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Description

本発明は接合材、及び該接合材で接合されてなる物品に関する。 The present invention relates to a bonding material and an article bonded with the bonding material.

従来、金属部材同士、金属部材と半導体素子、又は金属部材とLED素子等を接合するための接合材料としては、はんだが使用されていた。次世代パワーエレクトロニクスの分野では、高温動作可能なSiC等のデバイスのための接合剤としては環境に配慮する側面から、はんだの代替材として鉛を含まないものが求められており、銀ナノ粒子を用いた接合材が提案されている。一般的に銀ナノ粒子に代表される金属ナノ粒子は、安定化のために粒子表面が有機物で被覆されており、焼結時に被覆材が揮発及び/又は分解することで、金属ナノ粒子同士が焼結し強固な金属膜を形成することができる。
このような銀ナノ粒子を用いた接合材としては、例えば、特許文献1には、焼結促進剤を含む銀ナノ接合用ペーストが、塗工適性と冷熱サイクル前後の接合強度に優れることが記載されている。また、特許文献2には、平均一次粒子径がnmサイズの銀微粒子とμmサイズの銀粒子とを所定量含み、且つ特定の焼結助剤を含む接合材が、未焼結部の発生を抑制できることが記載されている。
Conventionally, solder has been used as a bonding material for bonding metal members together, between a metal member and a semiconductor element, or between a metal member and an LED element. In the field of next-generation power electronics, a lead-free alternative to solder is required as a bonding agent for devices such as SiC that can operate at high temperatures, from the environmental consideration aspect, and a bonding material using silver nanoparticles has been proposed. In general, metal nanoparticles, typified by silver nanoparticles, have their particle surfaces coated with an organic substance for stabilization, and when the coating material volatilizes and/or decomposes during sintering, the metal nanoparticles are sintered together to form a strong metal film.
As an example of a bonding material using such silver nanoparticles, Patent Document 1 describes a silver nano bonding paste containing a sintering accelerator, which has excellent coating suitability and bonding strength before and after thermal cycles. Patent Document 2 describes a bonding material containing a specific amount of silver fine particles and silver particles with an average primary particle size of nm size and a specific sintering aid, which can suppress the generation of unsintered parts.

特開2018-172728号公報JP 2018-172728 A 特開2015-225842号公報JP 2015-225842 A

しかしながら、特許文献1及び2に記載の接合材は、接合強度、特に冷熱サイクル性といった熱衝撃性の課題を解決できていない。
上記について、特許文献1に記載の接合用ペーストは、金属粒子を被覆する被覆材と溶剤の沸点の設計が不十分であり、被覆材の揮発及び/又は分解により生じたガスが膜外にスムーズに排出されず、膜内部に残留しボイド(空隙)を形成したためと考えられる。
また上記について、特許文献2に記載の接合材は、一つの金属粒子が一種の脂肪酸で被覆されているため、低沸点の被覆材で被覆された金属粒子が先に焼結を開始してしまい、塗膜が硬くなった後に、他方の高沸点の被覆材で被覆された金属粒子が焼結することになり、ガスがスムーズに排出されず、膜内部に多くのボイドを形成したためと考えられる。
ボイドの形成は、膜の脆弱化、基材との接地面積減少による接合強度の低下、及び熱衝撃性の大幅な劣化等の問題を引き起こす。
However, the bonding materials described in Patent Documents 1 and 2 are unable to solve the problems of bonding strength, particularly thermal shock resistance such as thermal cycle resistance.
Regarding the above, it is believed that the joining paste described in Patent Document 1 has an insufficient design of the boiling points of the coating material that coats the metal particles and the solvent, and the gas generated by the evaporation and/or decomposition of the coating material is not smoothly discharged to the outside of the film, but remains inside the film and forms voids (air gaps).
Regarding the above, in the bonding material described in Patent Document 2, one metal particle is coated with a kind of fatty acid, so that the metal particle coated with the coating material having a low boiling point starts sintering first, and after the coating film hardens, the other metal particle coated with the coating material having a high boiling point sinters, so that the gas cannot be discharged smoothly and many voids are formed inside the film.
The formation of voids causes problems such as weakening of the film, lowering of the bonding strength due to a reduction in the contact area with the substrate, and a significant deterioration in thermal shock resistance.

したがって本発明の課題は、300℃程度の比較的低温での焼結性を有し、冷熱サイクル前後の接合強度に優れる焼結膜を形成可能な接合材、及び、該接合材を用いた物品を提供することにある。 The objective of the present invention is therefore to provide a bonding material that has sinterability at a relatively low temperature of about 300°C and can form a sintered film that has excellent bonding strength before and after thermal cycles, and an article that uses the bonding material.

上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示す実施形態により、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of extensive research into solving the above problems, we discovered that the above problems could be solved by the embodiment shown below, and thus completed the present invention.

本発明の実施形態は、脂肪酸で被覆された金属粒子、及び有機溶剤を含む接合材であって、前記脂肪酸が、炭素数4以上8以下の脂肪酸Aと、炭素数14以上20以下の脂肪酸Bとを含み、前記有機溶剤が、沸点が170℃以上230℃以下の有機溶剤Cと、沸点が300℃以上350℃以下の有機溶剤Dとを含む、接合材に関する。 An embodiment of the present invention relates to a bonding material that includes metal particles coated with a fatty acid and an organic solvent, in which the fatty acid includes fatty acid A having 4 to 8 carbon atoms and fatty acid B having 14 to 20 carbon atoms, and the organic solvent includes organic solvent C having a boiling point of 170°C to 230°C and organic solvent D having a boiling point of 300°C to 350°C.

本発明の他の実施形態は、脂肪酸A及び脂肪酸Bのモル比(脂肪酸Aのモル数/脂肪酸Bのモル数)が0.5~30である、上記接合材に関する。 Another embodiment of the present invention relates to the above bonding material in which the molar ratio of fatty acid A and fatty acid B (moles of fatty acid A/moles of fatty acid B) is 0.5 to 30.

本発明の他の実施形態は、有機溶剤C及び有機溶剤Dの質量比(有機溶剤Cの質量/有機溶剤Dの質量)が1~3である、上記接合材に関する。 Another embodiment of the present invention relates to the above bonding material in which the mass ratio of organic solvent C to organic solvent D (mass of organic solvent C/mass of organic solvent D) is 1 to 3.

本発明の他の実施形態は、脂肪酸Aの沸点が、有機溶剤Cの沸点±0~20℃の温度である、上記接合材に関する。 Another embodiment of the present invention relates to the above bonding material, in which the boiling point of fatty acid A is a temperature within ±0 to ±20°C of the boiling point of organic solvent C.

本発明の他の実施形態は、脂肪酸Bの沸点が、有機溶剤Dの沸点±0~50℃の温度である、上記接合材に関する。 Another embodiment of the present invention relates to the above bonding material, in which the boiling point of fatty acid B is a temperature within ±0 to ±50°C of the boiling point of organic solvent D.

本発明の他の実施形態は、前記金属粒子が、下記式(1)で表されるカルボジヒドラジド、又は下記式(2)で表される多塩基酸ポリヒドラジドを用いて銀化合物が還元された還元体である、上記接合材に関する。 Another embodiment of the present invention relates to the above-mentioned bonding material, in which the metal particles are a reduced product of a silver compound using a carbodihydrazide represented by the following formula (1) or a polybasic acid polyhydrazide represented by the following formula (2).

Figure 0007629685000001
[式(2)中、Rはn価の多塩基酸残基を表す。]
Figure 0007629685000001
[In formula (2), R represents an n-valent polybasic acid residue.]

本発明の他の実施形態は、金属部材同士、金属部材と半導体素子、または金属部材とLED素子とが、上記接合材から形成される焼結体で接合されている物品に関する。 Another embodiment of the present invention relates to an article in which metal members are joined together, a metal member and a semiconductor element, or a metal member and an LED element are joined together with a sintered body formed from the above-mentioned joining material.

本発明により、300℃程度の比較的低温での焼結性を有し、冷熱サイクル前後の接合強度に優れる焼結膜を形成可能な接合材、及び、該接合材を用いた物品を提供することができる。 The present invention provides a bonding material that can be sintered at a relatively low temperature of about 300°C and can form a sintered film that has excellent bonding strength before and after thermal cycles, as well as an article that uses the bonding material.

本発明の接合材は、炭素数4以上8以下の脂肪酸Aと、炭素数14以上20以下の脂肪酸Bとを含む脂肪酸で被覆された金属粒子、及び、沸点が170℃以上230℃以下の有機溶剤Cと、沸点が300℃以上350℃以下の有機溶剤Dとを含むことを特徴とする。
出願人は、鋭意検討を重ねた結果、接合材中の脂肪酸等の揮発成分が膜外部にスムーズに放出されるためには、焼結時の接合材が低粘度であること、及び、脂肪酸が溶剤成分と共に揮発することが重要であることを突きとめ、特定の炭素数を有する2種の脂肪酸と、特定の沸点を有する2種の有機溶剤とを組み合わせることにより、接合材の安定性を維持しつつ優れた低温焼結性と熱衝撃性とを発揮し、冷熱サイクル前後の接合強度に優れる焼結体を形成を可能とすることを見出した。
以下に本発明について詳細に説明する。
The bonding material of the present invention is characterized in that it contains metal particles coated with a fatty acid, the fatty acid including fatty acid A having 4 to 8 carbon atoms and fatty acid B having 14 to 20 carbon atoms, organic solvent C having a boiling point of 170° C. or more and 230° C. or less, and organic solvent D having a boiling point of 300° C. or more and 350° C. or less.
As a result of extensive research, the applicant has found that in order for volatile components such as fatty acids in the bonding material to be smoothly released to the outside of the film, it is important that the bonding material has a low viscosity during sintering and that the fatty acids volatilize together with the solvent components. The applicant has found that by combining two types of fatty acids having specific carbon numbers with two types of organic solvents having specific boiling points, it is possible to form a sintered body that exhibits excellent low-temperature sintering properties and thermal shock resistance while maintaining the stability of the bonding material, and that has excellent bonding strength before and after thermal cycles.
The present invention will be described in detail below.

<金属粒子>
本発明の接合材は特定の脂肪酸で被覆された金属粒子を含む。金属粒子としては、例えば、金、銀、銅、ニッケル、クロム、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、インジウム、ケイ素、アルミニウム、タングステン、モリブデン、又は白金等の金属粉、これらの合金、又はこれらの複合粉が挙げられる。また、金属粒子としては、例えば、核体と前記核体物質とは異なる物質で被覆した微粒子が挙げられ、具体的には、銅を核体とし、その表面を銀で被覆した銀コート銅粉等が挙げられる。金属粒子は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
<Metal Particles>
The bonding material of the present invention includes metal particles coated with a specific fatty acid. Examples of the metal particles include metal powders such as gold, silver, copper, nickel, chromium, palladium, rhodium, ruthenium, indium, silicon, aluminum, tungsten, molybdenum, and platinum, alloys thereof, and composite powders thereof. Examples of the metal particles include fine particles coated with a core and a material different from the core material, specifically, silver-coated copper powder in which the core is made of copper and the surface is coated with silver. The metal particles may be used alone or in combination of two or more types.

