WO2026018783A1 - Bonding composition, method for producing bonded structure, and method for temporarily securing body to be bonded - Google Patents
Bonding composition, method for producing bonded structure, and method for temporarily securing body to be bondedInfo
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Abstract
Description
本発明は、接合用組成物、接合構造体の製造方法、及び被接合体の仮固定方法に関する。 The present invention relates to a bonding composition, a method for manufacturing a bonded structure, and a method for temporarily fixing objects to be bonded.
近年、インバータなど電力変換・制御装置としてパワーデバイスと呼ばれる半導体素子(半導体チップ)が盛んに用いられている。半導体素子は、実装時に、回路基板やセラミックス基板等の基板又はリードフレームなどの配線体に接合される。一方で、半導体素子の実装には、従来からはんだが多用されている。また、近年の環境意識の高まりに伴い、鉛を含まない鉛フリーはんだの使用が要望されている。 In recent years, semiconductor elements (semiconductor chips) known as power devices have come into widespread use as power conversion and control devices, such as inverters. When mounted, semiconductor elements are joined to a substrate, such as a circuit board or ceramic substrate, or to a wiring body, such as a lead frame. Meanwhile, solder has traditionally been widely used to mount semiconductor elements. Furthermore, with growing environmental awareness in recent years, there has been a demand for the use of lead-free solder.
しかしながら、パワーデバイスは、高電流を制御するという性格上、動作時の発熱量が大きい。これに対して、鉛フリーはんだは耐熱性が低く、パワーデバイス実装には不十分という問題があった。 However, due to the nature of power devices, which control high currents, they generate a lot of heat during operation. Lead-free solder, on the other hand, has poor heat resistance, making it insufficient for mounting power devices.
そこで、はんだに代えて、銅粉等の金属粉を含むペースト状の接合用組成物を用いることが提案されている。接合用組成物を用いて基板と半導体素子とからなる一組の被接合体を接合する場合、例えば、一方の被接合体(基板)の一面に接合用組成物を塗布及び乾燥させて塗膜を形成し、得られた塗膜の上に他方の被接合体(半導体素子)を搭載して積層体を作製する。その後、積層体を加熱すれば、接合用組成物中の金属粉が焼結して焼結体からなる接合層を形成し、この接合層を介して被接合体同士が接合される。 In response to this, it has been proposed to use a paste-like bonding composition containing metal powder such as copper powder instead of solder. When using a bonding composition to bond a pair of objects consisting of a substrate and a semiconductor element, for example, the bonding composition is applied to one surface of one of the objects to be bonded (substrate) and dried to form a coating film, and the other object to be bonded (semiconductor element) is mounted on the resulting coating film to create a laminate. When the laminate is then heated, the metal powder in the bonding composition sinters to form a bonding layer made of a sintered body, and the objects to be bonded are bonded together via this bonding layer.
また、被接合体接合の際に積層体の加熱処理を加圧下で行うことも提案されている。加圧下で加熱処理することで、金属粉の焼結駆動力が高まり、焼結がより促進されるので、接合構造の接合強度がより高まるという利点がある。 It has also been proposed to heat treat the laminate under pressure when joining the objects to be joined. Heat treatment under pressure increases the driving force for sintering of the metal powder, further accelerating sintering, which has the advantage of increasing the bonding strength of the joined structure.
接合用組成物を用いた加圧接合を開示する文献として、特許文献1や特許文献2が挙げられる。特許文献1には、銅粉、液媒体及び還元剤を含む接合用組成物を用いて第1の導電体と第2の導電体とを接合すること、加圧下に焼成を行う場合には、銅粒子同士の焼結をアシストする目的で0.001MPa以上20MPa以下の圧力を加えることなどが開示されている(請求項1~7及び[0045])。特許文献2には、基板上に、金属微粒子及び有機溶媒を含むペーストを用いて、基板と被接合体とを接合すること、加熱に当たり、加圧部材を用いて加圧を行うことなどが開示されている(段落[0042]~[0048])。 Patent Documents that disclose pressure bonding using a bonding composition include Patent Document 1 and Patent Document 2. Patent Document 1 discloses bonding a first conductor and a second conductor using a bonding composition containing copper powder, a liquid medium, and a reducing agent, and that when firing is performed under pressure, a pressure of 0.001 MPa to 20 MPa is applied to assist in sintering the copper particles together (claims 1 to 7 and [0045]). Patent Document 2 discloses bonding a substrate and a bonded object using a paste containing metal fine particles and an organic solvent on the substrate, and that pressure is applied using a pressure member when heating (paragraphs [0042] to [0048]).
このように、銅粉等の金属粉を含む接合用組成物を用いた加圧接合の技術が従来から知られるものの、従来の技術には改良の余地があった。 Thus, although pressure joining techniques using joining compositions containing metal powders such as copper powder have been known for some time, there is still room for improvement in these conventional techniques.
すなわち、一組の被接合体を加圧接合する場合、先述したように、一方の被接合体と接合用組成物から形成された塗膜と他方の被接合体とで構成される積層体を作製した後に、この積層体を加圧下で加熱して被接合体同士を接合する。 In other words, when a pair of objects to be joined is pressure-joined, as described above, a laminate is produced consisting of one of the objects to be joined, a coating film formed from the joining composition, and the other object to be joined, and then this laminate is heated under pressure to join the objects to each other.
積層体を作製する工程と積層体を加熱する接合工程は、通常は別の装置で行われるため、両工程間で積層体を搬送する必要があり、この際に振動等の外力が積層体に加わることがある。また接合工程でも積層体に外力が加わる。しかしながら、積層体において、被接合体の一方(半導体素子)は塗膜上に搭載されただけの状態にあり、十分に固定されていない。そのため、搬送時や接合時に加わる外力によって、搭載した被接合体の位置ずれ(チップローテーション)が起きたり、あるいは被接合体が脱落したりすることがある(図1参照)。被接合体の位置ずれや脱落が起こると、後続する工程で加圧接合が困難になり、これが生産性低下につながる。 The process of creating the laminate and the bonding process of heating the laminate are usually carried out in separate equipment, so the laminate needs to be transported between the two processes, during which time external forces such as vibrations can be applied to the laminate. External forces are also applied to the laminate during the bonding process. However, in the laminate, one of the objects to be bonded (the semiconductor element) is simply mounted on the coating and is not sufficiently fixed. As a result, external forces applied during transport or bonding can cause the mounted object to shift position (chip rotation) or fall off (see Figure 1). If the object to be bonded shifts position or falls off, it becomes difficult to perform pressure bonding in the subsequent process, which leads to reduced productivity.
このような問題を回避するため、塗膜形成時の乾燥温度を低温化して塗膜中に溶媒を残存させる手法が考えられる。塗膜中に溶媒が残存していれば、この塗膜上に被接合体を搭載した際に塗膜と被接合体のタック性(粘着性)が向上し、これが位置ずれや脱落抑制につながると期待される。 In order to avoid these problems, one possible approach is to lower the drying temperature during coating formation, leaving the solvent in the coating. If the solvent remains in the coating, the tackiness (adhesion) between the coating and the object to be bonded will improve when the object is placed on top of the coating, which is expected to prevent misalignment and detachment.
しかしながら、低粘度の溶媒が塗膜中に多量に残存していると、塗膜が軟らかくなり過ぎて保形性が低下することがある。具体的には、加圧接合時に形状を維持できず、被接合体間から塗膜がはみ出る現象(スクイーズアウト)が起きることがある。スクイーズアウトが起きると、高強度の接合層を形成できなくなる。また、仮に接合層を形成したとしても、多量に含まれる溶媒のために接合層にポア(空孔)が生じ、これが接合不良をもたらす恐れがある。パワーデバイスなどの発熱量の大きいデバイス実装に用いられる接合構造体には、デバイス発熱により生じる熱応力が繰り返し加わるため、接合信頼性に優れることが要求される。そのため、接合不良の問題は望ましくない。 However, if a large amount of low-viscosity solvent remains in the coating, the coating may become too soft and lose its shape retention. Specifically, the coating may not be able to maintain its shape during pressure bonding, causing the coating to squeeze out from between the bonded objects (a phenomenon known as squeeze-out). If squeeze-out occurs, a high-strength bonding layer cannot be formed. Furthermore, even if a bonding layer is formed, the large amount of solvent contained can cause pores in the bonding layer, which can lead to bonding failure. Bonded structures used to mount devices that generate a lot of heat, such as power devices, are required to have excellent bonding reliability because they are repeatedly subjected to thermal stress caused by the heat generated by the device. Therefore, bonding failure is undesirable.
また、被接合体を搭載する前の塗膜に仮固定剤(タッキングエージェント)を付与して、被接合体の位置ずれや脱落を防止する手段も考えられる。例えば、特許文献2には、仮固定用組成物を用いた接合構造体の製造方法が提案され、これにより、接合体間の位置ずれが効果的に防止されるとされている(段落[0045]及び[0046])。しかしながら、仮固定剤(仮固定用組成物)を用いる手法は、位置ずれ防止には効果があるものの、仮固定剤を付与する工程が別途必要となるため、製造工程が複雑化して製造コストが上昇するという問題がある。 Another possible measure is to apply a temporary fixing agent (tacking agent) to the coating before the bonded objects are mounted, thereby preventing displacement or detachment of the bonded objects. For example, Patent Document 2 proposes a method for manufacturing a bonded structure using a temporary fixing composition, which is said to effectively prevent displacement between bonded objects (paragraphs [0045] and [0046]). However, while the method using a temporary fixing agent (temporary fixing composition) is effective in preventing displacement, it requires a separate step of applying the temporary fixing agent, which poses the problem of complicating the manufacturing process and increasing manufacturing costs.
このように、タック性向上と接合強度向上との間にはトレードオフの関係があり、簡易な手法で高い生産性を維持しながら両者(タック性及び接合強度)を同時に高めることは困難であった。 As such, there is a trade-off between improving tackiness and improving bond strength, and it has been difficult to simultaneously improve both (tackiness and bond strength) while maintaining high productivity using simple methods.
本発明者らはこのような問題点に鑑みて鋭意検討を行った。その結果、銅粉の他に、特定の沸点及び粘度を有する液状有機物と特定のカルボン酸とを含む接合用組成物を開発した。そして、この接合用組成物を用いて被接合体の接合を行えば、塗膜と被接合体とのタック性が向上するとともに、高い接合強度を有する接合構造体を簡易な手法で得ることができるとの知見を得た。 The inventors conducted extensive research in light of these problems. As a result, they developed a bonding composition that contains, in addition to copper powder, a liquid organic substance with a specific boiling point and viscosity, and a specific carboxylic acid. They then discovered that if this bonding composition is used to bond objects to be bonded, the tackiness between the coating film and the objects to be bonded is improved, and a bonded structure with high bonding strength can be obtained using a simple method.
本発明は、このような知見に基づき完成されたものであり、塗膜と被接合体とのタック性を向上させるとともに、高い接合強度を有する接合構造体を簡易な手法で得ることができる接合用組成物の提供を課題とする。また、本発明は、前記接合用組成物を用いた接合構造体の製造方法や被接合体の仮固定方法の提供をも課題とする。 The present invention was completed based on this knowledge, and aims to provide a bonding composition that improves the tackiness between the coating film and the object to be bonded, and that enables a bonded structure with high bonding strength to be obtained using a simple method. The present invention also aims to provide a method for manufacturing a bonded structure using the bonding composition, and a method for temporarily fixing objects to be bonded.
本発明は、下記(1)~(6)の態様を包含する。なお本明細書において「~」なる表
現は、その両端の数値を含む。すなわち「X~Y」は「X以上Y以下」と同義である。
The present invention encompasses the following aspects (1) to (6). In this specification, the expression "to" includes the numerical values at both ends. In other words, "X to Y" is synonymous with "at least X and at most Y."
(1)(A)銅粉と、(B)溶媒と、(C)カルボン酸とを含む接合用組成物であって、
前記溶媒は、230℃以上300℃以下の沸点を有するとともに25℃及びせん断速度10s-1の条件における粘度が100mPa・s以上である液状有機物を含み、
前記カルボン酸は炭素数3以上の多価カルボン酸を含む、接合用組成物。
(1) A bonding composition comprising (A) copper powder, (B) a solvent, and (C) a carboxylic acid,
the solvent contains a liquid organic substance having a boiling point of 230°C or higher and 300°C or lower and a viscosity of 100 mPa s or higher at 25°C and a shear rate of 10 s -1 ;
The bonding composition, wherein the carboxylic acid includes a polycarboxylic acid having 3 or more carbon atoms.
(2)前記多価カルボン酸は、ジカルボン酸及びトリカルボン酸のいずれか一方又は両方である、上記(1)の接合用組成物。 (2) The bonding composition of (1) above, wherein the polycarboxylic acid is either or both of a dicarboxylic acid and a tricarboxylic acid.
(3)前記多価カルボン酸の含有量は、前記銅粉の全量を基準として0.1質量%以上である、上記(1)又は(2)の接合用組成物。 (3) The bonding composition of (1) or (2) above, wherein the content of the polycarboxylic acid is 0.1 mass% or more based on the total amount of the copper powder.
