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JP7774352B2 - Copper paste - Google Patents
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JP7774352B2 - Copper paste - Google Patents

Copper paste

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JP7774352B2 JP2024540524A JP2024540524A JP7774352B2 JP 7774352 B2 JP7774352 B2 JP 7774352B2 JP 2024540524 A JP2024540524 A JP 2024540524A JP 2024540524 A JP2024540524 A JP 2024540524A JP 7774352 B2 JP7774352 B2 JP 7774352B2
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Description

本発明は、銅ペーストに関するものである。 The present invention relates to copper paste.

パワーモジュールは、電力を制御する半導体素子と、絶縁性放熱基板と、冷却フィンの各部材とを接合して構成される。このうち、半導体素子としては、Si、SiC、GaN、Ga等の材料が用いられる。また、絶縁性放熱基板としては、Al、AlN、Si等の熱伝導性に優れたセラミックス材料が用いられる。さらに、放熱フィンとしては、Alが用いられる。それぞれの部材を接合するために、半導体素子が接合する表面はCu、Ni、Ag等の金属薄膜が形成されており、絶縁性放熱基板が接合する表面はDirect Bonding of Copper(DBC)又はActive Metal Brazing(AMB)と呼ばれるCu薄板が形成されている。このCu薄板の表面にはさらにAg薄膜が形成されることもある。 A power module is composed of a semiconductor element that controls power, an insulating heat dissipation substrate, and cooling fins, all of which are bonded together. Materials such as Si, SiC, GaN, and Ga2O3 are used for the semiconductor element. Ceramic materials with excellent thermal conductivity, such as Al2O3 , AlN, and Si3N4 , are used for the insulating heat dissipation substrate. Furthermore, Al is used for the heat dissipation fins. To bond these components, a thin metal film of Cu, Ni, Ag, or the like is formed on the surface to which the semiconductor element is bonded, and a thin Cu plate called Direct Bonding of Copper (DBC) or Active Metal Brazing (AMB) is formed on the surface of the insulating heat dissipation substrate. An additional thin Ag film may also be formed on the surface of this thin Cu plate.

半導体素子と絶縁性放熱基板を接合することを、一般的に「ダイボンド」という。このダイボンドは、絶縁性放熱基板上に形成したCu薄板表面に導電性ペーストをスクリーン印刷法やディスペンシング法等で塗布する工程(塗布工程)、ペーストを乾燥する工程(乾燥工程)、この導電性ペーストを塗布した箇所に半導体素子を配置する工程(ダイマウント工程)、得られた積層体の積層方向に約20MPaの応力を印加した状態で導電性ペーストを加熱する工程(加圧焼結工程)をこの順に行い、半導体素子の表面に導電性ペーストの焼結体としての金属薄膜を形成し、接合する方法によって形成される。典型的な焼結条件としては250~300℃の温度で3~10分であり、雰囲気としては用いるペーストによって大気、窒素、水素等が挙げられる。このようにして形成されるダイボンドの接合強度は、ダイシェア強度として少なくとも30MPa以上が求められている。The process of joining a semiconductor device to an insulating heat dissipation substrate is generally called "die bonding." This die bond is formed by a process that involves the following steps: applying a conductive paste to the surface of a thin copper plate formed on an insulating heat dissipation substrate using a screen printing or dispensing method (application process); drying the paste (drying process); placing a semiconductor device on the applied conductive paste (die mounting process); and heating the conductive paste while applying a stress of approximately 20 MPa in the stacking direction of the resulting laminate (pressure sintering process). This results in a thin metal film formed as a sintered body of the conductive paste on the surface of the semiconductor device, which is then bonded to the substrate. Typical sintering conditions are 250-300°C for 3-10 minutes, and the atmosphere can be air, nitrogen, hydrogen, or other suitable materials, depending on the paste used. The die bond formed in this manner requires a die shear strength of at least 30 MPa.

ここで、導電性ペーストから形成される焼結体は熱伝導性に優れるため、半導体素子を高電圧高電流下で動作する際に発生する熱を効率的に絶縁性放熱基板に伝え、冷却フィンから放熱することができる。このようにダイボンドに用いるペーストとして、従来は高濃度鉛含有はんだペーストが利用されてきたが、素子の動作温度の高温化に対応するために、より優れた熱伝導性を有する銀ペーストが取って代わり、さらに近年では低コスト化が可能となる銅ペーストに注目が集まっている。 Here, the sintered body formed from the conductive paste has excellent thermal conductivity, allowing the heat generated when semiconductor elements are operated under high voltage and current to be efficiently transferred to the insulating heat dissipation substrate and dissipated through the cooling fins. While high-concentration lead-containing solder paste has traditionally been used for die bonding, silver paste, which has better thermal conductivity, has replaced it in order to accommodate the rising operating temperatures of elements, and in recent years, copper paste, which can be used at lower cost, has also been attracting attention.

しかしながら、銅ペーストを上述した焼結条件で加圧焼結した場合、通常の焼結条件と比べて低温で短時間であるため、充分に焼結されず、製品として要求されるダイシェア強度を得ることが困難である。そこで焼結を促進するため、表面積が大きい微細銅粒子を用いてペーストを作製することが提案されている。However, when copper paste is pressure sintered under the above-mentioned sintering conditions, the temperature is lower and the time is shorter than normal sintering conditions, so it is not sintered sufficiently, making it difficult to achieve the die shear strength required for the product. Therefore, to promote sintering, it has been proposed to create a paste using fine copper particles with a large surface area.

例えば、非特許文献1には、水酸化銅とニトリロ三酢酸二ナトリウムの混合溶液をヒドラジンで還元して得られる平均粒子径50~60nmの銅ナノ粒子を、銅ペーストに用いることが提案されている。このような銅ペーストは、窒素雰囲気下、200℃の低温で30分間加熱することで焼結体が形成され、ダイボンドのダイシェア強度は最大で39MPaであることが報告されている。For example, Non-Patent Document 1 proposes the use of copper nanoparticles with an average particle size of 50 to 60 nm, obtained by reducing a mixed solution of copper hydroxide and disodium nitrilotriacetate with hydrazine, in a copper paste. It has been reported that such copper paste forms a sintered body when heated at a low temperature of 200°C for 30 minutes in a nitrogen atmosphere, and that the die shear strength of the die bond is a maximum of 39 MPa.

Y.Kamikoriyama,H.Imamura,A.Muramatsu,K.Kanie,Sci.Rep.,9,899(2019).Y. Kamikoriyama, H. Imamura, A. Muramatsu, K. Kanie, Sci. Rep., 9, 899 (2019).

しかしながら、非特許文献1のように粒子を微細化すると、粒子が凝集して塗布、乾燥工程後に穴や突起物を形成したり、クラックを形成したりしやすくなる。これらの欠陥は、加圧焼結工程後も接合体の欠陥として引き継がれ、ダイシェア強度を低下させる原因となり得る。また、粒子を微細化すると、比表面積が大きくなり、銅粒子の保管時や銅ペースト塗布後の乾燥工程において粒子表面が酸化され、焼結性が劣化し、ひいてはダイシェア強度が劣化するとともに放熱のために要求される熱伝導性が低下する。However, when the particles are miniaturized as in Non-Patent Document 1, the particles tend to aggregate and form holes, protrusions, or cracks after the coating and drying processes. These defects remain as defects in the bonded body even after the pressure sintering process, and can cause a decrease in die shear strength. Furthermore, when the particles are miniaturized, the specific surface area increases, which causes the particle surface to oxidize during storage of the copper particles or in the drying process after applying the copper paste, degrading sinterability and ultimately degrading die shear strength and the thermal conductivity required for heat dissipation.

本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであり、良好な耐酸化性を有し、かつ形成される焼結体のダイシェア強度に優れる銅ペーストを提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above situation, and aims to provide a copper paste that has good oxidation resistance and produces a sintered body with excellent die shear strength.

本発明者らは、上述した課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、銅粉及びアルコール溶剤を含み、アルコール溶剤は、25℃における粘度が3mPa・s以上70mPa・s以下である1価のアルコール及び2価のアルコールからなる群から選択される1以上である第1のアルコールと、25℃における粘度が300mPa・s以上1000mPa・s以下である2価のアルコール及び3価のアルコールからなる群から選択される1以上である第2のアルコールとを含み、25℃、ずり速度10s-1における粘度η10は1Pa・s以上50Pa・s以下であり、Casson降伏応力σの平方根√σが10Pa1/2以下である銅ペーストによれば、良好な耐酸化性を有し、かつ形成される焼結体のダイシェア強度に優れることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下のものを提供する。 The present inventors conducted extensive research to solve the above-mentioned problems. As a result, they discovered that a copper paste containing copper powder and an alcohol solvent, wherein the alcohol solvent contains one or more first alcohols selected from the group consisting of monohydric alcohols and dihydric alcohols, each having a viscosity at 25°C of 3 mPa·s to 70 mPa·s, and one or more second alcohols selected from the group consisting of dihydric alcohols and trihydric alcohols, each having a viscosity at 25°C of 300 mPa·s to 1000 mPa·s, and wherein the viscosity η10 at 25°C and a shear rate of 10 s -1 is 1 Pa·s to 50 Pa·s, and the square root √σ0 of the Casson yield stress σ0 is 10 Pa½ or less, has good oxidation resistance and produces a sintered body with excellent die shear strength, leading to the completion of the present invention. That is, the present invention provides the following.

(1)銅粉及びアルコール溶剤を含み、前記アルコール溶剤は、25℃における粘度が3mPa・s以上70mPa・s以下である1価のアルコール及び2価のアルコールからなる群から選択される1以上である第1のアルコールと、25℃における粘度が300mPa・s以上1000mPa・s以下である2価のアルコール及び3価のアルコールからなる群から選択される1以上である第2のアルコールとを含み、25℃、ずり速度10s-1における粘度η10は1Pa・s以上50Pa・s以下であり、Casson降伏応力σの平方根√σが10Pa1/2以下である銅ペースト。 (1) A copper paste comprising copper powder and an alcohol solvent, wherein the alcohol solvent comprises one or more first alcohols selected from the group consisting of monohydric alcohols and dihydric alcohols, each having a viscosity at 25°C of 3 mPa·s or more and 70 mPa·s or less, and one or more second alcohols selected from the group consisting of dihydric alcohols and trihydric alcohols, each having a viscosity at 25°C of 300 mPa·s or more and 1000 mPa·s or less, wherein the viscosity η10 at 25°C and a shear rate of 10 s -1 is 1 Pa·s or more and 50 Pa·s or less, and the square root √σ0 of the Casson yield stress σ0 is 10 Pa½ or less.