金属粒子は、金属ナノ粒子を含むことが好ましい。金属ナノ粒子とは、平均粒子径がナノレベルであれば特に制限されず、好ましくは1~200nmであり、より好ましくは5~100nmであり、さらに好ましくは8~80nmであり、特に好ましくは8~50nmである。金属ナノ粒子は、特定の平均粒子径のものを単独で使用してもよいし、異なる平均粒子径のものを複数組み合わせて使用してもよい。
金属ナノ粒子を含むことで、粒子表面の活性が上がり、ナノサイズ効果により融点が下がり、低温での焼結が可能となる。即ち、低温焼結により電子部品の実装時の温度を下げることが可能になるので熱ストレスを低減できる。そして、金属ナノ粒子は、焼結により互いに結合してサイズが大きくなると、通常サイズの金属材料(バルク金属材料)と同等の高い融点を示すようになるので、実装後は耐熱温度を向上することができる。
The metal particles preferably include metal nanoparticles. The metal nanoparticles are not particularly limited as long as they have an average particle size at the nano level, and are preferably 1 to 200 nm, more preferably 5 to 100 nm, even more preferably 8 to 80 nm, and particularly preferably 8 to 50 nm. The metal nanoparticles may be used alone with a specific average particle size, or may be used in combination with a plurality of nanoparticles with different average particle sizes.
By including metal nanoparticles, the activity of the particle surface increases, and the melting point decreases due to the nano-size effect, making it possible to sinter at a low temperature. In other words, low-temperature sintering makes it possible to lower the temperature when mounting electronic components, thereby reducing thermal stress. Furthermore, when the metal nanoparticles are bonded together by sintering and increase in size, they exhibit a high melting point equivalent to that of normal-sized metal materials (bulk metal materials), so the heat resistance temperature can be improved after mounting.

金属ナノ粒子の含有量は、金属粒子100質量%中、好ましくは25~100質量%であり、より好ましくは80~100質量%、さらに好ましくは90~100質量%、特に好ましくは95~100質量%である。 The content of metal nanoparticles is preferably 25 to 100% by mass, more preferably 80 to 100% by mass, even more preferably 90 to 100% by mass, and particularly preferably 95 to 100% by mass, based on 100% by mass of metal particles.

なお、金属ナノ粒子の平均粒子径は、ナノトラック UPA-EX150(日機装社製)を用いて測定した体積粒度分布の累積粒度(D50)の値を用いることができる。また、金属ナノ粒子よりサイズが大きい金属粒子の平均粒子径は、島津製作所社製レーザー回折粒度分布測定装置「SALD-3000」を用いて測定した体積粒度分布の累積粒度(D50)の値を用いることができる。 The average particle size of metal nanoparticles can be the cumulative particle size (D50) value of the volume particle size distribution measured using a Nanotrac UPA-EX150 (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). The average particle size of metal particles that are larger than metal nanoparticles can be the cumulative particle size (D50) value of the volume particle size distribution measured using a laser diffraction particle size distribution measuring device "SALD-3000" manufactured by Shimadzu Corporation.

<脂肪酸>
前記金属粒子は、粒子表面の少なくとも一部が、炭素数4以上8以下の脂肪酸Aと、炭素数14以上20以下の脂肪酸Bとを含む脂肪酸で被覆されている。
脂肪酸とは、分子内にカルボキシル基1個を有するカルボン酸(R-COOH)のうち、鎖式構造を有するものを指し、直鎖構造を有するものと分岐構造を有するものとがあり、また飽和脂肪酸と不飽和脂肪酸とがある。脂肪酸は、後述するように、金属粒子を製造するための原料としてだけでなく、還元反応により金属粒子が生成した後にも金属表面近傍に存在し、微粒子の安定化を助ける分散剤としても良好に機能する。
<Fatty acids>
At least a portion of the surface of the metal particles is coated with a fatty acid including fatty acid A having 4 or more and 8 or less carbon atoms and fatty acid B having 14 or more and 20 or less carbon atoms.
The term "fatty acid" refers to a carboxylic acid (R-COOH) having one carboxyl group in the molecule, which has a chain structure, and includes those having a straight chain structure and those having a branched structure, and also includes saturated fatty acids and unsaturated fatty acids. As described below, fatty acids are not only used as raw materials for producing metal particles, but also exist near the metal surface even after the metal particles are generated by a reduction reaction, and function well as a dispersant that helps stabilize the fine particles.

[炭素数4以上8以下の脂肪酸A・炭素数14以上20以下の脂肪酸B]
炭素数4以上8以下の脂肪酸Aは、主に低温分解性による低温焼結性の効果を付与する。脂肪酸Aの炭素数が4以上であることで、金属粒子が安定化し、粒子同士の凝集が抑制される。また炭素数が8以下であることで、低温での分解性が良好となり低温焼結性に優れる。
炭素数4以上8以下の脂肪酸Aとしては、直鎖飽和脂肪酸、直鎖不飽和脂肪酸又は分岐脂肪酸が挙げられ、直鎖飽和脂肪酸としては、例えば、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、へプタン酸、オクタン酸;直鎖不飽和脂肪酸としては、例えば、クロトン酸、イソクロトン酸;分岐脂肪酸としては、例えば、2-エチルヘキサン酸;が挙げられる。
炭素数4以上8以下の脂肪酸Aとしては、直鎖飽和脂肪酸が好ましい。直鎖脂肪酸であると、親油性に優れ、非水性溶剤中での安定性が向上するほか、分解温度が低く低温焼結性に優れるため好ましい。炭素数4以上8以下の脂肪酸Aは、1種を単独で用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。
[Fatty acid A having 4 to 8 carbon atoms and fatty acid B having 14 to 20 carbon atoms]
The fatty acid A having 4 to 8 carbon atoms mainly imparts the effect of low-temperature sinterability due to low-temperature decomposability. When the fatty acid A has 4 or more carbon atoms, the metal particles are stabilized and the aggregation of the particles is suppressed. Furthermore, when the fatty acid A has 8 or less carbon atoms, the decomposability at low temperatures is good and the low-temperature sinterability is excellent.
Examples of the fatty acid A having 4 to 8 carbon atoms include linear saturated fatty acids, linear unsaturated fatty acids, and branched fatty acids. Examples of linear saturated fatty acids include butanoic acid, pentanoic acid, hexanoic acid, heptanoic acid, and octanoic acid. Examples of linear unsaturated fatty acids include crotonic acid and isocrotonic acid. Examples of branched fatty acids include 2-ethylhexanoic acid.
As the fatty acid A having 4 to 8 carbon atoms, a straight-chain saturated fatty acid is preferred. A straight-chain fatty acid is preferred because it has excellent lipophilicity, improved stability in non-aqueous solvents, and a low decomposition temperature and excellent low-temperature sintering property. The fatty acid A having 4 to 8 carbon atoms may be used alone or in combination.

炭素数14以上20以下の脂肪酸Bは、主に金属粒子を安定化させる効果を付与する。脂肪酸Bの炭素数が14以上であることで、金属粒子が安定化し、粒子同士の凝集が抑制されるとともに、接合材の粘度が下がり、塗工適性に優れるものになる。さらに、炭素数が14以上であることで、金属粒子の非水溶性溶媒への親和性が向上する。炭素数が20以下であることで、低温焼結性の効果を発現する。
炭素数14以上20以下の脂肪酸Bとしては、直鎖飽和脂肪酸、直鎖不飽和脂肪酸又は分岐脂肪酸が挙げられ、直鎖飽和脂肪酸としては、例えば、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、ヘプタデシル酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸;直鎖不飽和脂肪酸としては、例えば、パルミトレイン酸、オレイン酸、エルカ酸;分岐脂肪酸としては、例えば、2-ヘキシルデカン酸;が挙げられる。
炭素数14以上20以下の脂肪酸Bとしては、直鎖不飽和脂肪酸が好ましい。直鎖不飽和脂肪酸であると、親油性に優れ、非水性溶剤中での安定性が向上するほか、分解温度が低く低温焼結性に優れるため好ましい。炭素数14以上20以下の脂肪酸Bは、1種を単独で用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。
したがって、脂肪酸Aと脂肪酸Bとを組み合わせて用いることで、金属粒子の安定性と低温焼結性とを両立することができ、好ましい。
The fatty acid B having 14 to 20 carbon atoms mainly provides an effect of stabilizing metal particles. When the fatty acid B has 14 or more carbon atoms, the metal particles are stabilized, the aggregation of the particles is suppressed, and the viscosity of the bonding material is reduced, resulting in excellent coating suitability. Furthermore, when the fatty acid B has 14 or more carbon atoms, the affinity of the metal particles to non-aqueous solvents is improved. When the fatty acid B has 20 or less carbon atoms, the effect of low-temperature sintering is exhibited.
Examples of the fatty acid B having 14 or more and 20 or less carbon atoms include linear saturated fatty acids, linear unsaturated fatty acids, and branched fatty acids. Examples of linear saturated fatty acids include myristic acid, pentadecylic acid, palmitic acid, heptadecylic acid, stearic acid, nonadecanoic acid, and arachic acid. Examples of linear unsaturated fatty acids include palmitoleic acid, oleic acid, and erucic acid. Examples of branched fatty acids include 2-hexyldecanoic acid.
As the fatty acid B having 14 to 20 carbon atoms, a straight-chain unsaturated fatty acid is preferred. A straight-chain unsaturated fatty acid is preferred because it has excellent lipophilicity, improved stability in non-aqueous solvents, and a low decomposition temperature and excellent low-temperature sintering property. The fatty acid B having 14 to 20 carbon atoms may be used alone or in combination.
Therefore, by using fatty acid A and fatty acid B in combination, both the stability of the metal particles and the low-temperature sintering property can be achieved, which is preferable.