(4)前記液状有機物の含有量は、前記溶媒の全量を基準として30質量%以上100質量%以下である、上記(1)~(3)のいずれかの接合用組成物。 (4) A bonding composition according to any one of (1) to (3) above, wherein the content of the liquid organic substance is 30% by mass or more and 100% by mass or less, based on the total amount of the solvent.
(5)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てなる接合構造体の製造方法であって、
上記(1)~(4)のいずれかの接合用組成物を第1被接合体の一面に塗布して湿潤膜を形成する工程、
前記湿潤膜から溶媒の少なくとも一部を除去して塗膜を得る工程、
加圧によって第2被接合体を前記塗膜に仮固定して、前記第1被接合体、前記塗膜及び前記第2被接合体がこの順に積層されてなる積層体を得る工程、及び
前記積層体を加圧下で加熱して前記塗膜中の銅粉を焼結し、それによって形成された接合層を介して前記第1被接合体と前記第2被接合体とを接合する工程、を備える方法。
(5) A method for manufacturing a bonded structure in which a first bonded body and a second bonded body are bonded via a bonding layer, comprising:
A step of applying the bonding composition according to any one of (1) to (4) above to one surface of a first object to be bonded to form a wet film;
removing at least a portion of the solvent from the wet film to obtain a coating film;
a step of temporarily fixing a second object to be joined to the coating film by applying pressure to obtain a laminate in which the first object to be joined, the coating film, and the second object to be joined are laminated in this order; and a step of heating the laminate under pressure to sinter the copper powder in the coating film, thereby forming a bonding layer, thereby bonding the first object to be joined and the second object to be joined together.
(6)第1被接合体と第2被接合体とを仮固定する方法であって、
上記(1)~(4)のいずれかの接合用組成物を第1被接合体の一面に塗布して湿潤膜を形成する工程、
前記湿潤膜から溶媒の少なくとも一部を除去して塗膜を得る工程、及び
加圧によって前記第1と前記2被接合体とを前記塗膜を介して仮固定する工程、を備える方法。
(6) A method for temporarily fixing a first object to be joined and a second object to be joined, comprising the steps of:
A step of applying the bonding composition according to any one of (1) to (4) above to one surface of a first object to be bonded to form a wet film;
a step of removing at least a part of the solvent from the wet film to obtain a coating film; and a step of temporarily fixing the first and second bodies to be joined together via the coating film by applying pressure.
本発明によれば、塗膜と被接合体とのタック性を向上させるとともに、高い接合強度を有する接合構造体を簡易な手法で得ることができる接合用組成物が提供される。また、本発明によれば、前記接合用組成物を用いた接合構造体の製造方法や被接合体の仮固定方法が提供される。 The present invention provides a bonding composition that improves the tackiness between a coating film and a bonded object, and enables a bonded structure with high bonding strength to be obtained using a simple method. The present invention also provides a method for manufacturing a bonded structure and a method for temporarily fixing bonded objects using the bonding composition.
本発明の具体的な実施形態(以下、「本実施形態」という。)について以下に説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において種々の変更が可能である。また、本明細書において、技術的な整合を図ることができる限り、好適な態様の任意の組み合わせを採用することができる。例えば、好適な数値範囲の一方と他方を任意に組み合わせることができる。 Specific embodiments of the present invention (hereinafter referred to as "present embodiments") are described below. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications are possible within the scope of the present invention. Furthermore, in this specification, any combination of suitable aspects can be adopted as long as technical consistency can be achieved. For example, one preferred numerical range can be combined with another preferred numerical range.
<<1.接合用組成物>>
本実施形態の接合用組成物(以下、単に「組成物」と総称する場合がある。)は、(A)銅粉と、(B)溶媒と、(C)カルボン酸とを含む。溶媒は、230℃以上300℃以下の沸点を有するとともに25℃及びせん断速度10s-1の条件における粘度が100mPa・s以上である液状有機物を含む。カルボン酸は炭素数3以上の多価カルボン酸を含む。このような組成物によれば、優れたタック性を有するとともに、高い接合強度を有する接合構造体を簡易な接合工程で得ることが可能になる。
<<1. Bonding composition >>
The bonding composition of this embodiment (hereinafter sometimes simply referred to as the "composition") contains (A) copper powder, (B) a solvent, and (C) a carboxylic acid. The solvent contains a liquid organic substance having a boiling point of 230°C or higher and 300°C or lower and a viscosity of 100 mPa·s or higher at 25°C and a shear rate of 10 s -1 . The carboxylic acid contains a polycarboxylic acid having 3 or more carbon atoms. Such a composition allows a bonded structure having excellent tackiness and high bonding strength to be obtained through a simple bonding process.
<銅粉>
(A)銅粉は、銅を主成分として含む粉末であり、組成物を焼成して得られる接合層(接合部位)の構成材料となるものである。すなわち、組成物に含まれる銅粉の焼結体が接合層を構成する。なお、本明細書において、粉末又は粉とは、多数の粒子の集合体である。多数の粒子が粉末又は粉を構成するということもできる。
<Copper powder>
(A) Copper powder is a powder containing copper as a main component, and serves as a constituent material for the bonding layer (bonding portion) obtained by firing the composition. That is, a sintered body of the copper powder contained in the composition constitutes the bonding layer. In this specification, the term "powder" refers to an aggregate of many particles. It can also be said that many particles constitute the powder.
銅粉は、銅元素を含み、残部不可避不純物の組成を有してもよい。不可避不純物は、例えば、銅粉を構成する銅粒子表面に不可避的に形成された酸化物であってもよい。通常、銅粉における銅元素以外の他の元素の含有量は5質量%以下である。あるいは、銅粉は、銅を50質量%以上の割合で含み、それ以外の他の元素を残部に含んでもよい。このような銅粉として、銅合金粉末が挙げられる。導電性を高める観点から、銅粉中の銅の含有は、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは95質量%以上である。銅粉中の各元素の含有量は、例えばICP発光分光分析法や不活性ガス融解・非分散型赤外線吸収法で測定することができる。 The copper powder may contain elemental copper, with the remainder being unavoidable impurities. The unavoidable impurities may be, for example, oxides that are unavoidably formed on the surfaces of the copper particles that make up the copper powder. Typically, the content of elements other than elemental copper in the copper powder is 5% by mass or less. Alternatively, the copper powder may contain 50% by mass or more of copper, with the remainder being other elements. An example of such copper powder is copper alloy powder. To enhance electrical conductivity, the copper content in the copper powder is preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, and even more preferably 95% by mass or more. The content of each element in the copper powder can be measured, for example, by ICP atomic emission spectroscopy or inert gas fusion/non-dispersive infrared absorption spectroscopy.
銅粉を構成する銅粒子の形状は特に制限されない。例えば、球状、フレーク状(鱗片状)、多面体状、デンドライト状(樹枝状)、柱状等の種々の形状を有してもよい。しかしながら、粒子の充填性を高めて強度(接合強度)の高い接合層を形成する観点から、銅粉は球状銅粒子を含むことが好ましい。銅粒子が球状であるか否かは、粒子の円形度係数から判別できる。具体的には、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて銅粉を観察し、無作為に選んだ銅粒子の面積Sと周囲長Lを測定し、これから円形度係数4πS/L2を求める。複数個の銅粒子について円形度係数を求め、その平均値を算出する。円形度係数の算術平均値が0.85以上である場合に、銅粒子が球状であると定義する。 The shape of the copper particles constituting the copper powder is not particularly limited. For example, they may have various shapes, such as spherical, flake (scale-like), polyhedral, dendritic (branch-like), and columnar. However, from the viewpoint of improving particle packing and forming a bonding layer with high strength (bonding strength), the copper powder preferably contains spherical copper particles. Whether copper particles are spherical or not can be determined from the circularity coefficient of the particles. Specifically, the copper powder is observed using a scanning electron microscope (SEM), and the area S and perimeter L of randomly selected copper particles are measured, from which the circularity coefficient 4πS/ L2 is calculated. The circularity coefficients of multiple copper particles are calculated, and the average value is calculated. Copper particles are defined as spherical when the arithmetic mean value of the circularity coefficients is 0.85 or more.
好ましくは、接合用組成物における銅粉の含有量は60質量%以上85質量%以下である。銅粉量を適度に高めることで、接合層の導電性及び強度がより一層高くなる。また、銅粉量を適度に抑えることで、組成物中での銅粒子の凝集が抑制されて、組成物の塗布性が向上する。なお、含有量は、組成物に含まれる銅粉の総量である。すなわち、後述するように、銅粉が第1銅粉末と第2銅粉末を含む場合には、第1銅粉末と第2銅粉末の合計量である。 Preferably, the copper powder content in the bonding composition is 60% by mass or more and 85% by mass or less. By appropriately increasing the amount of copper powder, the conductivity and strength of the bonding layer are further increased. Furthermore, by appropriately reducing the amount of copper powder, aggregation of copper particles in the composition is suppressed, improving the coatability of the composition. Note that the content is the total amount of copper powder contained in the composition. In other words, when the copper powder contains first copper powder and second copper powder, as described below, it is the total amount of the first copper powder and the second copper powder.
銅粉の平均粒子径(D50)は、好ましくは0.03μm以上、より好ましくは0.05μm以上である。銅粉の粒子径を適度に大きくすることで、組成物中での粒子の凝集を防ぎ、粒子分散性を向上させることができる。一方で、銅粉の平均粒子径(D50)は、好ましくは20μm以下、より好ましくは10μm以下である。銅粉の粒子径を適度に小さくすることで、銅粉の焼結性向上を図ることができる。分散性及び焼結性の両立を図る観点から、D50は0.03μm以上20μm以下が好ましく、0.05μm以上10μm以下がより好ましい。 The average particle size (D50) of the copper powder is preferably 0.03 μm or more, more preferably 0.05 μm or more. By appropriately increasing the particle size of the copper powder, particle aggregation in the composition can be prevented and particle dispersibility can be improved. On the other hand, the average particle size (D50) of the copper powder is preferably 20 μm or less, more preferably 10 μm or less. By appropriately decreasing the particle size of the copper powder, the sinterability of the copper powder can be improved. From the perspective of achieving both dispersibility and sinterability, D50 is preferably 0.03 μm or more and 20 μm or less, and more preferably 0.05 μm or more and 10 μm or less.
なお、銅粉の平均粒子径(D50)は、次のようにして求めることができる。まず、接合用組成物に対して10倍等量(質量)の2-プロパノールなどの有機溶媒を添加して充分に撹拌した後、固形分(ケーク)を残しながら上澄み液のみを除去する洗浄操作を繰り返す。得られたケークを常温で静置して十分に乾燥し、得られた乾燥物(銅粉)をSEM観察する。SEM観察の際は、倍率1000倍~10万倍のSEM像を得る。そして、このSEM像において、粒子の輪郭が観察されるものを無作為に50個以上選んで粒径(ヘイウッド径)を測定する。粒子が真球である場合の粒子体積をヘイウッド径から算出し、得られたデータから体積基準での粒度分布を求める。次いで、得られた粒度分布において、粒径の小さい側から累積した体積(累積体積)が50容量%となる粒子径(累積体積50%径)を算出し、これを平均粒子径(D50)と定める。 The average particle diameter (D50) of copper powder can be determined as follows. First, an organic solvent such as 2-propanol is added in an amount 10 times (by mass) the amount of the bonding composition, and the mixture is thoroughly stirred. This is followed by repeated washing procedures to remove only the supernatant liquid while leaving the solids (cake). The resulting cake is left to dry thoroughly at room temperature, and the resulting dried product (copper powder) is observed using an SEM. For SEM observation, an SEM image is obtained at a magnification of 1,000 to 100,000 times. Then, 50 or more particles whose particle outlines are visible in the SEM image are randomly selected and their particle diameters (Heywood diameters) are measured. The particle volume for spherical particles is calculated from the Heywood diameter, and the volume-based particle size distribution is determined from the obtained data. Next, the particle diameter at which the cumulative volume (cumulative volume) of the resulting particle size distribution, starting from the smallest particle size, is calculated and defined as the average particle diameter (D50).
なお、銅粉の粒子径D50は、接合用組成物を調製する際に用いる銅粉の粒子径を測定することで求めてもよい。銅粉を構成する銅粒子が球状である場合には、走査型電子顕微鏡(SEM)観察によりD50を求める。具体的には、銅粉を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、倍率1000倍~10万倍におけるSEM像から、無作為に50個を選び、それぞれの粒径(ヘイウッド径)を求める。そして、銅粒子が真球であると仮定して、得られた粒径から体積を算出する。50個の粒子の粒径から体積基準の粒度分布を求め、累積50%となる径(50%体積累積粒径)をD50とする。 The particle diameter D50 of the copper powder may also be determined by measuring the particle diameter of the copper powder used when preparing the bonding composition. When the copper particles that make up the copper powder are spherical, D50 is determined by observation with a scanning electron microscope (SEM). Specifically, the copper powder is observed with a scanning electron microscope (SEM), and 50 particles are randomly selected from the SEM image at a magnification of 1,000 to 100,000 times, and the particle diameter (Heywood diameter) of each is determined. Then, assuming that the copper particles are truly spherical, the volume is calculated from the obtained particle diameter. The volume-based particle size distribution is determined from the particle diameters of the 50 particles, and the diameter at 50% of the cumulative diameter (50% volume cumulative particle diameter) is taken as D50.