(2)Casson粘度ηの平方根√ηが1(Pa・s)1/2以下である(1)に記載の銅ペースト。 (2) The copper paste according to (1), wherein the square root √η of Casson viscosity η is 1 (Pa·s) 1/2 or less.

(3)前記銅粉は、平均粒子径50nm以上900nm以下である第一の銅粒子と、平均粒子径150nm以上1μm以下であり、かつ前記第1の銅粒子よりも平均粒子径が100nm以上大きい第2の銅粒子と、板状、鱗片状、扁平状又はフレーク状で、平均粒子径1.5μm以上20μm以下である第3の銅粒子とを含む(1)又は(2)に記載の銅ペースト。 (3) A copper paste described in (1) or (2), wherein the copper powder includes first copper particles having an average particle diameter of 50 nm or more and 900 nm or less, second copper particles having an average particle diameter of 150 nm or more and 1 μm or less and having an average particle diameter 100 nm or more larger than that of the first copper particles, and third copper particles having a plate-like, scale-like, flat or flake-like shape and an average particle diameter of 1.5 μm or more and 20 μm or less.

(4)前記銅粉は、前記銅粉100質量%に対し、前記第2の銅粒子を1質量%以上30質量%以下、前記第3の銅粒子を5質量%以上60質量%以下含む(3)に記載の銅ペースト。(4) The copper powder contains 1% by mass or more and 30% by mass or less of the second copper particles and 5% by mass or more and 60% by mass or less of the third copper particles relative to 100% by mass of the copper powder.

(5)前記第1のアルコール及び前記第2のアルコールの総量が、前記銅粉、前記第1のアルコール及び前記第2のアルコールの総量100質量%に対し5質量%以上50質量%以下である(1)又は(2)に記載の銅ペースト。(5) A copper paste described in (1) or (2), in which the total amount of the first alcohol and the second alcohol is 5% by mass or more and 50% by mass or less relative to 100% by mass of the total amount of the copper powder, the first alcohol, and the second alcohol.

(6)樹脂を含まないか、又は前記樹脂を前記銅粉100質量%に対し0質量%超10質量%以下含む(1)又は(2)に記載の銅ペースト。(6) A copper paste described in (1) or (2) that does not contain resin or that contains more than 0% by mass and not more than 10% by mass of the resin relative to 100% by mass of the copper powder.

(7)エポキシ基を有するシランカップリング剤及びアミノ基を有するシランカップリング剤を含まないか、又はエポキシ基を有する前記シランカップリング剤及びアミノ基を有する前記シランカップリング剤を総量で前記銅粉100質量%に対し0質量%超0.05質量%以下含む(1)又は(2)に記載の銅ペースト。(7) A copper paste described in (1) or (2) that does not contain a silane coupling agent having an epoxy group and a silane coupling agent having an amino group, or that contains a total amount of the silane coupling agent having an epoxy group and the silane coupling agent having an amino group of more than 0% by mass and not more than 0.05% by mass relative to 100% by mass of the copper powder.

(8)前記第1のアルコールは、1-ヘキサノール、1-ヘプタノール、2-ヘプタノール、1-オクタノール、2-オクタノール、2-エチル-1-ヘキサノール、ベンジルアルコール、エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール及び2,3-ブタンジオールからなる群から選択される1以上を含む(1)又は(2)に記載の銅ペースト。 (8) A copper paste described in (1) or (2), wherein the first alcohol includes one or more selected from the group consisting of 1-hexanol, 1-heptanol, 2-heptanol, 1-octanol, 2-octanol, 2-ethyl-1-hexanol, benzyl alcohol, ethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, and 2,3-butanediol.

(9)前記第1の銅粒子及び前記第2の銅粒子の少なくとも一方は、表面の少なくとも一部に、多糖類が被覆されてなる(3)に記載の銅ペースト。(9) A copper paste as described in (3), in which at least one of the first copper particles and the second copper particles has at least a portion of its surface coated with a polysaccharide.

(10)前記第1の銅粒子及び前記第2の銅粒子の少なくとも一方が、表面の少なくとも一部に、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ドデカン酸及びテトラデカン酸からなる群から選択される1以上を含む(3)に記載の銅ペースト。(10) A copper paste as described in (3), wherein at least one of the first copper particles and the second copper particles contains, on at least a portion of its surface, one or more selected from the group consisting of octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, dodecanoic acid, and tetradecanoic acid.

本発明によれば、良好な耐酸化性を有し、かつ形成される焼結体のダイシェア強度に優れる銅ペーストを提供することができる。 The present invention provides a copper paste that has good oxidation resistance and produces a sintered body with excellent die shear strength.

比較例2(η10=185Pa・s)のペーストのCassonプロットである。1 is a Casson plot of the paste of Comparative Example 2 (η 10 =185 Pa·s). 比較例1(η10=11Pa・s)のペーストのCassonプロットである。1 is a Casson plot of the paste of Comparative Example 1 (η 10 =11 Pa·s). 実施例4(η10=8Pa・s)のペーストのCassonプロットである。1 is a Casson plot of the paste of Example 4 (η 10 =8 Pa·s). 比較例1のペーストの乾燥物の光学顕微鏡写真図である。FIG. 2 is an optical microscope photograph of the dried paste of Comparative Example 1. 実施例4のペーストの乾燥物の光学顕微鏡写真図である。FIG. 1 is an optical microscope photograph of the dried paste of Example 4.

以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明は実施形態の記載によって何ら限定されるものではなく、適宜変更を加えて実施することができる。 The following describes embodiments of the present invention, but the present invention is not limited in any way to the description of the embodiments and can be implemented with appropriate modifications.

≪銅ペースト≫
本実施形態に係る銅ペーストは、銅粉及びアルコール溶剤を含む。このうち、アルコール溶剤は、25℃における粘度が3mPa・s以上70mPa・s以下である1価のアルコール及び2価のアルコールからなる群から選択される1以上である第1のアルコールと、25℃における粘度が300mPa・s以上1000mPa・s以下である2価のアルコール及び3価のアルコールからなる群から選択される1以上である第2のアルコールとを含み、25℃、ずり速度10s-1における粘度η10は1Pa・s以上50Pa・s以下であり、Casson降伏応力σの平方根√σが10Pa1/2以下である。
<Copper paste>
The copper paste according to this embodiment includes copper powder and an alcohol solvent. The alcohol solvent includes one or more first alcohols selected from the group consisting of monohydric alcohols and dihydric alcohols, each having a viscosity at 25°C of 3 mPa·s to 70 mPa·s, and one or more second alcohols selected from the group consisting of dihydric alcohols and trihydric alcohols, each having a viscosity at 25°C of 300 mPa·s to 1000 mPa·s, wherein the viscosity η10 at 25°C and a shear rate of 10 s -1 is 1 Pa·s to 50 Pa·s, and the square root √σ0 of the Casson yield stress σ0 is 10 Pa½ or less.

なお、第1のアルコール及び第2のアルコールの粘度に関しては、これら2種のアルコールがいずれもニュートニアン粘性体であり、粘度がずり速度に依存しないので、任意のずり速度における粘度を意味する。 Regarding the viscosity of the first alcohol and the second alcohol, these two types of alcohol are both Newtonian viscous bodies and their viscosity does not depend on the shear rate, so this refers to the viscosity at any shear rate.

銅ペーストの場合は非ニュートニアン粘性体であるので、コーンプレート型の動的粘弾性測定装置(例えばBrookfield社製、RSTコーンプレートRheometer)を用いて測定し、ずり速度が10s-1のときの銅ペーストの粘度を意味する。 In the case of copper paste, which is a non-Newtonian viscous body, it is measured using a cone-plate type dynamic viscoelasticity measuring device (for example, RST cone-plate Rheometer manufactured by Brookfield), and means the viscosity of the copper paste at a shear rate of 10 s −1 .

本実施形態に係る銅ペーストにおいては、分散媒の有機溶剤として、少なくとも2種のアルコールを併用する。これにより保管時及び焼結時において銅粉の酸化が抑制される。このようにして得られる焼結体は、その内部に存在する酸化物の量が低減されており、熱伝導性及び接合強度に優れたものとなる。 In the copper paste of this embodiment, at least two types of alcohol are used in combination as the organic solvent of the dispersion medium. This prevents oxidation of the copper powder during storage and sintering. The sintered body obtained in this way has a reduced amount of oxide present within it, resulting in excellent thermal conductivity and bonding strength.

本実施形態に係る銅ペーストにおいて、ずり速度10s-1における粘度η10は1Pa・s以上50Pa・s以下である。ずり速度10s-1における粘度η10が所要値以上であることにより、印刷法による塗布中にペーストが印刷版の下に潜り込んで滲んだ形態となることを防止できる。また、ディスペンシング法による塗布後のペーストが流れることを防止し、所望の形状を維持することができる。また、粘度η10が所要値以下であることにより、ダイマウント工程において半導体素子と絶縁性放熱基板との間隙にあるペーストを均一に分布させることができ、加圧焼結体の各部の焼結のばらつきを抑制することができ、ダイシェア強度の部分に依存するばらつきを抑制することができる。 In the copper paste according to this embodiment, the viscosity η10 at a shear rate of 10 s -1 is 1 Pa·s or more and 50 Pa·s or less. Having a viscosity η10 at a shear rate of 10 s -1 equal to or greater than the required value prevents the paste from seeping under the printing plate and becoming smeared during application by printing. Furthermore, the paste is prevented from flowing after application by dispensing, allowing the desired shape to be maintained. Furthermore, having a viscosity η10 equal to or less than the required value allows the paste to be uniformly distributed in the gap between the semiconductor element and the insulating heat dissipation substrate during the die mounting process, suppressing variations in sintering of each part of the pressure-sintered body and suppressing variations depending on the part of the die shear strength.

ずり速度10s-1における粘度η10としては、1Pa・s以上50Pa・s以下であれば特に限定されないが、例えば1.5Pa・s以上、2Pa・s以上、2.5Pa・s以上、3Pa・s以上、3.5Pa・s以上、4Pa・s以上、4.5Pa・s以上、5Pa・s以上、5.5Pa・s以上、6Pa・s以上、6.5Pa・s以上、7Pa・s以上、7.5Pa・s以上、8Pa・s以上、8.5Pa・s以上、9Pa・s以上、9.5Pa・s以上、10Pa・s以上であることが好ましい。一方、ずり速度10s-1における粘度η10としては、49Pa・s以下、47Pa・s以下、45Pa・s以下、42Pa・s以下、40Pa・s以下、37Pa・s以下、35Pa・s以下、32Pa・s以下、30Pa・s以下であることが好ましい。 The viscosity η10 at a shear rate of 10 s −1 is not particularly limited as long as it is 1 Pa·s or more and 50 Pa·s or less, but is preferably, for example, 1.5 Pa·s or more, 2 Pa·s or more, 2.5 Pa·s or more, 3 Pa·s or more, 3.5 Pa·s or more, 4 Pa·s or more, 4.5 Pa·s or more, 5 Pa·s or more, 5.5 Pa·s or more, 6 Pa·s or more, 6.5 Pa·s or more, 7 Pa·s or more, 7.5 Pa·s or more, 8 Pa·s or more, 8.5 Pa·s or more, 9 Pa·s or more, 9.5 Pa·s or more, or 10 Pa·s or more. On the other hand, the viscosity η 10 at a shear rate of 10 s −1 is preferably 49 Pa·s or less, 47 Pa·s or less, 45 Pa·s or less, 42 Pa·s or less, 40 Pa·s or less, 37 Pa·s or less, 35 Pa·s or less, 32 Pa·s or less, or 30 Pa·s or less.