脂肪酸Aの沸点は、好ましくは有機溶剤Cの沸点±0~20℃の温度であり、より好ましくは有機溶剤Cの沸点±0~10℃の温度である。沸点差が±0~20℃の範囲内であることで、優れたボイド低減効果を発現する。
例えば、有機溶剤Cの沸点に対して脂肪酸Aの沸点が高すぎると、先に有機溶剤Cが揮発することで膜内が高粘度化し、後に揮発する脂肪酸Aの揮発成分の排出がスムーズに行われず、脂肪酸Aの揮発成分が残留しボイドを形成する。一方、脂肪酸Aの沸点に対して有機溶剤Cの沸点が高すぎると、先に脂肪酸Aが揮発し、焼結が一部進行することで膜内が高粘度化し、後に揮発する有機溶剤Cの揮発成分の排出がスムーズに行われずに、有機溶剤Cの揮発成分が残留しボイドを形成する。
脂肪酸Aの沸点を有機溶剤Cの沸点±0~20℃の温度とすることで、同様のタイミングで両成分が揮発し低粘度状態が維持され、スムーズな揮発成分の排出が行われる。これによりボイドが低減される。
The boiling point of fatty acid A is preferably a temperature within ±0 to 20° C. of the boiling point of organic solvent C, and more preferably a temperature within ±0 to 10° C. of the boiling point of organic solvent C. When the boiling point difference is within the range of ±0 to 20° C., an excellent void reduction effect is exhibited.
For example, if the boiling point of fatty acid A is too high relative to the boiling point of organic solvent C, the organic solvent C volatilizes first, causing the film to become highly viscous, and the volatile components of fatty acid A that volatilize later cannot be discharged smoothly, causing the volatile components of fatty acid A to remain and form voids. On the other hand, if the boiling point of organic solvent C is too high relative to the boiling point of fatty acid A, the fatty acid A volatilizes first, and sintering progresses partially, causing the film to become highly viscous, and the volatile components of organic solvent C that volatilize later cannot be discharged smoothly, causing the volatile components of organic solvent C to remain and form voids.
By setting the boiling point of fatty acid A to a temperature within ±0 to 20°C of the boiling point of organic solvent C, both components volatilize at the same time, maintaining a low viscosity state and allowing the volatile components to be discharged smoothly. This reduces voids.

脂肪酸Bの沸点は、好ましくは有機溶剤Dの沸点±0~50℃の温度である。
例えば、有機溶剤Dの沸点に対して脂肪酸Bのの沸点が高すぎると、先に有機溶剤Dが揮発することで膜内が高粘度化し、後に揮発する脂肪酸Bの揮発成分の排出がスムーズに行われず、脂肪酸Bの揮発成分が残留しボイドを形成する。一方、脂肪酸Bの沸点に対して有機溶剤Dの沸点が高すぎると、先に脂肪酸Bが揮発し、焼結が一部進行することで膜内が高粘度化し、後に揮発する有機溶剤Dの揮発成分の排出がスムーズに行われずに、有機溶剤Dの揮発成分が残留しボイドを形成する。
脂肪酸Bの沸点を有機溶剤Dの沸点±0~50℃の温度とすることで、同様のタイミングで両成分が揮発し低粘度状態が維持され、スムーズな揮発成分の排出が行われる。これによりボイドが低減される。
The boiling point of the fatty acid B is preferably a temperature within the boiling point of the organic solvent D ±0 to 50°C.
For example, if the boiling point of fatty acid B is too high relative to the boiling point of organic solvent D, organic solvent D volatilizes first, causing the inside of the film to become highly viscous, and the volatile components of fatty acid B that volatilize later cannot be discharged smoothly, causing the volatile components of fatty acid B to remain and form voids. On the other hand, if the boiling point of organic solvent D is too high relative to the boiling point of fatty acid B, fatty acid B volatilizes first, and sintering progresses partially, causing the inside of the film to become highly viscous, and the volatile components of organic solvent D that volatilize later cannot be discharged smoothly, causing the volatile components of organic solvent D to remain and form voids.
By setting the boiling point of fatty acid B to a temperature within ±0 to 50°C of the boiling point of organic solvent D, both components volatilize at the same time, maintaining a low viscosity state and allowing the volatile components to be discharged smoothly, thereby reducing voids.

脂肪酸A及び脂肪酸Bのモル比(脂肪酸Aのモル数/脂肪酸Bのモル数)は、好ましくは0.5~30であり、より好ましくは1~15であり、さらに好ましくは2~8である。
脂肪酸A及び脂肪酸Bのモル比が0.5以上であると、低温焼結性に優れる脂肪酸Aの比率が高くなり、得られる接合材は低温焼結性に優れる。前述のとおり、焼結工程では炭素数の違いから脂肪酸Aが脂肪酸Bより先に揮発してしまい、脂肪酸Bが揮発する段階では接合材の高粘度化しているため、脂肪酸Aに比べて脂肪酸Bの揮発成分は接合材の膜内に残存しやすくボイド形成につながる傾向にある。そのため、脂肪酸Aの比率が高いことは、接合材により形成される膜中のボイド低減の観点から好ましい。
脂肪酸A及び脂肪酸Bのモル比が30以下であると、脂肪酸Bにより金属粒子がより安定化するため好ましい。
The molar ratio of fatty acid A to fatty acid B (moles of fatty acid A/moles of fatty acid B) is preferably 0.5-30, more preferably 1-15, and even more preferably 2-8.
When the molar ratio of fatty acid A and fatty acid B is 0.5 or more, the ratio of fatty acid A, which has excellent low-temperature sinterability, becomes high, and the resulting bonding material has excellent low-temperature sinterability. As mentioned above, in the sintering process, fatty acid A volatilizes before fatty acid B due to the difference in carbon number, and the bonding material has a high viscosity at the stage when fatty acid B volatilizes, so the volatile components of fatty acid B tend to remain in the film of the bonding material more easily than fatty acid A, leading to void formation. Therefore, a high ratio of fatty acid A is preferable from the viewpoint of reducing voids in the film formed by the bonding material.
It is preferable that the molar ratio of fatty acid A to fatty acid B is 30 or less, since fatty acid B further stabilizes the metal particles.

脂肪酸A及び脂肪酸Bのモル比率を決定する方法は特に限定されないが、熱分解GCや熱分解GC-MSを用いる方法が挙げられる。具体的には、脂肪酸で被覆された金属粒子の粉末を、脂肪酸Bの沸点以上まで加熱した後、発生した揮発成分をGCあるいはGC-MSに導入して分析する。得られたチャートの面積から、検量線を用いることにより、それぞれの成分を定量することで、脂肪酸A及び脂肪酸Bのモル比率を算出することができる。 The method for determining the molar ratio of fatty acid A and fatty acid B is not particularly limited, but examples include methods using pyrolysis GC or pyrolysis GC-MS. Specifically, a powder of metal particles coated with fatty acid is heated to above the boiling point of fatty acid B, and the volatile components generated are then introduced into a GC or GC-MS for analysis. From the area of the resulting chart, the molar ratio of fatty acid A and fatty acid B can be calculated by quantifying each component using a calibration curve.

<脂肪酸で被覆された金属粒子の製造>
脂肪酸で被覆された金属粒子の製造方法は特に制限されず、公知の方法で製造することができる。中でも、脂肪酸で被覆された金属粒子として好ましくは、金属化合物の還元体であり、より好ましくは、下記式(1)で表されるカルボジヒドラジド、又は下記式(2)で表される多塩基酸ポリヒドラジドを用いて銀化合物が還元された還元体である。
<Production of Metal Particles Coated with Fatty Acids>
The method for producing the metal particles coated with fatty acid is not particularly limited, and they can be produced by a known method. Among them, the metal particles coated with fatty acid are preferably reduced metal compounds, more preferably reduced silver compounds using carbodihydrazide represented by the following formula (1) or polybasic acid polyhydrazide represented by the following formula (2).

Figure 0007629685000002
[式(2)中、Rはn価の多塩基酸残基を表す。]
Figure 0007629685000002
[In formula (2), R represents an n-valent polybasic acid residue.]

上記カルボジヒドラジド又は多塩基酸ポリヒドラジドは、還元剤として機能し、還元反応は、液体媒体と脂肪酸の金属塩化合物とを混合した後に上記カルボジヒドラジドまたは多塩基酸ポリヒドラジドを添加して金属塩化合物を還元する方法、液体媒体とカルボジヒドラジドまたは多塩基酸ポリヒドラジドとを混合した後に脂肪酸の金属塩化合物を添加して金属塩化合物を還元する方法、のいずれの方法を用いてもよい。 The carbodihydrazide or polybasic acid polyhydrazide functions as a reducing agent, and the reduction reaction may be carried out by either mixing a liquid medium with a metal salt compound of a fatty acid and then adding the carbodihydrazide or polybasic acid polyhydrazide to reduce the metal salt compound, or by mixing a liquid medium with a carbodihydrazide or polybasic acid polyhydrazide and then adding a metal salt compound of a fatty acid to reduce the metal salt compound.

脂肪酸の金属塩化合物を分散させる液状媒体としては、特に限定されないが、不純物の除去等の工程を考慮すると、水と相分離する非水性溶媒が好ましく、非水性溶媒に脂肪酸の金属塩化合物を分散させた後に、還元剤であるカルボジヒドラジドまたは多塩基酸ポリヒドラジドの水溶液を添加することが好ましい。 The liquid medium in which the metal salt compound of the fatty acid is dispersed is not particularly limited, but considering the process of removing impurities, a non-aqueous solvent that undergoes phase separation from water is preferred, and after dispersing the metal salt compound of the fatty acid in the non-aqueous solvent, it is preferable to add an aqueous solution of carbodihydrazide or polybasic acid polyhydrazide, which is a reducing agent.

前記脂肪酸の金属塩化合物の脂肪酸としては、前述の炭素数4以上8以下の脂肪酸A及び/又は炭素数14以上20以下の脂肪酸Bを用いることが好ましい。
脂肪酸の金属塩化合物を形成しうる金属としては、特に限定されないが、例えば、金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、白金、鉄、コバルト、水銀等のVIII族およびIB族から選ばれる少なくとも一種の金属であることが好ましく、低温焼結性を考慮すると金、銀及び銅からなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
脂肪酸の金属塩化合物は、公知の方法を用いて得ることができる。公知の方法としては、例えば、市販の脂肪酸ナトリウムもしくは、脂肪酸と水酸化ナトリウムとを水中で混合して得られた脂肪酸ナトリウム塩を、純水中で溶解させておき、得ようとする金属の無機塩を等量添加し、析出した脂肪酸の金属塩化合物を吸引濾過して濾別・乾燥させることで容易に得ることができる。
上記金属の無機塩としては、特に限定されないが、例えば、塩化金酸、塩化白金酸、塩化銀等の塩化物、硝酸銀等の硝酸塩、酢酸銀、酢酸銅(II)等の酢酸塩、過塩素酸銀等の過塩素酸塩、硫酸銅(II)等の硫酸塩、炭酸塩、ケイ酸塩、リン酸塩等が挙げられ、所望の金属に応じて適宜選択することができる。これらの金属の無機塩は、1種類を単独で使用しても、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
As the fatty acid of the metal salt compound of a fatty acid, it is preferable to use the above-mentioned fatty acid A having from 4 to 8 carbon atoms and/or fatty acid B having from 14 to 20 carbon atoms.
The metal capable of forming a metal salt compound of a fatty acid is not particularly limited, but is preferably at least one metal selected from Group VIII and Group IB metals such as gold, silver, copper, nickel, palladium, platinum, iron, cobalt, and mercury, and in consideration of low-temperature sintering, is preferably at least one metal selected from the group consisting of gold, silver, and copper.
The metal salt compound of fatty acid can be obtained by using a known method. For example, a commercially available fatty acid sodium salt or a fatty acid sodium salt obtained by mixing fatty acid and sodium hydroxide in water is dissolved in pure water, an equivalent amount of an inorganic salt of a target metal is added, and the precipitated metal salt compound of fatty acid is filtered by suction filtration and dried, whereby the metal salt compound of fatty acid can be easily obtained.
The inorganic salts of the above metals are not particularly limited, and examples thereof include chlorides such as chloroauric acid, chloroplatinic acid, and silver chloride, nitrates such as silver nitrate, acetates such as silver acetate and copper(II) acetate, perchlorates such as silver perchlorate, sulfates such as copper(II) sulfate, carbonates, silicates, phosphates, etc., and can be appropriately selected according to the desired metal. These inorganic salts of metals may be used alone or in combination of two or more.