より好適には、銅粉は、SEM観察によって測定した粒度分布のうち1μm未満の領域における累積体積50%径(D50)が0.05μm以上1μm未満の第1銅粉末と、この粒度分布のうち1μm以上の領域における累積体積50%径(D50)が1μm以上10μm以下の第2銅粉末を含むことが好ましい。銅粉を構成する銅粒子が球状以外の場合、つまりフレーク状(鱗片状)、多面体状、デンドライト状(樹枝状)、柱状の場合には、粒子径D50はレーザー回折散乱式粒度 分布測定によって求める。具体的には、0.1gの測定試料と分散剤分散液を混合し、超音波ホモジナイザで1分間分散させる。超音波ホモジナイザとして、例えば、株式会社日本精機製作所製US-300T又はその同等品を用いる。その後、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置を用いて体積基準での粒度分布を求め、累積50%となる径(50%体積累積粒径)をD50とする。レーザー回折散乱式粒度分布測定装置として、マイクロトラックベル社製MT-3300EXII又はその同等品を用いる。 More preferably, the copper powder comprises copper 1 powder having a cumulative volume 50% diameter (D50) of 0.05 μm or more but less than 1 μm in the region of less than 1 μm in the particle size distribution measured by SEM observation, and copper 2 powder having a cumulative volume 50% diameter (D50) of 1 μm or more but less than 1 μm in the region of 1 μm or more in this particle size distribution. If the copper particles constituting the copper powder are not spherical, i.e., flake-shaped (scale-shaped), polyhedral, dendritic, or columnar, the particle diameter D50 is determined by laser diffraction scattering particle size distribution measurement. Specifically, 0.1 g of the measurement sample is mixed with the dispersant dispersion and dispersed for 1 minute using an ultrasonic homogenizer. For example, a US-300T manufactured by Nippon Seiki Seisakusho Co., Ltd. or an equivalent product is used as the ultrasonic homogenizer. The particle size distribution on a volume basis is then determined using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer, and the diameter at which the cumulative 50% (50% volume cumulative particle size) is taken as D50. The laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer used is the MT-3300EXII manufactured by Microtrackbell, Inc., or an equivalent model.
第1銅粉末のD50は、組成物中での凝集を防止して良好な粒子分散性を得る観点から、好ましくは0.05μm以上である。第1銅粉末のD50は、銅粉の焼結性を十分に確保する観点から、好ましくは1μm未満、より好ましくは0.8μm以下、さらに好ましくは0.6μm以下である。第2銅粉末のD50は、銅粉を焼結して得られる接合層の強度向上を図る観点から、好ましくは1μm以上である。第2銅粉末のD50は、組成物の塗布性向上の観点から、好ましくは10μm以下、より好ましくは8μm以下、さらに好ましくは6μm以下である。 The D50 of the first copper powder is preferably 0.05 μm or more, from the viewpoint of preventing aggregation in the composition and achieving good particle dispersibility. The D50 of the first copper powder is preferably less than 1 μm, more preferably 0.8 μm or less, and even more preferably 0.6 μm or less, from the viewpoint of ensuring sufficient sinterability of the copper powder. The D50 of the second copper powder is preferably 1 μm or more, from the viewpoint of improving the strength of the bonding layer obtained by sintering the copper powder. The D50 of the second copper powder is preferably 10 μm or less, more preferably 8 μm or less, and even more preferably 6 μm or less, from the viewpoint of improving the coatability of the composition.
接合用組成物中の第1銅粉末及び第2銅粉末の合計質量に対する第1銅粉末の割合は、好ましくは10質量%以上95質量%以下、より好ましくは15質量%以上90質量%以下、さらに好ましくは20質量%以上80質量%以下である。また、第1銅粉末及び第2銅粉末の合計質量に対する第2銅粉末の割合は、好ましくは5質量%以上90質量%以下、より好ましくは10質量%以上85質量%以下、さらに好ましくは20質量%以上80質量%以下である。配合割合を上述した範囲内に設定することで、粒子の充填性を高めて、接合層の強度を十分に高めることが可能となる。 The proportion of copper 1 powder relative to the total mass of copper 1 powder and copper 2 powder in the bonding composition is preferably 10% by mass or more and 95% by mass or less, more preferably 15% by mass or more and 90% by mass or less, and even more preferably 20% by mass or more and 80% by mass or less. Furthermore, the proportion of copper 2 powder relative to the total mass of copper 1 powder and copper 2 powder is preferably 5% by mass or more and 90% by mass or less, more preferably 10% by mass or more and 85% by mass or less, and even more preferably 20% by mass or more and 80% by mass or less. Setting the blending ratio within the above ranges increases the packing of the particles, making it possible to sufficiently increase the strength of the bonding layer.
銅粉は、表面処理が行われていないもの(表面未処理銅粉)であってもよい。あるいは、本実施形態の効果を損なわない範囲で表面処理が行われたもの(表面処理銅粉)であってもよい。表面処理銅粉として、銅粉の表面に脂肪酸、脂肪酸銅塩、脂肪族アミン、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミネート系カップリング剤等からなる表面処理層が設けられたものが例示される。 The copper powder may be unsurface-treated (surface-untreated copper powder). Alternatively, it may be surface-treated (surface-treated copper powder) to the extent that the effects of this embodiment are not impaired. Examples of surface-treated copper powder include copper powder having a surface treatment layer formed on the surface of the copper powder, the surface of which is made of a fatty acid, a fatty acid copper salt, an aliphatic amine, a silane coupling agent, a titanate-based coupling agent, an aluminate-based coupling agent, or the like.
<溶媒>
(B)溶媒は、適切な粘度及びそれによる良好な塗布性を組成物に付与する働きがある。また、組成物中での銅粒子を均一に分散させることで、組成物を焼成して得られる接合層の良好な導電性及び強度を確保する効果がある。
<Solvent>
The (B) solvent has the function of imparting an appropriate viscosity and thus good coatability to the composition, and also has the effect of ensuring good conductivity and strength of the bonding layer obtained by firing the composition by uniformly dispersing copper particles in the composition.
本実施形態の溶媒は、230℃以上300℃以下の沸点を有するとともに25℃及びせん断速度10s-1の条件における粘度が100mPa・s以上である液状有機物(以下、「高沸点高粘度液状有機物」と総称する場合がある)を含む。このような高沸点高粘度液状有機物を組成物が含むことで、接合構造体を製造する際に塗膜と被接合体とのタック性を高めることが可能になる。すなわち、この液状有機物は沸点が比較的高いため、組成物を塗布及び乾燥させて得た塗膜中に液状有機物の少なくとも一部が残存する。高粘度の液状有機物が残存することで、塗膜上に被接合体(半導体素子等)を搭載した際に塗膜と被接合体との間のタック性(粘着性)が向上する。その結果、被接合体の位置ずれや脱落の問題が回避される。なお、本明細書において、沸点は、雰囲気圧力1気圧下での値を指す。 The solvent of this embodiment contains a liquid organic substance having a boiling point of 230°C or higher and 300°C or lower and a viscosity of 100 mPa·s or higher at 25°C and a shear rate of 10 s -1 (hereinafter, sometimes collectively referred to as a "high-boiling-point, high-viscosity liquid organic substance"). The inclusion of such a high-boiling-point, high-viscosity liquid organic substance in the composition makes it possible to enhance the tackiness between the coating film and the bonded body when manufacturing a bonded structure. That is, because this liquid organic substance has a relatively high boiling point, at least a portion of the liquid organic substance remains in the coating film obtained by applying and drying the composition. The remaining high-viscosity liquid organic substance improves the tackiness (adhesion) between the coating film and the bonded body when the bonded body (e.g., a semiconductor element) is mounted on the coating film. As a result, problems such as misalignment and detachment of the bonded body are avoided. In this specification, the boiling point refers to the value at an atmospheric pressure of 1 atmosphere.
1気圧における液状有機物の沸点が230℃未満であると、塗膜乾燥時に液状有機物の揮発が過度に進む。そのため、乾燥後の塗膜に液状有機物が残存せず、タック性向上の効果を得ることが困難になる恐れがある。また、後続する加圧接合工程で加える高温加熱によって液状有機物が変質して、塗膜の保形性が損なわれる恐れもある。一方で、1気圧における液状有機部物の沸点が300℃超であると、過度に多量の液状有機物が塗膜中に残存し、塗膜の保形性が損なわれる恐れがある。また、多量に残存した液状組成物によって銅粉の焼結が阻害され、強度低下をもたらすポア(空孔)が接合層(焼結体)中に形成される恐れもある。タック性、保形性及び接合強度をバランスよく高める観点から、液状有機物の沸点は235℃以上290℃以下が好ましく、240℃以上285℃以下がより好ましい。 If the boiling point of the liquid organic substance at 1 atmosphere is less than 230°C, excessive evaporation of the liquid organic substance will occur when the coating film dries. As a result, no liquid organic substance will remain in the dried coating film, potentially making it difficult to achieve improved tackiness. Furthermore, the high temperatures applied in the subsequent pressure bonding process may alter the liquid organic substance, potentially impairing the shape retention of the coating film. On the other hand, if the boiling point of the liquid organic substance at 1 atmosphere exceeds 300°C, an excessively large amount of liquid organic substance may remain in the coating film, potentially impairing its shape retention. Furthermore, the large amount of remaining liquid composition may inhibit the sintering of the copper powder, potentially forming pores in the bonding layer (sintered body) that reduce strength. From the perspective of achieving a balanced improvement in tackiness, shape retention, and bonding strength, the boiling point of the liquid organic substance is preferably between 235°C and 290°C, and more preferably between 240°C and 285°C.
液状有機物の粘度が100mPa・s未満であると、粘度が低すぎて、タック性向上の効果を得ることが困難になる。また、塗膜の保形性が低下するため、後続する加圧接合工程で塗膜のスクイーズアウト現象が起こる恐れがある。液状有機物の粘度の上限は限定されない。しかしながら、接合用組成物の塗布性を高める観点から、10000mPa・s以下が好ましい。タック性、保形性及び塗布性をバランスよく高める観点から、粘度は105mPa・s以上3000mPa・s以下が好ましく、110mPa・s以上2000mPa・s以下がより好ましい。 If the viscosity of the liquid organic material is less than 100 mPa·s, the viscosity will be too low, making it difficult to achieve the effect of improving tackiness. Furthermore, the shape retention of the coating film will be reduced, which may result in the coating film squeezing out during the subsequent pressure bonding process. There is no upper limit to the viscosity of the liquid organic material. However, from the perspective of improving the coatability of the bonding composition, a viscosity of 10,000 mPa·s or less is preferred. From the perspective of improving tackiness, shape retention, and coatability in a balanced manner, the viscosity is preferably 105 mPa·s or more and 3,000 mPa·s or less, and more preferably 110 mPa·s or more and 2,000 mPa·s or less.
上述した沸点及び粘度の要件を満足する高沸点高粘度液状有機物は、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール(別称:オクチレングリコール(OG))、3-メチル-1,5-ペンタンジオール(MPD)、2,4-ジエチル-1,5-ペンタンジオール、1,5-ペンタンジオール等からなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。接合用組成物は、一種の高沸点高粘度液状有機物を単独で含んでもよく、あるいは二種以上の高沸点高粘度液状有機物を組み合わせて含んでもよい。 The high-boiling-point, high-viscosity liquid organic substance that meets the above-mentioned boiling point and viscosity requirements is preferably at least one selected from the group consisting of 2-ethyl-1,3-hexanediol (also known as octylene glycol (OG)), 3-methyl-1,5-pentanediol (MPD), 2,4-diethyl-1,5-pentanediol, 1,5-pentanediol, etc. The bonding composition may contain one high-boiling-point, high-viscosity liquid organic substance alone, or may contain a combination of two or more high-boiling-point, high-viscosity liquid organic substances.
接合用組成物の塗布性や分散性などの特性向上を目的として、高沸点高粘度液状有機物に加えて他の溶媒成分を溶媒が含んでもよい。他の溶媒成分は、例えば、沸点が230℃未満のもの、あるいは、25℃及びせん断速度10s-1の条件における粘度が100mPa・s未満のものである。いずれであっても、保形性及び接合強度を高める観点から、他の溶媒成分の沸点は300℃以下が好ましい。 For the purpose of improving the properties of the bonding composition, such as the coatability and dispersibility, the solvent may contain other solvent components in addition to the high-boiling-point, high-viscosity liquid organic substance. The other solvent components may, for example, have a boiling point of less than 230°C or a viscosity of less than 100 mPa·s at 25°C and a shear rate of 10 s -1 . In either case, from the viewpoint of improving shape retention and bonding strength, the boiling point of the other solvent components is preferably 300°C or less.