本実施形態に係る銅ペーストにおいて、Casson降伏応力σの平方根√σが10Pa1/2以下である。Casson降伏応力σの平方根√σは凝集体の大きさ及び凝集強さの指標であり、√σが所要値以下であることにより、凝集体が大きく又は強く凝集することが抑制されるため、乾燥後のペースト表面に穴や突起物を形成して加圧焼結後のダイシェア強度を低下させることを抑制することができる。 In the copper paste according to this embodiment, the square root √σ 0 of the Casson yield stress σ 0 is 10 Pa 1/2 or less. The square root √σ 0 of the Casson yield stress σ 0 is an index of the size and cohesion strength of the aggregates, and by having √σ 0 equal to or less than a required value, the aggregates are prevented from becoming large or cohesion strongly, and therefore it is possible to prevent holes or protrusions from being formed on the paste surface after drying, which would reduce the die shear strength after pressure sintering.

Casson降伏応力σの平方根√σとしては、10Pa1/2以下であれば特に限定されないが、例えば9.7Pa1/2以下、9.5Pa1/2以下、9.2Pa1/2以下、9Pa1/2以下、8.7Pa1/2以下、8.5Pa1/2以下、8.2Pa1/2以下、8Pa1/2以下、7.7Pa1/2以下、7.5Pa1/2以下、7.2Pa1/2以下、7Pa1/2以下、6.7Pa1/2以下、6.5Pa1/2以下、6.2Pa1/2以下、6Pa1/2以下、5.7Pa1/2以下、5.5Pa1/2以下、5.2Pa1/2以下5Pa1/2以下であることが好ましい。 The square root √σ 0 of the Casson yield stress σ 0 is not particularly limited as long as it is 10 Pa 1/2 or less, and may be, for example, 9.7 Pa 1/2 or less, 9.5 Pa 1/2 or less, 9.2 Pa 1/2 or less, 9 Pa 1/2 or less, 8.7 Pa 1/2 or less, 8.5 Pa 1/2 or less, 8.2 Pa 1/2 or less, 8 Pa 1/2 or less, 7.7 Pa 1/2 or less, 7.5 Pa 1/2 or less, 7.2 Pa 1/2 or less, 7 Pa 1/2 or less, 6.7 Pa 1/2 or less, 6.5 Pa 1/2 or less, 6.2 Pa 1/2 or less, 6 Pa 1/2 or less, 5.7 Pa 1/2 or less, 5.5 Pa 1/2 or less, 5.2 Pa 1/2 or less, It is preferably 1/2 or less.

本実施形態に係る銅ペーストにおいて、Casson粘度ηとしては特に限定されないが、その平方根√ηが1(Pa・s)1/2以下、0.97(Pa・s)1/2以下、0.95(Pa・s)1/2以下、0.92(Pa・s)1/2以下、0.9(Pa・s)1/2以下、0.87(Pa・s)1/2以下、0.85(Pa・s)1/2以下、0.82(Pa・s)1/2以下、0.8(Pa・s)1/2以下、0.77(Pa・s)1/2以下、0.75(Pa・s)1/2以下、0.72(Pa・s)1/2以下、0.7(Pa・s)1/2以下、0.67(Pa・s)1/2以下、0.65(Pa・s)1/2以下、0.62(Pa・s)1/2以下、0.6(Pa・s)1/2以下、0.57(Pa・s)1/2以下、0.55(Pa・s)1/2以下、0.52(Pa・s)1/2以下、0.5(Pa・s)1/2以下であることが好ましい。Casson粘度ηの平方根√ηはペースト塗布工程におけるペーストの動きやすさの指標として用いることでき、√ηが所要値以下であることによりスクリーン印刷時のペーストがスキージの動きに追随しやすくなり、ペーストの塗布領域に欠損が生じたり、ペースト厚さに不均一が生じたりすることを防止することができる。 In the copper paste according to this embodiment, the Casson viscosity η∞ is not particularly limited, but its square root √η∞ is 1 (Pa·s) 1/2 or less, 0.97 (Pa·s) 1/2 or less, 0.95 (Pa·s) 1/2 or less, 0.92 (Pa·s) 1/2 or less, 0.9 (Pa·s) 1/2 or less, 0.87 (Pa·s) 1/2 or less, 0.85 (Pa·s) 1/2 or less, 0.82 (Pa·s) 1/2 or less, 0.8 (Pa·s) 1/2 or less, 0.77 (Pa·s) 1/2 or less, 0.75 (Pa·s) 1/2 or less, 0.72 (Pa·s) 1/2 or less, 0.7 (Pa·s) 1/2 or less, 0.67 (Pa·s) Preferably, the viscosity is 0.65 (Pa s) 1/2 or less, 0.62 (Pa s) 1/2 or less, 0.6 (Pa s) 1/2 or less, 0.57 (Pa s) 1/2 or less, 0.55 (Pa s) 1/2 or less, 0.52 (Pa s) 1/2 or less, or 0.5 (Pa s) 1/2 or less. The square root √η of the Casson viscosity η can be used as an index of the ease of paste movement in the paste application step, and when √η is equal to or less than the required value, the paste can easily follow the movement of the squeegee during screen printing, preventing defects in the paste application area and uneven paste thickness.

(銅ペーストの動的粘弾性挙動の測定)
コーンプレート型のスピンドルを装着した動的粘弾性測定装置(例えばBrookfield社製、RSTコーンプレートRheometer)を用いて測定し、ずり速度が10s-1のときの銅ペーストの粘度をη10とする。また、ずり応力(σ)の平方根(√σ)を縦軸に、ずり速度(γ)の平方根(√γ)を横軸にしたCassonプロットを得た。このプロットで近似直線が得られるとき、ずり速度が10s-1以上の領域にある近似直線の縦軸との切片がCasson降伏応力の平方根(√σ)であり、傾きがCasson粘度の平方根(√η)である。
(Measurement of dynamic viscoelastic behavior of copper paste)
Measurements were taken using a dynamic viscoelasticity measuring device equipped with a cone-plate spindle (e.g., Brookfield's RST Cone-Plate Rheometer), and the viscosity of the copper paste at a shear rate of 10 s was defined as η 10. A Casson plot was also obtained, with the square root (√σ) of shear stress (σ) on the vertical axis and the square root (√γ) of shear rate (γ) on the horizontal axis. When an approximate straight line is obtained from this plot, the intercept of the approximate straight line with the vertical axis in the shear rate region of 10 s or more is the square root of the Casson yield stress (√σ 0 ), and the slope is the square root of the Casson viscosity (√η ).

(アルコール溶剤)
本実施形態に係る銅ペーストにおいて用いる有機溶剤は、粘度の異なる1価又は2価のアルコールと、2価又は3価のアルコールとを組み合わせたアルコール溶剤である。アルコールとして価数が4価以上の多価アルコールを溶剤に用いると、焼結を特に300℃程度以下の低温かつ還元雰囲気又は窒素雰囲気で行う場合に、アルコールが焼結体中に残存し、電気伝導性や密着強度を低下させることがある。一方で、1価アルコールのみを溶剤として用いると、銅ペーストの保管・印刷時に揮発しやすく、銅ペーストの粘度が変化して作業性を悪化させることがある。本実施形態に係る銅ペーストにおいては、粘度の異なる1価又は2価のアルコールと、2価又は3価のアルコールとを組み合わせることにより、このような問題が回避でき、銅粉が均一に分散した物性及び作業性に優れる銅ペーストが提供される。特に、粘度の高い第2のアルコールを含有するため、塗布後のペーストのダレによる所望の形状からの変化が抑制される上、後述するように樹脂等のバインダー成分なしでも銅ペーストの粘度を適切な値に調整することができる。樹脂成分を含有しない銅ペーストであれば、樹脂成分由来の炭素残渣の発生を考慮する必要がなく、焼結を非酸化的雰囲気下にて、比較的低温で行うことも可能となる。
(alcohol solvent)
The organic solvent used in the copper paste according to this embodiment is an alcohol solvent that combines a monohydric or dihydric alcohol with a dihydric or trihydric alcohol, each with different viscosities. When a polyhydric alcohol with a valence of 4 or more is used as the solvent, the alcohol may remain in the sintered body, reducing electrical conductivity and adhesion strength, especially when sintering is performed at low temperatures of approximately 300°C or less in a reducing or nitrogen atmosphere. On the other hand, when only a monohydric alcohol is used as the solvent, the copper paste is prone to volatilization during storage and printing, which can change the viscosity of the copper paste and worsen workability. In the copper paste according to this embodiment, the combination of a monohydric or dihydric alcohol with a dihydric or trihydric alcohol with different viscosities avoids these problems, providing a copper paste with excellent physical properties and workability, with copper powder uniformly dispersed. In particular, the inclusion of a second alcohol with a high viscosity suppresses deformation from the desired shape due to sagging of the paste after application, and as described below, the viscosity of the copper paste can be adjusted to an appropriate value without the need for binder components such as resins. If the copper paste does not contain a resin component, there is no need to consider the generation of carbon residue derived from the resin component, and sintering can be carried out in a non-oxidizing atmosphere at a relatively low temperature.

