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JP7589564B2 - Bonding Sheet - Google Patents
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JP7589564B2 - Bonding Sheet - Google Patents

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Description

本発明は、接合用シートに関する。 The present invention relates to a joining sheet.

電子部品の組立てや実装時において、2つ以上の部品を接合させる場合、一般的に接合材が用いられる。このような接合材として、金属粒子を溶剤に分散させたペースト状の接合材が知られている。ペースト状の接合材を用いて部品を接合する際は、一方の部品の表面に接合材を塗布し、塗布面に他方の部品を接触させ、この状態で加熱して、金属粒子を焼結させて接合層を形成することにより接合することができる。特許文献1には、銀粒子のペーストが記載されている。 When assembling or mounting electronic components, a bonding material is generally used to bond two or more components. A known example of such a bonding material is a paste-like bonding material in which metal particles are dispersed in a solvent. When bonding components using a paste-like bonding material, the bonding material is applied to the surface of one component, the other component is brought into contact with the applied surface, and heated in this state to sinter the metal particles and form a bonding layer, thereby bonding the components. Patent Document 1 describes a silver particle paste.

また、接合材として、金属粒子を部分的に焼結させたシート状の接合材が知られている。シート状の接合材を用いて部品を接合する際は、部品と部品との間に接合材を配置し、この状態で加熱して、金属粒子の未焼結部分を焼結させて接合層を形成することにより接合することができる。シート状の接合材は、ペースト状の接合材と比較すると、加熱時に溶剤が揮発しないため、接合層にボイド(気泡)が形成されにくい点で有利である。特許文献2には、銀粒子を焼結させたシート状の接合材が記載されている。 Also, a sheet-like bonding material in which metal particles are partially sintered is known as a bonding material. When bonding parts using a sheet-like bonding material, the bonding material is placed between the parts and heated in this state to sinter the unsintered parts of the metal particles to form a bonding layer, thereby bonding the parts. Compared to paste-like bonding materials, sheet-like bonding materials have the advantage that voids (air bubbles) are less likely to form in the bonding layer because the solvent does not volatilize when heated. Patent Document 2 describes a sheet-like bonding material in which silver particles are sintered.

特許第6428339号公報Patent No. 6428339 特許第6245933号公報Patent No. 6245933

銀は、導電性や熱伝導性に優れている点で、電子部品などの接合材の材料として有用である。しかしながら、銀は、イオンマイグレーションや硫化が発生しやすいという問題がある。特に、近年の電子部品の狭ピッチ化や配線パターンの細線化により、接合層でイオンマイグレーションや硫化が発生すると、電子部品のピッチ間や配線パターン間に短絡が起こりやすい。このため、接合材の材料に銅を用いることが考えられる。また、銅は銀よりも安価であり電子部品の製造コスト抑制に有用である。しかしながら、銅は銀と比較して酸化しやすい。このため、銅粒子を焼結させた接合用シートは、銅粒子の酸化によって焼結が起こりにくくなりやすいという問題があった。 Silver is useful as a bonding material for electronic components and the like because of its excellent electrical and thermal conductivity. However, silver has the problem of being prone to ion migration and sulfurization. In particular, with the recent trend toward narrower pitches and thinner wiring patterns in electronic components, if ion migration or sulfurization occurs in the bonding layer, short circuits are likely to occur between the pitches of electronic components or between wiring patterns. For this reason, it is considered to use copper as a bonding material. Copper is also cheaper than silver, making it useful for reducing the manufacturing costs of electronic components. However, copper is more easily oxidized than silver. For this reason, bonding sheets made of sintered copper particles have the problem that sintering is difficult due to the oxidation of the copper particles.

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、銅粒子を用いた接合用シートであって、銅粒子の酸化による焼結性の低下が起こりにくく、緻密でボイドが少ない接合層を形成でき、電子部品などを高い強度で接合することができる接合用シートを提供することにある。 This invention was made in consideration of the above-mentioned circumstances, and aims to provide a bonding sheet using copper particles that is less susceptible to deterioration of sinterability due to oxidation of the copper particles, can form a dense bonding layer with few voids, and can bond electronic components and the like with high strength.

上記の課題を解決するために、本発明の接合用シートは、銅粒子と、沸点が150℃以上の溶媒とを含み、前記銅粒子と前記溶媒の含有量比が、質量比で99:1~90:10であって、前記銅粒子のBET径が40nm以上750nm以下の範囲内にあり、前記溶媒が、構造中にOH基を有する。 In order to solve the above problems, the bonding sheet of the present invention contains copper particles and a solvent having a boiling point of 150°C or higher, the content ratio of the copper particles to the solvent is 99:1 to 90:10 by mass, the BET diameter of the copper particles is in the range of 40 nm to 750 nm, and the solvent has an OH group in its structure.

本発明の接合用シートは、銅粒子と溶媒とを含み、銅粒子が溶媒で被覆されるので、銅粒子が酸化しにくい。また、溶媒は、沸点が150℃以上とされているので、揮発しにくい。よって、本発明の接合用シートは、銅粒子の酸化による焼結性の低下が起こりにくく、また形状安定性が向上する。さらに、銅粒子は、BET径が40nm以上750nm以下の範囲内にあり微細であるので焼結性が高く、銅粒子と溶媒の含有量比が質量比で99:1~90:10の範囲内にあり、銅粒子の含有量が90質量%以上とされているので、加熱によって緻密な銅粒子の焼結体(接合層)を形成することができる。また、溶媒の含有量が10質量%以下であるため、加熱時に生成する溶媒の揮発ガスや分解ガスの量が少ない。また、溶媒が構造中にOH基を含むことで、銅粒子の酸化を好適に抑制できる。よって、本発明の接合用シートによれば、緻密でボイドが少ない接合層を形成でき、電子部品などを高い強度で接合することができる。 The bonding sheet of the present invention contains copper particles and a solvent, and the copper particles are coated with the solvent, so that the copper particles are not easily oxidized. In addition, the solvent has a boiling point of 150°C or higher, so that it is not easily volatilized. Therefore, the bonding sheet of the present invention is less likely to suffer from a decrease in sinterability due to oxidation of the copper particles, and has improved shape stability. Furthermore, the copper particles are fine, with a BET diameter in the range of 40 nm to 750 nm, so that the sinterability is high, and the content ratio of the copper particles to the solvent is in the range of 99:1 to 90:10 by mass, and the copper particle content is 90 mass% or more, so that a dense sintered body (bonding layer) of copper particles can be formed by heating. In addition, since the content of the solvent is 10 mass% or less, the amount of volatilized gas and decomposition gas of the solvent generated during heating is small. In addition, since the solvent contains OH groups in its structure, the oxidation of the copper particles can be suitably suppressed. Therefore, according to the bonding sheet of the present invention, a dense bonding layer with few voids can be formed, and electronic components and the like can be bonded with high strength.

また、本発明の接合用シートは、前記溶媒が、水酸基またはカルボキシル基を有することが好ましい。溶媒が水酸基を有することで、銅粒子の酸化をより好適に抑制できる。溶媒がカルボキシル基を有することで、銅粒子の酸化をより好適に抑制できる。 In addition, in the bonding sheet of the present invention, it is preferable that the solvent has a hydroxyl group or a carboxyl group. When the solvent has a hydroxyl group, the oxidation of the copper particles can be more suitably suppressed. When the solvent has a carboxyl group, the oxidation of the copper particles can be more suitably suppressed.

また、本発明の接合用シートは、溶媒が、ジオール化合物、トリオール化合物、及びカルボン酸の少なくとも一方を含むことが好ましい。この場合、ジオール化合物、トリオール化合物、及びカルボン酸は、銅粒子との密着性が高いので、長期間にわたって揮発しにくい。よって、銅粒子の酸化による焼結性の低下を長期間にわたって抑制することができると共に、接合用シートの形状安定性が長期間にわたって向上する。 In addition, the bonding sheet of the present invention preferably contains a solvent that contains at least one of a diol compound, a triol compound, and a carboxylic acid. In this case, the diol compound, the triol compound, and the carboxylic acid have high adhesion to the copper particles and are therefore unlikely to volatilize for a long period of time. As a result, the deterioration of sinterability due to oxidation of the copper particles can be suppressed for a long period of time, and the shape stability of the bonding sheet is improved for a long period of time.

また、本発明の接合用シートにおいては、前記銅粒子は、表面が有機保護膜で被覆されていることが好ましい。銅粒子の表面が有機保護膜で被覆されることにより、銅粒子の酸化を抑制できる。また、構造中にOH基を含む溶媒によって、焼結時に有機保護膜を適切に脱離させて、銅粒子の焼結によって得られる接合層の接合強度の低下を抑えることができる。 In addition, in the bonding sheet of the present invention, it is preferable that the surfaces of the copper particles are coated with an organic protective film. By coating the surfaces of the copper particles with an organic protective film, oxidation of the copper particles can be suppressed. In addition, by using a solvent containing an OH group in its structure, the organic protective film can be appropriately removed during sintering, and a decrease in the bonding strength of the bonding layer obtained by sintering the copper particles can be suppressed.

ここで、本発明の接合用シートにおいては、前記銅粒子の表面は、飛行時間型二次イオン質量分析法によって分析することによって検出されるCuイオンの検出量に対するC イオンの検出量の比が、0.001以上となっていることが好ましい。
銅粒子の表面のCuイオンの検出量に対するC イオンの検出量の比が、0.001以上となることで、銅粒子の表面が有機保護膜に適切に被覆され、銅粒子の酸化をより好適に抑制できる。
Here, in the bonding sheet of the present invention, it is preferable that the surface of the copper particle has a ratio of the amount of C 3 H 3 O 3 - ions to the amount of Cu + ions detected by analysis using time-of-flight secondary ion mass spectrometry of 0.001 or more.
When the ratio of the detected amount of C 3 H 3 O 3 - ions to the detected amount of Cu + ions on the surface of the copper particles is 0.001 or more, the surfaces of the copper particles are appropriately covered with an organic protective film, and oxidation of the copper particles can be more effectively suppressed.

本発明によれば、銅粒子を用いた接合用シートであって、銅粒子の酸化による焼結性の低下が起こりにくく、緻密でボイドが少ない接合層を形成でき、電子部品などを高い強度で接合することができる接合用シートを提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a bonding sheet using copper particles that is less susceptible to a decrease in sinterability due to oxidation of the copper particles, can form a dense bonding layer with few voids, and can bond electronic components and the like with high strength.