式(2)で表される多塩基酸ポリヒドラジドとは、特に制限されず、例えば、二塩基酸ジヒドラジド、三塩基酸トリヒドラジド、四塩基酸テトラヒドラジドが挙げられる。中でも、二塩基酸ジヒドラジドは、溶媒への溶解度が良好であるため還元反応を均一に進行させることができ、貯蔵安定性も良好であるため好ましい。 The polybasic acid polyhydrazide represented by formula (2) is not particularly limited, and examples thereof include dibasic acid dihydrazide, tribasic acid trihydrazide, and tetrabasic acid tetrahydrazide. Among them, dibasic acid dihydrazide is preferred because it has good solubility in the solvent, which allows the reduction reaction to proceed uniformly, and it also has good storage stability.

二塩基酸ジヒドラジドとしては、例えば、マロン酸ジヒドラジド、コハク酸ジヒドラジド、グルタル酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、セバチン酸ジヒドラジド、ドデカン酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド、テレフタル酸ジヒドラジド、タルタロジヒドラジド、ピメリン酸ジヒドラジド、スベリン酸ジヒドラジド、アゼライン酸ジヒドラジド、ヘキサデカン酸ジヒドラジド、2,6-ナフトエ酸ジヒドラジド、1,4-ナフトエ酸ジヒドラジド、酒石酸ジヒドラジド、リンゴ酸ジヒドラジド、イミノジ酢酸ジヒドラジド、イタコン酸ジヒドラジドが挙げられる。 Examples of dibasic acid dihydrazides include malonic acid dihydrazide, succinic acid dihydrazide, glutaric acid dihydrazide, adipic acid dihydrazide, sebacic acid dihydrazide, dodecanoic acid dihydrazide, isophthalic acid dihydrazide, terephthalic acid dihydrazide, tartaric acid dihydrazide, pimelic acid dihydrazide, suberic acid dihydrazide, azelaic acid dihydrazide, hexadecanoic acid dihydrazide, 2,6-naphthoic acid dihydrazide, 1,4-naphthoic acid dihydrazide, tartaric acid dihydrazide, malic acid dihydrazide, iminodiacetic acid dihydrazide, and itaconic acid dihydrazide.

三塩基酸トリヒドラジドとしては、例えば、クエン酸トリヒドラジド、トリメリット酸トリヒドラジド、ニトリロ酢酸トリヒドラジド、シクロヘキサントリカルボン酸トリヒドラジド等が挙げられる。四塩基酸テトラヒドラジドとしては、エチレンジアミン四酢酸テトラヒドラジド、ピロメリット酸テトラヒドラジドが挙げられる。 Examples of tribasic acid trihydrazides include citric acid trihydrazide, trimellitic acid trihydrazide, nitriloacetic acid trihydrazide, and cyclohexanetricarboxylic acid trihydrazide. Examples of tetrabasic acid tetrahydrazides include ethylenediaminetetraacetic acid tetrahydrazide and pyromellitic acid tetrahydrazide.

上記以外の多塩基酸ポリヒドラジドとしては、ポリアクリル酸ポリヒドラジド等が挙げられる。これらの多塩基酸ポリヒドラジドは、1種類を単独で、又は2種類以上を組み合わせて用いることができ、式(1)のカルボジヒドラジドと組み合わせて用いることもできる。
カルボジヒドラジド又は多塩基酸ポリヒドラジドは、水素の1つ又は2つ以上が水酸基等の官能基で置換されていてもよい。
Other examples of polybasic acid polyhydrazides include polyacrylic acid polyhydrazide, etc. These polybasic acid polyhydrazides may be used alone or in combination of two or more, and may also be used in combination with the carbodihydrazide of formula (1).
In the carbodihydrazide or polybasic acid polyhydrazide, one or more hydrogen atoms may be substituted with a functional group such as a hydroxyl group.

還元剤は、反応後の精製を考慮すると、水溶液として添加することが好ましく、水への溶解性を考慮すると、還元剤として好ましくはアジピン酸ジヒドラジド、コハク酸ジヒドラジド、グルタル酸ジヒドラジドである。 Considering purification after the reaction, it is preferable to add the reducing agent as an aqueous solution. Considering solubility in water, the reducing agent is preferably adipic acid dihydrazide, succinic acid dihydrazide, or glutaric acid dihydrazide.

脂肪酸の金属塩化合物を液状媒体中に分散させ、還元反応を行う過程において、脂肪酸の金属塩化合物又は生成した金属微粒子に対し、原料由来の脂肪酸のみでも十分な分散効果を得ることができるが、必要に応じて分散安定化機能を有する化合物(以下「分散剤」と称する場合がある)を適宜添加してもよい。
上記分散安定化機能を有する化合物としては、特に限定されないが、例えば、アミノ基、4級アンモニウム塩、水酸基、シアノ基、カルボキシル基、チオール基、スルホン酸基等の金属化合物への親和性を有する官能基を1個または複数個有する化合物であることが好ましい。上記官能基は化合物の主鎖に含まれていても、側鎖もしくは主鎖と側鎖の双方に含まれていてもよい。上記官能基を有する化合物としては、特に限定されないが、例えば、アミン化合物、顔料分散剤、界面活性剤、脂肪酸等が好ましく用いられる。該脂肪酸としては、原料である脂肪酸の金属塩化合物の脂肪酸と同じ脂肪酸であってもよく、異なる脂肪酸であってもよい。
In the process of dispersing a metal salt compound of a fatty acid in a liquid medium and carrying out a reduction reaction, a sufficient dispersion effect can be obtained for the metal salt compound of the fatty acid or the generated metal microparticles using only the fatty acid derived from the raw material, but if necessary, a compound having a dispersion stabilizing function (hereinafter sometimes referred to as a "dispersant") may be appropriately added.
The compound having the dispersion stabilizing function is not particularly limited, but is preferably a compound having one or more functional groups having affinity to metal compounds, such as an amino group, a quaternary ammonium salt, a hydroxyl group, a cyano group, a carboxyl group, a thiol group, or a sulfonic acid group. The functional group may be contained in the main chain of the compound, or in the side chain, or in both the main chain and the side chain. The compound having the functional group is not particularly limited, but is preferably used, for example, an amine compound, a pigment dispersant, a surfactant, a fatty acid, etc. The fatty acid may be the same fatty acid as the fatty acid of the metal salt compound of the fatty acid as the raw material, or may be a different fatty acid.

金属粒子の粒子径は、必要に応じて適宜調節可能であるが、好ましくは1~200nmであり、より好ましくは5~100nmであり、さらに好ましくは8~80nmであり、特に好ましくは8~50nmである。 The particle size of the metal particles can be adjusted as needed, but is preferably 1 to 200 nm, more preferably 5 to 100 nm, even more preferably 8 to 80 nm, and particularly preferably 8 to 50 nm.

脂肪酸で被覆された金属粒子100質量%中、前記脂肪酸A及び脂肪酸Bの含有量は1~30質量%であることが好ましく、より好ましくは3~15質量%である。脂肪酸の含有量が3質量%以上であると、金属粒子の凝集がさらに抑制され安定性に優れるため好ましい。15質量%以下であると、ボイドがさらに低減されるため好ましい。 In 100% by mass of metal particles coated with fatty acids, the content of the fatty acids A and B is preferably 1 to 30% by mass, and more preferably 3 to 15% by mass. If the fatty acid content is 3% by mass or more, aggregation of the metal particles is further suppressed, resulting in excellent stability, which is preferable. If the fatty acid content is 15% by mass or less, voids are further reduced, which is preferable.

<有機溶剤>
本発明の接合材は、沸点が170℃以上230℃以下の有機溶剤Cと、沸点が300℃以上350℃以下の有機溶剤Dを含有する。所定範囲の沸点を有する有機溶剤C及び有機溶剤Dは、金属粒子を分散する分散媒であるだけでなく、焼結時に脂肪酸A及び脂肪酸Bの揮発成分が膜外部にスムーズに放出され、ボイド形成を抑制するために重要な成分である。
有機溶剤Cが170℃以上230℃以下の沸点であることにより、脂肪酸Aが揮発して排出される際の接合材内部は低粘度化されており、ボイドが低減される。また、炭素数4以上8以下の脂肪酸Aの沸点は有機溶剤Cの沸点と近いため、両者が共に効率的に揮発することができる。同様の理由で、有機溶剤Dが300~350℃の沸点であることにより、脂肪酸Bが揮発して排出される際の接合材内部は低粘度化されており、ボイドが低減される。また、炭素数14以上20以下の脂肪酸Bの沸点は有機溶剤Dの沸点と近いため、両者が共に効率的に揮発することができる。そして、焼結完了時には、脂肪酸A、脂肪酸B、有機溶剤C及び有機溶剤Dが全て揮発して膜外に排出され、ボイドが低減された膜を形成する。
さらに、脂肪酸Aが排出された後に脂肪酸Bが揮発することで、よりボイドを減らすことができるため、有機溶剤Cの沸点の上限値(230℃)と、有機溶剤Dの下限値(300℃)とが過度に近くなりすぎないことも重要である。
<Organic Solvent>
The bonding material of the present invention contains organic solvent C having a boiling point of 170° C. or more and 230° C. or less, and organic solvent D having a boiling point of 300° C. or more and 350° C. or less. Organic solvent C and organic solvent D having a boiling point within a predetermined range are not only dispersion media for dispersing metal particles, but also important components for smoothly releasing volatile components of fatty acid A and fatty acid B to the outside of the film during sintering and suppressing void formation.
Since the boiling point of the organic solvent C is 170°C or more and 230°C or less, the viscosity of the inside of the bonding material is reduced when the fatty acid A volatilizes and is discharged, and voids are reduced. In addition, the boiling point of the fatty acid A having 4 to 8 carbon atoms is close to the boiling point of the organic solvent C, so that both can volatilize efficiently. For the same reason, since the boiling point of the organic solvent D is 300 to 350°C, the viscosity of the inside of the bonding material is reduced when the fatty acid B volatilizes and is discharged, and voids are reduced. In addition, the boiling point of the fatty acid B having 14 to 20 carbon atoms is close to the boiling point of the organic solvent D, so that both can volatilize efficiently. Then, when the sintering is completed, the fatty acid A, fatty acid B, organic solvent C, and organic solvent D are all volatilized and discharged outside the film, forming a film with reduced voids.
Furthermore, since fatty acid B volatilizes after fatty acid A is discharged, it is possible to further reduce voids, so it is also important that the upper limit of the boiling point of organic solvent C (230°C) and the lower limit of organic solvent D (300°C) are not too close to each other.