本明細書において、「アルコール溶剤」とは、アルコールを主体とする混合溶剤を意味し、少量の水やアルコール以外の有機溶剤、例えば1~20質量%、2~17質量%、3~15質量%、4~12質量%、5~10質量%のエーテル、ケトン、エステル等から選択される1以上を含有する混合溶剤を包含してもよい。その他に、炭化水素溶剤やハロゲン化炭化水素溶剤等を含有してもよいが、アミン、アミド等の含窒素溶剤は乾固物中に残存し易い傾向があるため、含有しないか、含有する場合でも5質量%以下、4質量%以下、3質量%以下、2質量%以下、1質量%以下、0.7質量%以下、0.5質量%以下、0.2質量%以下、0.1質量%以下であることが好ましい。 In this specification, "alcohol solvent" refers to a mixed solvent primarily composed of alcohol, and may include mixed solvents containing small amounts of water or organic solvents other than alcohol, such as 1 to 20% by mass, 2 to 17% by mass, 3 to 15% by mass, 4 to 12% by mass, or 5 to 10% by mass of one or more selected from ethers, ketones, esters, etc. Other solvents may also be included, such as hydrocarbon solvents and halogenated hydrocarbon solvents. However, because nitrogen-containing solvents such as amines and amides tend to remain in the dried product, it is preferable that they are not included, or, if they are included, that their content be 5% by mass or less, 4% by mass or less, 3% by mass or less, 2% by mass or less, 1% by mass or less, 0.7% by mass or less, 0.5% by mass or less, 0.2% by mass or less, or 0.1% by mass or less.

第1のアルコール及び第2のアルコールの総量としては、特に限定されないが、銅ペーストの総量100質量%に対して5質量%以上、5.5質量%以上、6質量%以上、6.5質量%以上、7質量%以上、7.5質量%以上、8質量%以上であることが好ましい。一方、第1のアルコール及び第2のアルコールの総量としては、銅ペーストの総量100質量%に対して40質量%以下、35質量%以下、30質量%以下、25質量%以下、20質量%以下であることが好ましい。第1のアルコール及び第2のアルコールの総量が所要量以上であることにより、銅ペーストを均一な層厚で界面全体に塗布することができ、接合強度が優れるものとなる。また、第1のアルコール及び第2のアルコールの総量が所要量以下であることにより、焼成時に溶剤が残存することなく、電気伝導性や接合強度の低下を抑制することができる。The total amount of the first alcohol and the second alcohol is not particularly limited, but is preferably 5% by mass or more, 5.5% by mass or more, 6% by mass or more, 6.5% by mass or more, 7% by mass or more, 7.5% by mass or more, or 8% by mass or more relative to the total amount of copper paste (100% by mass). On the other hand, the total amount of the first alcohol and the second alcohol is preferably 40% by mass or less, 35% by mass or less, 30% by mass or less, 25% by mass or less, or 20% by mass or less relative to the total amount of copper paste (100% by mass). By ensuring that the total amount of the first alcohol and the second alcohol is greater than the required amount, the copper paste can be applied to the entire interface with a uniform layer thickness, resulting in excellent bonding strength. Furthermore, by ensuring that the total amount of the first alcohol and the second alcohol is less than the required amount, no solvent remains during firing, preventing a decrease in electrical conductivity and bonding strength.

第1のアルコール及び第2のアルコールの総量としては、特に限定されないが、銅粉、第1のアルコール及び第2のアルコールの総量100質量%に対して5質量%以上、7質量%以上、10質量%以上、12質量%以上、15質量%以上、17質量%以上、20質量%以上、22質量%以上、25質量%以上、27質量%以上、30質量%以上であることが好ましい。一方、第1のアルコール及び第2のアルコールの総量としては、銅粉、第1のアルコール及び第2のアルコールの総量100質量%に対して50質量%以下、47質量%以下、45質量%以下、42質量%以下、40質量%以下、37質量%以下、35質量%以下、32質量%以下、30質量%以下、27質量%以下、25質量%以下であることが好ましい。The total amount of the first alcohol and the second alcohol is not particularly limited, but is preferably 5% by mass or more, 7% by mass or more, 10% by mass or more, 12% by mass or more, 15% by mass or more, 17% by mass or more, 20% by mass or more, 22% by mass or more, 25% by mass or more, 27% by mass or more, or 30% by mass or more relative to 100% by mass of the total amount of the copper powder, the first alcohol, and the second alcohol. On the other hand, the total amount of the first alcohol and the second alcohol is preferably 50% by mass or less, 47% by mass or less, 45% by mass or less, 42% by mass or less, 40% by mass or less, 37% by mass or less, 35% by mass or less, 32% by mass or less, 30% by mass or less, 27% by mass or less, or 25% by mass or less relative to 100% by mass of the total amount of the copper powder, the first alcohol, and the second alcohol.

第1のアルコール及び第2のアルコールの総量としては、特に限定されないが、例えば銅ペースト中の全溶剤100質量%に対して、70質量%以上、75質量%以上、80質量%以上、85質量%以上、90質量%以上、95質量%以上、97質量%以上、98質量%以上、99質量%以上、99.9質量%以上、99.99質量%以上であることが好ましい。アルコール、特に3価のアルコールには還元作用があるため、銅ペーストの溶剤中での含有率を高めることにより、銅粉の酸化をより効果的に抑制することができる。The total amount of the first alcohol and the second alcohol is not particularly limited, but is preferably 70% by mass or more, 75% by mass or more, 80% by mass or more, 85% by mass or more, 90% by mass or more, 95% by mass or more, 97% by mass or more, 98% by mass or more, 99% by mass or more, 99.9% by mass or more, or 99.99% by mass or more, relative to 100% by mass of the total solvent in the copper paste. Because alcohols, particularly trihydric alcohols, have a reducing effect, increasing their content in the solvent of the copper paste can more effectively suppress the oxidation of the copper powder.

銅ペースト中の第1のアルコールの質量(X)と第2のアルコールの質量(Y)との比率(X/Y)としては、特に限定されないが、0.2以上、0.3以上、0.4以上、0.5以上であることが好ましい。一方、第1のアルコールの質量(X)と第2のアルコールの質量(Y)との比率(X/Y)としては、8以下、7以下、6以下、5以下であることが好ましい。銅ペーストの接合強度、例えばチップと基板とのダイシェア強度を十分な値とするためには、銅ペースト層がほぼ均一な厚さでチップと基板との界面に印刷される必要がある。比率(X/Y)が所要値以上であることにより、塗布するに適した粘度となり、その結果として接合強度が優れたものとなる。比率(X/Y)が所要値以下であることにより、アルコールに由来する還元作用が充分に発現して得られる焼結体の焼結性が特に良好になり、高い電気伝導性及び接合強度が得られる。The ratio (X/Y) of the mass of the first alcohol (X) to the mass of the second alcohol (Y) in the copper paste is not particularly limited, but is preferably 0.2 or greater, 0.3 or greater, 0.4 or greater, or 0.5 or greater. On the other hand, the ratio (X/Y) of the mass of the first alcohol (X) to the mass of the second alcohol (Y) is preferably 8 or less, 7 or less, 6 or less, or 5 or less. To ensure sufficient bonding strength of the copper paste, such as the die shear strength between the chip and the substrate, a copper paste layer of approximately uniform thickness must be printed at the interface between the chip and the substrate. A ratio (X/Y) equal to or greater than the required value results in a viscosity suitable for application, resulting in excellent bonding strength. A ratio (X/Y) equal to or less than the required value results in sufficient reduction activity derived from the alcohol, resulting in particularly good sinterability of the resulting sintered body, resulting in high electrical conductivity and bonding strength.

(第1のアルコール)
第1のアルコールは、25℃における粘度が3mPa・s以上かつ70mPa・s以下である1価のアルコール及び2価のアルコールからなる群より選択される1以上のアルコールである。第1のアルコールの粘度がこのような範囲内であれば、銅ペーストの塗布が容易となり、良好な作業性が確保される。
(First Alcohol)
The first alcohol is one or more alcohols selected from the group consisting of monohydric alcohols and dihydric alcohols, each having a viscosity of 3 mPa·s or more and 70 mPa·s or less at 25° C. If the viscosity of the first alcohol is within this range, application of the copper paste becomes easy, and good workability is ensured.

第1のアルコールの沸点としては、特に限定されないが、150℃以上、155℃以上、160℃以上、165℃以上、170℃以上、175℃以上、180℃以上、185℃以上、190℃以上であることが好ましい。一方、第1のアルコールの沸点としては、250℃以下、245℃以下、240℃以下、235℃以下、230℃以下、225℃以下、220℃以下、215℃以下、210℃以下、205℃以下、200℃以下であることが好ましい。第1のアルコールの沸点が150℃以上であることにより、加熱時に突沸してペースト中に空隙が発生し、焼結性が低下することを防止することができ、焼結体の熱伝導性及び接合強度を高めることができる。また、第1のアルコールの沸点が150℃以上であれば、銅ペーストを室温で保管しても、溶剤が揮発して短期間で粘度変化を来すことがない。そのため、冷蔵又は冷凍で保管する必要がなくなり、保管コストを低減することもできる。なお、本明細書中で「沸点」とは、特に明記しない限り大気圧における沸点をいう。The boiling point of the first alcohol is not particularly limited, but is preferably 150°C or higher, 155°C or higher, 160°C or higher, 165°C or higher, 170°C or higher, 175°C or higher, 180°C or higher, 185°C or higher, or 190°C or higher. On the other hand, the boiling point of the first alcohol is preferably 250°C or lower, 245°C or lower, 240°C or lower, 235°C or lower, 230°C or lower, 225°C or lower, 220°C or lower, 215°C or lower, 210°C or lower, 205°C or lower, or 200°C or lower. Having a boiling point of 150°C or higher prevents bumping during heating, which can create voids in the paste and reduce sinterability, thereby improving the thermal conductivity and bonding strength of the sintered body. Furthermore, if the boiling point of the first alcohol is 150°C or higher, the solvent will not evaporate and cause a change in viscosity over a short period of time, even when the copper paste is stored at room temperature. Therefore, there is no need to store the product in a refrigerator or freezer, which reduces storage costs.In this specification, the "boiling point" refers to the boiling point at atmospheric pressure unless otherwise specified.

第1のアルコールの沸点としては、特に限定されないが、銅ペーストの焼成温度よりも50℃超低いことが好ましい。 The boiling point of the first alcohol is not particularly limited, but it is preferably more than 50°C lower than the firing temperature of the copper paste.