本発明の一実施形態に係る接合用シートの模式断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a bonding sheet according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る接合用シートの製造方法を示すフロー図である。FIG. 2 is a flow diagram showing a method for producing a bonding sheet according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る接合用シートを用いて作製した接合体の模式断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a bonded body produced using the bonding sheet according to one embodiment of the present invention.

以下に、本発明の一実施形態に係る接合用シートについて添付した図面を参照して説明する。
本実施形態の接合用シートは、例えば、基板と電子部品との間に配置し、この状態で加熱して、銅粒子を焼結させて接合層を形成することにより、基板と電子部品とが接合層を介して接合した接合体を形成するための接合材として使用されるものである。
Hereinafter, a bonding sheet according to one embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawings.
The bonding sheet of this embodiment is used as a bonding material for forming a bonded body in which the substrate and the electronic component are bonded via a bonding layer, for example, by placing it between a substrate and an electronic component and heating it in this state to sinter the copper particles and form a bonding layer.

図1は、本発明の一実施形態に係る接合用シートの模式断面図である。
図1に示すように、接合用シート1は銅粒子2と溶媒3とを含む。銅粒子2と溶媒3との割合は、質量比で99:1~90:10(=銅粒子:溶媒)とされている。すなわち、接合用シート1は、銅粒子2の含有量が90質量%以上99質量%以下の範囲内にあり、溶媒3の含有量が1質量%以上10質量%以下の範囲内にある。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a bonding sheet according to one embodiment of the present invention.
1, the bonding sheet 1 contains copper particles 2 and a solvent 3. The ratio of the copper particles 2 to the solvent 3 is 99:1 to 90:10 (=copper particles:solvent) in terms of mass ratio. That is, the bonding sheet 1 has a copper particle 2 content in the range of 90 mass% to 99 mass% and a solvent 3 content in the range of 1 mass% to 10 mass%.

接合用シート1は、緻密度が50%以上90%以下の範囲内にあることが好ましい。緻密度は、銅粒子2が空間的に接合用シート1を占める割合である。緻密度が60%以上であると、銅粒子2同士の密着性が高くなるので、緻密でボイドが少ない接合層をより形成しやすくなる。また、緻密度が90%以下であると、銅粒子2の表面を溶媒3で覆うことができるので、銅粒子2の酸化が起こりにくくなり、銅粒子の酸化による焼結性の低下をより抑制することができる。緻密度は、55%以上75%以下の範囲内にあることがより好ましく、60%以上70%以下の範囲内にあることが特に好ましい。接合用シート1の緻密度は、接合用シート1の断面を、SEM(走査型電子顕微鏡)を観察し、得られたSEM画像を2値化して、銅粒子2の部分と溶媒3を含む空間部分とに分けることによって算出することができる。具体的には、後述する実施例に記載の方法により算出することができる。 The bonding sheet 1 preferably has a density in the range of 50% to 90%. The density is the proportion of the copper particles 2 spatially occupying the bonding sheet 1. If the density is 60% or more, the adhesion between the copper particles 2 is high, so that it is easier to form a dense bonding layer with few voids. If the density is 90% or less, the surface of the copper particles 2 can be covered with the solvent 3, so that oxidation of the copper particles 2 is less likely to occur, and the decrease in sinterability due to oxidation of the copper particles can be more suppressed. The density is more preferably in the range of 55% to 75%, and particularly preferably in the range of 60% to 70%. The density of the bonding sheet 1 can be calculated by observing the cross section of the bonding sheet 1 with a SEM (scanning electron microscope), binarizing the obtained SEM image, and dividing it into the copper particle 2 portion and the space portion containing the solvent 3. Specifically, it can be calculated by the method described in the examples described later.

接合用シート1の形状やサイズは、特に制限はない。接合用シート1は、例えば、直径が1mm以上50mmの円形シート、一辺が1mm以上50mm以下の矩形シートであってもよい。接合用シート1の厚さは、特に制限はないが、50μm以上1000μm以下の範囲内にあることが好ましい。 There are no particular limitations on the shape or size of the bonding sheet 1. The bonding sheet 1 may be, for example, a circular sheet with a diameter of 1 mm to 50 mm, or a rectangular sheet with one side of 1 mm to 50 mm. There are no particular limitations on the thickness of the bonding sheet 1, but it is preferably in the range of 50 μm to 1000 μm.

銅粒子2は、BET径が40nm以上750nm以下の範囲内とされている。BET径は、銅粒子2を真球体もしくは立方体とみなして、BET法により求められる銅粒子のBET比表面積と真密度とから算出される粒子径である。具体的には、後述する実施例に記載の方法により求めることができる。 The copper particles 2 have a BET diameter in the range of 40 nm to 750 nm. The BET diameter is calculated from the BET specific surface area and true density of the copper particles determined by the BET method, assuming that the copper particles 2 are true spheres or cubes. Specifically, it can be determined by the method described in the examples below.

銅粒子2のBET径が40nm以上であると、強固な凝集体を形成しにくい。このため、銅粒子2の表面を溶媒3によって均一に被覆することができる。一方、銅粒子2のBET径が750nm以下であると、反応面積が大きく、加熱による焼結性が高くなるので、強固な接合層を形成可能となる。銅粒子2のBET径は、50nm以上750nm以下であることが好ましく、50nm以上300nm以下であることがより好ましく、80nm以上200nm以下の範囲内にあることがより好ましく、80nm以上170nm以下の範囲内にあることが特に好ましい。 If the BET diameter of the copper particles 2 is 40 nm or more, it is difficult to form strong aggregates. Therefore, the surface of the copper particles 2 can be uniformly coated with the solvent 3. On the other hand, if the BET diameter of the copper particles 2 is 750 nm or less, the reaction area is large and the sintering property by heating is high, so that a strong bonding layer can be formed. The BET diameter of the copper particles 2 is preferably 50 nm or more and 750 nm or less, more preferably 50 nm or more and 300 nm or less, more preferably 80 nm or more and 200 nm or less, and particularly preferably 80 nm or more and 170 nm or less.

銅粒子2のBET比表面積は、2.0m/g以上8.0m/g以下の範囲内にあることが好ましく、3.5m/g以上8.0m/g以下の範囲内にあることがより好ましく、4.0m/g以上8.0m/g以下の範囲内にあることが特に好ましい。また、銅粒子2の形状は、球状に限らず、針状、扁平な板状でもよい。 The BET specific surface area of the copper particles 2 is preferably in the range of 2.0 m 2 /g or more and 8.0 m 2 /g or less, more preferably in the range of 3.5 m 2 /g or more and 8.0 m 2 /g or less, and particularly preferably in the range of 4.0 m 2 / g or more and 8.0 m 2 /g or less. The shape of the copper particles 2 is not limited to a spherical shape, and may be an acicular shape or a flat plate shape.

銅粒子2は、表面が、有機物の膜である有機保護膜で被覆されていることが好ましい。有機保護膜で被覆されていることにより、銅粒子2の酸化が抑制され、銅粒子2の酸化による焼結性の低下がさらに起こりにくくなる。なお、銅粒子2を被覆する有機保護膜は、溶媒3によって形成されるものでなく、溶媒3由来のものでないといえる。また、銅粒子2を被覆する有機保護膜は、銅の酸化により形成される酸化銅の膜ではないともいえる。 The surfaces of the copper particles 2 are preferably coated with an organic protective film, which is a film of an organic material. By being coated with the organic protective film, oxidation of the copper particles 2 is suppressed, and a decrease in sinterability due to oxidation of the copper particles 2 is further unlikely to occur. The organic protective film coating the copper particles 2 is not formed by the solvent 3, and can be said to be not derived from the solvent 3. It can also be said that the organic protective film coating the copper particles 2 is not a copper oxide film formed by the oxidation of copper.

銅粒子2が有機保護膜で被覆されていることは、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)を用いて、銅粒子2の表面を分析することに確認することができる。このため、本実施形態において、銅粒子2は、飛行時間型二次イオン質量分析法を用いて、表面を分析することによって検出されるCuイオンの検出量に対するC イオンの検出量の比(C /Cu比)が0.001以上であることが好ましい。C /Cu比は、0.05以上0.2以下の範囲内にあることがさらに好ましい。なお、本分析における銅粒子2の表面とは、銅粒子2から有機保護膜を除去した際の銅粒子2の表面でなく、被覆している有機保護膜を含んだ銅粒子2の表面(すなわち有機保護膜の表面)を指す。 The fact that the copper particles 2 are coated with an organic protective film can be confirmed by analyzing the surface of the copper particles 2 using time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS). For this reason, in this embodiment, the ratio of the amount of C 3 H 3 O 3 - ions to the amount of Cu + ions detected by analyzing the surface of the copper particles 2 using time-of-flight secondary ion mass spectrometry (C 3 H 3 O 3 - /Cu + ratio) is preferably 0.001 or more. It is more preferable that the C 3 H 3 O 3 - /Cu + ratio is in the range of 0.05 to 0.2. Note that the surface of the copper particles 2 in this analysis does not refer to the surface of the copper particles 2 when the organic protective film is removed from the copper particles 2, but refers to the surface of the copper particles 2 including the organic protective film that covers them (i.e., the surface of the organic protective film).

銅粒子2は、飛行時間型二次イオン質量分析法を用いて、表面を分析することによってC イオンやC以上のイオンが検出されてもよい。Cuイオンの検出量に対するC イオンの検出量の比(C /Cu比)は0.001以上であることが好ましい。また、Cuイオンの検出量に対するC以上のイオンの検出量の比(C以上のイオン/Cu比)は0.005未満であることが好ましい。 The copper particles 2 may be subjected to surface analysis using time-of-flight secondary ion mass spectrometry to detect C 3 H 4 O 2 - ions and C 5 or more ions. The ratio of the amount of C 3 H 4 O 2 - ions to the amount of Cu + ions (C 3 H 4 O 2 - /Cu + ratio) is preferably 0.001 or more. In addition, the ratio of the amount of C 5 or more ions to the amount of Cu + ions (C 5 or more ions /Cu + ratio) is preferably less than 0.005.