沸点が170℃以上230℃以下の有機溶剤Cとしては、例えば、ジプロピレングルコールジメチルエーテル(沸点175℃)、エチレングリコールnブチルエーテルアセテート(沸点188℃)、オクタノール(沸点195℃)、アイソパーL(沸点199℃)、ジヒドロターピネオール(沸点210℃)、ジエチレングリコールモノブチルエーテル(沸点230℃)、2-2ブトキシエトキシエタノール(沸点230℃)が挙げられる。これら有機溶剤Cは、適宜単独で、又は複数用いることができる。 Examples of organic solvents C having a boiling point of 170°C or higher and 230°C or lower include dipropylene glycol dimethyl ether (boiling point 175°C), ethylene glycol n-butyl ether acetate (boiling point 188°C), octanol (boiling point 195°C), Isopar L (boiling point 199°C), dihydroterpineol (boiling point 210°C), diethylene glycol monobutyl ether (boiling point 230°C), and 2-2-butoxyethoxyethanol (boiling point 230°C). These organic solvents C can be used alone or in combination as appropriate.

沸点が300℃以上350℃以下の有機溶剤Dとしては、例えば、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル(沸点300℃)、イソボニルシクロヘキサノール(沸点318℃)、安息香酸ベンジル(沸点324℃)、アジピン酸ビス(2-エチルヘキシル)(沸点335℃)が挙げられる。これら有機溶剤Dは、適宜単独で、又は複数用いることができる。 Examples of organic solvents D having a boiling point of 300°C or higher and 350°C or lower include polyethylene glycol monomethyl ether (boiling point 300°C), isobornylcyclohexanol (boiling point 318°C), benzyl benzoate (boiling point 324°C), and bis(2-ethylhexyl) adipate (boiling point 335°C). These organic solvents D can be used alone or in combination as appropriate.

有機溶剤Cと有機溶剤Dの質量比(有機溶剤Cの質量/有機溶剤Dの質量)は、好ましくは1~3であり、より好ましくは1~2である。質量比が1以上であることで、脂肪酸Aの揮発成分の膜外への排出が促進され、且つ、沸点が高い有機溶剤Dの揮発成分が膜内に残存することを抑制するため、ボイド低減に優れる。質量比が3以下であることで、脂肪酸Bの揮発成分の膜外への排出が促進されるため、ボイド低減に優れる。 The mass ratio of organic solvent C to organic solvent D (mass of organic solvent C/mass of organic solvent D) is preferably 1 to 3, and more preferably 1 to 2. A mass ratio of 1 or more promotes the discharge of the volatile components of fatty acid A outside the film and inhibits the volatile components of organic solvent D, which has a high boiling point, from remaining in the film, resulting in excellent void reduction. A mass ratio of 3 or less promotes the discharge of the volatile components of fatty acid B outside the film, resulting in excellent void reduction.

<接合材>
本発明の接合材は、前述の、脂肪酸で被覆された金属粒子、有機溶剤C及び有機溶剤Dを含む。接合材の全固形分100質量%に対する、脂肪酸で被覆された金属粒子の含有量は、好ましくは80質量%以上、より好ましくは85~99質量%、さらに好ましくは90~99質量%である。脂肪酸で被覆された金属粒子を80質量%以上含むことによって、後述する接合対象である部材同士をより強固に接合することが可能となる。
<Bonding material>
The bonding material of the present invention contains the above-mentioned metal particles coated with fatty acids, organic solvent C, and organic solvent D. The content of the metal particles coated with fatty acids relative to 100% by mass of the total solid content of the bonding material is preferably 80% by mass or more, more preferably 85 to 99% by mass, and even more preferably 90 to 99% by mass. By containing 80% by mass or more of the metal particles coated with fatty acids, it becomes possible to more firmly bond the members to be bonded together, which will be described later.

本発明の接合材は、焼結促進剤を含有してもよい。焼結促進剤は、金属粒子に親和性の高い官能基を有する化合物であり、その親和性の高さから、金属粒子の周囲を覆っている有機物を引き剥がす働きを有する。有機物が引き剥がされた金属粒子は、分散安定性を失い凝集するため、粒子同士の接触、融着が促進され、緻密な金属の膜を形成する。
金属粒子に親和性の高い官能基は特に限定されず、特に、窒素原子を含有するものが金属粒子との親和性が高く、焼結促進剤として好適に用いられる。
窒素原子を含有する焼結促進剤は特に限定されないが、例えば、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン等の芳香族アミン;2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-メチルイミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物;2-メチルイミダゾリン等のイミダゾリン化合物;セバチン酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド等のジヒドラジド化合物;アミキュアPN-23、アミキュアMY-24等のアミンアダクト類;ジシアンジアミド;が挙げられる。中でも、焼結促進効果が高いことからジシアンジアミドが好適に用いられる。
焼結促進剤は一種のみを単独で用いてもよいし、複数を併用してもよい。
The bonding material of the present invention may contain a sintering accelerator. The sintering accelerator is a compound having a functional group with high affinity to metal particles, and due to the high affinity, it has the function of peeling off the organic matter covering the metal particles. The metal particles from which the organic matter has been peeled off lose their dispersion stability and aggregate, which promotes contact and fusion between the particles, forming a dense metal film.
There are no particular limitations on the functional group that has a high affinity for metal particles, and those containing nitrogen atoms in particular have a high affinity for metal particles and are preferably used as sintering accelerators.
The sintering accelerator containing a nitrogen atom is not particularly limited, and examples thereof include aromatic amines such as metaphenylenediamine and diaminodiphenylmethane, imidazole compounds such as 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-methylimidazole, 1,2-dimethylimidazole and 1-cyanoethyl-2-methylimidazole, imidazoline compounds such as 2-methylimidazoline, dihydrazide compounds such as sebacic acid dihydrazide and isophthalic acid dihydrazide, amine adducts such as Amicure PN-23 and Amicure MY-24, and dicyandiamide. Among these, dicyandiamide is preferably used because of its high sintering-accelerating effect.
The sintering accelerator may be used alone or in combination of two or more.

本発明の接合材は、凝集を防止する観点から分散剤を含有してもよい。分散剤の市販品としては、例えば、ソルスパース9000、ソルスパース12000、ソルスパース17000、ソルスパース20000、ソルスパース21000、ソルスパース24000、ソルスパース26000、ソルスパース27000、ソルスパース28000、ソルスパース32000、ソルスパース35100、ソルスパース54000、ソルシックス250(以上、日本ルーブリゾール株式会社製)、EFKA 4008、EFKA 4009、EFKA 4010、EFKA 4015、EFKA 4046、EFKA 4047、EFKA 4060、EFKA 4080、EFKA 7462、EFKA 4020、EFKA 4050、EFKA 4055、EFKA 4400、EFKA 4401、EFKA 4402、EFKA 4403、EFKA 4300、EFKA 4330、EFKA 4340、EFKA 6220、EFKA 6225、EFKA 6700、EFKA 6780、EFKA 6782、EFKA 8503(以上、エフカアディディブズ社製)、アジスパーPA111、アジスパーPB711、アジスパーPB821、アジスパーPB822、アジスパーPN411、フェイメックスL-12(以上、味の素ファインテクノ株式会社製)、DisperBYK101、DisperBYK102、DisperBYK106、DisperBYK108、DisperBYK111、DisperBYK116、DisperBYK130、DisperBYK140、DisperBYK142、DisperBYK145、DisperBYK161、DisperBYK162、DisperBYK163、DisperBYK164、DisperBYK166、DisperBYK167、DisperBYK168、DisperBYK170、DisperBYK171、DisperBYK174、DisperBYK180、DisperBYK182、DisperBYK192、DisperBYK193、DisperBYK2000、DisperBYK2001、DisperBYK2020、DisperBYK2025、DisperBYK2050、DisperBYK2070、DisperBYK2155、DisperBYK2164、BYK220S、BYK300、BYK306、BYK320、BYK322、BYK325、BYK330、BYK340、BYK350、BYK377、BYK378、BYK380N、BYK410、BYK425、BYK430(以上、ビックケミー・ジャパン株式会社製)が挙げられる。
分散剤の含有量は、接合材100質量%中、焼結時の残留を防ぐ点から好ましくは5質量%以下、より好ましくは1質量%以下、さらに好ましくは0.5質量%以下である。凝集防止効果の点から好ましくは0.1質量%以上である。
The bonding material of the present invention may contain a dispersant from the viewpoint of preventing aggregation. Commercially available dispersants include, for example, Solsperse 9000, Solsperse 12000, Solsperse 17000, Solsperse 20000, Solsperse 21000, Solsperse 24000, Solsperse 26000, Solsperse 27000, Solsperse 28000, Solsperse 32000, Solsperse 35100, Solsperse 54000, Solsix 250 (all manufactured by Lubrizol Japan Co., Ltd.), EFKA 4008, EFKA 4009, EFKA 4010, EFKA 4015, EFKA 4046, EFKA 4047, EFKA 4060, EFKA 4080, EFKA 7462, EFKA 4020, EFKA 4050, EFKA 4055, EFKA 4400, EFKA 4401, EFKA 4402, EFKA 4403, EFKA 4300, EFKA 4330, EFKA 4340, EFKA 6220, EFKA 6225, EFKA 6700, EFKA 6780, EFKA 6782, EFKA 8503 (all manufactured by Fuka Additives Co., Ltd.), Ajisper PA111, Ajisper PB711, Ajisper PB821, Ajisper PB822, Ajisper PN411, Famex L-12 (all manufactured by Ajinomoto Fine-Techno Co., Ltd.), DisperBYK101, DisperBYK102, DisperBYK106, DisperBYK108, DisperBYK109, DisperBYK200, DisperBYK201, DisperBYK202, DisperBYK203, DisperBYK204, DisperBYK205, DisperBYK206, DisperBYK208, DisperBYK209, DisperBYK301, DisperBYK302, DisperBYK306, DisperBYK308, DisperBYK309, DisperBYK401, DisperBYK402, DisperBYK403, DisperBYK501, DisperBYK502, DisperBYK506, DisperBYK502, DisperBYK503, DisperBYK601, DisperBYK602 ... rBYK111, DisperBYK116, DisperBYK130, DisperBYK140, DisperBYK142, DisperBYK145, DisperBYK1 61, DisperBYK162, DisperBYK163, DisperBYK164, DisperBYK166, DisperBYK167, DisperBYK168, Dis perBYK170, DisperBYK171, DisperBYK174, DisperBYK180, DisperBYK182, DisperBYK192, DisperBY K193, DisperBYK2000, DisperBYK2001, DisperBYK2020, DisperBYK2025, DisperBYK2050, DisperBYK 2070, Disper BYK2155, Disper BYK2164, BYK220S, BYK300, BYK306, BYK320, BYK322, BYK325, BYK330, BYK340, BYK350, BYK377, BYK378, BYK380N, BYK410, BYK425, BYK430 (all manufactured by BYK Japan K.K.).
The content of the dispersant is preferably 5% by mass or less, more preferably 1% by mass or less, and even more preferably 0.5% by mass or less, based on 100% by mass of the bonding material, in order to prevent residues during sintering. In order to prevent aggregation, the content is preferably 0.1% by mass or more.