第1のアルコールの蒸気圧としては、特に限定されないが、室温付近、例えば25℃での蒸気圧が0.1Pa以上、0.2Pa以上、0.3Pa以上、0.4Pa以上、0.5Pa以上、0.6Pa以上、0.7Pa以上、0.8Pa以上、0.9Pa以上、1Pa以上、1.2Pa以上、1.5Pa以上、1.7Pa以上、2Pa以上、2.2Pa以上、2.5Pa以上、2.7Pa以上、3Pa以上であることが好ましい。一方で、第1のアルコールの蒸気圧としては、特に限定されないが、100Pa以下、90Pa以下、80Pa以下、70Pa以下、60Pa以下、50Pa以下、40Pa以下、30Pa以下であることが好ましい。第1のアルコールの蒸気圧が所要の範囲内であることにより、貯蔵安定性と印刷性が優れたものとなる。The vapor pressure of the first alcohol is not particularly limited, but is preferably 0.1 Pa or more, 0.2 Pa or more, 0.3 Pa or more, 0.4 Pa or more, 0.5 Pa or more, 0.6 Pa or more, 0.7 Pa or more, 0.8 Pa or more, 0.9 Pa or more, 1 Pa or more, 1.2 Pa or more, 1.5 Pa or more, 1.7 Pa or more, 2 Pa or more, 2.2 Pa or more, 2.5 Pa or more, 2.7 Pa or more, or 3 Pa or more at around room temperature, for example, 25°C. On the other hand, the vapor pressure of the first alcohol is not particularly limited, but is preferably 100 Pa or less, 90 Pa or less, 80 Pa or less, 70 Pa or less, 60 Pa or less, 50 Pa or less, 40 Pa or less, or 30 Pa or less. Having the vapor pressure of the first alcohol within the required range ensures excellent storage stability and printability.

具体例に、第1のアルコールとしては、例えば1-ヘキサノール(粘度4.58mPa・s、沸点158℃、蒸気圧80Pa)、1-ヘプタノール(粘度5.81mPa・s、沸点176℃、蒸気圧44Pa)、2-ヘプタノール(粘度3.96mPa・s、沸点159℃、蒸気圧78Pa)、1-オクタノール(粘度7.29mPa・s、沸点195℃、蒸気圧24Pa)、2-オクタノール(粘度6.49mPa・s、沸点180℃、蒸気圧42Pa)、2-エチル-1-ヘキサノール(粘度6.27mPa・s、沸点185℃、蒸気圧35Pa)、ベンジルアルコール(粘度5.47mPa・s、沸点205℃、蒸気圧18Pa)等の1価アルコール;エチレングリコール(粘度16.1mPa・s、沸点197℃、蒸気圧20Pa)、1,2-プロパンジオール(粘度40.4mPa・s、沸点188℃、蒸気圧28Pa)、1,3-プロパンジオール(粘度47mPa・s、沸点214℃、蒸気圧5Pa)、2,3-ブタンジオール(粘度45mPa・s、沸点182℃、蒸気圧<100Pa)等の2価アルコールを用いることができる。その中でも、第1のアルコールとしては、1-オクタノール、2-オクタノール、2-エチル-1-ヘキサノール、エチレングリコール、1,2-プロパンジオールを用いることが好ましい。第1のアルコールとしては、上述した第1のアルコールの要件を満たすものであれば1種を単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。なお、粘度及び蒸気圧は、いずれも25℃での値である。上述したように第1のアルコールは低粘度なので、より少量の添加で銅ペーストの粘度を適正値に調整することができる。そのため、銅ペースト中の全有機溶剤量を低減し、焼成時の有機溶剤成分の残存を抑制することが可能となる。 Specific examples of the first alcohol include 1-hexanol (viscosity 4.58 mPa·s, boiling point 158°C, vapor pressure 80 Pa), 1-heptanol (viscosity 5.81 mPa·s, boiling point 176°C, vapor pressure 44 Pa), 2-heptanol (viscosity 3.96 mPa·s, boiling point 159°C, vapor pressure 78 Pa), 1-octanol (viscosity 7.29 mPa·s, boiling point 195°C, vapor pressure 24 Pa), 2-octanol (viscosity 6.49 mPa·s, boiling point 180°C, vapor pressure 42 Pa), and 2-ethyl-1-hexanol (viscosity 6.27 mPa·s, boiling point 1 Monohydric alcohols such as benzyl alcohol (viscosity 5.47 mPa s, boiling point 205°C, vapor pressure 18 Pa), and ethylene glycol (viscosity 16.1 mPa s, boiling point 197°C, vapor pressure 20 Pa), 1,2-propanediol (viscosity 40.4 mPa s, boiling point 188°C, vapor pressure 28 Pa), 1,3-propanediol (viscosity 47 mPa s, boiling point 214°C, vapor pressure 5 Pa), and 2,3-butanediol (viscosity 45 mPa s, boiling point 182°C, vapor pressure <100 Pa) can be used. Among these, 1-octanol, 2-octanol, 2-ethyl-1-hexanol, ethylene glycol, and 1,2-propanediol are preferably used as the first alcohol. The first alcohol may be used alone or in combination of two or more types as long as it satisfies the above-described requirements for the first alcohol. The viscosity and vapor pressure are both measured at 25°C. As described above, the first alcohol has a low viscosity, so the viscosity of the copper paste can be adjusted to an appropriate value by adding a smaller amount. This reduces the total amount of organic solvent in the copper paste, making it possible to suppress the residual organic solvent components during firing.

(第2のアルコール)
第2のアルコールは、25℃における粘度が300mPa・s以上かつ1000mPa・s以下である2価のアルコール及び3価のアルコールからなる群より選択される1以上のアルコールである。第2のアルコールの粘度がこの範囲内であれば、焼結前の銅ペーストがダレて所望の形状が形成できなくなるのを防ぐことができ、また、銅ペーストの作業性を損なうこともない。
(Second Alcohol)
The second alcohol is one or more alcohols selected from the group consisting of dihydric alcohols and trihydric alcohols, each having a viscosity of 300 mPa·s or more and 1000 mPa·s or less at 25° C. If the viscosity of the second alcohol is within this range, it is possible to prevent the copper paste before sintering from sagging, which would make it impossible to form the desired shape, and also to prevent the workability of the copper paste from being impaired.

第2のアルコールの沸点としては、特に限定されないが、150℃以上、160℃以上、170℃以上、180℃以上、190℃以上、195℃以上、200℃以上、205℃以上、210℃以上、215℃以上、220℃以上、225℃以上、230℃以上、235℃以上、240℃以上、245℃以上、250℃以上、255℃以上、260℃以上、265℃以上、270℃以上、275℃以上、280℃以上、285℃以上であることが好ましい。一方、第2のアルコールの沸点としては、320℃以下、315℃以下、310℃以下、305℃以下、300℃以下、295℃以下であることが好ましい。第2のアルコールの沸点がこのような範囲内であることにより、低温焼成後にも焼結体中の銅粒子の間隙に残存せず、これによって熱伝導性を低下させることがない。第2のアルコールの沸点が所要値以上であることにより、加熱時に突沸してペースト中に空隙が発生し、焼結性が低下することを防止することができ、焼結体の熱伝導性及び接合強度を高めることができる。また、第2のアルコールの沸点が所要値以上であれば、銅ペーストを室温で保管しても、溶剤が揮発して短期間で粘度変化を来すことがない。そのため、冷蔵又は冷凍で保管する必要がなくなり、保管コストを低減することもできる。The boiling point of the second alcohol is not particularly limited, but is preferably 150°C or higher, 160°C or higher, 170°C or higher, 180°C or higher, 190°C or higher, 195°C or higher, 200°C or higher, 205°C or higher, 210°C or higher, 215°C or higher, 220°C or higher, 225°C or higher, 230°C or higher, 235°C or higher, 240°C or higher, 245°C or higher, 250°C or higher, 255°C or higher, 260°C or higher, 265°C or higher, 270°C or higher, 275°C or higher, 280°C or higher, or 285°C or higher. On the other hand, the boiling point of the second alcohol is preferably 320°C or lower, 315°C or lower, 310°C or lower, 305°C or lower, 300°C or lower, or 295°C or lower. Because the boiling point of the second alcohol is within this range, it does not remain in the gaps between the copper particles in the sintered body even after low-temperature sintering, thereby preventing a decrease in thermal conductivity. Because the boiling point of the second alcohol is above the required value, bumping during heating, which would cause voids in the paste and reduce sinterability, can be prevented, thereby improving the thermal conductivity and bonding strength of the sintered body. Furthermore, if the boiling point of the second alcohol is above the required value, even if the copper paste is stored at room temperature, the solvent will not volatilize and the viscosity will not change in a short period of time. This eliminates the need for refrigeration or freezing, thereby reducing storage costs.

第2のアルコールの沸点としては、特に限定されないが、銅ペーストの焼成温度よりも50℃超低いことが好ましい。 The boiling point of the second alcohol is not particularly limited, but it is preferably more than 50°C lower than the firing temperature of the copper paste.

第2のアルコールとして、第1のアルコールよりも沸点の高いものを用いることが好ましい。低粘度の第1のアルコールの含有により、本実施形態に係る銅ペーストは粘度が適切で作業性に優れたものとなるが、ペースト塗布後には粘度を調整する必要はなく、銅ペーストのダレを防止する観点からは、第1のアルコールはむしろ消失している方が好ましい。一方、アルコールの中でも、2価のアルコール及び3価のアルコール、特に3価のアルコールは高い還元作用を有するため、これらのうち少なくともいずれかを含有する第2のアルコールは、焼成時に高い濃度で存在することが好ましい。そのため、第2のアルコールとして、第1のアルコールよりも沸点の高く、銅ペーストの焼成温度近くで蒸発するものを用いることにより、良好な作業性を保持するとともに、銅粉の酸化をさらに効果的に抑制することができる。It is preferable to use a second alcohol with a higher boiling point than the first alcohol. The inclusion of a low-viscosity first alcohol provides the copper paste of this embodiment with an appropriate viscosity and excellent workability. However, there is no need to adjust the viscosity after paste application, and from the perspective of preventing the copper paste from sagging, it is preferable for the first alcohol to disappear. Meanwhile, among alcohols, dihydric alcohols and trihydric alcohols, especially trihydric alcohols, have a high reducing effect. Therefore, it is preferable for the second alcohol, which contains at least one of these, to be present at a high concentration during firing. Therefore, by using a second alcohol with a higher boiling point than the first alcohol and which evaporates near the firing temperature of the copper paste, good workability can be maintained and oxidation of the copper powder can be more effectively suppressed.

また、室温付近、例えば25℃での蒸気圧が1mPa以上かつ5Pa以下、さらには1.5Pa以下、特に1Pa以下であると、貯蔵安定性がより良好になる上、焼成の際の酸化抑制効果がさらに高まるために、好ましい。この効果は、第2のアルコールの蒸気圧が第1のアルコールに比べて低いと、特に顕著となる。 Furthermore, it is preferable that the vapor pressure at around room temperature, for example 25°C, be 1 mPa or more and 5 Pa or less, preferably 1.5 Pa or less, and especially 1 Pa or less, because this improves storage stability and further enhances the oxidation suppression effect during baking. This effect is particularly pronounced when the vapor pressure of the second alcohol is lower than that of the first alcohol.