飛行時間型二次イオン質量分析法において検出されるC イオンとC イオンとC以上のイオンは、銅粒子2の表面を被覆している有機保護膜に由来する。このためC /Cu比とC /Cu比のそれぞれが0.001以上であると、銅粒子2の表面が酸化しにくくなり、かつ銅粒子2が凝集しにくくなる。また、C /Cu比及びC /Cu比が0.2以下であると、銅粒子2の焼結性を過度に低下させずに銅粒子2の酸化と凝集を抑制でき、さらに加熱時における有機保護膜の分解ガスの発生を抑えることができるので、ボイドが少ない接合層を形成することができる。銅粒子2の保存中の耐酸化性をより一層向上し、かつ低温度での焼結性をより一層向上させるために、C /Cu比及びC /Cu比は0.08以上0.16以下の範囲内にあることが好ましい。また、C以上のイオン/Cu比が0.005倍以上であると、粒子表面に脱離温度が比較的高い有機保護膜が多く存在するため、結果として焼結性が十分に発現せず強固な接合層が得られにくい。C以上のイオン/Cu比は0.003倍未満であることが好ましい。 The C 3 H 3 O 3 - ions, C 3 H 4 O 2 - ions, and C 5 or more ions detected by time-of-flight secondary ion mass spectrometry are derived from the organic protective film covering the surface of the copper particles 2. Therefore, when the C 3 H 3 O 3 - /Cu + ratio and the C 3 H 4 O 2 - /Cu + ratio are each 0.001 or more, the surface of the copper particles 2 is less likely to oxidize and the copper particles 2 are less likely to aggregate. Furthermore, when the C 3 H 3 O 3 - /Cu + ratio and the C 3 H 4 O 2 - /Cu + ratio are 0.2 or less, the oxidation and aggregation of the copper particles 2 can be suppressed without excessively reducing the sinterability of the copper particles 2, and further, the generation of decomposition gas of the organic protective film during heating can be suppressed, so that a bonding layer with fewer voids can be formed. In order to further improve the oxidation resistance during storage of the copper particles 2 and further improve the sinterability at low temperatures, the C 3 H 3 O 3 - /Cu + ratio and the C 3 H 4 O 2 - /Cu + ratio are preferably in the range of 0.08 to 0.16. Furthermore, if the C 5 or more ion/Cu + ratio is 0.005 times or more, a large amount of organic protective film with a relatively high desorption temperature is present on the particle surface, resulting in insufficient sinterability and a difficult to obtain strong bonding layer. The C 5 or more ion/Cu + ratio is preferably less than 0.003 times.

有機保護膜は、クエン酸由来であることが好ましい。クエン酸由来の有機保護膜で被覆された銅粒子2の製造方法は後述する。銅粒子2の有機保護膜の被覆量は、銅粒子100質量%に対して0.5質量%以上2.0質量%以下の範囲内にあることが好ましく、0.8質量%以上1.8質量%以下の範囲内にあることがより好ましく、0.8質量%以上1.5質量%以下の範囲内にあることがさらに好ましい。有機保護膜の被覆量が0.5質量%以上であることによって、銅粒子2を有機保護膜により均一に被覆することができ、銅粒子2の酸化をより確実に抑制することができる。また、有機保護膜の被覆量が2.0質量%以下であることによって、加熱による有機保護膜の分解によって発生するガスにより、銅粒子の焼結体(接合層)にボイドが発生することを抑制することができる。有機保護膜の被覆量は、市販の装置を用いて測定することができる。具体的には、後述する実施例に記載の方法により測定することができる。 The organic protective film is preferably derived from citric acid. A method for producing copper particles 2 coated with an organic protective film derived from citric acid will be described later. The amount of the organic protective film on the copper particles 2 is preferably in the range of 0.5% by mass to 2.0% by mass, more preferably in the range of 0.8% by mass to 1.8% by mass, and even more preferably in the range of 0.8% by mass to 1.5% by mass, relative to 100% by mass of the copper particles. By having the amount of the organic protective film be 0.5% by mass or more, the copper particles 2 can be uniformly coated with the organic protective film, and the oxidation of the copper particles 2 can be more reliably suppressed. In addition, by having the amount of the organic protective film be 2.0% by mass or less, it is possible to suppress the generation of voids in the sintered body (bonding layer) of the copper particles due to gas generated by decomposition of the organic protective film by heating. The amount of the organic protective film can be measured using a commercially available device. Specifically, it can be measured by the method described in the examples described later.

銅粒子2は、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気下、300℃の温度で30分加熱したときに、有機保護膜の50質量%以上が分解することが好ましい。クエン酸由来の有機保護膜は、分解時に二酸化炭素ガス、窒素ガス、アセトンの蒸発ガス及び水蒸気を発生する。 When the copper particles 2 are heated for 30 minutes at 300°C in an inert gas atmosphere such as argon gas, it is preferable that 50% or more by mass of the organic protective film decomposes. The organic protective film derived from citric acid generates carbon dioxide gas, nitrogen gas, evaporated acetone gas, and water vapor when decomposed.

クエン酸由来の有機保護膜で被覆された銅粒子2は、例えば、以下のようにして製造することができる。先ず、クエン酸銅の水分散液を用意し、このクエン酸銅水分散液にpH調整剤を加えてpHを2.0以上7.5以下に調整する。次に、不活性ガス雰囲気下でこのpH調整したクエン酸銅水分散液に、還元剤として、銅イオンを還元できる1.0倍当量分以上1.2倍当量分以下のヒドラジン化合物を添加して混合する。得られた混合液を、不活性ガス雰囲気下で、得られた混合液を60℃以上80℃以下の温度に加熱し1.5時間以上2.5時間以下保持する。これにより、クエン酸銅から溶出した銅イオンを還元して銅粒子2を生成させると共に、この銅粒子2の表面にクエン酸由来の有機保護膜を形成させる。 Copper particles 2 coated with an organic protective film derived from citric acid can be produced, for example, as follows. First, an aqueous dispersion of copper citrate is prepared, and a pH adjuster is added to the aqueous dispersion of copper citrate to adjust the pH to 2.0 or more and 7.5 or less. Next, in an inert gas atmosphere, 1.0 equivalent to 1.2 equivalents of a hydrazine compound capable of reducing copper ions is added as a reducing agent to the aqueous dispersion of copper citrate whose pH has been adjusted, and mixed. The resulting mixture is heated to a temperature of 60° C. to 80° C. in an inert gas atmosphere and held for 1.5 hours to 2.5 hours. As a result, the copper ions eluted from the copper citrate are reduced to produce copper particles 2, and an organic protective film derived from citric acid is formed on the surface of the copper particles 2.

クエン酸銅の水分散液は、蒸留水、イオン交換水のような純水に、粉末状のクエン酸銅を25質量%以上40質量%以下の濃度となるように添加し、撹拌羽を用いて撹拌し、均一に分散させることによって調製できる。pH調整剤としては、クエン酸三アンモニウム、クエン酸水素アンモニウム、クエン酸などが挙げられる。この中でマイルドにpH調整しやすいことからクエン酸三アンモニウムが好ましい。クエン酸銅水分散液のpHを2.0以上とするのは、クエン酸銅から溶出した銅イオンの溶出速度を速くして、銅粒子の生成を速やかに進行させ、目標とする微細な銅粒子2を得られるようにするためである。また、pHを7.5以下とするのは、溶出した銅イオンが水酸化銅(II)となることを抑制して、銅粒子2の収率を高くするためである。また、pHを7.5以下とすることによって、ヒドラジン化合物の還元力が過度に高くなることを抑制でき、目標とする銅粒子2が得られやすくなる。クエン酸銅水分散液のpHは4以上6以下の範囲内に調整することが好ましい。 The aqueous dispersion of copper citrate can be prepared by adding powdered copper citrate to pure water such as distilled water or ion-exchanged water to a concentration of 25% by mass or more and 40% by mass or less, and stirring with a stirring blade to uniformly disperse the mixture. Examples of pH adjusters include triammonium citrate, ammonium hydrogen citrate, and citric acid. Among these, triammonium citrate is preferred because it is easy to adjust the pH to a mild level. The reason why the pH of the aqueous dispersion of copper citrate is set to 2.0 or more is to increase the elution rate of copper ions eluted from copper citrate, to rapidly advance the generation of copper particles, and to obtain the target fine copper particles 2. The reason why the pH is set to 7.5 or less is to suppress the eluted copper ions from becoming copper hydroxide (II) and to increase the yield of copper particles 2. The reason why the pH is set to 7.5 or less is to suppress the reduction power of the hydrazine compound from becoming excessively high, and the target copper particles 2 can be easily obtained. It is preferable to adjust the pH of the copper citrate aqueous dispersion to a range of 4 to 6.

ヒドラジン化合物によるクエン酸銅の還元は不活性ガス雰囲気下で行われる。液中に溶出した銅イオンの酸化を防止するためである。不活性ガスの例としては、窒素ガス、アルゴンガスなどが挙げられる。ヒドラジン化合物は、酸性下でクエン酸銅を還元するときに、還元反応後に残渣を生じないこと、安全性が比較的高いこと及び取扱いが容易であることなどの利点がある。このヒドラジン化合物としては、ヒドラジン一水和物、無水ヒドラジン、塩酸ヒドラジン、硫酸ヒドラジンなどが挙げられる。これらのヒドラジン化合物の中では、硫黄や塩素といった不純物となり得る成分を含まないヒドラジン一水和物、無水ヒドラジンが好ましい。 The reduction of copper citrate with a hydrazine compound is carried out in an inert gas atmosphere. This is to prevent oxidation of the copper ions dissolved in the liquid. Examples of inert gases include nitrogen gas and argon gas. When reducing copper citrate under acidic conditions, hydrazine compounds have the advantages of not producing residues after the reduction reaction, being relatively safe, and being easy to handle. Examples of this hydrazine compound include hydrazine monohydrate, hydrazine anhydrous, hydrazine hydrochloride, and hydrazine sulfate. Among these hydrazine compounds, hydrazine monohydrate and hydrazine anhydrous are preferred, as they do not contain components that can become impurities such as sulfur and chlorine.

一般的にpH7未満の酸性液中で生成した銅は溶解してしまう。しかし本実施形態では、pH7未満の酸性液に還元剤であるヒドラジン化合物を添加混合し、得られた混合液中に銅粒子2を生成させる。このため、クエン酸銅から生成したクエン酸由来の成分が銅粒子2の表面を速やかに被覆するので、銅粒子2の溶解が抑制される。pHを調整した後のクエン酸銅の水分散液は、温度50℃以上70℃以下にして、還元反応を進行しやすくすることが好ましい。 Generally, copper produced in an acidic solution with a pH of less than 7 dissolves. However, in this embodiment, a hydrazine compound, which is a reducing agent, is added and mixed with an acidic solution with a pH of less than 7, and copper particles 2 are produced in the resulting mixed solution. As a result, the components derived from citric acid produced from copper citrate quickly cover the surfaces of the copper particles 2, suppressing the dissolution of the copper particles 2. It is preferable to keep the temperature of the aqueous dispersion of copper citrate after adjusting the pH at 50°C or higher and 70°C or lower to facilitate the progress of the reduction reaction.