<接合方法及び物品>
本発明の物品は、第1の部材と第2の部材とが、本発明の接合材から形成される焼結体で接合されているものであり、接合材は導電ペーストであるため、接合された物品は、ICチップ等の、電子基板にある電気回路とその上に搭載する電子部品等に展開することができる。
本発明の物品は、接合材を少なくとも第1の部材に塗布する工程と、前記第1の部材上の接合材に第2の部材を接触させた後に焼成する工程と、を含む製造方法により得ることができる。第1及び第2の部材の種類は特に限定されず、同一であってもよく異なるものであってもよい。該部材は、接合強度を高めるために、適宜コロナ処理、メッキ等で加工されていてもよい。
<Joining method and article>
The article of the present invention comprises a first member and a second member joined together with a sintered body formed from the joining material of the present invention. Since the joining material is a conductive paste, the joined article can be developed into an electric circuit on an electronic substrate, such as an IC chip, and an electronic component mounted thereon.
The article of the present invention can be obtained by a manufacturing method including a step of applying a bonding material to at least a first member, and a step of contacting a second member with the bonding material on the first member and then firing the resulting product. The types of the first and second members are not particularly limited, and may be the same or different. The members may be appropriately processed by corona treatment, plating, or the like to increase the bonding strength.

第1及び第2の部材としては、例えば、金属部材、電子素子、プラスチック材料、セラミック材料を挙げることができる。中でも、金属部材同士、金属部材と半導体素子、金属部材とLED素子とを接合することが好ましい。
即ち、金属部材同士、金属部材と半導体素子、又は金属部材とLED素子との間に本発明の接合材を挟み、加熱して有機溶剤及び被覆材等を除去すると共に、金属粒子の少なくとも一部を溶融して焼結体を形成し、金属部材同士、金属部材と半導体素子、又は金属部材とLED素子との間を、前記焼結体で接合することが好ましい。
Examples of the first and second members include metal members, electronic elements, plastic materials, and ceramic materials. Among these, it is preferable to join metal members together, a metal member and a semiconductor element, or a metal member and an LED element.
That is, it is preferable to sandwich the bonding material of the present invention between metal members, between a metal member and a semiconductor element, or between a metal member and an LED element, heat it to remove organic solvents and coating materials, and melt at least a portion of the metal particles to form a sintered body, and then bond the metal members together, between the metal member and the semiconductor element, or between the metal member and the LED element with the sintered body.

金属部材としては、例えば、銅基板、金基板、アルミ基板を挙げることができる。
電子素子としては、例えば、半導体素子、LED素子を挙げることができる。
半導体素子としては、例えば、シリコン(ケイ素)やゲルマニウムのほかに、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、硫化カドミウムが用いられる。
LED素子としては、例えば、アルミニウム、窒化珪素、ダイヤモンド、黒鉛、酸化イットリウム及び酸化マグネシウムが挙げられ、炭化ケイ素や窒化ガリウム等のパワーデバイス素子を使用することができる。
プラスチック材料としては、例えば、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレートが挙げられる。
セラミック材料としては、例えば、ガラス、シリコンが挙げられる。
Examples of the metal member include a copper substrate, a gold substrate, and an aluminum substrate.
Examples of the electronic element include a semiconductor element and an LED element.
Semiconductor elements may be made of, for example, silicon, germanium, gallium arsenide, gallium phosphide, or cadmium sulfide.
Examples of LED elements include aluminum, silicon nitride, diamond, graphite, yttrium oxide, and magnesium oxide, and power device elements such as silicon carbide and gallium nitride can also be used.
Examples of plastic materials include polyimide, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polycarbonate, and polyethylene naphthalate.
Examples of ceramic materials include glass and silicon.

接合材を塗布する方法としては、部材上に均一に塗布できる方法であれば特に限定されず、例えば、スクリーン印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、メタルマスク印刷、又はグラビアオフセット印刷のような各種印刷法、或いはディスペンサー法が挙げられる。 The method for applying the bonding material is not particularly limited as long as it can be applied uniformly to the member, and examples include various printing methods such as screen printing, flexographic printing, offset printing, gravure printing, metal mask printing, and gravure offset printing, or the dispenser method.

接合工程における焼成条件は、適宜調整可能だが、例えば、大気圧下、窒素雰囲気、真空中、加圧又は還元雰囲気で温度200~300℃の条件を挙げることができる。
焼成装置としては、例えば、熱風オーブン、赤外線オーブン、リフローオーブン、マイクロウエーブオーブン又は光焼成装置が挙げられる。光焼成装置の場合、照射する光の種類は特に限定されないが、例えば、水銀灯、メタルハライドランプ、ケミカルランプ、キセノンランプ、カーボンアーク灯、又はレーザー光が挙げられる。これら装置は、適宜単独で又は複数用いることができる。
The firing conditions in the bonding step can be appropriately adjusted, but examples of the firing conditions include atmospheric pressure, a nitrogen atmosphere, a vacuum, a pressurized or reducing atmosphere, and a temperature of 200 to 300°C.
Examples of the baking device include a hot air oven, an infrared oven, a reflow oven, a microwave oven, and a light baking device. In the case of a light baking device, the type of light to be irradiated is not particularly limited, and examples thereof include a mercury lamp, a metal halide lamp, a chemical lamp, a xenon lamp, a carbon arc lamp, and a laser light. These devices can be used alone or in combination as appropriate.

以下、実施例及び比較例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない。部及び%は、質量部及び質量%を表す。 The present invention will be described in more detail below using examples and comparative examples, but the technical scope of the present invention is not limited thereto. Parts and % represent parts by mass and % by mass.

<金属粒子の製造>
(銀粒子1)
セパラブル4口フラスコに冷却管、温度計、窒素ガス導入管、攪拌装置を取り付け、窒素雰囲気下、室温で攪拌しながらトルエン200部及びヘキサン酸銀22.3部を仕込み、0.5Mの溶液とした後に、分散剤としてジエチルアミノエタノール2.3部(金属1molに対し0.2mol倍)、オレイン酸2.8部(金属1molに対し0.1mol倍)を添加し溶解させた。その後、還元剤として固形分濃度20%のこはく酸ジヒドラジド(以下、SUDH)水溶液73.1部(金属1molに対しヒドラジド基2mol倍)を滴下すると液色が淡黄色から濃茶色に変化した。さらに反応を促進させるために40℃に昇温し、反応を進行させた。静置、分離した後、水相を取り出すことで過剰の還元剤や不純物を除去し、さらにトルエン層に数回蒸留水を加え、洗浄、分離を繰り返して、ナノ粒子のトルエン分散体を得た。このトルエン分散体にヘキサン酸2.4部を添加し、さらに、貧溶媒を添加した後に遠心分離と洗浄を繰り返し、乾燥することで、銀粉1を得た。銀粉1の平均粒径は10nmであった。
<Production of Metal Particles>
(Silver particles 1)
A separable 4-neck flask was fitted with a cooling tube, a thermometer, a nitrogen gas inlet tube, and a stirrer, and 200 parts of toluene and 22.3 parts of silver hexanoate were charged under a nitrogen atmosphere and stirred at room temperature to obtain a 0.5M solution, and then 2.3 parts of diethylaminoethanol (0.2 mol times per mol of metal) and 2.8 parts of oleic acid (0.1 mol times per mol of metal) were added as dispersants and dissolved. Then, 73.1 parts of a 20% solids concentration aqueous solution of succinic acid dihydrazide (hereinafter, SUDH) (2 mol times hydrazide group per mol of metal) were dropped as a reducing agent, and the liquid color changed from pale yellow to dark brown. In order to further promote the reaction, the temperature was raised to 40 ° C., and the reaction was allowed to proceed. After standing and separating, the aqueous phase was removed to remove excess reducing agent and impurities, and distilled water was added to the toluene layer several times, followed by repeated washing and separation to obtain a toluene dispersion of nanoparticles. 2.4 parts of hexanoic acid was added to this toluene dispersion, and a poor solvent was further added, followed by repeating centrifugation and washing, and then drying, to obtain Silver Powder 1. The average particle size of Silver Powder 1 was 10 nm.

(銀粒子2)
ヘキサン酸銀22.3部をブタン酸銀19.5部、トルエン分散体に添加するヘキサン酸2.4部をブタン酸1.9部に変更した以外は、銀粉1と同様にして銀粉2得た。銀粉2の平均粒径は10nmであった。
(Silver particles 2)
Silver powder 2 was obtained in the same manner as silver powder 1, except that 22.3 parts of silver hexanoate was replaced with 19.5 parts of silver butanoate, and 2.4 parts of hexanoic acid was added to the toluene dispersion with 1.9 parts of butanoic acid. The average particle size of silver powder 2 was 10 nm.

(銀粒子3)
ヘキサン酸銀22.3部をオクタン酸銀25.1部、トルエン分散体に添加するヘキサン酸2.4部をオクタン酸3.0部に変更した以外は、銀粉1と同様にして銀粉3得た。銀粉3の平均粒径は10nmであった。
(Silver particles 3)
Silver Powder 3 was obtained in the same manner as Silver Powder 1, except that 22.3 parts of silver hexanoate was replaced with 25.1 parts of silver octanoate, and 2.4 parts of hexanoic acid was added to the toluene dispersion with 3.0 parts of octanoic acid. The average particle size of Silver Powder 3 was 10 nm.

(銀粒子4)
オレイン酸2.8部をミリスチン酸2.3部に変更した以外は、銀粉1と同様にして銀粉4得た。銀粉4の平均粒径は10nmであった。
(Silver particles 4)
Silver Powder 4 was obtained in the same manner as Silver Powder 1, except that 2.8 parts of oleic acid was changed to 2.3 parts of myristic acid. The average particle size of Silver Powder 4 was 10 nm.

(銀粒子5)
トルエン分散体に添加するヘキサン酸2.4部を9.8部に変更した以外は、銀粉1と同様にして銀粉5得た。銀粉5の平均粒径は10nmであった。
(Silver particles 5)
Silver Powder 5 was obtained in the same manner as Silver Powder 1, except that the amount of hexanoic acid added to the toluene dispersion was changed from 2.4 parts to 9.8 parts. The average particle size of Silver Powder 5 was 10 nm.

(銀粒子6)
トルエン分散体に添加するヘキサン酸2.4部をオレイン酸5.9部に変更した以外は、実施例1と同様にして銀粉6得た。銀粉6の平均粒径は10nmであった。
(Silver Particles 6)
Silver Powder 6 was obtained in the same manner as in Example 1, except that 2.4 parts of hexanoic acid was added to the toluene dispersion, and 5.9 parts of oleic acid was added. The average particle size of Silver Powder 6 was 10 nm.