他の溶媒として、一価又は多価のアルコールが好ましく、多価アルコールがより好ましい。多価アルコールとしては、例えばプロピレングリコール、エチレングリコール、ヘキシレングリコール、ジエチレングリコール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、グリセリンなどが挙げられる。接合用組成物は、一種の他の溶媒成分を単独で含んでもよく、あるいは二種以上の他の溶媒成分を組み合わせて含んでもよい。接合用組成物は他の溶媒成分を含まなくてもよい。 As the other solvent, a monohydric or polyhydric alcohol is preferred, and a polyhydric alcohol is more preferred. Examples of polyhydric alcohols include propylene glycol, ethylene glycol, hexylene glycol, diethylene glycol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, and glycerin. The bonding composition may contain one other solvent component alone, or may contain two or more other solvent components in combination. The bonding composition does not have to contain any other solvent components.
接合用組成物中での溶媒の量は限定されない。しかしながら、接合用組成物の塗布性、塗膜のタック性及び保形性をバランスよく高める観点から、接合用組成物中の溶媒の総含有量は、銅粉の全量を基準として30質量%以上50質量%以下が好ましく、40質量%以上47質量%以下がより好ましい。なお、溶媒が高沸点高粘度液状有機物のみで構成される場合には、高沸点高粘度液状有機物量が溶媒量であり、溶媒が他の溶媒成分を含む場合には、高沸点高粘度液状有機物と他の溶媒成分の合計量が溶媒量である。 The amount of solvent in the bonding composition is not limited. However, from the perspective of achieving a balanced improvement in the application properties of the bonding composition and the tackiness and shape retention of the coating film, the total content of solvent in the bonding composition is preferably 30% by mass or more and 50% by mass or less, and more preferably 40% by mass or more and 47% by mass or less, based on the total amount of copper powder. Note that when the solvent is composed only of a high-boiling-point, high-viscosity liquid organic substance, the amount of solvent is the amount of high-boiling-point, high-viscosity liquid organic substance; when the solvent contains other solvent components, the total amount of high-boiling-point, high-viscosity liquid organic substance and the other solvent components is the amount of solvent.
溶媒中の高沸点高粘度液状有機物の割合は限定されない。しかしながら、高沸点高粘度液状有機物の量をある程度に多くすることで、タック性向上の効果をより顕著に発揮させることが可能になる。高沸点高粘度液状有機物の含有量は、溶媒の全量を基準として30質量%以上100質量%以下が好ましく、70質量%以上100質量%以下がより好ましい。 The proportion of high-boiling-point, high-viscosity liquid organic substance in the solvent is not limited. However, by increasing the amount of high-boiling-point, high-viscosity liquid organic substance to a certain extent, it is possible to more significantly improve tackiness. The content of high-boiling-point, high-viscosity liquid organic substance is preferably 30% by mass or more and 100% by mass or less, and more preferably 70% by mass or more and 100% by mass or less, based on the total amount of solvent.
<カルボン酸>
本実施形態の接合用組成物は、(C)カルボン酸を含む。またカルボン酸は炭素数3以上の多価カルボン酸(以下、「高炭素多価カルボン酸」と総称する場合がある。)を含む。このような高炭素多価カルボン酸を用いることで、接合用組成物を用いて作製した接合構造体の接合層における強度を高めることが可能になる。限定解釈されるべきではないが、その理由として以下のメカニズムが考えられる。
<Carboxylic Acid>
The bonding composition of this embodiment includes (C) a carboxylic acid. The carboxylic acid includes a polycarboxylic acid having three or more carbon atoms (hereinafter, sometimes collectively referred to as a "high-carbon polycarboxylic acid"). By using such a high-carbon polycarboxylic acid, it is possible to increase the strength of the bonding layer of a bonded structure produced using the bonding composition. Although this should not be interpreted in a limiting manner, the following mechanism is thought to be the reason for this.
多価カルボン酸(ポリカルボン酸)は、複数のカルボキシ基(-COOH)を一分子中に有する有機酸である。接合用組成物中で、各カルボキシ基に含まれる水素(H)が外れて、銅粉を構成する銅粒子に吸着する。また、高炭素多価カルボン酸は、比較的大きい分子構造を有している。そのため、高炭素多価カルボン酸は銅粒子と安定な吸着構造を形成すると考えられる。そして、高炭素多価カルボン酸と安定な吸着構造を形成する銅粒子は、接合工程で加熱された際に微細な銅ナノ粒子を放出する。放出された微細な銅ナノ粒子は焼結駆動力が大きいため、銅粉焼結を促進し、これが銅粉焼結体たる接合層の強度向上に寄与すると推測している。これに対して、一価カルボン酸(モノカルボン酸)や炭素数が2以下の多価カルボン酸、例えばシュウ酸では、銅粒子との安定な吸着構造が形成されず、接合強度向上の効果が不十分と考えられる。 Polycarboxylic acids (polycarboxylic acids) are organic acids containing multiple carboxyl groups (-COOH) in one molecule. In the bonding composition, the hydrogen (H) contained in each carboxyl group is released and adsorbed to the copper particles that make up the copper powder. High-carbon polycarboxylic acids also have relatively large molecular structures. Therefore, they are thought to form stable adsorption structures with the copper particles. The copper particles that form stable adsorption structures with the high-carbon polycarboxylic acids then release fine copper nanoparticles when heated during the bonding process. The released fine copper nanoparticles have a large driving force for sintering, which is thought to promote copper powder sintering and contribute to improving the strength of the bonding layer, which is the sintered copper powder body. In contrast, monocarboxylic acids and polycarboxylic acids with two or fewer carbon atoms, such as oxalic acid, do not form stable adsorption structures with the copper particles and are therefore thought to be insufficient in improving bonding strength.
多価カルボン酸に含まれる一分子当たりのカルボキシ基の数は2個以上であれば限定されない。しかしながら、カルボキシ基を過度に多く含む多価カルボン酸は入手が困難である。接合強度向上及び入手容易性の観点から、多価カルボン酸は、2価カルボン酸(ジカルボン酸)及び3価カルボン酸(トリカルボン酸)のいずれか一方又は両方であることが好ましい。また、多価カルボン酸の一分子当たりの炭素数は3個以上であれば限定されない。炭素数は、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、又は10個以上であってもよい。しかしながら、炭素数が過度に大きい多価カルボン酸は、フィレットの強度劣化をもたらし、信頼性を低下させる恐れがある。ここで、フィレットとは、接合構造体作製時に形成される接合用組成物塗膜の被接合体が載置されていない箇所を指す。この問題を回避する観点から、炭素数は20個以下が好ましい。 The number of carboxy groups contained in each molecule of the polycarboxylic acid is not limited as long as it is two or more. However, polycarboxylic acids containing an excessively large number of carboxy groups are difficult to obtain. From the perspective of improving bonding strength and easy availability, the polycarboxylic acid is preferably either one or both of a dicarboxylic acid (dicarboxylic acid) and a tricarboxylic acid (tricarboxylic acid). Furthermore, the number of carbon atoms per molecule of the polycarboxylic acid is not limited as long as it is three or more. The number of carbon atoms may be 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10 or more. However, polycarboxylic acids with an excessively large number of carbon atoms may cause a deterioration in fillet strength and reduce reliability. Here, a fillet refers to a portion of the bonding composition coating film formed during the production of a bonded structure where the bonded object is not placed. To avoid this problem, a carbon number of 20 or less is preferred.
より具体的には、高炭素多価カルボン酸は、マロン酸(炭素数3)、コハク酸(炭素数4)、マレイン酸(炭素数4)、グルタル酸(炭素数5)、アジビン酸(炭素数6)、ピメリン酸(炭素数7)、スベリン酸(炭素数8)、アゼライン酸(炭素数9)、セバシン酸(炭素数10)、フマル酸(炭素数4)、クエン酸(炭素数6)、及びアコニット酸(炭素数6)からなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。また、接合用組成物は、一種の高炭素多価カルボン酸を単独で含んでもよく、あるいは二種以上の高炭素多価カルボン酸を組み合わせて含んでもよい。 More specifically, the high-carbon polycarboxylic acid is preferably at least one selected from the group consisting of malonic acid (3 carbon atoms), succinic acid (4 carbon atoms), maleic acid (4 carbon atoms), glutaric acid (5 carbon atoms), adipic acid (6 carbon atoms), pimelic acid (7 carbon atoms), suberic acid (8 carbon atoms), azelaic acid (9 carbon atoms), sebacic acid (10 carbon atoms), fumaric acid (4 carbon atoms), citric acid (6 carbon atoms), and aconitic acid (6 carbon atoms). Furthermore, the bonding composition may contain one high-carbon polycarboxylic acid alone, or may contain two or more high-carbon polycarboxylic acids in combination.
高炭素多価カルボン酸を含む幾つかのカルボン酸の構造式の例を下記表1に示す。なおMMA-10Rは、岡村製油株式会社製分岐二塩基酸である。下記表1では、MMA-10Rの主成分たるオクタン-1,7-ジカルボン酸の構造式を示す。 Table 1 below shows examples of the structural formulas of several carboxylic acids, including high-carbon polycarboxylic acids. MMA-10R is a branched dibasic acid manufactured by Okamura Oil Mills, Ltd. Table 1 below shows the structural formula of octane-1,7-dicarboxylic acid, the main component of MMA-10R.
接合構造体の接合強度を高める観点から、高炭素多価カルボン酸の含有量は、銅粉の全量を基準として0.1質量%以上が好ましい。一方で、高炭素多価カルボン酸量が過度に多いと接合用組成物の保存安定性を損ねるという問題がある。接合強度向上と接合用組成物の保存安定性の両立を図る観点から、高炭素多価カルボン酸の含有量は、銅粉の全量を基準として0.15質量%以上2質量%以下が好ましく、0.18質量%以上1.5質量%以下がより好ましい。 From the perspective of increasing the bonding strength of the bonded structure, the content of the high-carbon polycarboxylic acid is preferably 0.1 mass% or more based on the total amount of copper powder. On the other hand, if the amount of high-carbon polycarboxylic acid is excessively high, there is a problem in that the storage stability of the bonding composition is impaired. From the perspective of achieving both improved bonding strength and storage stability of the bonding composition, the content of the high-carbon polycarboxylic acid is preferably 0.15 mass% or more and 2 mass% or less, and more preferably 0.18 mass% or more and 1.5 mass% or less, based on the total amount of copper powder.
<他の成分>
接合用組成物は、本実施形態の効果を損なわない範囲で、(A)銅粉、(B)溶媒及び(C)カルボン酸以外の他の成分を含んでもよい。他の成分として、還元剤、バインダー成分、表面張力調整剤、消泡剤、及び粘度調整剤などが挙げられる。より具体的には、例えばタック性をより一層高めるために加えられるイソボルニルシクロヘキサノール等のテルペン系組成物や脂肪酸、脂肪酸アルコール、脂肪酸エステル等の成分、銅粒子の還元剤として働くポリエチレングリコール、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(Bis-Tris)、等の成分、チクソ性を高めるためのゲル化剤等の成分、接合強度をより一層高めるためのカルボン酸銅等の成分が挙げられる。他の成分の量は、銅粉に対して15質量%以下が好ましい。他の成分の量は0質量%であってもよい。特に接合用組成物は有機高分子成分(樹脂)を実質的に含まなくてもよい。本実施形態の接合用組成物は、他の成分を含まなくても、塗膜と被接合体とのタック性向上の効果、及び接合構造体の接合強度向上の効果を十分に示す。
<Other ingredients>
The bonding composition may contain other components in addition to (A) copper powder, (B) solvent, and (C) carboxylic acid, as long as the effects of this embodiment are not impaired. Examples of such other components include reducing agents, binder components, surface tension modifiers, antifoaming agents, and viscosity modifiers. More specifically, examples include terpene-based compositions such as isobornylcyclohexanol, fatty acids, fatty acid alcohols, and fatty acid esters, which are added to further enhance tackiness; polyethylene glycol, bis(2-hydroxyethyl)iminotris(hydroxymethyl)methane (Bis-Tris), and other components that act as reducing agents for copper particles; gelling agents for enhancing thixotropy; and copper carboxylates for further enhancing bonding strength. The amount of such other components is preferably 15% by mass or less relative to the copper powder. The amount of such other components may even be 0% by mass. In particular, the bonding composition may be substantially free of organic polymer components (resins). The bonding composition of the present embodiment, even without containing any other components, sufficiently exhibits the effect of improving the tackiness between the coating film and the object to be bonded, and the effect of improving the bonding strength of the bonded structure.
<粘度>
好ましくは、接合用組成物のペースト粘度は10Pa・s以上800Pa・s以下である。粘度をある程度に高めることで、スクイーズアウト抑制の効果をより確実に発揮できる。また、組成物中での銅粒子の均一分散が可能となり、その沈降を抑えることができる。さらに、組成物を塗布して得た塗膜中での銅粒子の充填性が向上し、導電性及び強度の点でより優れた接合層の形成が可能となる。一方で、粘度を適度に抑えることで、組成物の塗布性向上を図ることができる。また組成物中で銅粒子が密集すると凝集しやすくなる。粘度を抑えることで、銅粒子の凝集を抑え、導電性及び強度の点で特に優れた接合層の形成が可能になる。これらの観点から、接合用組成物のペースト粘度は好ましくは12Pa・s以上600Pa・s以下、より好ましくは15Pa・s以上400Pa・s以下である。
<Viscosity>
Preferably, the paste viscosity of the bonding composition is 10 Pa·s or more and 800 Pa·s or less. By increasing the viscosity to a certain level, the effect of suppressing squeeze-out can be more reliably achieved. Furthermore, uniform dispersion of copper particles in the composition is possible, and their sedimentation can be suppressed. Furthermore, the filling of copper particles in the coating film obtained by applying the composition is improved, making it possible to form a bonding layer with superior conductivity and strength. On the other hand, by appropriately suppressing the viscosity, the coatability of the composition can be improved. Furthermore, when copper particles are densely packed in the composition, they tend to aggregate. By suppressing the viscosity, aggregation of copper particles is suppressed, making it possible to form a bonding layer with particularly excellent conductivity and strength. From these viewpoints, the paste viscosity of the bonding composition is preferably 12 Pa·s or more and 600 Pa·s or less, more preferably 15 Pa·s or more and 400 Pa·s or less.