不活性ガス雰囲気下でヒドラジン化合物を混合した混合液を60℃以上80℃以下の温度に加熱し1.5時間以上2.5時間以下保持するのは、銅粒子2を生成させると共に、生成した銅粒子2の表面に有機保護膜を形成し被覆するためである。不活性ガス雰囲気下で加熱保持するのは、生成した銅粒子2の酸化を防止するためである。出発原料であるクエン酸銅は通常35質量%程度の銅成分を含む。この程度の銅成分を含むクエン酸銅水分散液に還元剤であるヒドラジン化合物を添加して、上記の温度で昇温加熱し、上記の時間で保持することにより、銅粒子2の生成と、銅粒子2の表面での有機保護膜の生成とがバランスよく進行するので、銅粒子100質量%に対して、有機保護膜の被覆量が0.5質量%以上2.0質量%以下の範囲内にある銅粒子2を得ることができる。加熱温度が60℃未満で保持時間が1.5時間未満では、クエン酸銅が完全に還元せずに、銅粒子2の生成速度が遅くなりすぎて、銅粒子2を被覆する有機保護膜の量が過剰となるおそれがある。また加熱温度が80℃を超えかつ保持時間が2.5時間を超えると、銅粒子2の生成速度が速くなりすぎて、銅粒子2を被覆する有機保護膜の量が少なりすぎるおそれがある。好ましい加熱温度は65℃以上75℃以下であり、好ましい保持時間は2時間以上2.5時間以下である。 The mixed solution containing the hydrazine compound is heated to a temperature of 60°C to 80°C in an inert gas atmosphere and held for 1.5 to 2.5 hours in order to generate copper particles 2 and to form and coat the surfaces of the generated copper particles 2 with an organic protective film. The reason for holding the mixture under heating in an inert gas atmosphere is to prevent oxidation of the generated copper particles 2. The starting material, copper citrate, usually contains about 35% by mass of copper components. By adding a hydrazine compound, which is a reducing agent, to a copper citrate aqueous dispersion containing this amount of copper components, heating it to the above temperature, and holding it for the above time, the generation of copper particles 2 and the generation of an organic protective film on the surface of the copper particles 2 proceed in a well-balanced manner, so that copper particles 2 having a coating amount of the organic protective film in the range of 0.5% by mass to 2.0% by mass can be obtained with respect to 100% by mass of copper particles. If the heating temperature is less than 60°C and the holding time is less than 1.5 hours, the copper citrate is not completely reduced, the rate of production of the copper particles 2 becomes too slow, and the amount of the organic protective film covering the copper particles 2 may become excessive. If the heating temperature exceeds 80°C and the holding time exceeds 2.5 hours, the rate of production of the copper particles 2 becomes too fast, and the amount of the organic protective film covering the copper particles 2 may be too small. The preferred heating temperature is 65°C or higher and 75°C or lower, and the preferred holding time is 2 hours or higher and 2.5 hours or lower.

混合液で生成された銅粒子2を、不活性ガス雰囲気下で混合液から、例えば遠心分離機を用いて、固液分離して、凍結乾燥法、減圧乾燥法で乾燥することにより、表面が有機保護膜で被覆された銅粒子2を得る。この銅粒子2は、表面が有機保護膜で被覆されているため、接合用シートとして用いるまで、大気中に保存しても酸化しにくくなる。 The copper particles 2 produced in the mixed liquid are separated from the mixed liquid in an inert gas atmosphere, for example, using a centrifuge, and then dried by freeze-drying or vacuum drying to obtain copper particles 2 whose surfaces are coated with an organic protective film. Because the copper particles 2 have their surfaces coated with an organic protective film, they are less likely to oxidize even if stored in the air until they are used as a bonding sheet.

溶媒3は、銅粒子2に対するバインダーとして作用する。また、溶媒3は、銅粒子2を被覆して銅粒子2の酸化を防止する酸化防止剤として作用する。 The solvent 3 acts as a binder for the copper particles 2. The solvent 3 also acts as an antioxidant that coats the copper particles 2 and prevents the copper particles 2 from oxidizing.

溶媒3は、沸点が150℃以上とされている。このため、溶媒3は揮発しにくく、接合用シート1中に長期間にわたって保持される。溶媒3の沸点の上限は、接合用シート1を加熱して銅粒子2を焼結させる温度よりも低い温度である。溶媒3の沸点は、200℃以下であることが好ましい。 The boiling point of the solvent 3 is set to be 150°C or higher. Therefore, the solvent 3 is not easily volatilized and is retained in the bonding sheet 1 for a long period of time. The upper limit of the boiling point of the solvent 3 is a temperature lower than the temperature at which the bonding sheet 1 is heated to sinter the copper particles 2. The boiling point of the solvent 3 is preferably 200°C or lower.

溶媒3は、室温で液体であることが好ましい。溶媒3は、凝固点が30℃以上であるがことが好ましい。溶媒3が室温で液体であると、接合用シート1の製造において、銅粒子2と溶媒3との混合が容易に行うことができる。 The solvent 3 is preferably liquid at room temperature. The solvent 3 preferably has a freezing point of 30°C or higher. When the solvent 3 is liquid at room temperature, the copper particles 2 and the solvent 3 can be easily mixed in the production of the bonding sheet 1.

溶媒3は、分子量が1000以下であることが好ましい。溶媒3が高分子化合物である場合、分子量は数平均分子量である。溶媒3の分子量を1000以下とすることで、加熱後に溶媒が接合層中に残留することを抑制して、ボイドの発生を抑制できる。また、溶媒3は、分子量が100以上1000以下の有機溶媒であることが好ましい。溶媒3として上記の分子量を有する有機溶媒を用いることにより、銅粒子2と溶媒3とを混合することによって銅粒子2の表面を溶媒3で均一に被覆することができ、接合用シート1の保存時に溶媒が流出しにくくなる。加えて、上記の有機溶媒は沸点が適切な範囲内にあるため、保存中に溶媒が揮発してシートが乾燥することによる形状変化を抑制することができ、かつ加熱後に溶媒が接合層中に残留することを抑制することができる。有機溶媒の分子量は200以上800以下の範囲内にあることがより好ましく、200以上600以下の範囲内にあることが特に好ましい。 The solvent 3 preferably has a molecular weight of 1000 or less. When the solvent 3 is a polymer compound, the molecular weight is a number average molecular weight. By setting the molecular weight of the solvent 3 to 1000 or less, it is possible to suppress the solvent from remaining in the bonding layer after heating, thereby suppressing the occurrence of voids. In addition, the solvent 3 is preferably an organic solvent having a molecular weight of 100 to 1000. By using an organic solvent having the above molecular weight as the solvent 3, the surface of the copper particles 2 can be uniformly coated with the solvent 3 by mixing the copper particles 2 and the solvent 3, and the solvent is less likely to flow out during storage of the bonding sheet 1. In addition, since the boiling point of the organic solvent is within an appropriate range, it is possible to suppress the shape change caused by the solvent volatilizing during storage and the sheet drying, and it is possible to suppress the solvent from remaining in the bonding layer after heating. It is more preferable that the molecular weight of the organic solvent is in the range of 200 to 800, and particularly preferably in the range of 200 to 600.

溶媒3は、末端にOH基を有する化合物であり、構造中にOH基を含むといえる。OH基を有することによって、銅粒子2の酸化を抑制することができる。さらに言えば、溶媒3は、還元性基として、水酸基を含むことが好ましい。水酸基は、OH基そのものである。また、カルボキシル基(COOH基)は、構造中にOH基を含む。溶媒3は、カルボキシル基を含むことで、銅粒子の酸化を抑制できる。なお、溶媒3は、水酸基とカルボキシル基との両方を含んでよく、水酸基とカルボキシル基との少なくとも一方を含むことが好ましいといえる。銅粒子2を焼結させるためには、銅粒子2の表面の有機保護膜を加熱等により脱離させる必要がある。一方で、有機保護膜が脱離した銅粒子2は酸化によって焼結性が低下しやすく、銅粒子2の焼結によって得られる接合層(銅焼結体)は接合強度が低下しやすい。OH基を含む溶媒を用いることにより、焼結のための加熱時に有機保護膜を適切に脱離させて、銅粒子2の焼結によって得られる接合層の接合強度の低下を抑えることができるため好ましい。また、溶媒3として、OH基を有する溶媒を用いることにより銅粒子2の酸化を抑制でき、銅粒子2の焼結によって得られる接合層の接合強度の低下を抑えることができる。また、一般にOH基を有する溶媒は沸点が高い傾向にあるので、水酸基を有する溶媒を用いた接合用シート1は、溶媒3が揮発しづらく、シートの形状安定性がより向上する。また、溶媒3がカルボキシル基を含むことで銅粒子表面の酸化を抑制し、接合強度の低下を適切に抑えることができる。 The solvent 3 is a compound having an OH group at the end, and can be said to contain an OH group in the structure. By having an OH group, the oxidation of the copper particles 2 can be suppressed. More specifically, the solvent 3 preferably contains a hydroxyl group as a reducing group. The hydroxyl group is the OH group itself. In addition, the carboxyl group (COOH group) contains an OH group in the structure. By containing a carboxyl group, the solvent 3 can suppress the oxidation of the copper particles. In addition, the solvent 3 may contain both a hydroxyl group and a carboxyl group, and it can be said that it is preferable to contain at least one of a hydroxyl group and a carboxyl group. In order to sinter the copper particles 2, it is necessary to remove the organic protective film on the surface of the copper particles 2 by heating or the like. On the other hand, the copper particles 2 from which the organic protective film has been removed are prone to a decrease in sinterability due to oxidation, and the bonding layer (copper sintered body) obtained by sintering the copper particles 2 is prone to a decrease in bonding strength. By using a solvent containing an OH group, the organic protective film can be appropriately removed during heating for sintering, and the decrease in the bonding strength of the bonding layer obtained by sintering the copper particles 2 can be suppressed, which is preferable. In addition, by using a solvent having an OH group as the solvent 3, oxidation of the copper particles 2 can be suppressed, and the decrease in the bonding strength of the bonding layer obtained by sintering the copper particles 2 can be suppressed. In addition, since solvents having an OH group generally tend to have high boiling points, the bonding sheet 1 using a solvent having a hydroxyl group makes it difficult for the solvent 3 to volatilize, and the shape stability of the sheet is further improved. In addition, since the solvent 3 contains a carboxyl group, oxidation of the copper particle surface can be suppressed, and the decrease in bonding strength can be appropriately suppressed.