(銀粒子7)
セパラブル4口フラスコに冷却管、温度計、窒素ガス導入管、攪拌装置を取り付け、窒素雰囲気下、室温で攪拌しながら、トルエン200部及びヘキサン酸銀22.3部を仕込み、0.5Mの溶液とした後に、分散剤としてジエチルアミノエタノール2.3部(金属1molに対し0.2mol倍)、オレイン酸2.8部(金属1molに対し0.1mol倍)を添加し溶解させた。その後、ヒドラジン一水和物10.0部(金属1molに対し2mol倍)を加えると激しく反応が進行した。次いで、蒸留水100部を添加し、静置、分離した後、水層を取り出すことで、沈殿物、過剰の還元剤や不純物を除去し、さらにトルエン層に数回蒸留水を加え、洗浄、分離を繰り返して、ナノ粒子のトルエン分散体を得た。このトルエン分散体にヘキサン酸2.4部を添加し、さらに、貧溶媒を添加した後に遠心分離と洗浄を繰り返し、乾燥することで、銀粉7を得た。銀粉7の平均粒径は20nmであった。
(Silver particles 7)
A separable 4-neck flask was fitted with a cooling tube, a thermometer, a nitrogen gas inlet tube, and a stirrer, and 200 parts of toluene and 22.3 parts of silver hexanoate were charged while stirring at room temperature under a nitrogen atmosphere to obtain a 0.5M solution, and then 2.3 parts of diethylaminoethanol (0.2 mol times per mol of metal) and 2.8 parts of oleic acid (0.1 mol times per mol of metal) were added as dispersants and dissolved. Then, 10.0 parts of hydrazine monohydrate (2 mol times per mol of metal) was added, and the reaction proceeded vigorously. Next, 100 parts of distilled water was added, left to stand and separated, and the aqueous layer was removed to remove precipitates, excess reducing agent, and impurities. Distilled water was further added to the toluene layer several times, and washing and separation were repeated to obtain a toluene dispersion of nanoparticles. 2.4 parts of hexanoic acid were added to this toluene dispersion, and a poor solvent was further added, followed by repeated centrifugation and washing, and drying to obtain silver powder 7. The average particle size of silver powder 7 was 20 nm.

(銀粒子A)
セパラブル4口フラスコに冷却管、温度計、窒素ガス導入管、攪拌装置を取り付け、窒素雰囲気下、室温で攪拌しながらトルエン200部及びヘキサン酸銀22.3部を仕込み、0.5Mの溶液とした後に、分散剤としてジエチルアミノエタノール2.3部(金属1molに対し0.2mol倍)、ヘキサン酸1.2部(金属1molに対し0.1mol倍)を添加し溶解させた。その後、還元剤として固形分濃度20%のこはく酸ジヒドラジド水溶液73.1部(金属1molに対しヒドラジド基2mol倍)を滴下すると液色が淡黄色から濃茶色に変化した。さらに反応を促進させるために40℃に昇温し、反応を進行させた。静置、分離した後、水相を取り出すことで過剰の還元剤や不純物を除去し、さらにトルエン層に数回蒸留水を加え、洗浄、分離を繰り返して、ナノ粒子のトルエン分散体を得た。このトルエン分散体に貧溶媒を添加した後に遠心分離と洗浄を繰り返し、乾燥することで、銀粉Aを得た。銀粉Aの平均粒径は20nmであった。
(Silver Particles A)
A separable 4-neck flask was fitted with a cooling tube, a thermometer, a nitrogen gas inlet tube and a stirrer, and 200 parts of toluene and 22.3 parts of silver hexanoate were charged under a nitrogen atmosphere at room temperature while stirring to obtain a 0.5M solution. Then, 2.3 parts of diethylaminoethanol (0.2 mol times per mol of metal) and 1.2 parts of hexanoic acid (0.1 mol times per mol of metal) were added as dispersants and dissolved. Then, 73.1 parts of a succinic acid dihydrazide aqueous solution with a solid content concentration of 20% (2 mol times the hydrazide group per mol of metal) were dropped as a reducing agent, and the liquid color changed from pale yellow to dark brown. In order to further promote the reaction, the temperature was raised to 40 ° C., and the reaction was allowed to proceed. After standing and separating, the aqueous phase was removed to remove excess reducing agent and impurities, and distilled water was added to the toluene layer several times, followed by repeated washing and separation to obtain a toluene dispersion of nanoparticles. After adding a poor solvent to this toluene dispersion, centrifugation and washing were repeated, and drying was performed to obtain silver powder A. The average particle size of the silver powder A was 20 nm.

(銀粒子B)
ヘキサン酸銀22.3部をオレイン酸銀38.9部、トルエン分散体に添加するヘキサン酸1.2部をオレイン酸2.8部に変更した以外は、銀粉Aと同様にして銀粉B得た。銀粉Bの平均粒径は800nmであった。
(Silver Particles B)
Silver powder B was obtained in the same manner as silver powder A, except that 22.3 parts of silver hexanoate was replaced with 38.9 parts of silver oleate, and 1.2 parts of hexanoic acid was added to the toluene dispersion with 2.8 parts of oleic acid. The average particle size of silver powder B was 800 nm.

(銀粒子C)
ヘキサン酸銀22.3部を酢酸銀16.7部、トルエン分散体に添加するヘキサン酸2.4部を酢酸1.3部に変更した以外は、銀粉1と同様にして銀粉C得た。銀粉Cの平均粒径は10nmであった。
(Silver Particles C)
Silver Powder C was obtained in the same manner as Silver Powder 1, except that 22.3 parts of silver hexanoate was replaced with 16.7 parts of silver acetate, and 2.4 parts of hexanoic acid was added to the toluene dispersion with 1.3 parts of acetic acid. The average particle size of Silver Powder C was 10 nm.

(銀粒子D)
ヘキサン酸銀22.3部をデカン酸銀27.9部、トルエン分散体に添加するヘキサン酸2.4部をデカン酸3.6部に変更した以外は、銀粉1と同様にして銀粉D得た。銀粉Dの平均粒径は10nmであった。
(Silver Particles D)
Silver Powder D was obtained in the same manner as Silver Powder 1, except that 22.3 parts of silver hexanoate was replaced with 27.9 parts of silver decanoate, and 2.4 parts of hexanoic acid was added to the toluene dispersion with 3.6 parts of decanoic acid. The average particle size of Silver Powder D was 10 nm.

(銀粒子E)
オレイン酸2.8部をラウリン酸2.0部に変更した以外は、銀粉1と同様にして銀粉E得た。銀粉Eの平均粒径は10nmであった。
(Silver Particles E)
Silver Powder E was obtained in the same manner as Silver Powder 1, except that 2.8 parts of oleic acid was changed to 2.0 parts of lauric acid. The average particle size of Silver Powder E was 10 nm.

(銀粒子F)
オレイン酸2.8部をエルカ酸3.4部に変更した以外は、銀粉1と同様にして銀粉F得た。銀粉Fの平均粒径は10nmであった。
(Silver Particles F)
Silver Powder F was obtained in the same manner as Silver Powder 1, except that 2.8 parts of oleic acid was changed to 3.4 parts of erucic acid. The average particle size of Silver Powder F was 10 nm.

銀粒子1~7及び銀粒子A~Fを被覆している脂肪酸A及び脂肪酸Bのモル比率は、熱分解インジェクション装置を具備したGC-MS(QP-5050、株式会社島津製作所製)を用い、銀粒子を400℃以上まで加熱することで発生した揮発成分を定量分析することで算出した。結果を表1に示した。 The molar ratios of fatty acids A and B coating silver particles 1 to 7 and silver particles A to F were calculated by quantitatively analyzing the volatile components generated by heating the silver particles to 400°C or higher using a GC-MS (QP-5050, manufactured by Shimadzu Corporation) equipped with a pyrolysis injection device. The results are shown in Table 1.

<接合材の調整>
[実施例1](接合材1の調製)
銀粒子1:90.0部、アイソパーL(エクソンモービル社製、沸点199℃):6.0部、テルソルブMTPH(ニホンテルペン化学社製、イソボニルシクロヘキサノール、沸点318℃):4.0部を混合し、接合材1を得た。
<Adjustment of bonding material>
[Example 1] (Preparation of bonding material 1)
90.0 parts of silver particles 1, 6.0 parts of Isopar L (manufactured by Exxon Mobil Corp., boiling point 199° C.), and 4.0 parts of Tersolve MTPH (manufactured by Nihon Terpene Chemical Co., Ltd., isobornylcyclohexanol, boiling point 318° C.) were mixed to obtain a bonding material 1.

[実施例2~14、比較例1~10](接合材2~24の調製)
金属粒子、有機溶剤及び焼結促進剤の種類及び配合量を、表1に記載の内容にした以外は、接合材1と同様にして接合材2~24を得た。
[Examples 2 to 14, Comparative Examples 1 to 10] (Preparation of Bonding Materials 2 to 24)
Bonding materials 2 to 24 were obtained in the same manner as bonding material 1, except that the types and amounts of metal particles, organic solvent, and sintering accelerator were changed to those shown in Table 1.

<接合材の評価>
得られた接合材について以下の評価を行った。結果を表1に示す。
<Evaluation of bonding materials>
The obtained bonding material was subjected to the following evaluations. The results are shown in Table 1.

[粘度]
粘度は、接合材を25℃1日間放置した後に、E型粘度計を用いて回転開始1分後に測定した値(Pa・s)を用いた。
[viscosity]
The viscosity was measured using an E-type viscometer one minute after the start of rotation after leaving the bonding material at 25° C. for one day, and the measured value was (Pa·s).

[塗工適性]
接合材を鋼板に下記条件で塗工し、その塗工適性を下記基準で判断した。
(塗工条件)
・メタルマスク:開口部4mm角、板厚50μm(セリアコーポレーション製)
・メタルスキージ:40mm×250mm、厚み1mm(セリアコーポレーション製)
(評価基準)
A:接合材が、開口部全体(4mm角の範囲)に均一に付着している
B:接合材が、開口部の一部(3~3.7mm角の範囲)に付着している
C:接合材が、開口部の一部(2~3mm角の範囲)に付着している
D:接合材が、開口部のうち、2mm角の範囲未満に付着している
[Coating suitability]
The bonding material was applied to a steel plate under the following conditions, and its coatability was evaluated according to the following criteria.
(Coating conditions)
Metal mask: opening 4 mm square, plate thickness 50 μm (manufactured by Celia Corporation)
Metal squeegee: 40 mm x 250 mm, thickness 1 mm (manufactured by Seria Corporation)
(Evaluation Criteria)
A: The adhesive is evenly attached to the entire opening (4 mm square area). B: The adhesive is attached to only a portion of the opening (3-3.7 mm square area). C: The adhesive is attached to only a portion of the opening (2-3 mm square area). D: The adhesive is attached to less than a 2 mm square area of the opening.