第2のアルコールの蒸気圧としては、特に限定されないが、室温付近、例えば25℃での蒸気圧が1mPa以上、2mPa以上、3mPa以上、4mPa以上、5mPa以上、6mPa以上、7mPa以上、8mPa以上、9mPa以上、10mPa以上であることが好ましい。一方で、第2のアルコールの蒸気圧としては、特に限定されないが、100Pa以下、90Pa以下、80Pa以下、70Pa以下、60Pa以下、50Pa以下、40Pa以下、30Pa以下であることが好ましい。第1のアルコールの蒸気圧が所要の範囲内であることにより、貯蔵安定性と印刷性が優れたものとなる。The vapor pressure of the second alcohol is not particularly limited, but is preferably 1 mPa or more, 2 mPa or more, 3 mPa or more, 4 mPa or more, 5 mPa or more, 6 mPa or more, 7 mPa or more, 8 mPa or more, 9 mPa or more, or 10 mPa or more at around room temperature, for example, 25°C. On the other hand, the vapor pressure of the second alcohol is not particularly limited, but is preferably 100 Pa or less, 90 Pa or less, 80 Pa or less, 70 Pa or less, 60 Pa or less, 50 Pa or less, 40 Pa or less, or 30 Pa or less. Having the vapor pressure of the first alcohol within the required range results in excellent storage stability and printability.

具体的に、第2のアルコールとしては、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール(粘度323mPa・s、沸点244℃、蒸気圧<1.4Pa)等の2価アルコール、及びグリセロール(粘度934mPa・s、沸点290℃、蒸気圧0.01Pa)等の3価アルコールを用いることができる。第2のアルコールとしては、上述した第2のアルコールの要件を満たすものであれば1種を単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。 Specific examples of the second alcohol that can be used include dihydric alcohols such as 2-ethyl-1,3-hexanediol (viscosity 323 mPa·s, boiling point 244°C, vapor pressure <1.4 Pa) and trihydric alcohols such as glycerol (viscosity 934 mPa·s, boiling point 290°C, vapor pressure 0.01 Pa). As long as the second alcohol satisfies the above-mentioned requirements for the second alcohol, one type may be used alone, or two or more types may be mixed together.

(銅粉)
銅粉は、銅ペースト中に含有されるものであり、かかるペーストを焼結することにより、焼結体を構成するものである。
(copper powder)
The copper powder is contained in a copper paste, and the paste is sintered to form a sintered body.

銅粉としては、特に限定されず、種々の市販品等いずれのものであってもよい。銅粉としては、例えば国際公開第99/11407号に記載されている高圧水アトマイズ法や、国際公開第2014/80662号に記載されている湿式還元析出法等の方法を用いて製造することができる。高圧水アトマイズ法は、溶融金属から金属粉末(例えば銅)を製造する方法において、溶融金属の垂下流を気体が流れるノズルの中心部を通してノズルの出口近傍で気体により溶融金属を分裂させ、次いで逆円錐状に噴出する液体により分裂させた溶融金属をさらに細かく分裂させる方法である。このような方法によれば、気体による分裂と液体による分裂を溶融金属に連続的に作用させることにより、粒子径が微細で形状が球状又は粒状となり、酸素含有量が少ない金属粉末(例えば銅)を工業的に大規模かつ低コストで製造することができる。また、湿式還元析出法は、ヒドラジン等の還元剤を用いた湿式での銅イオンの還元において、溶媒として水と相溶性を有しかつ水の表面張力を低下させる有機溶媒を用いる方法である。具体的には、水と有機溶媒を液媒体とし、一価又は二価の銅イオンを含む反応液と還元剤とを混合し、銅イオンを還元して銅粒子を生成する方法である。一般に高圧水アトマイズ法によれば0.7μm以上の粒子を製造することができる。それ以下の微細粒子を製造するには湿式還元析出法が適している。The copper powder is not particularly limited and may be any of various commercially available products. Copper powder can be produced using methods such as the high-pressure water atomization method described in International Publication No. 99/11407 and the wet reduction precipitation method described in International Publication No. 2014/80662. The high-pressure water atomization method produces metal powder (e.g., copper) from molten metal. The gas flows through the center of a nozzle through which the molten metal flows, fragmenting the molten metal near the nozzle outlet. The fragmented molten metal is then further fragmented by a liquid ejected in an inverted cone shape. This method allows for the continuous gas- and liquid-induced fragmentation of the molten metal, resulting in the industrial, large-scale, and low-cost production of metal powder (e.g., copper) with fine particle size, spherical or granular shape, and low oxygen content. The wet reduction precipitation method involves the wet reduction of copper ions using a reducing agent such as hydrazine, using an organic solvent that is compatible with water and reduces the surface tension of water. Specifically, this method uses water and an organic solvent as a liquid medium, mixes a reaction solution containing monovalent or divalent copper ions with a reducing agent, and reduces the copper ions to produce copper particles. Generally, high-pressure water atomization can produce particles of 0.7 μm or larger. For producing finer particles smaller than this, wet reduction precipitation is suitable.

一実施形態において、銅粉(銅粒子)の平均粒子径としては、特に限定されないが、例えば0.05μm以上、0.06μm以上、0.07μm以上、0.08μm以上、0.09μm以上、0.1μm以上、0.12μm以上、0.15μm以上、0.17μm以上、0.2μm以上、0.22μm以上、0.25μm以上、0.27μm以上、0.3μm以上であることが好ましい。一方、銅粉の平均粒子径としては、2.0μm以下、1.9μm以下、1.8μm以下、1.7μm以下、1.6μm以下、1.5μm以下、1.4μm以下、1.3μm以下、1.2μm以下、1.1μm以下、1μm以下、0.9μm以下、0.8μm以下、0.7μm以下であることが好ましい。銅粉の平均粒子径が所要値以下であることにより、銅粉の表面積が相対的に増加し、低温で焼結しやすくなる。一方、銅粉の平均粒子径が所要値以上であることにより、銅粉の価格の増加を抑制することができる。また、平均粒子径が所要値以上であることにより、多数の粒子が凝集して焼結体に欠陥を形成することを防止することができる。なお、本明細書において、「平均粒子径」とは50%粒子径(D50)をいい、より詳しくはレーザー粒度分布計等を用いて測定した粒子直径の分布における中央値である。In one embodiment, the average particle size of the copper powder (copper particles) is not particularly limited, but is preferably, for example, 0.05 μm or more, 0.06 μm or more, 0.07 μm or more, 0.08 μm or more, 0.09 μm or more, 0.1 μm or more, 0.12 μm or more, 0.15 μm or more, 0.17 μm or more, 0.2 μm or more, 0.22 μm or more, 0.25 μm or more, 0.27 μm or more, or 0.3 μm or more. On the other hand, the average particle size of the copper powder is preferably 2.0 μm or less, 1.9 μm or less, 1.8 μm or less, 1.7 μm or less, 1.6 μm or less, 1.5 μm or less, 1.4 μm or less, 1.3 μm or less, 1.2 μm or less, 1.1 μm or less, 1 μm or less, 0.9 μm or less, 0.8 μm or less, or 0.7 μm or less. When the average particle size of the copper powder is equal to or less than the required value, the surface area of the copper powder increases relatively, making it easier to sinter at low temperatures. On the other hand, when the average particle size of the copper powder is equal to or greater than the required value, it is possible to suppress an increase in the price of the copper powder. Furthermore, when the average particle size is equal to or greater than the required value, it is possible to prevent a large number of particles from agglomerating and forming defects in the sintered body. In this specification, the term "average particle size" refers to the 50% particle size (D50), and more specifically, it is the median value in the particle diameter distribution measured using a laser particle size distribution analyzer or the like.

また、一実施形態において、銅粉としては、平均粒子径50nm以上900nm以下である第1の銅粒子と、平均粒子径150nm以上1μm以下であり、かつ第1の銅粒子よりも平均粒子径が100nm以上大きい第2の銅粒子と、板状、鱗片状、扁平状又はフレーク状で、平均粒子径1.5μm以上20μm以下である第3の銅粒子とを含むことが好ましい。第1の銅粒子と第2の銅粒子とが100nm以上の平均粒子径の差を持つことにより、より大きい平均粒子径を有する第2の銅粒子の隙間を、より小さい平均粒子径を有する第1の銅粒子が埋めることで、緻密な焼結体が得られる。また、フレーク状等の形状である第3の銅粒子を含むことにより、ペーストを塗布、乾燥した後にクラックが発生することを抑制することができる。In one embodiment, the copper powder preferably includes first copper particles having an average particle diameter of 50 nm to 900 nm; second copper particles having an average particle diameter of 150 nm to 1 μm, which is at least 100 nm larger than the first copper particles; and third copper particles having a plate-like, scale-like, flat, or flake-like shape and an average particle diameter of 1.5 μm to 20 μm. By having a difference in average particle diameter of 100 nm or more between the first and second copper particles, the gaps between the larger second copper particles are filled by the smaller first copper particles, resulting in a dense sintered body. Furthermore, by including third copper particles in a flake-like shape, the occurrence of cracks after the paste is applied and dried can be suppressed.

第1の銅粒子の形状としては、特に限定されないが、例えば球状、楕円体状、多面体状、不定形状、針金状、樹枝状等の形状であることが好ましい。 The shape of the first copper particles is not particularly limited, but it is preferable that the particles be spherical, ellipsoidal, polyhedral, irregular, wire-like, dendritic, etc.

第1の銅粒子の平均粒子径としては、例えば60nm以上、70nm以上、80nm以上、90nm以上、100nm以上、120nm以上、150nm以上、170nm以上、200nm以上、220nm以上、250nm以上であることが好ましい。一方、第1の銅粒子の平均粒子径としては、850nm以下、800nm以下、750nm以下、700nm以下、650nm以下、600nm以下、550nm以下、500nm以下、450nm以下、400nm以下、350nm以下、300nm以下であることが好ましい。 The average particle diameter of the first copper particles is preferably, for example, 60 nm or more, 70 nm or more, 80 nm or more, 90 nm or more, 100 nm or more, 120 nm or more, 150 nm or more, 170 nm or more, 200 nm or more, 220 nm or more, or 250 nm or more. On the other hand, the average particle diameter of the first copper particles is preferably 850 nm or less, 800 nm or less, 750 nm or less, 700 nm or less, 650 nm or less, 600 nm or less, 550 nm or less, 500 nm or less, 450 nm or less, 400 nm or less, 350 nm or less, or 300 nm or less.