溶媒3は、誘電率が4以上80以下であることが好ましく、10以上45以下であることがより好ましく、20以上40以下であることが更に好ましい。誘電率がこの数値範囲にあることで、還元性を適切に発揮して、銅粒子2の酸化を抑制することができる。なお、誘電率は、液体用誘電率測定計(日本ルフト社製、Model 871)で測定してよい。 The solvent 3 preferably has a dielectric constant of 4 or more and 80 or less, more preferably 10 or more and 45 or less, and even more preferably 20 or more and 40 or less. When the dielectric constant is in this range, the reducing property is appropriately exhibited, and the oxidation of the copper particles 2 can be suppressed. The dielectric constant may be measured with a liquid dielectric constant meter (Model 871, manufactured by Nippon Luft Co., Ltd.).

溶媒3としては、例えば、モノオール、ジオール化合物、トリオール化合物、ポリオール化合物、及びカルボン酸の少なくとも一つを用いることが好ましく、ジオール化合物、トリオール化合物、及びカルボン酸の少なくとも一つを用いることがより好ましい。ジオール化合物の例としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコールを挙げることができる。トリオール化合物の例としては、グリセリン、ブタントリオール、ポリオキシプロピレントリオールを挙げることができる。また、溶媒3としてはモノオールやポリオールやカルボン酸を用いることが好ましい。ポリオール化合物の例としては、「2エチル1,3ヘキサンジオール」を挙げることができる。モノオールの例としてはドデカノール、テトラデカノール、ヘキサデカノールを挙げることができる。またカルボン酸の例としてはヘキサン酸、オクタン酸、オクチル酸、デカン酸などを挙げることができる。これらの有機溶媒及び高分子溶媒は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。このような溶媒を用いることで、還元性を適切に発揮して、銅粒子2の酸化を抑制することができる。 As the solvent 3, for example, it is preferable to use at least one of monool, diol compound, triol compound, polyol compound, and carboxylic acid, and it is more preferable to use at least one of diol compound, triol compound, and carboxylic acid. Examples of diol compounds include ethylene glycol, diethylene glycol, and polyethylene glycol. Examples of triol compounds include glycerin, butanetriol, and polyoxypropylenetriol. In addition, it is preferable to use monool, polyol, or carboxylic acid as the solvent 3. An example of a polyol compound is "2-ethyl-1,3-hexanediol". Examples of monools include dodecanol, tetradecanol, and hexadecanol. Examples of carboxylic acids include hexanoic acid, octanoic acid, octanoic acid, and decanoic acid. These organic solvents and polymer solvents may be used alone or in combination of two or more. By using such a solvent, the reduction property can be appropriately exhibited, and the oxidation of the copper particles 2 can be suppressed.

次に、本実施形態の接合用シート1の製造方法について説明する。
図2は、本発明の一実施形態に係る接合用シートの製造方法を示すフロー図である。
本実施形態の接合用シートは、図2に示すように、混合工程と、成形工程とを含む方法によって製造することができる。
Next, a method for producing the bonding sheet 1 of this embodiment will be described.
FIG. 2 is a flow diagram showing a method for producing a bonding sheet according to an embodiment of the present invention.
The bonding sheet of this embodiment can be produced by a method including a mixing step and a molding step, as shown in FIG.

混合工程S01は、銅粒子2と溶媒3とを混合する工程である。銅粒子2と溶媒3との混合は、自転公転ミキサーやプラネタリーミキサーを用いることができる。 The mixing step S01 is a step of mixing copper particles 2 with a solvent 3. A rotation-revolution mixer or a planetary mixer can be used to mix copper particles 2 with a solvent 3.

成形工程S02は、混合工程S01で得られた混合物をシート状に成形する工程である。
混合物をシート状に成形する方法としては、加圧ローラを利用した圧延処理法、金型を利用したプレス処理法を用いることができる。
The forming step S02 is a step of forming the mixture obtained in the mixing step S01 into a sheet shape.
The mixture can be formed into a sheet by a rolling method using a pressure roller or a pressing method using a mold.

以上のようにして所定の厚さに調整されたシート状の混合物を、所定の形状に切断することによって、接合用シート1を得ることができる。 The sheet-like mixture adjusted to the desired thickness in the manner described above can be cut into a desired shape to obtain the joining sheet 1.

次に、本実施形態の接合用シートを用いた接合体の製造方法について説明する。図3は、本発明の一実施形態に係る接合用シートを用いて作製した接合体の模式断面図である。
図3に示すように、接合体11は、基板12と、接合層13と、電子部品14とを備える。基板12と電子部品14とは、接合層13を介して接合されている。
Next, a method for producing a bonded body using the bonding sheet of the present embodiment will be described. Fig. 3 is a schematic cross-sectional view of a bonded body produced using the bonding sheet according to one embodiment of the present invention.
3, the bonded body 11 includes a substrate 12, a bonding layer 13, and an electronic component 14. The substrate 12 and the electronic component 14 are bonded to each other via the bonding layer 13.

基板12としては、例えば、絶縁板と、この絶縁板の上に形成された配線パターンとを有するプリント配線板を用いることができる。プリント配線板としては特に制限はなく、フレキシブルプリント配線板、リジットプリント配線板、リジットフレキシブルプリント配線板を用いることができる。 As the substrate 12, for example, a printed wiring board having an insulating plate and a wiring pattern formed on the insulating plate can be used. There are no particular limitations on the printed wiring board, and a flexible printed wiring board, a rigid printed wiring board, or a rigid flexible printed wiring board can be used.

電子部品14としては、例えば、半導体素子、抵抗、キャパシタ、水晶発振器を用いることはできる。半導体素子の例としては、SBD(Schottky Barrier Diode)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、LSI(Large Scale Integration)、LEDチップ、LED-CSP(LED-Chip Size Package)が挙げられる。 For example, a semiconductor element, a resistor, a capacitor, or a crystal oscillator can be used as the electronic component 14. Examples of semiconductor elements include SBD (Schottky Barrier Diode), MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor), IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), LSI (Large Scale Integration), LED chip, and LED-CSP (LED-Chip Size Package).

接合体11は、基板12と電子部品14との間に、上述の接合用シートを配置して、積層体を得て、得られた積層体を加熱して、接合用シートの銅粒子を焼結させて接合層13を形成することにより製造することができる。積層体の加熱温度は、例えば、150℃以上300℃以下の範囲内にある。積層体の加熱時間としては、例えば、10分間以上1時間以下の範囲内にある。積層体の加熱は、不活性ガス雰囲気下、積層体の積層方向に積層体を加圧しながら行うことが好ましい。不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガスを用いることができる。積層体の加圧圧力は、0.5MPa以上30MPa以下の範囲内にあることが好ましい。 The bonded body 11 can be manufactured by placing the above-mentioned bonding sheet between the substrate 12 and the electronic component 14 to obtain a laminate, and heating the obtained laminate to sinter the copper particles of the bonding sheet to form the bonding layer 13. The heating temperature of the laminate is, for example, in the range of 150°C to 300°C. The heating time of the laminate is, for example, in the range of 10 minutes to 1 hour. The heating of the laminate is preferably performed in an inert gas atmosphere while pressurizing the laminate in the stacking direction of the laminate. As the inert gas, nitrogen gas or argon gas can be used. The pressurizing pressure of the laminate is preferably in the range of 0.5 MPa to 30 MPa.

以上のような構成とされた本実施形態である接合用シート1は、銅粒子2と溶媒3とを含み、銅粒子2が溶媒3で被覆されるので、銅粒子2が酸化しにくい。また、溶媒3は、沸点が150℃以上とされているので、揮発しにくい。よって、本実施形態の接合用シート1は、銅粒子2の酸化による焼結性の低下が起こりにくく、また形状安定性が向上する。また、溶媒3は、構造中にOH基を有するため、銅粒子2の酸化を好適に抑制できる。さらに、銅粒子2は、BET径が40nm以上750nm以下の範囲内にあり微細であるので焼結性が高く、銅粒子2と溶媒3の含有量比が質量比で99:1~90:10の範囲内にあり、銅粒子2の含有量が90質量%以上とされているので、加熱によって緻密な銅粒子2の焼結体(接合層)を形成することができる。また、溶媒3の含有量が10質量%以下であるため、加熱時に生成する溶媒の揮発ガスや分解ガスの量が少ない。よって、本実施形態の接合用シート1によれば、銅粒子の酸化による焼結性の低下が起こりにくく、緻密でボイドが少ない接合層を形成でき、電子部品などを高い強度で接合することができる。 The bonding sheet 1 of the present embodiment configured as described above contains copper particles 2 and a solvent 3, and the copper particles 2 are covered with the solvent 3, so that the copper particles 2 are not easily oxidized. In addition, the solvent 3 has a boiling point of 150°C or higher, so that it is not easily volatilized. Therefore, the bonding sheet 1 of the present embodiment is less likely to suffer from a decrease in sinterability due to oxidation of the copper particles 2, and has improved shape stability. In addition, since the solvent 3 has an OH group in its structure, it can suitably suppress the oxidation of the copper particles 2. Furthermore, since the copper particles 2 are fine with a BET diameter in the range of 40 nm or more and 750 nm or less, they have high sinterability, and the content ratio of the copper particles 2 to the solvent 3 is in the range of 99:1 to 90:10 by mass, and the content of the copper particles 2 is 90 mass% or more, a dense sintered body (bonding layer) of the copper particles 2 can be formed by heating. In addition, since the content of the solvent 3 is 10 mass% or less, the amount of volatilized gas and decomposition gas of the solvent generated during heating is small. Therefore, with the bonding sheet 1 of this embodiment, the sintering property is less likely to decrease due to oxidation of the copper particles, and a dense bonding layer with few voids can be formed, allowing electronic components and the like to be bonded with high strength.