[接合強度(シェア強度)]
下記塗工条件にて、接合材を基材1に塗工し、基材2を貼り付けた。次いで、毎分5℃で25℃から300℃まで昇温し、300℃で120分間、大気雰囲気で焼結して物品を得、これを試験片とした。なお、塗工時の接合材の厚みは、用いたメタルマスクの板厚と同じ50μmである。
(塗工条件)
・メタルマスク:開口部4mm角、板厚50μm(セリアコーポレーション製)
・メタルスキージ:40mm×250mm、厚み1mm(セリアコーポレーション製)
・基材1:銅板 1.3cm×1.3cm(厚み2mm)
・基材2:Siチップ 5mm×5mm(厚み300μm)
[Bonding strength (shear strength)]
The bonding material was applied to the substrate 1 under the following coating conditions, and the substrate 2 was attached. The temperature was then raised from 25°C to 300°C at 5°C per minute, and sintered at 300°C for 120 minutes in an air atmosphere to obtain an article, which was used as a test piece. The thickness of the bonding material when applied was 50 μm, which was the same as the plate thickness of the metal mask used.
(Coating conditions)
Metal mask: opening 4 mm square, plate thickness 50 μm (manufactured by Celia Corporation)
Metal squeegee: 40 mm x 250 mm, thickness 1 mm (manufactured by Seria Corporation)
Substrate 1: Copper plate 1.3 cm x 1.3 cm (thickness 2 mm)
Substrate 2: Si chip 5 mm x 5 mm (thickness 300 μm)

得られた試験片について、下記冷熱サイクル試験の前・後の接合強度を各々測定した。接合強度は、万能型ボンドテスタ(デイジ・ジャパン株式会社製、4000シリーズ)を用いて、基材1を固定し、基材1と焼結体との界面を起点として基材2に向かって高さ100μmの位置を500μm/sの速度で押し、接合が破壊される強度[MPa]を測定した。
(冷熱サイクル試験)
試験片を-40℃の温度条件で30分間保持した後、150℃の温度条件で30分間保持する処理工程を1サイクルとし、この処理を500サイクル行った。
The bond strength of the obtained test pieces was measured before and after the following thermal cycle test. The bond strength was measured by using a universal bond tester (manufactured by DAGE JAPAN, 4000 series) to fix the substrate 1 and push the interface between the substrate 1 and the sintered body toward the substrate 2 at a height of 100 μm at a speed of 500 μm/s, and the strength [MPa] at which the bond was broken was measured.
(Cooling and heating cycle test)
The test piece was held at -40°C for 30 minutes and then held at 150°C for 30 minutes, which constituted one cycle of treatment. This treatment was repeated 500 times.

Figure 0007629685000003
Figure 0007629685000003

表1中の略称を以下に示す。
アイソパーL:エクソンモービル社製、沸点199℃
MTPH:ニホンテルペン化学社製、イソボニルシクロヘキサノール、沸点318℃
DICY7:三菱化学株式会社製、JERキュアDICY7、焼結促進剤
The abbreviations in Table 1 are as follows.
Isopar L: Exxon Mobil Corporation, boiling point 199°C
MTPH: isobornylcyclohexanol, boiling point 318°C, manufactured by Nihon Terpene Chemical Co., Ltd.
DICY7: Mitsubishi Chemical Corporation, JER Cure DICY7, sintering accelerator

表1より、特定の炭素数を有する2種の脂肪酸と、特定の沸点を有する2種の有機溶剤とを組み合わせた本発明の接合材は、300℃程度の比較的低温での焼結性を有し、冷熱サイクル前後の接合強度に優れていた。
特に、脂肪酸Aと溶剤Cの沸点差、及び脂肪酸Bと溶剤Dの沸点差が小さい実施例1は、実施例3、4及び8と比較して、より優れた冷熱サイクル前後の接合強度を示した。
実施例1と、実施例6及び7とを対比すると、有機溶剤C及び有機溶剤Dの質量比(有機溶剤Cの質量/有機溶剤Dの質量)が1~3の範囲内である実施例1は、より優れた冷熱サイクル前後の接合強度を示した。
実施例1と、実施例13及び14とを対比すると、脂肪酸A及び脂肪酸Bのモル比(脂肪酸Aのモル数/脂肪酸Bのモル数)が2~5の範囲内である実施例1は、より優れた冷熱サイクル前後の接合強度を示した。
実施例1と、実施例5とを対比すると、実施例1は、より優れた冷熱サイクル前後の接合強度を示した。これは、実施例1に含まれる銀粒子1が、より平均粒径が小さく、粒径分布の均一性が高いため、低粘度化により塗工適性が向上し、粒径が密に配置されることによりボイドが低減されたためと推察される。
From Table 1, the bonding material of the present invention, which is a combination of two fatty acids having specific carbon numbers and two organic solvents having specific boiling points, has sinterability at a relatively low temperature of about 300° C. and is excellent in bonding strength before and after thermal cycles.
In particular, Example 1, in which the boiling point difference between fatty acid A and solvent C and the boiling point difference between fatty acid B and solvent D were small, showed superior bonding strength before and after thermal cycles compared with Examples 3, 4 and 8.
Comparing Example 1 with Examples 6 and 7, Example 1, in which the mass ratio of organic solvent C to organic solvent D (mass of organic solvent C/mass of organic solvent D) was within the range of 1 to 3, showed superior bonding strength before and after the thermal cycle.
Comparing Example 1 with Examples 13 and 14, Example 1, in which the molar ratio of fatty acid A and fatty acid B (moles of fatty acid A/moles of fatty acid B) was within the range of 2 to 5, showed superior bonding strength before and after thermal cycles.
Comparing Example 1 with Example 5, Example 1 showed superior bonding strength before and after the thermal cycle. This is presumably because silver particles 1 contained in Example 1 had a smaller average particle size and a more uniform particle size distribution, which improved coatability due to the lower viscosity and reduced voids due to the dense arrangement of particle sizes.

一方で、高沸点溶剤を含まない比較例1、2は、冷熱サイクル前後の接合強度が不足していた。これは、高沸点溶剤を含まないためボイド量が多くなったためと推察される。
単独の被覆材で被覆された金属粒子2種を含む比較例3は、冷熱サイクル前後の接合強度が不足していた。これは、一つの金属粒子が一種の脂肪酸で被覆されているため、より沸点の低い被覆材で被覆された銀粒子が先に焼結を開始し、塗膜が硬くなった後に、他方の沸点が高い被覆材で被覆された銀粒子が焼結するため、ガスがスムーズに排出されず、膜内部に多くのボイドが形成されたためだと推察される。
被覆材と有機溶剤との組み合わせた適切ではない比較例4~10は、冷熱サイクル前後の接合強度が不足していた。これは、ガスがスムーズに排出されず、膜内部に多くのボイドが形成されたためだと推察される。
On the other hand, the bonding strength before and after the thermal cycle was insufficient in Comparative Examples 1 and 2, which did not contain a high boiling point solvent. This is presumably because the amount of voids increased due to the absence of a high boiling point solvent.
Comparative Example 3, which contains two kinds of metal particles coated with a single coating material, had insufficient bonding strength before and after the thermal cycle. This is presumably because one metal particle is coated with a kind of fatty acid, so the silver particles coated with a coating material with a lower boiling point start sintering first, and after the coating film hardens, the silver particles coated with the other coating material with a higher boiling point sinter, which prevents gas from being discharged smoothly and causes many voids to form inside the film.
Comparative Examples 4 to 10, which used inappropriate combinations of coating materials and organic solvents, showed insufficient bonding strength before and after thermal cycling. This is presumably because gas was not discharged smoothly and many voids were formed inside the film.

Claims (7)

脂肪酸で被覆された金属粒子、及び有機溶剤を含む接合材であって、
前記金属粒子は、同一の金属粒子における粒子表面の少なくとも一部が、炭素数4以上8以下の脂肪酸Aと、炭素数14以上20以下の脂肪酸Bとを含む脂肪酸で被覆されてなり、
前記金属粒子が銀ナノ粒子であり、
前記有機溶剤が、沸点が170℃以上230℃以下の有機溶剤Cと、沸点が300℃以上350℃以下の有機溶剤Dとを含む、接合材。
A bonding material comprising metal particles coated with a fatty acid and an organic solvent,
The metal particles are each coated with a fatty acid, the fatty acid including fatty acid A having 4 to 8 carbon atoms and fatty acid B having 14 to 20 carbon atoms, at least a part of the particle surface of the metal particle being coated with the fatty acid,
the metal particles are silver nanoparticles,
The bonding material, wherein the organic solvent includes organic solvent C having a boiling point of 170° C. or more and 230° C. or less, and organic solvent D having a boiling point of 300° C. or more and 350° C. or less.
脂肪酸A及び脂肪酸Bのモル比(脂肪酸Aのモル数/脂肪酸Bのモル数)が0.5~30である、請求項1に記載の接合材。 The bonding material according to claim 1, in which the molar ratio of fatty acid A to fatty acid B (moles of fatty acid A/moles of fatty acid B) is 0.5 to 30. 有機溶剤C及び有機溶剤Dの質量比(有機溶剤Cの質量/有機溶剤Dの質量)が1~3である、請求項1又は2に記載の接合材。 The bonding material according to claim 1 or 2, in which the mass ratio of organic solvent C to organic solvent D (mass of organic solvent C/mass of organic solvent D) is 1 to 3. 脂肪酸Aの沸点が、有機溶剤Cの沸点±0~20℃の温度である、請求項1~3いずれか1項に記載の接合材。 The bonding material according to any one of claims 1 to 3, wherein the boiling point of fatty acid A is a temperature within ±0 to 20°C of the boiling point of organic solvent C. 脂肪酸Bの沸点が、有機溶剤Dの沸点±0~50℃の温度である、請求項1~4いずれか1項に記載の接合材。 The bonding material according to any one of claims 1 to 4, wherein the boiling point of fatty acid B is a temperature within ±0 to 50°C of the boiling point of organic solvent D. 前記金属粒子が、下記式(1)で表されるカルボジヒドラジド、又は下記式(2)で表される多塩基酸ポリヒドラジドを用いて銀化合物が還元された還元体である、請求項1~5いずれか1項に記載の接合材。

[式(2)中、Rはn価の多塩基酸残基を表す。]
The metal particles are a reduction product obtained by reducing a silver compound using a carbodihydrazide represented by the following formula (1) or a polybasic acid polyhydrazide represented by the following formula (2). The bonding material according to any one of claims 1 to 5.

[In formula (2), R represents an n-valent polybasic acid residue.]
金属部材同士、金属部材と半導体素子、または金属部材とLED素子とが、請求項1~6いずれか1項に記載の接合材から形成される焼結体で接合されている物品。 An article in which metal members are bonded together, a metal member and a semiconductor element, or a metal member and an LED element are bonded together with a sintered body formed from the bonding material according to any one of claims 1 to 6.
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