第1の銅粒子の含有量としては、特に限定されず、例えば銅粉100質量%に対し、20質量%以上、25質量%以上、30質量%以上、35質量%以上、40質量%以上、45質量%以上、50質量%以上、55質量%以上、60質量%以上、65質量%以上、70質量%以上であることが好ましい。一方、銅粉中の第1の銅粒子の含有量としては、銅粉100質量%に対し、90質量%以下、85質量%以下、80質量%以下であることが好ましい。The content of the first copper particles is not particularly limited, and is preferably, for example, 20% by mass or more, 25% by mass or more, 30% by mass or more, 35% by mass or more, 40% by mass or more, 45% by mass or more, 50% by mass or more, 55% by mass or more, 60% by mass or more, 65% by mass or more, or 70% by mass or more relative to 100% by mass of the copper powder. On the other hand, the content of the first copper particles in the copper powder is preferably 90% by mass or less, 85% by mass or less, or 80% by mass or less relative to 100% by mass of the copper powder.

第2の銅粒子の形状としては、特に限定されないが、例えば球状、楕円体状、多面体状、不定形状、針金状、樹枝状等の形状であることが好ましい。 The shape of the second copper particles is not particularly limited, but it is preferable that they be spherical, ellipsoidal, polyhedral, irregular, wire-like, dendritic, etc.

第2の銅粒子の平均粒子径としては、例えば160nm以上、170nm以上、180nm以上、190nm以上、200nm以上、220nm以上、250nm以上、270nm以上、300nm以上、320nm以上、350nm以上であることが好ましい。一方、第1の銅粒子の平均粒子径としては、950nm以下、900nm以下、850nm以下、800nm以下、750nm以下、700nm以下、650nm以下、600nm以下、550nm以下、500nm以下、450nm以下、400nm以下であることが好ましい。 The average particle diameter of the second copper particles is preferably, for example, 160 nm or more, 170 nm or more, 180 nm or more, 190 nm or more, 200 nm or more, 220 nm or more, 250 nm or more, 270 nm or more, 300 nm or more, 320 nm or more, or 350 nm or more. On the other hand, the average particle diameter of the first copper particles is preferably 950 nm or less, 900 nm or less, 850 nm or less, 800 nm or less, 750 nm or less, 700 nm or less, 650 nm or less, 600 nm or less, 550 nm or less, 500 nm or less, 450 nm or less, or 400 nm or less.

第2の銅粒子の平均粒子径としては、第1の銅粒子の平均粒子径と比べて100nm以上大きいことが好ましい。一方、第2の銅粒子の平均粒子径としては、第1の銅粒子の平均粒子径と比べて900nm以下、800nm以下、700nm以下、600nm以下、500nm以下、400nm以下、300nm以下、200nm以下大きいことが好ましい。The average particle size of the second copper particles is preferably at least 100 nm larger than the average particle size of the first copper particles. On the other hand, the average particle size of the second copper particles is preferably at most 900 nm, 800 nm, 700 nm, 600 nm, 500 nm, 400 nm, 300 nm, or 200 nm larger than the average particle size of the first copper particles.

第2の銅粒子の含有量としては、特に限定されず、例えば銅粉100質量%に対し、1質量%以上、2質量%以上、3質量%以上、4質量%以上、5質量%以上、6質量%以上、7質量%以上、8質量%以上、9質量%以上、10質量%以上、11質量%以上、12質量%以上であることが好ましい。一方、銅粉中の第2の銅粒子の含有量としては、銅粉100質量%に対し、30質量%以下、27質量%以下、25質量%以下、22質量%以下、20質量%以下、18質量%以下であることが好ましい。The content of the second copper particles is not particularly limited, and is preferably, for example, 1% by mass or more, 2% by mass or more, 3% by mass or more, 4% by mass or more, 5% by mass or more, 6% by mass or more, 7% by mass or more, 8% by mass or more, 9% by mass or more, 10% by mass or more, 11% by mass or more, or 12% by mass or more relative to 100% by mass of the copper powder. On the other hand, the content of the second copper particles in the copper powder is preferably 30% by mass or less, 27% by mass or less, 25% by mass or less, 22% by mass or less, 20% by mass or less, or 18% by mass or less relative to 100% by mass of the copper powder.

第3の銅粒子の平均粒子径としては、例えば1.5μm以上、2μm以上、2.5μm以上、3μm以上、3.5μm以上、4μm以上、4.5μm以上、5μm以上、5.5μm以上、6μm以上であることが好ましい。一方、第3の銅粒子の平均粒子径としては、20μm以下、19μm以下、18μm以下、17μm以下、16μm以下、15μm以下、14μm以下、13μm以下、12μm以下、11μm以下、10μm以下、9μm以下、8μm以下であることが好ましい。 The average particle diameter of the third copper particles is preferably, for example, 1.5 μm or more, 2 μm or more, 2.5 μm or more, 3 μm or more, 3.5 μm or more, 4 μm or more, 4.5 μm or more, 5 μm or more, 5.5 μm or more, or 6 μm or more. On the other hand, the average particle diameter of the third copper particles is preferably 20 μm or less, 19 μm or less, 18 μm or less, 17 μm or less, 16 μm or less, 15 μm or less, 14 μm or less, 13 μm or less, 12 μm or less, 11 μm or less, 10 μm or less, 9 μm or less, or 8 μm or less.

銅粉中の第3の銅粒子の含有量としては、特に限定されず、例えば銅粉100質量%に対し、5質量%以上、5.5質量%以上、6質量%以上、6.5質量%以上、7質量%以上、7.5質量%以上、8質量%以上、8.5質量%以上、9質量%以上、9.5質量%以上であることが好ましい。一方、銅粉中の第3の銅粒子の含有量としては、銅粉100質量%に対し、60質量%以下、55質量%以下、50質量%以下、45質量%以下、40質量%以下、35質量%以下、30質量%以下、25質量%以下、20質量%以下、15質量%以下、12質量%以下であることが好ましい。The content of the third copper particles in the copper powder is not particularly limited, and is preferably, for example, 5% by mass or more, 5.5% by mass or more, 6% by mass or more, 6.5% by mass or more, 7% by mass or more, 7.5% by mass or more, 8% by mass or more, 8.5% by mass or more, 9% by mass or more, or 9.5% by mass or more, relative to 100% by mass of copper powder. On the other hand, the content of the third copper particles in the copper powder is preferably 60% by mass or less, 55% by mass or less, 50% by mass or less, 45% by mass or less, 40% by mass or less, 35% by mass or less, 30% by mass or less, 25% by mass or less, 20% by mass or less, 15% by mass or less, or 12% by mass or less, relative to 100% by mass of copper powder.

銅粉(銅粒子)は、その表面の一部が有機物で被覆されていてもよい。有機物としては、多糖類又は脂肪酸の化合物を用いることが好ましい。多糖類分子は、銅粉を被覆した際に外側(溶剤と接する側)が親水性となるため、銅ペースト中の有機溶剤の水酸基と相互作用して適度な粘性をもたらす。一方、脂肪酸はカルボキシル基が銅粒子表面に結合し、脂肪酸の反対側の末端が疎水性となることで銅粒子の分散性を高めて粒子の凝集を抑制することができる。多糖類及び脂肪酸が有するこれらの作用の結果、銅ペーストが均一な層厚で界面全体にいきわたることが可能となり、接合強度が優れたものとなる。 The copper powder (copper particles) may have a portion of its surface coated with an organic substance. The organic substance is preferably a polysaccharide or fatty acid compound. When polysaccharide molecules coat the copper powder, the outer side (the side in contact with the solvent) becomes hydrophilic, interacting with the hydroxyl groups of the organic solvent in the copper paste to provide appropriate viscosity. Meanwhile, the carboxyl groups of fatty acids bond to the copper particle surface, making the opposite end of the fatty acid hydrophobic, thereby improving the dispersibility of the copper particles and suppressing particle aggregation. These effects of polysaccharides and fatty acids allow the copper paste to spread uniformly across the entire interface, resulting in excellent bonding strength.

多糖類としては、具体的には、例えばアラビアガム、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、セルロースナノファイバー、デンプン、グリコーゲン、アガロース(寒天)、ペクチン及びアルギン酸、並びにそれらの塩等から選択される1以上を用いることができるが、これらに限定されるものではなく、カラギーナンのような含硫黄多糖類を用いることができる。これらの中でも、アラビアガムやアルギン酸ナトリウムから選択される1以上を用いることが好ましい。 Specific examples of polysaccharides that can be used include, but are not limited to, one or more selected from gum arabic, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, cellulose nanofiber, starch, glycogen, agarose (agar), pectin, alginic acid, and salts thereof. Sulfur-containing polysaccharides such as carrageenan can also be used. Among these, it is preferable to use one or more selected from gum arabic and sodium alginate.

脂肪酸としては、具体的には、例えばペンタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ドデカン酸、テトラデカン酸の中鎖脂肪酸を用いることができる。これらの中でも、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ドデカン酸及びテトラデカン酸から選択される1以上を用いることが好ましい。 Specific examples of fatty acids that can be used include medium-chain fatty acids such as pentanoic acid, octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, dodecanoic acid, and tetradecanoic acid. Among these, it is preferable to use one or more selected from octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, dodecanoic acid, and tetradecanoic acid.

有機物の表面被覆率としては、特に限定されないが、被覆層を有する銅粉100質量%に対して、炭素量が0.05質量%以上0.8質量%以下、好ましくは0.1質量%以上0.5質量%以下、酸素量が0.05質量%以上1.5質量%以下、好ましくは0.1質量%以上1質量%以下となるように被覆されていることが好ましい。このように、炭素量や酸素量が所要量以上であることにより、銅粉表面の多糖類分子による親水性を充分に発現させ、銅ペーストの粘度が低下して均一なペースト層を形成し、得られる焼結体の接合強度を優れたものとすることができる。一方で、炭素量、酸素量が所要量以下であることにより、例えば窒素雰囲気での焼成時に炭素・酸素含有成分が焼結体内部に残存するのを防止し、熱伝導性や接合強度を優れたものとすることができる。While the surface coverage of the organic material is not particularly limited, it is preferable that the carbon content be 0.05% to 0.8% by mass, preferably 0.1% to 0.5% by mass, and the oxygen content be 0.05% to 1.5% by mass, preferably 0.1% to 1% by mass, relative to 100% by mass of copper powder with a coating layer. By ensuring that the carbon and oxygen contents are above the required levels, the hydrophilic properties of the polysaccharide molecules on the copper powder surface are fully expressed, reducing the viscosity of the copper paste and forming a uniform paste layer, resulting in excellent bond strength for the resulting sintered body. On the other hand, by ensuring that the carbon and oxygen contents are below the required levels, carbon- and oxygen-containing components are prevented from remaining inside the sintered body, for example, during firing in a nitrogen atmosphere, resulting in excellent thermal conductivity and bond strength.