また、本実施形態の接合用シート1において、銅粒子2は、表面が有機保護膜で被覆されている。接合用シート1は、銅粒子2の表面が有機保護膜で被覆されているので、銅粒子が酸化しにくい。銅粒子が酸化した場合、酸化銅の膜が接合性を低下させるため、本実施形態のように有機保護膜により銅粒子を酸化し難くすることで、接合性の低下を抑制できる。また、還元性基を含む溶媒3によって、焼結時に有機保護膜を適切に脱離させて、銅粒子2の焼結によって得られる接合層の接合強度の低下を抑えることができる。 In addition, in the bonding sheet 1 of this embodiment, the copper particles 2 have their surfaces covered with an organic protective film. In the bonding sheet 1, the copper particles 2 have their surfaces covered with an organic protective film, so the copper particles are less likely to oxidize. When the copper particles are oxidized, the copper oxide film reduces the bonding strength. Therefore, by making the copper particles less likely to be oxidized by the organic protective film as in this embodiment, the decrease in bonding strength can be suppressed. In addition, the organic protective film can be appropriately removed during sintering by the solvent 3 containing a reducing group, and the decrease in the bonding strength of the bonding layer obtained by sintering the copper particles 2 can be suppressed.

また、本実施形態の接合用シート1においては、銅粒子の表面は、飛行時間型二次イオン質量分析法によって分析することによって検出されるCuイオンの検出量に対するC イオンの検出量の比が、0.001以上となっていることが好ましい。Cuイオンの検出量に対するC イオンの検出量の比が、0.001以上となっていることで、銅粒子の表面が有機保護膜に適切に被覆され、銅粒子の酸化をより好適に抑制できる。 In the bonding sheet 1 of the present embodiment, the ratio of the amount of C 3 H 3 O 3 - ions to the amount of Cu + ions detected by time-of-flight secondary ion mass spectrometry on the surface of the copper particles is preferably 0.001 or more. By the ratio of the amount of C 3 H 3 O 3 - ions to the amount of Cu + ions being 0.001 or more, the surface of the copper particles is appropriately covered with an organic protective film, and the oxidation of the copper particles can be more appropriately suppressed.

本実施形態の接合用シート1においては、溶媒3が水酸基を有する場合、溶媒3が還元性を有するので、銅粒子2の酸化がより起こりにくくなる。また溶媒3がカルボキシル基であることによって、銅粒子表面を熱分解性の酢酸銅に変えるため、銅粒子2の酸化による焼結性の低下をより抑制することができる。 In the bonding sheet 1 of this embodiment, when the solvent 3 has a hydroxyl group, the solvent 3 has reducing properties, so oxidation of the copper particles 2 is less likely to occur. In addition, because the solvent 3 has a carboxyl group, the copper particle surface is converted into thermally decomposable copper acetate, so that the decrease in sinterability due to oxidation of the copper particles 2 can be further suppressed.

また、本実施形態の接合用シート1においては、溶媒3の還元性基が、水酸基又はカルボキシル基である場合、銅粒子に対する親和性が高いので、銅粒子2の酸化がさらに起こりにくくなると共に、溶媒3が揮発しにくくなる。よって、銅粒子2の酸化による焼結性の低下をさらに抑制することができると共に、接合用シート1の形状安定性がより向上する。 In addition, in the bonding sheet 1 of this embodiment, when the reducing group of the solvent 3 is a hydroxyl group or a carboxyl group, it has a high affinity for the copper particles, so that oxidation of the copper particles 2 is further suppressed and the solvent 3 is less likely to volatilize. Therefore, the decrease in sinterability due to oxidation of the copper particles 2 can be further suppressed, and the shape stability of the bonding sheet 1 is further improved.

さらに、本実施形態の接合用シート1においては、溶媒3が、ジオール化合物、トリオール化合物、及びカルボン酸の少なくとも1つを含む場合、ジオール化合物、トリオール化合物、及びカルボン酸は、銅粒子2との密着性が高いので、長期間にわたって揮発しにくい。よって、銅粒子の酸化による焼結性の低下を長期間にわたって抑制することができると共に、接合用シートの形状安定性が長期間にわたって向上する。 Furthermore, in the bonding sheet 1 of this embodiment, when the solvent 3 contains at least one of a diol compound, a triol compound, and a carboxylic acid, the diol compound, the triol compound, and the carboxylic acid have high adhesion to the copper particles 2 and are therefore unlikely to volatilize for a long period of time. Therefore, the decrease in sinterability due to oxidation of the copper particles can be suppressed for a long period of time, and the shape stability of the bonding sheet is improved for a long period of time.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態の接合用シート1を用いた接合体11として、図3では、基板12と電子部品14とを、接合層13を介して接合したものを説明したが、接合用シート1の用途はこれに限定されるものではない。例えば、接合用シート1は、2つの基板同士を接合する際に利用することができる。具体的には、ベース基板と相対的にベース基板よりもサイズが小さい基板(サブマウント基板)とを接合する際に用いることができる。またパワーモジュールにおいて、複数の半導体素子を組み込んだセラミック回路基板とヒートシンクとを接合する際に用いることができる。また、接合用シート1は、LEDデバイスにおいてLED素子とサブマウント基板を接合する際に用いることができる。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this, and can be modified as appropriate without departing from the technical concept of the invention.
For example, in FIG. 3, a bonded body 11 using the bonding sheet 1 of this embodiment is described in which a substrate 12 and an electronic component 14 are bonded via a bonding layer 13, but the use of the bonding sheet 1 is not limited to this. For example, the bonding sheet 1 can be used when bonding two substrates together. Specifically, it can be used when bonding a base substrate and a substrate (submount substrate) that is relatively smaller in size than the base substrate. It can also be used in a power module when bonding a ceramic circuit substrate incorporating multiple semiconductor elements to a heat sink. The bonding sheet 1 can also be used when bonding an LED element and a submount substrate in an LED device.

[銅粒子Aの作製]
クエン酸銅・2.5水和物(富士フイルム和光純薬株式会社製)とイオン交換水とを、撹拌羽を用いて撹拌混合して、濃度30質量%のクエン酸銅の水分散液を調製した。次いで、得られたクエン酸銅水分散液に、pH調整剤としてのクエン酸アンモニウム水溶液を加えて、クエン酸銅水分散液のpHを5に調整した。次に、得られたクエン酸銅水分散液を50℃まで昇温し、その温度を保持しながら、窒素ガス雰囲気下で、銅イオンの還元剤としてのヒドラジン一水和物水溶液(2倍希釈)を一時に添加し、撹拌羽を用いて撹拌混合した。ヒドラジン一水和物水溶液の添加量は、銅イオン全量を還元させるのに必要な量に対して1.2倍当量分とした。得られた混合液を窒素ガス雰囲気下で70℃まで昇温し、その温度で2時間保持して、銅粒子を生成させた。生成した銅粒子を、遠心分離機を用いて回収した。回収した銅粒子を減圧乾燥法で乾燥して、銅粒子Aを作製した。
[Preparation of copper particles A]
Copper citrate 2.5 hydrate (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and ion-exchanged water were stirred and mixed using a stirring blade to prepare an aqueous dispersion of copper citrate with a concentration of 30% by mass. Next, an aqueous solution of ammonium citrate as a pH adjuster was added to the obtained aqueous dispersion of copper citrate to adjust the pH of the aqueous dispersion of copper citrate to 5. Next, the obtained aqueous dispersion of copper citrate was heated to 50°C, and while maintaining the temperature, an aqueous solution of hydrazine monohydrate (diluted 2 times) as a reducing agent for copper ions was added at one time under a nitrogen gas atmosphere, and the mixture was stirred and mixed using a stirring blade. The amount of the aqueous solution of hydrazine monohydrate added was 1.2 times the amount required to reduce the total amount of copper ions. The obtained mixture was heated to 70°C under a nitrogen gas atmosphere and maintained at that temperature for 2 hours to generate copper particles. The generated copper particles were collected using a centrifuge. The recovered copper particles were dried by a reduced pressure drying method to prepare copper particles A.

[銅粒子Bの作製]
クエン酸銅水分散液のpHを2.0に調整したこと以外は、銅粒子Aの作製と同様にして、銅粒子Bを作製した。
[Preparation of copper particles B]
Copper particles B were prepared in the same manner as copper particles A, except that the pH of the copper citrate aqueous dispersion was adjusted to 2.0.

[銅粒子Cの作製]
クエン酸銅水分散液のpHを7.5に調整したこと以外は、銅粒子Aの作製と同様にして、銅粒子Cを作製した。
[Preparation of copper particles C]
Copper particles C were prepared in the same manner as copper particles A, except that the pH of the copper citrate aqueous dispersion was adjusted to 7.5.

[銅粒子Dの作製]
クエン酸銅水分散液のpHを1.7に調整したこと以外は、銅粒子Aの作製と同様にして、銅粒子Dを作製した。
[Preparation of copper particles D]
Copper particles D were prepared in the same manner as copper particles A, except that the pH of the copper citrate aqueous dispersion was adjusted to 1.7.

[銅粒子Eの作製]
クエン酸銅水分散液のpHを8.0に調整したこと以外は、銅粒子Aの作製と同様にして、銅粒子Eを作製した。
[Preparation of copper particles E]
Copper particles E were prepared in the same manner as copper particles A, except that the pH of the copper citrate aqueous dispersion was adjusted to 8.0.

[銅粒子Fの作製]
銅微粒子FはDOWAエレクトロニクス社製のRCV11(Type-B)を用いたこと以外は、銅粒子Aの作製と同様にして作製した。
[Preparation of copper particles F]
Copper microparticles F were prepared in the same manner as copper particles A, except that RCV11 (Type-B) manufactured by Dowa Electronics was used.

得られた銅粒子A~Fについて、BET径と、被覆層の成分を下記の方法により測定した。その結果を、下記の表1に示す。 The BET diameter and coating layer composition of the obtained copper particles A to F were measured using the following method. The results are shown in Table 1 below.