本実施形態の接合用組成物は、特定の沸点及び粘度を有する液状有機物と特定のカルボン酸とを含むという特徴がある。このような接合用組成物によれば、塗膜と被接合体とのタック性を向上させるとともに、高い接合強度を有する接合構造体を簡易な手法で得ることが可能になる。 The bonding composition of this embodiment is characterized by containing a liquid organic substance with a specific boiling point and viscosity, and a specific carboxylic acid. This bonding composition improves the tackiness between the coating film and the object to be bonded, and makes it possible to obtain a bonded structure with high bonding strength using a simple method.
なお、本実施形態の接合用組成物は、加圧した状態で被接合体を接合する用途及び加圧しない状態で被接合体を接合する用途のいずれにも適用可能である。しかしながら、加圧した状態で被接合体を接合する用途に特に好適である。すなわち、接合用組成物は加圧接合用組成物であることが好ましい。 The bonding composition of this embodiment can be used for both bonding objects under pressure and bonding objects without pressure. However, it is particularly suitable for bonding objects under pressure. In other words, the bonding composition is preferably a pressure bonding composition.
<<2.接合用組成物の製造方法>>
本実施形態の接合用組成物は、上述する要件を満足する限り、製造方法は限定されない。しかしながら、好適には、(A)銅粉、(B)溶媒、(C)カルボン酸、及び必要に応じてその他添加剤を混合して製造する。銅粉は、湿式還元法、アトマイズ法、電解還元法等の種々の方法で製造したものを用いることができる。湿式還元法やアトマイズ法を用いた場合には球状の粒子が得られやすい。電解還元法を用いた場合には、デンドライト状や柱状の粒子が得られやすい。フレーク状の粒子は、球状の粒子に機械的な外力を加えて塑性変形させることで得られる。また、微細な第1銅粉末と粗大な第2銅粉末とを含む銅粉末を用いる場合には、第1銅粉末と第2銅粉末をそれぞれ準備し、これらを混合すればよい。溶媒の少なくとも一部として、230℃以上300℃以下の沸点を有するとともに25℃及びせん断速度10s-1の条件における粘度が100mPa・s以上である液状有機物を用いる。カルボン酸の少なくとも一部として、炭素数3以上の多価カルボン酸を用いる。混合は、ロールミルなどの公知の混合装置を用いて行えばよい。
<<2. Method for producing bonding composition>>
The bonding composition of this embodiment may be produced by any method as long as it satisfies the above-described requirements. However, it is preferably produced by mixing (A) copper powder, (B) a solvent, (C) a carboxylic acid, and, as necessary, other additives. Copper powder produced by various methods, such as wet reduction, atomization, and electrolytic reduction, can be used. Spherical particles are easily obtained using wet reduction or atomization. Dendritic or columnar particles are easily obtained using electrolytic reduction. Flake-shaped particles can be obtained by applying a mechanical external force to spherical particles to cause plastic deformation. When using copper powder containing fine copper (I) powder and coarse copper (II) powder, the copper (I) powder and the copper (II) powder are prepared and mixed separately. At least a portion of the solvent is a liquid organic substance having a boiling point of 230°C or higher and 300°C or lower and a viscosity of 100 mPa·s or higher at 25°C and a shear rate of 10 s -1 . At least a part of the carboxylic acid is a polycarboxylic acid having at least 3 carbon atoms. Mixing may be carried out using a known mixer such as a roll mill.
<<3.接合構造体の製造方法>>
本実施形態の接合構造体の製造方法は、以下の工程:上述した接合用組成物を第1被接合体の一面に塗布して湿潤膜を形成する工程(塗布工程)、この湿潤膜から溶媒の少なくとも一部を除去して塗膜を得る工程(溶媒除去工程)、加圧によって第2被接合体を塗膜に仮固定して、第1被接合体、塗膜及び第2被接合体がこの順に積層されてなる積層体を得る工程(積層工程)、及び積層体を加圧下で加熱して塗膜中の銅粉を焼結し、それによって形成された接合層を介して第1被接合体と前記第2被接合体とを接合する工程(接合工程)、を備える。接合構造体は、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てなる。本実施形態の製造プロセスの一例を図2に模式的に示す。
<<3. Method for manufacturing bonded structure>>
The method for manufacturing a bonded structure of this embodiment includes the following steps: a step of applying the above-described bonding composition to one surface of a first bonded body to form a wet film (a coating step), a step of removing at least a portion of the solvent from the wet film to obtain a coating film (a solvent removal step), a step of temporarily fixing a second bonded body to the coating film by applying pressure to obtain a laminate in which the first bonded body, the coating film, and the second bonded body are stacked in this order (a lamination step), and a step of heating the laminate under pressure to sinter the copper powder in the coating film and thereby bond the first bonded body and the second bonded body via the formed bonding layer (a bonding step). The bonded structure is formed by bonding the first bonded body and the second bonded body via the bonding layer. An example of the manufacturing process of this embodiment is schematically shown in FIG. 2.
<接合構造体>
接合構造体は、第1被接合体と第2被接合体と、第1被接合体及び第2被接合体の間に配置され、これら両者を接合する接合層とで構成される。ここで、被接合体(第1被接合体、第2被接合体)は、接合対象物であり、例えば、金、銀、又は銅等の導電性の各種金属からなるスペーサーや放熱板、金属線、金属線を表面に有する基板、あるいは半導体素子(半導体チップ)等の導電体が例示される。より具体的には、パワーモジュール、発信機、増幅機、LEDモジュール等の半導体素子、リードフレーム、金属板貼付セラミック基板、半導体素子搭載用基材、金属配線、ブロック体、給電用部材、放熱板、水冷板、金属クリップなどが挙げられる。また、第1被接合体と第2被接合体の組み合わせに限定はない。第1被接合体と第2被接合体は同種の材料で構成されてもよく、あるいは異種の材料で構成されてもよい。
<Joined structure>
The bonded structure is composed of a first bonded body, a second bonded body, and a bonding layer disposed between the first and second bonded bodies to bond them together. Here, the bonded bodies (first bonded body, second bonded body) are objects to be bonded, and examples thereof include spacers and heat sinks made of various conductive metals such as gold, silver, or copper, metal wires, substrates having metal wires on their surfaces, and conductors such as semiconductor elements (semiconductor chips). More specifically, examples include semiconductor elements such as power modules, transmitters, amplifiers, and LED modules, lead frames, ceramic substrates with metal plates attached, semiconductor element mounting substrates, metal wiring, blocks, power supply members, heat sinks, water-cooled plates, and metal clips. Furthermore, there are no limitations on the combination of the first bonded body and the second bonded body. The first bonded body and the second bonded body may be made of the same material or different materials.
接合構造の具体例として、例えば、第1被接合体として半導体素子搭載用基材を用い、第2被接合体として半導体素子を用い、両者を接合用組成物の焼結体にて接合した半導体装置が挙げられる。また、第1被接合体として半導体素子搭載用基材を用い、第2被接合体として放熱板を用い、両者を接合用組成物の焼結体にて接合した接合体や、第1被接合体として半導体素子を用い、第2被接合体として金属クリップを用い、両者を接合用組成物の焼結体にて接合した接合体などが挙げられる。 Specific examples of bonding structures include a semiconductor device in which a semiconductor element mounting substrate is used as the first bonded object, a semiconductor element is used as the second bonded object, and the two are bonded together with a sintered bonding composition. Other examples include a bonded body in which a semiconductor element mounting substrate is used as the first bonded object, a heat sink is used as the second bonded object, and the two are bonded together with a sintered bonding composition, and a bonded body in which a semiconductor element is used as the first bonded object, and a metal clip is used as the second bonded object, and the two are bonded together with a sintered bonding composition.
<塗布工程>
塗布工程では、接合用組成物を第1被接合体の一面に塗布して湿潤膜を形成する。塗布は、スクリーン印刷、ディスペンス印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、リバースコート法又はドクターブレード法などの公知の手段で行えばよい。湿潤膜を第1被接合体一面の全域に設けてもよく、あるいは一部の領域に不連続に設けてもよい。高い接合強度をより確実に確保する観点から、第1被接合体のみならず第2被接合体の一面にも湿潤膜を設けてもよい。
<Coating process>
In the coating step, the bonding composition is coated on one surface of the first object to be bonded to form a wet film. Coating may be performed by a known method such as screen printing, dispense printing, gravure printing, offset printing, reverse coating, or doctor blade. The wet film may be provided over the entire surface of the first object to be bonded, or may be provided discontinuously in a partial region. From the viewpoint of more reliably ensuring high bonding strength, the wet film may be provided not only on the first object to be bonded but also on one surface of the second object to be bonded.
接合層の強度を高める観点から、湿潤膜の厚さはある程度に大きいことが好ましい。一方で、溶媒除去後の塗膜に割れが生じることを防止する観点から、湿潤膜の厚さはある程度に小さいことが好ましい。接合強度向上及び塗膜割れ防止の観点から、湿潤膜の平均厚さは20μm以上500μm以下が好ましく、30μm以上450μm以下がより好ましく、35μm以上400μm以下がさらに好ましい。なお、前述の厚みは、第1被接合体のみに湿潤膜を形成した場合には、この湿潤膜の厚みであり、また第1被接合体と第2被接合体の両方に湿潤膜を形成した場合には、両方の湿潤膜の合計厚みである。 From the perspective of increasing the strength of the bonding layer, it is preferable that the thickness of the wet film be relatively large. On the other hand, from the perspective of preventing cracks from occurring in the coating film after solvent removal, it is preferable that the thickness of the wet film be relatively small. From the perspective of improving bonding strength and preventing cracks in the coating film, the average thickness of the wet film is preferably 20 μm or more and 500 μm or less, more preferably 30 μm or more and 450 μm or less, and even more preferably 35 μm or more and 400 μm or less. Note that the above-mentioned thickness refers to the thickness of this wet film when a wet film is formed only on the first bonded body, and refers to the total thickness of both wet films when wet films are formed on both the first bonded body and the second bonded body.
<溶媒除去工程>
溶媒除去工程では、湿潤膜から溶媒の少なくとも一部を除去して塗膜を得る。溶媒の一部を除去して溶媒量を低減させることで、塗膜の保形性を高め、その結果、後続する接合工程で塗膜に圧力を加えても、塗膜の変形を抑えることができる。また、接合工程に供する塗膜が過度に多くの溶媒を含んでいると、接合時の加熱工程でポアが形成されて、接合層の強度が低下する恐れがある。予め溶媒の一部を除去しておくことで、接合強度低下の問題を防ぐことができる。溶媒除去は、溶媒の揮発を利用した自然乾燥、熱風乾燥、赤外線照射、ホットプレート乾燥などの手段で行えばよい。しかしながら、溶媒の揮発除去を促すため、湿潤膜を加熱乾燥することが好ましい。
<Solvent Removal Step>
In the solvent removal process, at least a portion of the solvent is removed from the wet film to obtain a coating film. Removing a portion of the solvent to reduce the amount of solvent increases the shape retention of the coating film, thereby suppressing deformation of the coating film even when pressure is applied to the coating film in the subsequent bonding process. Furthermore, if the coating film used in the bonding process contains an excessive amount of solvent, pores may form during the heating process during bonding, potentially reducing the strength of the bonding layer. Removing a portion of the solvent in advance can prevent the problem of reduced bonding strength. Solvent removal can be performed by natural drying, hot air drying, infrared irradiation, hot plate drying, or other means that utilize solvent evaporation. However, it is preferable to heat-dry the wet film to promote solvent evaporation and removal.
湿潤膜を加熱乾燥する場合には、加熱温度及び加熱時間を適切な範囲内に入るように調整することが望ましい。加熱温度及び加熱時間を制御することで、過度に多くの溶媒が塗膜中に残存することが抑えられるため、塗膜の保形性が高くなるとともに、ポア形成による接合強度低下が防止できる。また、高沸点高粘度液状有機物が適度な量で塗膜中に残存するため、高沸点高粘度液状有機物に基づくタック性(粘着性)向上の効果を十分に活かすことが可能になる。 When heating and drying a wet film, it is desirable to adjust the heating temperature and heating time to fall within an appropriate range. Controlling the heating temperature and heating time prevents excessive solvent from remaining in the coating film, improving the shape retention of the coating film and preventing a decrease in bonding strength due to pore formation. In addition, because an appropriate amount of high-boiling-point, high-viscosity liquid organic matter remains in the coating film, it is possible to fully utilize the improved tackiness (adhesion) provided by the high-boiling-point, high-viscosity liquid organic matter.
