＰｍＭＰａの範囲で一定に保つ、請求項８に記載の製造方法。
　接合層を介して第１被接合体と第２被接合体とを接合する被接合体の接合方法であって、
　銅粒子及び有機溶媒を含むペーストを前記第１被接合体に塗布して塗膜を形成する工程と、
　前記塗膜上に前記第２被接合体を載置して積層体を形成する工程と、
　前記積層体を加熱及び加圧して、前記塗膜中の前記銅粒子を焼結させ前記接合層を形成する焼成工程とを備え、
　前記焼成工程においては、加熱開始温度から最高温度Ｔｍに達するまでの加熱を漸増的に行うとともに、加圧開始圧力から最高圧力Ｐｍに達するまでの加圧を漸増的に行い、且つ、加熱温度が２００℃に達したときの圧力を１５ＭＰａ以下とする、被接合体の接合方法。