(BET径)
比表面積測定装置(カンタクローム・インスツルメンツ社製、QUANTACHROME AUTOSORB-1)を用いて、銅粒子の窒素ガスの吸着量を測定し、BET法により銅粒子の比表面積を求めた。得られた比表面積S(m/g)と、銅粒子の密度ρ(g/cm)とを用いて、下記の式よりBET径を算出した。
BET径(nm)=6000/(ρ(g/cm)×S(m/g))
(BET diameter)
The amount of nitrogen gas adsorbed by the copper particles was measured using a specific surface area measuring device (Quantachrome Instruments, QUANTACHROME AUTOSORB-1), and the specific surface area of the copper particles was determined by the BET method. The BET diameter was calculated from the obtained specific surface area S (m 2 /g) and the density ρ (g/cm 3 ) of the copper particles according to the following formula.
BET diameter (nm) = 6000/(ρ (g/cm 3 )×S (m 2 /g))

(被覆層の成分)
飛行時間型二次イオン質量分析装置(TOF-SIMS:ULVAC PHI社製、nanoTOFII)を用いCuイオンに対するC イオンとC イオン、C以上のイオンを検出した。具体的には、銅粉をIn箔表面に埋没したものを測定用試料とした。測定範囲は100μm平方の範囲、一次イオンはBi ++(30kV)、測定時間は5分の条件で測定してTOF-SIMSスペクトルを得た。得られたTOF-SIMSスペクトルから、Cu、C イオン、C イオン及びC以上のイオンの検出量を求め、各イオンの検出量を、それぞれCuイオンの検出量で除して、C /Cu比、C /Cu比及びC以上のイオン/Cu比を算出した。
(Components of Coating Layer)
A time-of-flight secondary ion mass spectrometer (TOF-SIMS: ULVAC PHI, nanoTOFII) was used to detect C 3 H 3 O 3 - ions, C 3 H 4 O 2 - ions, and ions of C 5 or more relative to Cu + ions. Specifically, the measurement sample was made by embedding copper powder on the surface of an In foil. The measurement range was a 100 μm square range, the primary ion was Bi 3 ++ (30 kV), and the measurement time was 5 minutes to obtain a TOF-SIMS spectrum. The detected amounts of Cu + , C 3 H 3 O 3 - ions, C 3 H 4 O 2 - ions and C 5 or higher ions were obtained from the obtained TOF-SIMS spectrum, and the detected amount of each ion was divided by the detected amount of Cu + ions to calculate the C 3 H 3 O 3 - /Cu + ratio, C 3 H 4 O 2 - /Cu + ratio and C 5 or higher ions/Cu + ratio.

(被覆量)
差動型示差熱天秤TG8120-SL(RIGAKU社製)を用いて、銅粒子の被覆量を測定した。試料は、凍結乾燥により水分を除去した銅粒子を用いた。銅粒子の酸化を抑制するため窒素(G2グレード)ガス中で測定し、昇温速度は10℃/minとし、250℃から300℃まで加熱したときの重量減少率を、有機保護膜の被覆量と定義した。すなわち、被覆量=(測定後の試料重量)/(測定前の試料重量)×100(wt%)である。なお測定は同一ロットの銅粒子で各々3回行い、相加平均値を被覆量とした。
(Coating amount)
The amount of coating of the copper particles was measured using a differential thermobalance TG8120-SL (manufactured by RIGAKU Corporation). The sample used was copper particles from which moisture had been removed by freeze-drying. In order to suppress oxidation of the copper particles, the measurement was performed in nitrogen (G2 grade) gas, the temperature increase rate was set to 10°C/min, and the weight loss rate when heated from 250°C to 300°C was defined as the amount of coating of the organic protective film. In other words, the amount of coating = (sample weight after measurement) / (sample weight before measurement) x 100 (wt%). The measurement was performed three times for each of the same lot of copper particles, and the arithmetic mean value was taken as the amount of coating.

Figure 0007589564000001
Figure 0007589564000001

[本発明例1]
銅粒子と、バインダーとしてのポリエチレングリコール(分子量:200)とを、質量比で95:5の割合で混合した。また、バインダーの誘電率を測定した。誘電率は、22℃の条件で、液体用誘電率測定計(日本ルフト社製、Model 871)で測定した。
次いで、得られた混合物を、加圧ローラを有する粉末圧延機(大野ロール株式会社製、2RM-63K)を用いて、加圧ローラのギャップ幅500μmの条件で圧延処理することにより、厚さ500μmの銅シートを得た。得られた銅シートの緻密度を、下記の方法により測定した。また、得られた銅シートを用いて作製した接合体のシェア強度とボイド率とを、下記の方法に測定した。その結果を表2に示す。
[Example 1]
The copper particles and polyethylene glycol (molecular weight: 200) as a binder were mixed in a mass ratio of 95:5. The dielectric constant of the binder was measured. The dielectric constant was measured at 22°C using a liquid dielectric constant meter (Model 871, manufactured by Nippon Luft Co., Ltd.).
The mixture was then rolled using a powder rolling machine (2RM-63K, manufactured by Ohno Roll Co., Ltd.) with a pressure roller at a pressure roller gap width of 500 μm to obtain a copper sheet having a thickness of 500 μm. The density of the obtained copper sheet was measured by the following method. In addition, the shear strength and void ratio of a bonded body made using the obtained copper sheet were measured by the following method. The results are shown in Table 2.

(緻密度)
銅シートをエポキシ樹脂で封止した後、銅シートの厚み方向に対して水平方向に、銅シートを切断した。銅シートの切断面に対して、機械研磨とクロスポリッシュ加工を施すことにより銅シートの断面出しを行った。次いで、銅シートの切断面を、SEM(走査型電子顕微鏡)を用いて50000倍で観察した。得られたSEM像を、画像処理ソフト(米国国立衛生研究所製ImageJ)を用いて2値化して、粒子部と空孔部とに分け、下記の式より緻密度を算出した。
緻密度(%)=(粒子部の総面積/(粒子部の総面積+空孔部の総面積))×100
(Density)
After sealing the copper sheet with epoxy resin, the copper sheet was cut horizontally to the thickness direction of the copper sheet. The cut surface of the copper sheet was subjected to mechanical polishing and cross-polishing to expose the copper sheet. The cut surface of the copper sheet was then observed at 50,000 times magnification using a SEM (scanning electron microscope). The obtained SEM image was binarized using image processing software (ImageJ, manufactured by the National Institutes of Health, USA) to separate it into a particle portion and a void portion, and the density was calculated using the following formula.
Density (%)=(total area of particle parts/(total area of particle parts+total area of void parts))×100

緻密度は、無作為に撮影した10カ所のSEM像について測定した。表2に示した値は、10カ所のSEM像から算出された緻密度の平均値である。 The density was measured on 10 randomly taken SEM images. The values shown in Table 2 are the average density values calculated from the 10 SEM images.

(接合体のシェア強度)
銅シートを、市販のカッターナイフを用いて切断して、銅シート片(2.5mm角×500μm厚)を作製した。30mm角×1mm厚の無酸素銅基板の上に、上記の銅シート片(2.5mm角×500μm厚)を配置した。次いで、その銅シート片の上に、2.5mm角×1mm厚の無酸素銅ダミー素子を配置した。こうして、無酸素銅基板と無酸素銅ダミー素子とが銅シート片を介して積層された積層体を得た。得られた積層体を、ダイボンダー(アルファーデザイン株式会社製、HTB-MM)を用いて、窒素ガス雰囲気下、加圧圧力5MPa、温度250℃の条件で、15分間保持することにより2.5mm角の無酸素銅基板と無酸素銅ダミー素子とが銅接合層を介して接合された接合体(サンプルA)を作製した。
(Shear strength of joint)
The copper sheet was cut using a commercially available cutter knife to prepare a copper sheet piece (2.5 mm square x 500 μm thick). The above copper sheet piece (2.5 mm square x 500 μm thick) was placed on a 30 mm square x 1 mm thick oxygen-free copper substrate. Next, a 2.5 mm square x 1 mm thick oxygen-free copper dummy element was placed on the copper sheet piece. In this way, a laminate in which the oxygen-free copper substrate and the oxygen-free copper dummy element were laminated via the copper sheet piece was obtained. The obtained laminate was held for 15 minutes under conditions of a nitrogen gas atmosphere, a pressurized pressure of 5 MPa, and a temperature of 250 ° C. using a die bonder (HTB-MM, manufactured by Alpha Design Co., Ltd.) to prepare a bonded body (Sample A) in which a 2.5 mm square oxygen-free copper substrate and an oxygen-free copper dummy element were bonded via a copper bonding layer.

得られた接合体(サンプルA)のシェア強度を、JIS Z 3198-7(鉛フリーはんだ試験方法-第7部:チップ部品のはんだ継手せん断試験方法)に準拠した方法により測定した。具体的には、ボンドテスタ(Nordson DAGE社製、SERIES 4000)のツールを用いて無酸素銅ダミー素子に荷重を加え、無酸素銅ダミー素子が銅接合層から剥離したときの荷重(最大せん断荷重)を測定した。ツールの移動速度は50μm/secとし、ツールの先端と無酸素銅基板のギャップは50μmとした。得られた最大せん断荷重を、ニュートン換算し、銅接合層の面積(2.5mm×2.5mm)で除することに求めた値をシェア強度(単位:MPa)とした。接合体は7個作製し、それぞれの接合体についてシェア強度を測定した。表2に示した値は、7個の接合体のシェア強度の平均である。シェア強度が20MPa以上のものは良、20MPa未満であるものは不可である。 The shear strength of the resulting joint (sample A) was measured by a method conforming to JIS Z 3198-7 (Lead-free solder test method - Part 7: Shear test method for solder joints of chip components). Specifically, a load was applied to the oxygen-free copper dummy element using a tool of a bond tester (Nordson DAGE, SERIES 4000), and the load (maximum shear load) when the oxygen-free copper dummy element peeled off from the copper joint layer was measured. The tool movement speed was 50 μm/sec, and the gap between the tip of the tool and the oxygen-free copper substrate was 50 μm. The obtained maximum shear load was converted into Newton and divided by the area of the copper joint layer (2.5 mm × 2.5 mm) to obtain the shear strength (unit: MPa). Seven joints were produced, and the shear strength of each joint was measured. The values shown in Table 2 are the average shear strengths of the seven joints. A shear strength of 20 MPa or more is good, and one less than 20 MPa is unacceptable.