タック性、保形性及び接合強度をバランスよく高める観点から、加熱乾燥温度は100℃以上200℃以下が好ましく、105℃以上190℃以下がより好ましく、110℃以上180℃以下がさらに好ましく、110℃以上160℃以下が特に好ましい。同様の観点から、加熱時間は10分以上60分以下が好ましく、15分以上50分以下がより好ましく、20分以上40分以下がさらに好ましい。加熱は、窒素ガス及びアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気、大気雰囲気、及び減圧雰囲気などの雰囲気下で行うことができる。 From the viewpoint of achieving a balanced improvement in tackiness, shape retention, and bonding strength, the heating and drying temperature is preferably 100°C or higher and 200°C or lower, more preferably 105°C or higher and 190°C or lower, even more preferably 110°C or higher and 180°C or lower, and particularly preferably 110°C or higher and 160°C or lower. From the same viewpoint, the heating time is preferably 10 minutes or higher and 60 minutes or lower, more preferably 15 minutes or higher and 50 minutes or lower, and even more preferably 20 minutes or higher and 40 minutes or lower. Heating can be carried out in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or argon gas, in the air, or in a reduced pressure atmosphere.
タック性、保形性及び接合強度をバランスよく高める観点から、溶媒除去工程を経て得られた塗膜中の溶媒の含有量は、銅粉の全量に対して0.01質量%以上10質量%以下であることが好ましく、0.1質量%以上9質量%以下であることがより好ましい。 In order to achieve a balanced improvement in tackiness, shape retention, and bonding strength, the solvent content in the coating film obtained after the solvent removal process is preferably 0.01% by mass or more and 10% by mass or less, and more preferably 0.1% by mass or more and 9% by mass or less, of the total amount of copper powder.
<積層工程>
積層工程(タック工程)では、加圧によって第2被接合体を塗膜に仮固定して、第1被接合体、塗膜及び第2被接合体がこの順に積層されてなる積層体を得る。本実施形態の製造方法で用いられる接合用組成物にはタック性(粘着性)向上の効果がある。そのため、第2被接合体を塗膜に接するように載置し、さらに小さな圧力を加えることで、位置ずれや脱落を引き起こすことなく、第2被接合体を塗膜に仮固定することができる。
<Lamination process>
In the lamination step (tack step), the second object to be joined is temporarily fixed to the coating film by applying pressure to obtain a laminate in which the first object to be joined, the coating film, and the second object to be joined are laminated in this order. The bonding composition used in the manufacturing method of this embodiment has the effect of improving tackiness (adhesion). Therefore, by placing the second object to be joined so that it is in contact with the coating film and then applying a small amount of pressure, the second object to be joined can be temporarily fixed to the coating film without causing displacement or falling off.
加圧の際は、第2被接合体が塗膜と密着するように圧力を加えることが好ましい。例えば、塗膜面鉛直方向から圧力を加える。仮固定を適切に行うとともに接合強度を高める観点から、圧力はある程度に大きいことが好ましい。一方で、部材破壊を防止する観点から、圧力はある程度に小さいことが好ましい。圧力は0.1MPa以上5.0MPa以下が好ましく、0.2MPa以上4.5MPa以下がより好ましく、0.21MPa以上4.4MPa以下がさらに好ましい。また、加圧時間は0.01秒以上が好ましく、0.1秒以上がより好ましい。加圧時間の上限は限定されないが、例えば5秒以下とすることができる。 When applying pressure, it is preferable to apply pressure so that the second object to be joined is in close contact with the coating. For example, pressure is applied perpendicular to the coating surface. From the viewpoint of properly performing temporary fixation and increasing bonding strength, it is preferable that the pressure be relatively high. On the other hand, from the viewpoint of preventing damage to the components, it is preferable that the pressure be relatively low. The pressure is preferably 0.1 MPa or more and 5.0 MPa or less, more preferably 0.2 MPa or more and 4.5 MPa or less, and even more preferably 0.21 MPa or more and 4.4 MPa or less. The pressure application time is preferably 0.01 seconds or more, and more preferably 0.1 seconds or more. There is no upper limit to the pressure application time, but it can be, for example, 5 seconds or less.
仮固定は、常温で行ってもよく、あるいは加熱しながら行ってもよい。加熱下で仮固定する場合には、高沸点高粘度液状有機物を塗膜中に残存させてタック性を維持するため、過度に高い加熱温度は避けることが好ましい。第1被接合体ならびに塗膜の加熱温度は15℃以上270℃以下が好ましく、18℃以上260℃以下がより好ましく、20℃以上250℃以下がさらに好ましい。第2被接合体の加熱温度は15℃以上300℃以下が好ましく、18℃以上250℃以下がより好ましく、20℃以上200℃以下がさらに好ましい。 Temporary fixing may be performed at room temperature or while heating. When temporary fixing is performed under heating, excessively high heating temperatures are preferably avoided in order to maintain tackiness by leaving the high-boiling-point, high-viscosity liquid organic substance in the coating film. The heating temperature for the first bonded object and coating film is preferably 15°C or higher and 270°C or lower, more preferably 18°C or higher and 260°C or lower, and even more preferably 20°C or higher and 250°C or lower. The heating temperature for the second bonded object is preferably 15°C or higher and 300°C or lower, more preferably 18°C or higher and 250°C or lower, and even more preferably 20°C or higher and 200°C or lower.
<接合工程>
接合工程では、積層体を加圧下で加熱して塗膜中の銅粉を焼結し、それによって形成された接合層を介して第1被接合体と前記第2被接合体とを接合する。接合層は、銅粉を構成する銅粒子が強固に結合した焼結体で構成されるため、導電性及び強度が高い。なお、本明細書において、加圧とは、積層体外部から力を加える態様を意味する。すなわち、積層体や積層体を構成する部材(第1被接合体、第2被接合等)の自重により生じる力は含まれない。
<Joining process>
In the bonding process, the laminate is heated under pressure to sinter the copper powder in the coating, thereby bonding the first bonded body and the second bonded body via the formed bonding layer. The bonding layer is composed of a sintered body in which the copper particles constituting the copper powder are firmly bonded, and therefore has high conductivity and strength. In this specification, "pressure" refers to a mode in which force is applied from outside the laminate. In other words, this does not include force generated by the weight of the laminate or the members constituting the laminate (first bonded body, second bonded body, etc.).
接合層の強度を高める観点から、接合時の加熱温度は180℃以上450℃以下が好ましく、200℃以上400℃以下がより好ましい。同様の観点から、加熱時間は1分以上30分以下が好ましく、2分以上25分以下がより好ましい。接合時に加える圧力は1MPa以上35MPa以下が好ましく、2MPa以上32MPa以下がより好ましく、3MPa以上30MPa以下がさらに好ましい。接合は、例えば大気雰囲気、不活性ガス雰囲気又は還元性雰囲気下で行えばよく、なかでも、不活性ガス雰囲気下又は還元性雰囲気下で行うことが好ましい。 From the viewpoint of increasing the strength of the bonding layer, the heating temperature during bonding is preferably 180°C or higher and 450°C or lower, and more preferably 200°C or higher and 400°C or lower. From the same viewpoint, the heating time is preferably 1 minute or higher and 30 minutes or lower, and more preferably 2 minutes or higher and 25 minutes or lower. The pressure applied during bonding is preferably 1 MPa or higher and 35 MPa or lower, more preferably 2 MPa or higher and 32 MPa or lower, and even more preferably 3 MPa or higher and 30 MPa or lower. Bonding may be performed in, for example, air, an inert gas, or a reducing atmosphere, and is preferably performed in an inert gas or a reducing atmosphere.
このようにして接合構造体を得ることができる。本実施形態の接合構造体は接合層の強度が大きい。このような特長を有する接合構造体は、各種電子回路、特に高温環境下で用いられる電子回路、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に好適に用いられる。 In this way, a bonded structure can be obtained. The bonded structure of this embodiment has a high strength bonding layer. A bonded structure with these characteristics is suitable for use in various electronic circuits, particularly electronic circuits used in high-temperature environments, such as automotive electronic circuits and electronic circuits equipped with power devices.
<<4.被接合体の仮固定方法>>
本実施形態は第1被接合体と第2被接合体とを仮固定する方法をも対象とする。この方法は、以下の工程:上述した接合用組成物を第1被接合体の一面に塗布して湿潤膜を形成する工程(塗布工程)、前記湿潤膜から溶媒の少なくとも一部を除去して塗膜を得る工程(溶媒除去工程)、及び加圧によって前記第1と前記2被接合体とを前記塗膜を介して仮固定する工程(仮固定工程)、を備える。塗布工程、溶媒除去工程及び仮固定工程の詳細については、接合構造体の製造方法において説明したとおりである。
<<4. Method for temporarily fixing objects to be joined>>
This embodiment also relates to a method for temporarily fixing a first object to be bonded and a second object to be bonded. This method includes the following steps: a step of applying the above-described bonding composition to one surface of the first object to be bonded to form a wet film (a coating step), a step of removing at least a part of the solvent from the wet film to obtain a coating film (a solvent removal step), and a step of temporarily fixing the first object to be bonded and the second object to be bonded via the coating film by applying pressure (a temporary fixing step). Details of the coating step, the solvent removal step, and the temporary fixing step are as described in the method for manufacturing a bonded structure.
本実施形態の仮固定方法によれば、塗膜と被接合体とのタック性を向上させることができる。また、高い接合強度を有する接合構造体を簡易な手法で得ることができる。 The temporary fixing method of this embodiment can improve the tackiness between the coating film and the object to be joined. Furthermore, a joined structure with high joining strength can be obtained using a simple method.
本発明を、以下の実施例を用いて更に詳細に説明する。しかしながら、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail using the following examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
[実施例1]
(1)接合用組成物の作製
銅粉として、平均粒子径(D50)が0.16μmの球状銅粒子からなる銅粉(球状銅粉)と平均粒子径(D50)が4.5μmの扁平状銅粒子からなる銅粉(扁平状銅粉)とを、球状銅粉:扁平状銅粉=70:30の質量割合で混合したものを用意した。また、溶媒としてオクチレングリコール(OG)を用意するとともに、カルボン酸としてグルタル酸を用意した。さらに、その他成分として、数平均分子量300のポリエチレングリコール(PEG300)を用意した。なお、上記表1に示すように、グルタル酸は炭素数5のジカルボン酸である。
[Example 1]
(1) Preparation of Bonding Composition A copper powder consisting of spherical copper particles with an average particle diameter (D50) of 0.16 μm (spherical copper powder) and a copper powder consisting of flat copper particles with an average particle diameter (D50) of 4.5 μm (flat copper powder) were mixed in a mass ratio of 70:30. Octylene glycol (OG) was used as the solvent, and glutaric acid was used as the carboxylic acid. Polyethylene glycol (PEG300) with a number-average molecular weight of 300 was also used as another component. As shown in Table 1 above, glutaric acid is a dicarboxylic acid with five carbon atoms.
次いで、銅粉(球状銅粉及び扁平状銅粉)に対して、オクチレングリコール(OG)が26質量%、ポリエチレングリコール(PEG300)が1.9質量%、グルタル酸が0.3質量%の割合となるように原料を秤量した。そして、秤量した原料(球状銅粉、扁平状銅粉、OG、PEG300、グルタル酸)を混合し、得られた混合物をヘラで予備混練した後、自転・公転真空ミキサー(株式会社シンキー,ARE-500)を用いてペースト化した。ペースト化の際は、撹拌モード(1000rpm×1分間)と脱泡モード(2000rpm×30秒間)を1サイクルとした処理を2サイクル行った。次いで、得られたペーストを、3本ロールミルを用いて分散混合し、ペースト状の接合用組成物を調製した。 Next, the raw materials were weighed out so that the ratio of octylene glycol (OG), polyethylene glycol (PEG300), and glutaric acid to the copper powder (spherical copper powder and flaky copper powder) was 26% by mass, 1.9% by mass, and 0.3% by mass. The weighed raw materials (spherical copper powder, flaky copper powder, OG, PEG300, and glutaric acid) were then mixed, and the resulting mixture was pre-kneaded with a spatula and then made into a paste using a planetary vacuum mixer (Thinky Corporation, ARE-500). Two cycles of stirring mode (1000 rpm x 1 minute) and degassing mode (2000 rpm x 30 seconds) were performed during the paste-making process. The resulting paste was then dispersed and mixed using a three-roll mill to prepare a paste-like joining composition.
(2)接合構造体の作製
銅とセラミックスとを厚み方向に積層させてなる基板(20mm×20mm、厚み2mm)を第1被接合体として用意した。この基板の銅側の面上に、メタルマスク(6mm×6mm、厚み100μm)を用いて接合用組成物を印刷し、矩形の湿潤塗膜を形成した(塗布工程)。湿潤塗膜を酸素(O2)濃度3%以下の窒素雰囲気中120℃で30分間乾燥して溶媒を一部除去して塗膜を得た(溶媒除去工程)。
(2) Fabrication of the bonded structure
A substrate (20 mm × 20 mm, thickness 2 mm) made of copper and ceramic laminated in the thickness direction was prepared as a first bonded body. A bonding composition was printed on the copper side of this substrate using a metal mask (6 mm × 6 mm, thickness 100 μm) to form a rectangular wet coating film (application step). The wet coating film was dried at 120°C for 30 minutes in a nitrogen atmosphere with an oxygen ( O2 ) concentration of 3% or less to partially remove the solvent and obtain a coating film (solvent removal step).