(接合体のボイド率)
銅シートを、市販のカッターナイフを用いて切断して、銅シート片(10mm角×500μm厚)を作製した。30mm角×1mm厚の無酸素銅基板の上に、上記の銅シート片(10mm角×500μm厚)を配置した。次いで、その銅シート片の上に、10mm角×1mm厚の無酸素銅ダミー素子を配置した。こうして、無酸素銅基板と無酸素銅ダミー素子とが銅シート片を介して積層された積層体を得た。得られた積層体を、ダイボンダー(アルファーデザイン株式会社製、HTB-MM)を用いて、窒素ガス雰囲気下、加圧圧力5MPa、温度250℃の条件で、15分間保持することにより2.5mm角の無酸素銅基板と無酸素銅ダミー素子とが銅接合層を介して接合された接合体(サンプルB)を作製した。
(Void ratio of bonded body)
The copper sheet was cut using a commercially available cutter knife to prepare a copper sheet piece (10 mm square x 500 μm thick). The above copper sheet piece (10 mm square x 500 μm thick) was placed on a 30 mm square x 1 mm thick oxygen-free copper substrate. Next, a 10 mm square x 1 mm thick oxygen-free copper dummy element was placed on the copper sheet piece. In this way, a laminate in which the oxygen-free copper substrate and the oxygen-free copper dummy element were laminated via the copper sheet piece was obtained. The obtained laminate was held for 15 minutes under conditions of a nitrogen gas atmosphere, a pressurized pressure of 5 MPa, and a temperature of 250 ° C. using a die bonder (HTB-MM, manufactured by Alpha Design Co., Ltd.) to prepare a bonded body (Sample B) in which a 2.5 mm square oxygen-free copper substrate and an oxygen-free copper dummy element were bonded via a copper bonding layer.

得られた接合体(サンプルB)の銅接合層部分について、超音波探傷装置(株式会社日立ハイテクノロジーズ製、FINE-SAT)を用いて超音波探傷像を測定した。得られた超音波探傷像を、画像処理ソフト(米国国立衛生研究所製ImageJ)を用いて2値化して、ボイド(空洞)と接合体(銅粒子焼結体)とに分け、下記の式よりボイド率を算出した。
ボイド率(%)=(ボイド部分の総面積/銅接合層の面積(10mm×10mm))×100
The copper bonding layer of the obtained bonded body (sample B) was subjected to ultrasonic inspection using an ultrasonic inspection device (FINE-SAT, Hitachi High-Technologies Corporation). The obtained ultrasonic inspection image was binarized using image processing software (ImageJ, National Institutes of Health, USA) to separate the image into voids (cavities) and the bonded body (copper particle sintered body), and the void ratio was calculated using the following formula.
Void ratio (%) = (total area of voids / area of copper bonding layer (10 mm x 10 mm)) x 100

接合体は7個作製し、それぞれの接合体についてボイド率を測定した。表2に示した値は、7個の接合体のボイド率の平均である。ボイド率が10%未満のものは良、10%以上のものは不可である。 Seven bonded bodies were produced and the void ratio was measured for each bonded body. The values shown in Table 2 are the average void ratios of the seven bonded bodies. A void ratio of less than 10% is acceptable, and one of 10% or more is unacceptable.

[本発明例2~8、参考例9~12、本発明例13~17、比較例1~5]
銅粒子の種類、バインダーの種類、沸点、数平均分子量、銅粒子とバインダーとの配合量を、下記の表2に示すように代えたこと以外は、本発明例1と同様にして銅シートを作製した。なお、表2において、PEGは、ポリエチレングリコールを表し、DEGは、ジエチレングリコールを表し、EGは、エチレングリコールを表す。そして、本発明例1と同様にして、得られた銅シートの緻密度を測定し、また、得られた銅シートを用いて作製した接合体のシェア強度とボイド率とを測定した。その結果を表2に示す。
[Inventive Examples 2 to 8, Reference Examples 9 to 12, Inventive Examples 13 to 17, Comparative Examples 1 to 5]
A copper sheet was produced in the same manner as in Example 1 of the present invention, except that the type of copper particles, the type of binder, the boiling point, the number average molecular weight, and the amount of copper particles and binder were changed as shown in Table 2 below. In Table 2, PEG represents polyethylene glycol, DEG represents diethylene glycol, and EG represents ethylene glycol. Then, in the same manner as in Example 1 of the present invention, the density of the obtained copper sheet was measured, and the shear strength and void ratio of the bonded body produced using the obtained copper sheet were measured. The results are shown in Table 2.

Figure 0007589564000002
Figure 0007589564000002

BET径が40nm以上750nm以下の範囲内にある銅粒子と、バインダーとして沸点が150℃以上であって、OH基を有する溶媒とを、質量比で99:1~90:10(銅粒子:溶媒)の範囲内にて含む本発明例1~8、13~17の銅シートを用いた接合体は、いずれもシェア強度が15MPa以上と高く、ボイド率が10%未満と低い値を示しており、銅粒子の酸化による焼結性の低下が起こりにくく、緻密でボイドが少ない接合層を形成でき、電子部品などを高い強度で接合することができることが分かる。 The copper sheets of Examples 1 to 8 and 13 to 17 of the present invention, which contain copper particles having a BET diameter in the range of 40 nm or more and 750 nm or less, and a solvent having a boiling point of 150° C. or more and an OH group as a binder, in a mass ratio of 99:1 to 90:10 (copper particles:solvent), all have a high shear strength of 15 MPa or more and a low void ratio of less than 10%, and are unlikely to suffer from a decrease in sinterability due to oxidation of the copper particles. It can be seen that these bonding layers are dense and have few voids, and can bond electronic components and the like with high strength.

これに対して、バインダーとして常温で固体のポリエチレングリコールを含む比較例1の銅シートを用いた接合体は、シェア強度が大きく低下し、ボイド率が大きく上昇し、緻密でボイドが少ない接合層を形成できないことが分かる。接合体を作製する際の加熱時に、ポリエチレングリコールが揮発せずに、接合層中に残存したためであると考えられる。また、バインダーとして沸点が80℃のエタノールを含む比較例2の銅シートを用いた接合体は、ボイド率が上昇し、緻密でボイドが少ない接合層を形成できないことが分かる。接合体を作製する際の加熱時に、エタノールが一時に揮発することによって空孔が大きくなったためと考えられる。 In contrast, the bonded body using the copper sheet of Comparative Example 1, which contains polyethylene glycol that is solid at room temperature as a binder, shows a large decrease in shear strength and a large increase in void ratio, and it is clear that a dense bonded layer with few voids cannot be formed. This is thought to be because the polyethylene glycol does not volatilize during heating to produce the bonded body, but remains in the bonded layer. Also, the bonded body using the copper sheet of Comparative Example 2, which contains ethanol with a boiling point of 80°C as a binder, shows an increase in void ratio, and it is clear that a dense bonded layer with few voids cannot be formed. This is thought to be because the ethanol volatilizes all at once during heating to produce the bonded body, causing the pores to become larger.

バインダーであるポリエチレングリコールの含有量比が本発明の上限を超える比較例3では、圧延処理によって得られた銅シートが、粉末圧延機の加圧ローラの表面に強い付着力で付着した。加圧ローラから銅シートを引き剥がす際に、銅シートが破損して、接合体を作製するのに最低限必要な寸法の銅シートを回収できなかったため、接合体のシェア強度とボイド率は評価できなかった。バインダーであるポリエチレングリコールの含有量比が本発明の下限を下回る比較例4では、圧延処理によって得られた銅シートに多数のクラックが生じた。このクラックによって銅シートが破損して、接合体を作製するのに最低限必要な寸法の銅シートを回収できなかったため、接合体のシェア強度とボイド率は評価できなかった。OH基を有さないテトラデカンを溶媒として用いた比較例5では、シェア強度が悪化し、ボイド率が上昇し、銅粒子の酸化を抑制できずに、焼結性が低下することで、緻密でボイドが少ない接合層を形成できないことが分かる。 In Comparative Example 3, in which the content ratio of polyethylene glycol, the binder, exceeds the upper limit of the present invention, the copper sheet obtained by the rolling process adhered with strong adhesion to the surface of the pressure roller of the powder rolling machine. When the copper sheet was peeled off from the pressure roller, the copper sheet was damaged, and the copper sheet of the minimum dimensions required to produce a bonded body could not be recovered, so the shear strength and void ratio of the bonded body could not be evaluated. In Comparative Example 4, in which the content ratio of polyethylene glycol, the binder, is below the lower limit of the present invention, many cracks occurred in the copper sheet obtained by the rolling process. The copper sheet was damaged by these cracks, and the copper sheet of the minimum dimensions required to produce a bonded body could not be recovered, so the shear strength and void ratio of the bonded body could not be evaluated. In Comparative Example 5, in which tetradecane without OH groups was used as a solvent, the shear strength deteriorated, the void ratio increased, and the oxidation of the copper particles could not be suppressed, and the sinterability decreased, so it is understood that a dense bonded layer with few voids cannot be formed.

1 接合用シート
2 銅粒子
3 溶媒
11 接合体
12 基板
13 接合層
14 電子部品
REFERENCE SIGNS LIST 1 Bonding sheet 2 Copper particles 3 Solvent 11 Bonded body 12 Substrate 13 Bonding layer 14 Electronic component

Claims (5)

銅粒子と、沸点が150℃以上の溶媒とを含み、
前記銅粒子と前記溶媒の含有量比が、質量比で99:1~90:10であって、
前記銅粒子のBET径が40nm以上750nm以下の範囲内にあり、
前記溶媒が、構造中にOH基を有し、分子量が100以上1000以下である、
接合用シート。
A method for producing a solvent having a boiling point of 150° C. or higher, comprising:
The content ratio of the copper particles to the solvent is 99:1 to 90:10 by mass ratio,
The BET diameter of the copper particles is in the range of 40 nm or more and 750 nm or less,
The solvent has an OH group in its structure and a molecular weight of 100 or more and 1000 or less .
Joining sheet.
前記溶媒が、水酸基またはカルボキシル基を有する、請求項1に記載の接合用シート。 The joining sheet according to claim 1, wherein the solvent has a hydroxyl group or a carboxyl group. 前記溶媒が、ジオール化合物、トリオール化合物、及びカルボン酸の少なくとも一つを含む、請求項1又は請求項2に記載の接合用シート。 The joining sheet according to claim 1 or 2, wherein the solvent contains at least one of a diol compound, a triol compound, and a carboxylic acid. 前記銅粒子は、表面が有機保護膜で被覆されている、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の接合用シート。 The bonding sheet according to any one of claims 1 to 3, wherein the copper particles have a surface coated with an organic protective film. 前記銅粒子の表面は、飛行時間型二次イオン質量分析法によって分析することによって検出されるCuイオンの検出量に対するC イオンの検出量の比が、0.001以上となっている、請求項4に記載の接合用シート。 The bonding sheet according to claim 4, wherein the surface of the copper particle has a ratio of the amount of C 3 H 3 O 3 - ions to the amount of Cu + ions detected by time-of-flight secondary ion mass spectrometry of 0.001 or more.
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