第2被接合体として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SiCチップ(5mm×5mm×190μm)を用意した。次いで、チップマウンターの170℃に加熱された吸着コレットにSiCチップを吸着した。そして、その温度(170℃)に維持した状態で、Agめっき面が塗膜に接するようにSiCチップを塗膜中央部に載置し、それと同時にSiCチップを塗膜中に押し込んだ。押し込みの際は、SiCチップのAg面とは反対側の面に、6kgfの力(約2.4MPaの圧力に相当)を0.5秒間加えた。このようにしてSiCチップを塗膜に仮止めして、積層体を作製した(積層工程)。 Assuming a model component for a semiconductor power device, an Ag-plated SiC chip (5 mm x 5 mm x 190 μm) was prepared as the second bonded object. The SiC chip was then adsorbed onto the adsorption collet of a chip mounter, which had been heated to 170°C. Then, while maintaining that temperature (170°C), the SiC chip was placed in the center of the coating so that the Ag-plated surface was in contact with the coating, and at the same time, the SiC chip was pressed into the coating. When pressing, a force of 6 kgf (equivalent to a pressure of approximately 2.4 MPa) was applied for 0.5 seconds to the surface of the SiC chip opposite the Ag surface. In this way, the SiC chip was temporarily attached to the coating, and a laminate was produced (lamination process).
次いで、得られた積層体を焼成炉に搬送し、窒素雰囲気下で積層体を25MPaに加圧した後、300℃まで加熱し、その温度(300℃)で5分間保持することで塗膜を焼成して接合層とし、接合構造体を得た(接合工程)。 The resulting laminate was then transported to a firing furnace, where it was pressurized to 25 MPa in a nitrogen atmosphere and heated to 300°C. It was then held at that temperature (300°C) for 5 minutes to fire the coating and form a bonding layer, yielding a bonded structure (bonding process).
[実施例2]
溶媒であるオクチレングリコール(OG)の代わりに同量の3-メチル-1,5-ペンタンジオール(MPD)を用いた。それ以外は実施例1と同様の手順で、接合用組成物及び接合構造体を作製した。
[Example 2]
A bonding composition and a bonded structure were prepared in the same manner as in Example 1, except that the same amount of 3-methyl-1,5-pentanediol (MPD) was used instead of the solvent octylene glycol (OG).
[実施例3]
カルボン酸であるグルタル酸の代わりに同量のピメリン酸を用いた。それ以外は実施例1と同様の手順で、接合用組成物及び接合構造体を作製した。なお、上記表1に示すように、ピメリン酸は炭素数7のジカルボン酸である。
[Example 3]
Instead of glutaric acid, which is a carboxylic acid, the same amount of pimelic acid was used. Except for this, a bonding composition and a bonded structure were prepared in the same manner as in Example 1. As shown in Table 1 above, pimelic acid is a dicarboxylic acid having 7 carbon atoms.
[実施例4]
カルボン酸であるグルタル酸の代わりに同量のMMA-10Rを用いた。それ以外は実施例1と同様の手順で、接合用組成物及び接合構造体を作製した。なお、上記表1に示すように、MMA-10Rの主成分(オクタン-1,7-ジカルボン酸)は、炭素数9のジカルボン酸である。
[Example 4]
Instead of glutaric acid, which is a carboxylic acid, the same amount of MMA-10R was used. Except for this, a bonding composition and a bonded structure were produced using the same procedures as in Example 1. As shown in Table 1 above, the main component of MMA-10R (octane-1,7-dicarboxylic acid) is a dicarboxylic acid with 9 carbon atoms.
[実施例5]
銅粉として、平均粒子径(D50)が0.16μmの球状銅粒子からなる銅粉(球状銅粉)と平均粒子径(D50)が4.5μmの扁平状銅粒子からなる銅粉(扁平状銅粉)とを、球状銅粉:扁平状銅粉=70:30の質量割合で混合したものを用意した。また、溶媒としてオクチレングリコール(OG)を用意するとともに、カルボン酸としてグルタル酸とクエン酸を用意した。さらに、その他成分として、数平均分子量300のポリエチレングリコール(PEG300)を用意した。なお、上記表1に示すように、グルタル酸は炭素数5のジカルボン酸、クエン酸は炭素数6のトリカルボン酸である。
[Example 5]
As the copper powder, a copper powder (spherical copper powder) consisting of spherical copper particles with an average particle diameter (D50) of 0.16 μm and a copper powder (flat copper powder) consisting of flat copper particles with an average particle diameter (D50) of 4.5 μm were mixed in a mass ratio of 70:30. Octylene glycol (OG) was also prepared as the solvent, and glutaric acid and citric acid were also prepared as carboxylic acids. Furthermore, polyethylene glycol (PEG300) with a number average molecular weight of 300 was also prepared as another component. As shown in Table 1 above, glutaric acid is a dicarboxylic acid having 5 carbon atoms, and citric acid is a tricarboxylic acid having 6 carbon atoms.
次いで、銅粉(球状銅粉及び扁平状銅粉)に対して、オクチレングリコール(OG)が36.6質量%、ポリエチレングリコール(PEG300)が1.9質量%、グルタル酸が0.3質量%、クエン酸が0.1質量%の割合となるように原料を秤量した。そして、秤量した原料(球状銅粉、扁平状銅粉、OG、PEG300、グルタル酸、クエン酸)を混合し、得られた混合物をヘラで予備混練した後、自転・公転真空ミキサー(株式会社シンキー,ARE-500)を用いてペースト化した。ペースト化の際は、撹拌モード(1000rpm×1分間)と脱泡モード(2000rpm×30秒間)を1サイクルとした処理を2サイクル行った。次いで、得られたペーストを、3本ロールミルを用いて分散混合し、ペースト状の接合用組成物を調製した。 Next, the raw materials were weighed out so that the copper powder (spherical copper powder and flaky copper powder) contained 36.6% by mass of octylene glycol (OG), 1.9% by mass of polyethylene glycol (PEG300), 0.3% by mass of glutaric acid, and 0.1% by mass of citric acid. The weighed raw materials (spherical copper powder, flaky copper powder, OG, PEG300, glutaric acid, and citric acid) were mixed together, and the resulting mixture was pre-mixed with a spatula and then made into a paste using a planetary vacuum mixer (Thinky Corporation, ARE-500). Two cycles of stirring mode (1000 rpm x 1 minute) and degassing mode (2000 rpm x 30 seconds) were performed. The resulting paste was then dispersed and mixed using a three-roll mill to prepare a paste-like joining composition.
[実施例6]
銅粉として、平均粒子径(D50)が0.16μmの球状銅粒子からなる銅粉(球状銅粉)と平均粒子径(D50)が4.5μmの扁平状銅粒子からなる銅粉(扁平状銅粉)とを、球状銅粉:扁平状銅粉=70:30の質量割合で混合したものを用意した。また、溶媒としてオクチレングリコール(OG)を用意するとともに、カルボン酸としてクエン酸を用意した。さらに、その他成分として、数平均分子量300のポリエチレングリコール(PEG300)を用意した。なお、上記表1に示すように、クエン酸は炭素数6のトリカルボン酸である。
[Example 6]
As the copper powder, a copper powder (spherical copper powder) consisting of spherical copper particles with an average particle diameter (D50) of 0.16 μm and a copper powder (flat copper powder) consisting of flat copper particles with an average particle diameter (D50) of 4.5 μm were mixed in a mass ratio of 70:30. Octylene glycol (OG) was also prepared as the solvent, and citric acid was also prepared as the carboxylic acid. Furthermore, polyethylene glycol (PEG300) with a number average molecular weight of 300 was also prepared as another component. As shown in Table 1 above, citric acid is a tricarboxylic acid having 6 carbon atoms.
次いで、銅粉(球状銅粉及び扁平状銅粉)に対して、オクチレングリコール(OG)が27.7質量%、ポリエチレングリコール(PEG300)が1.9質量%、クエン酸が0.3質量%の割合となるように原料を秤量した。そして、秤量した原料(球状銅粉、扁平状銅粉、OG、PEG300、クエン酸)を混合し、得られた混合物をヘラで予備混練した後、自転・公転真空ミキサー(株式会社シンキー,ARE-500)を用いてペースト化した。ペースト化の際は、撹拌モード(1000rpm×1分間)と脱泡モード(2000rpm×30秒間)を1サイクルとした処理を2サイクル行った。次いで、得られたペーストを、3本ロールミルを用いて分散混合し、ペースト状の接合用組成物を調製した。 Next, the raw materials were weighed out so that the ratio of octylene glycol (OG), polyethylene glycol (PEG300), and citric acid to the copper powder (spherical copper powder and flaky copper powder) was 27.7% by mass, 1.9% by mass, and 0.3% by mass. The weighed raw materials (spherical copper powder, flaky copper powder, OG, PEG300, and citric acid) were then mixed, and the resulting mixture was pre-kneaded with a spatula and then made into a paste using a planetary vacuum mixer (Thinky Corporation, ARE-500). Two cycles of stirring mode (1000 rpm x 1 minute) and degassing mode (2000 rpm x 30 seconds) were performed during the paste-making process. The resulting paste was then dispersed and mixed using a three-roll mill to prepare a paste-like joining composition.
[比較例1]
溶媒であるオクチレングリコール(OG)の代わりに同量のヘキシレングリコール(HG)を用いた。また、カルボン酸(グルタル酸)を加えなかった。それ以外は実施例1と同様の手順で、接合用組成物及び接合構造体を作製した。
[Comparative Example 1]
The same amount of hexylene glycol (HG) was used instead of the solvent octylene glycol (OG). Furthermore, no carboxylic acid (glutaric acid) was added. A bonding composition and a bonded structure were prepared in the same manner as in Example 1.
[比較例2]
カルボン酸(グルタル酸)を加えなかった。それ以外は実施例1と同様の手順で、接合用組成物及び接合構造体を作製した。
[Comparative Example 2]
A bonding composition and a bonded structure were prepared in the same manner as in Example 1, except that no carboxylic acid (glutaric acid) was added.
[比較例3]
溶媒であるオクチレングリコール(OG)の代わりに同量の3-メチル-1,5-ペンタンジオール(MPD)を用いた。また、カルボン酸(グルタル酸)を加えなかった。それ以外は実施例1と同様の手順で、接合用組成物及び接合構造体を作製した。
[Comparative Example 3]
Instead of the solvent octylene glycol (OG), the same amount of 3-methyl-1,5-pentanediol (MPD) was used. Furthermore, no carboxylic acid (glutaric acid) was added. A bonding composition and a bonded structure were prepared in the same manner as in Example 1.
[比較例4]
溶媒であるオクチレングリコール(OG)の代わりに同量のヘキシレングリコール(HG)を用いた。それ以外は実施例1と同様の手順で、接合用組成物及び接合構造体を作製した。
[Comparative Example 4]
A bonding composition and a bonded structure were prepared in the same manner as in Example 1, except that the same amount of hexylene glycol (HG) was used in place of the solvent octylene glycol (OG).
[比較例5]
銅粉として、平均粒子径(D50)が0.16μmの球状銅粒子からなる銅粉(球状銅粉)と平均粒子径(D50)が4.5μmの扁平状銅粒子からなる銅粉(扁平状銅粉)とを、球状銅粉:扁平状銅粉=70:30質量割合で混合したものを用意した。また、溶媒としてヘキシレングリコール(HG)と1.3-ブタンジオール(沸点207℃、粘度88mPa・S)を用意するとともに、カルボン酸としてクエン酸を用意した。さらに、その他成分として、数平均分子量300のポリエチレングリコール(PEG300)を用意した。なお、上記表1に示すように、クエン酸は炭素数6のトリカルボン酸である。
[Comparative Example 5]
As the copper powder, a copper powder (spherical copper powder) consisting of spherical copper particles with an average particle diameter (D50) of 0.16 μm and a copper powder (flat copper powder) consisting of flat copper particles with an average particle diameter (D50) of 4.5 μm were mixed in a mass ratio of 70:30. Furthermore, hexylene glycol (HG) and 1,3-butanediol (boiling point 207°C, viscosity 88 mPa·S) were prepared as solvents, and citric acid was prepared as a carboxylic acid. Furthermore, polyethylene glycol (PEG300) with a number average molecular weight of 300 was prepared as another component. As shown in Table 1 above, citric acid is a tricarboxylic acid having six carbon atoms.
次いで、銅粉(球状銅粉及び扁平状銅粉)に対して、ヘキシレングリコール(HG)が11.2質量%、1.3-ブタンジオールが16.4質量%、ポリエチレングリコール(PEG300)が1.9質量%、クエン酸が0.3質量%の割合となるように原料を秤量した。そして、秤量した原料(球状銅粉、扁平状銅粉、HG、1.3-ブタンジオール、PEG300、クエン酸)を混合し、得られた混合物をヘラで予備混練した後、自転・公転真空ミキサー(株式会社シンキー,ARE-500)を用いてペースト化した。ペースト化の際は、撹拌モード(1000rpm×1分間)と脱泡モード(2000rpm×30秒間)を1サイクルとした処理を2サイクル行った。次いで、得られたペーストを、3本ロールミルを用いて分散混合し、ペースト状の接合用組成物を調製した。 Next, the raw materials were weighed out so that the copper powder (spherical copper powder and flaky copper powder) contained 11.2% by mass of hexylene glycol (HG), 16.4% by mass of 1.3-butanediol, 1.9% by mass of polyethylene glycol (PEG300), and 0.3% by mass of citric acid. The weighed raw materials (spherical copper powder, flaky copper powder, HG, 1.3-butanediol, PEG300, and citric acid) were mixed together, and the resulting mixture was pre-mixed with a spatula and then made into a paste using a planetary vacuum mixer (Thinky Corporation, ARE-500). Two cycles of stirring mode (1000 rpm x 1 minute) and degassing mode (2000 rpm x 30 seconds) were performed. The resulting paste was then dispersed and mixed using a three-roll mill to prepare a paste-like joining composition.
[比較例6]
銅粉として、平均粒子径(D50)が0.16μmの球状銅粒子からなる銅粉(球状銅粉)と平均粒子径(D50)が4.5μmの扁平状銅粒子からなる銅粉(扁平状銅粉)とを、球状銅粉:扁平状銅粉=70:30の質量割合で混合したものを用意した。また、溶媒としてヘキシレングリコール(HG)とトリエチレングリコールモノブチルエーテル(BTG、沸点278℃、粘度7.7mPa・S)を用意するとともに、カルボン酸としてクエン酸を用意した。さらに、その他成分として、数平均分子量300のポリエチレングリコール(PEG300)を用意した。なお、上記表1に示すように、クエン酸は炭素数6のトリカルボン酸である。
[Comparative Example 6]
As the copper powder, a copper powder (spherical copper powder) consisting of spherical copper particles with an average particle diameter (D50) of 0.16 μm and a copper powder (flat copper powder) consisting of flat copper particles with an average particle diameter (D50) of 4.5 μm were mixed in a mass ratio of 70:30. Hexylene glycol (HG) and triethylene glycol monobutyl ether (BTG, boiling point 278°C, viscosity 7.7 mPa·S) were prepared as solvents, and citric acid was prepared as a carboxylic acid. Furthermore, polyethylene glycol (PEG300) with a number average molecular weight of 300 was prepared as another component. As shown in Table 1 above, citric acid is a tricarboxylic acid having 6 carbon atoms.
次いで、銅粉(球状銅粉及び扁平状銅粉)に対して、ヘキシレングリコール(HG)が11.2質量%、BTGが16.4質量%、ポリエチレングリコール(PEG300)が1.9質量%、クエン酸が0.3質量%の割合となるように原料を秤量した。そして、秤量した原料(球状銅粉、扁平状銅粉、HG、BTG、PEG300、クエン酸)を混合し、得られた混合物をヘラで予備混練した後、自転・公転真空ミキサー(株式会社シンキー,ARE-500)を用いてペースト化した。ペースト化の際は、撹拌モード(1000rpm×1分間)と脱泡モード(2000rpm×30秒間)を1サイクルとした処理を2サイクル行った。次いで、得られたペーストを、3本ロールミルを用いて分散混合し、ペースト状の接合用組成物を調製した。 Next, the raw materials were weighed out so that the ratios of hexylene glycol (HG), BTG, polyethylene glycol (PEG300), and citric acid were 11.2% by mass, 16.4% by mass, 1.9% by mass, and 0.3% by mass, respectively, of the copper powder (spherical copper powder and flaky copper powder). The weighed raw materials (spherical copper powder, flaky copper powder, HG, BTG, PEG300, and citric acid) were mixed together, and the resulting mixture was pre-mixed with a spatula and then made into a paste using a planetary vacuum mixer (Thinky Corporation, ARE-500). Two cycles of stirring mode (1000 rpm x 1 minute) and degassing mode (2000 rpm x 30 seconds) were performed during the paste-making process. The resulting paste was then dispersed and mixed using a three-roll mill to prepare a paste-like joining composition.
(2)評価
実施例1~6及び比較例1~6で得られたサンプルにつき、各種特性の評価を以下のとおり行った。
(2) Evaluation The samples obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6 were evaluated for various properties as follows.
<溶媒粘度>
接合用組成物作製に用いた溶媒の粘度を、レオメーター(Thermo Scientific社,レオメーターMARS III)を用いて測定した。測定は以下の条件で行った。
<Solvent viscosity>
The viscosity of the solvent used in preparing the bonding composition was measured using a rheometer (Thermo Scientific, Rheometer MARS III) under the following conditions.
‐測定モード:せん断速度依存性測定
‐センサー: パラレル型(φ60mm)
‐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
- Measurement mode: Shear rate dependency measurement - Sensor: Parallel type (φ60 mm)
-Measurement temperature: 25℃
- Gap: 0.300 mm
-Shear rate: 0.05 to 120.01 s-1
- Measurement time: 2 minutes
<タック性>
積層工程(タック工程)で得られた積層体について、タック性(粘着性)を評価した。具体的には、積層体の接合層が鉛直軸を含むように積層体を垂直に立て、その状態のまま5秒間静置した後に、積層体を水平に戻した。この操作を6回繰り返して、積層体に含まれるSiCチップの脱落の有無を調べ、以下の基準にしたがって格付けした。
<Tackiness>
The tackiness (adhesion) of the laminate obtained in the lamination process (tack process) was evaluated. Specifically, the laminate was stood vertically so that the bonding layer of the laminate included a vertical axis, and after leaving it in that state for 5 seconds, the laminate was returned to a horizontal position. This operation was repeated six times, and the presence or absence of detachment of SiC chips contained in the laminate was checked, and the results were ranked according to the following criteria.
〇: 6回ともチップが脱落しない。
×: 少なくとも1回はチップが脱落する。
〇: The tip did not fall off in all six attempts.
×: The tip fell off at least once.
<接合強度>
接合強度を確認するため、接合構造体のシェア強度を測定した。具体的には、同一接合用組成物から作製した5個の接合構造体についてシェア強度を測定して、最小値、最大値、及び平均値を求めた。シェア強度(MPa)は、破断荷重(N)/SiCチップの底面積(mm2)で定義される値である。測定は以下の条件で行った。
<Joining strength>
To confirm the bonding strength, the shear strength of the bonded structures was measured. Specifically, the shear strength was measured for five bonded structures made from the same bonding composition, and the minimum, maximum, and average values were calculated. The shear strength (MPa) is a value defined as the breaking load (N)/the base area of the SiC chip (mm 2 ). The measurement was performed under the following conditions.
‐測定装置: XYZTEC社製Condor Sigma
‐ロードセル: 200kgf
‐シェアツール:幅6.0mm、厚み2.0mm、シャフト1/4インチ(型番TOS663060)
‐シェア速度: 50μm/s
‐シェア高さ: 0.02mm(ゼロ点は6mm角で印刷した塗膜状部とした。)
-Measuring device: Condor Sigma manufactured by XYZTEC
- Load cell: 200 kgf
- Shear tool: Width 6.0 mm, thickness 2.0 mm, shaft 1/4 inch (Model number TOS663060)
-Shear speed: 50 μm/s
-Shear height: 0.02 mm (the zero point was a 6 mm square printed coating film portion.)
(3)評価結果
<溶媒粘度>
実施例1~6及び比較例1~6で用いた溶媒のせん断速度10s-1における粘度を、溶媒の構造式及び沸点とともに下記表2に示す。
(3) Evaluation Results <Solvent Viscosity>
The viscosities of the solvents used in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6 at a shear rate of 10 s −1 are shown in Table 2 below, along with the structural formulas and boiling points of the solvents.
オクチレングリコール(OG)と3-メチル-1,5-ペンタンジオール(MPD)は沸点及び粘度が比較的高かった。一方、ヘキシレングリコール(HG)、1,3-ブタンジオール、及びトリエチレングリコールモノブチルエーテル(BTG)は粘度が低かった。 Octylene glycol (OG) and 3-methyl-1,5-pentanediol (MPD) had relatively high boiling points and viscosities, while hexylene glycol (HG), 1,3-butanediol, and triethylene glycol monobutyl ether (BTG) had low viscosities.
<タック性、接合強度>
タック性と接合強度の評価結果を下記表3にまとめて示す。
<Tackiness, bonding strength>
The evaluation results of tackiness and bonding strength are summarized in Table 3 below.
高沸点且つ高粘度の溶媒(OG、MPD)と炭素数3以上の多価カルボン酸(グルタル酸、ピメリン酸、MMA-10R)とを含む実施例1~6の接合用組成物を用いた場合には、塗膜のタック性が良好(〇)であった。また接合構造体の接合強度(シェア強度)が40MPa以上と比較的高かった。特に多価カルボン酸としてグルタル酸を用いた実施例1及び2では、接合強度が50MPa以上と非常に高かった。 When the bonding compositions of Examples 1 to 6, which contain high-boiling-point, high-viscosity solvents (OG, MPD) and polycarboxylic acids with three or more carbon atoms (glutaric acid, pimelic acid, MMA-10R), were used, the tackiness of the coating film was good (◯). The bond strength (shear strength) of the bonded structure was also relatively high, at 40 MPa or more. In particular, Examples 1 and 2, which used glutaric acid as the polycarboxylic acid, had an extremely high bond strength of 50 MPa or more.
これに対して、低粘度溶媒(HG)を含む比較例1及び4~6の接合用組成物は、塗膜のタック性が不良(×)であった。特に比較例5及び6では接合時にタック性が発現しなかった。そのため、チップずれが生じ、接合ができなかった。また、多価カルボン酸を含まない比較例1~3の接合用組成物は、接合構造体の接合強度が40MPa未満であった。 In contrast, the bonding compositions of Comparative Examples 1 and 4-6, which contained a low-viscosity solvent (HG), produced coatings with poor tackiness (×). In particular, Comparative Examples 5 and 6 did not exhibit tackiness during bonding. As a result, chip slippage occurred and bonding was not possible. Furthermore, the bonding compositions of Comparative Examples 1-3, which did not contain a polycarboxylic acid, produced bonded structures with a bond strength of less than 40 MPa.
以上の結果より、本実施形態の接合用組成物によれば、塗膜と被接合体とのタック性を向上させるとともに、高い接合強度を有する接合構造体を簡易な手法で得られることが理解される。 From the above results, it can be seen that the bonding composition of this embodiment improves the tackiness between the coating film and the object to be bonded, and also makes it possible to obtain a bonded structure with high bonding strength using a simple method.
Claims (6)
前記溶媒は、230℃以上300℃以下の沸点を有するとともに25℃及びせん断速度10s-1の条件における粘度が100mPa・s以上である液状有機物を含み、
前記カルボン酸は炭素数3以上の多価カルボン酸を含む、接合用組成物。 A bonding composition comprising (A) copper powder, (B) a solvent, and (C) a carboxylic acid,
the solvent contains a liquid organic substance having a boiling point of 230°C or higher and 300°C or lower and a viscosity of 100 mPa s or higher at 25°C and a shear rate of 10 s -1 ;
The bonding composition, wherein the carboxylic acid includes a polycarboxylic acid having 3 or more carbon atoms.
請求項1又は2に記載される接合用組成物を第1被接合体の一面に塗布して湿潤膜を形成する工程、
前記湿潤膜から溶媒の少なくとも一部を除去して塗膜を得る工程、
加圧によって第2被接合体を前記塗膜に仮固定して、前記第1被接合体、前記塗膜及び前記第2被接合体がこの順に積層されてなる積層体を得る工程、及び
前記積層体を加圧下で加熱して前記塗膜中の銅粉を焼結し、それによって形成された接合層を介して前記第1被接合体と前記第2被接合体とを接合する工程、を備える方法。 A method for manufacturing a bonded structure in which a first bonded body and a second bonded body are bonded via a bonding layer, comprising:
A step of applying the bonding composition according to claim 1 or 2 to one surface of a first object to be bonded to form a wet film;
removing at least a portion of the solvent from the wet film to obtain a coating film;
a step of temporarily fixing a second object to be joined to the coating film by applying pressure to obtain a laminate in which the first object to be joined, the coating film, and the second object to be joined are laminated in this order; and a step of heating the laminate under pressure to sinter the copper powder in the coating film, thereby forming a bonding layer, thereby bonding the first object to be joined and the second object to be joined together.
請求項1又は2に記載される接合用組成物を第1被接合体の一面に塗布して湿潤膜を形成する工程、
前記湿潤膜から溶媒の少なくとも一部を除去して塗膜を得る工程、及び
加圧によって前記第1と前記2被接合体とを前記塗膜を介して仮固定する工程、を備える方法。 A method for temporarily fixing a first object to be bonded and a second object to be bonded, comprising:
A step of applying the bonding composition according to claim 1 or 2 to one surface of a first object to be bonded to form a wet film;
a step of removing at least a part of the solvent from the wet film to obtain a coating film; and a step of temporarily fixing the first and second bodies to be joined together via the coating film by applying pressure.
Applications Claiming Priority (1)
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