銅粉として、上述した第1の銅粒子、第2の銅粒子及び第3の銅粒子の3種の銅粒子を用いる場合、第1の銅粒子及び第2の銅粒子の少なくとも一方は、表面の少なくとも一部が有機物で被覆されてなることが好ましい。有機物としては、多糖類及び脂肪酸を用いることができるが、多糖類を用いることが好ましい。なお、第3の銅粒子についても、表面の少なくとも一部が有機物(多糖類、脂肪酸等)で被覆されていてもよい。When the copper powder is made of the three types of copper particles described above, namely, the first copper particles, the second copper particles, and the third copper particles, it is preferable that at least one of the first copper particles and the second copper particles has at least a portion of its surface coated with an organic substance. Polysaccharides and fatty acids can be used as the organic substance, with polysaccharides being preferred. The third copper particles may also have at least a portion of their surface coated with an organic substance (polysaccharides, fatty acids, etc.).

本実施形態に係る銅ペーストにおいて、銅粉中の銅以外の元素の総含有量としては、特に限定されないが、銅粉100質量%に対して例えば1質量%以下、0.5質量%以下、0.1質量%以下であることが好ましい。銅以外の成分のうち特に金属元素は、銅粉の表面に偏析したり、酸化物を形成したりすることで焼結性を悪化させるとともに、銅粉内部に固溶して焼結体の電気伝導性を低下させるおそれがある。As、Co、Cr、Fe、Ir、P、S、Sb、Se、Te、Ti、V、Zr等の金属元素の総含有量が所要用以下であれば、銅ペースト焼結体の電気抵抗率をより低いものとすることができ、またより優れた熱伝導率を示すものとなる。このような熱伝導率であれば、例えばパワーモジュールから発生する熱を効率的に外部に放熱することができるようになる。In the copper paste according to this embodiment, the total content of elements other than copper in the copper powder is not particularly limited, but is preferably, for example, 1% by mass or less, 0.5% by mass or less, or 0.1% by mass or less, relative to 100% by mass of copper powder. Among the components other than copper, metal elements, in particular, may segregate on the surface of the copper powder or form oxides, impairing sinterability and potentially reducing the electrical conductivity of the sintered body by dissolving in the copper powder. If the total content of metal elements such as As, Co, Cr, Fe, Ir, P, S, Sb, Se, Te, Ti, V, and Zr is below the required level, the electrical resistivity of the copper paste sintered body can be reduced and the sintered body will exhibit superior thermal conductivity. Such thermal conductivity allows, for example, heat generated by a power module to be efficiently dissipated to the outside.

(他成分)
本実施形態に係る銅ペーストは、上述した成分以外に、アミン類からなる分散剤や界面活性剤、酸化防止剤、ヒドラジン等の還元剤、ガラスフリット、樹脂成分をはじめとするバインダー等を含有していてもよい。
(Other ingredients)
In addition to the components described above, the copper paste according to this embodiment may contain a dispersant made of amines, a surfactant, an antioxidant, a reducing agent such as hydrazine, glass frit, a binder including a resin component, and the like.

樹脂成分としては、特に限定されないが、例えばメチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロース系樹脂、アクリル樹脂、ブチラール樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等から選択される1以上を用いることができる。 The resin component is not particularly limited, but can be one or more selected from cellulose-based resins such as methyl cellulose, ethyl cellulose, and carboxymethyl cellulose, acrylic resins, butyral resins, alkyd resins, epoxy resins, and phenolic resins.

樹脂成分の含有量としては、特に限定されないが、銅粉100質量%に対して、0質量%超、0.01質量%以上、0.05質量%以上、0.1質量%以上であることが好ましい。樹脂成分の含有量としては、銅粒子の質量100質量%に対して、10質量%以下、9質量%以下、8質量%以下、7質量%以下、6質量%以下、5質量%以下、4質量%以下、3質量%以下、2質量%以下、1質量%以下、0.5質量%以下、0.1質量%以下、0.05質量%以下、0.01質量%以下であってよいが、銅粉を含まないことが好ましい。銅ペーストが樹脂成分を含有すると、焼結性(特に350℃以下)が悪化する場合がある。例えばエポキシ樹脂のような熱硬化型の樹脂は、焼結後も銅ペースト焼結体中に残存する。セルロース樹脂類を用いた場合も、300℃前後で熱分解が開始するものの、完全に熱分解するには400℃以上の温度で加熱する必要があり、しかも熱分解によって生成する炭素残渣を除去するために酸素雰囲気での焼結が必要となって、銅粉が酸化されるおそれがある。樹脂成分不含の銅ペーストであれば、焼結を非酸化的雰囲気下にて、比較的低温で行うこともできるため、高密度の銅焼結体を形成することができ、銅粉の酸化による導電性の低下を招くことがない。本実施形態に係る銅ペーストにおいては、粘度の高い第2のアルコールを含有するため、樹脂成分を含有せずとも粘度を適切な値に調整することが可能である。The resin content is not particularly limited, but is preferably greater than 0%, 0.01%, 0.05%, or 0.1% by mass relative to 100% by mass of copper powder. The resin content may be 10% by mass or less, 9% by mass or less, 8% by mass or less, 7% by mass or less, 6% by mass or less, 5% by mass or less, 4% by mass or less, 3% by mass or less, 2% by mass or less, 1% by mass or less, 0.5% by mass or less, 0.1% by mass or less, 0.05% by mass or less, or 0.01% by mass or less relative to 100% by mass of copper particles. However, it is preferable for the resin content to be zero, relative to 100% by mass of copper particles. If the copper paste contains a resin component, sinterability (especially at temperatures below 350°C) may be impaired. For example, thermosetting resins such as epoxy resins remain in the sintered copper paste compact even after sintering. Even when cellulose resins are used, although thermal decomposition begins at around 300°C, complete thermal decomposition requires heating at temperatures above 400°C. Furthermore, sintering in an oxygen atmosphere is required to remove the carbon residue produced by thermal decomposition, which may oxidize the copper powder. Resin-free copper pastes can be sintered at relatively low temperatures in a non-oxidizing atmosphere, resulting in the formation of high-density sintered copper bodies without the risk of copper powder oxidation causing a decrease in conductivity. The copper paste according to this embodiment contains a second alcohol with high viscosity, making it possible to adjust the viscosity to an appropriate value without the need for a resin component.

また、銅ペーストは、エポキシ基を有するシランカップリング剤及びアミノ基を有するシランカップリング剤をいずれも含まないか、又はエポキシ基を有するシランカップリング剤及びアミノ基を有するシランカップリング剤を総量で銅粉100質量%に対し0質量%超0.05質量%以下含むことが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the copper paste does not contain either a silane coupling agent having an epoxy group or a silane coupling agent having an amino group, or contains a silane coupling agent having an epoxy group and a silane coupling agent having an amino group in a total amount of more than 0% by mass and 0.05% by mass or less per 100% by mass of copper powder.

(銅ペーストの用途)
本実施形態に係る銅ペーストは、上述したとおり、高い電気伝導性及び熱伝導性を備え、保管安定性や作業性に優れる。また、本実施形態に係る銅ペーストは、低温・短時間で焼成でき、高いダイシェア強度を発現することができる。そのため、パワーモジュール、チップ抵抗器、チップコンデンサ、太陽電池等の電子部品、プリント配線基板、スルーホールが形成された基板等の電子実装品における配線形成の用途に用いることができる。例えばパワーモジュール、太陽電池用基板や電子実装品を搭載する基板、プリント配線基板、スルーホールを有する基板等に、本実施形態に係る銅ペーストを塗布し、焼結することで銅焼結体を形成することができる。ここで基板材料としては、例えばシリコン基板、珪酸ガラス、アルミナ、クォーツ等の酸化物基板、シリコン窒化物、アルミニウム窒化物等の窒化物基板、シリコン炭化物、チタン炭化物等の炭化物基板、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等の樹脂基板、透明性導電膜(TCO)や金属膜を表面に備える基板等を用いることができる。
(Uses of copper paste)
As described above, the copper paste according to this embodiment has high electrical and thermal conductivity, and is excellent in storage stability and workability. Furthermore, the copper paste according to this embodiment can be fired at low temperatures and in short periods of time, exhibiting high die shear strength. Therefore, it can be used for wiring formation in electronic components such as power modules, chip resistors, chip capacitors, and solar cells, as well as in electronic packaging devices such as printed wiring boards and substrates with through-holes. For example, a copper sintered body can be formed by applying the copper paste according to this embodiment to a power module, a solar cell substrate, a substrate for mounting an electronic packaging device, a printed wiring board, or a substrate with through-holes, and then sintering it. Examples of substrate materials that can be used include silicon substrates, oxide substrates such as silicate glass, alumina, and quartz, nitride substrates such as silicon nitride and aluminum nitride, carbide substrates such as silicon carbide and titanium carbide, resin substrates such as polyimide, polyethylene terephthalate, and polyethylene naphthalate, and substrates having a transparent conductive film (TCO) or a metal film on their surfaces.

(銅ペーストの製造)
本実施形態に係る銅ペーストは、上述した銅粉と溶媒を混合し、必要に応じて遊星ミキサー等の装置を用いて混練することにより製造することができる。また、必要に応じて三本ロールミルを用い銅粉の分散性を高めることもできる。さらに、ペーストをフィルターにかけたり、脱泡処理をしたりしてもよい。
(Manufacturing of copper paste)
The copper paste according to this embodiment can be produced by mixing the copper powder and the solvent described above and kneading the mixture using a device such as a planetary mixer, if necessary. Furthermore, the dispersibility of the copper powder can be improved using a three-roll mill, if necessary. Furthermore, the paste may be filtered or degassed.

(銅ペーストの焼成)
本実施形態に係る銅ペーストを焼成する場合、その方法及び条件としては特に限定されず、目的とする製品やペーストを塗布する相手材に応じて任意の手法で行うことができる。しかしながら、本実施形態に係る銅ペーストの焼成に先立ち、第1のアルコールを乾燥除去することが好ましい。これにより、焼成時における銅粉周辺の第2のアルコールの存在比が高まるため、焼成中における銅粉の酸化をより有効に防止することができる。乾燥条件としては、特に限定されず、第1のアルコールの沸点や目的とする製品に応じて任意に設定できるが、例えば大気雰囲気下において50~200℃、特に60~150℃で、1~60分間加熱することが好ましい。乾燥を減圧下で行い、加熱温度をさらに低下させることもできる。加熱乾燥を不活性ガス雰囲気下や還元雰囲気下で行うこともできる。
(Firing of copper paste)
When firing the copper paste according to this embodiment, the method and conditions are not particularly limited, and any method can be used depending on the desired product and the mating material to which the paste is applied. However, it is preferable to dry and remove the first alcohol prior to firing the copper paste according to this embodiment. This increases the proportion of the second alcohol around the copper powder during firing, thereby more effectively preventing oxidation of the copper powder during firing. The drying conditions are not particularly limited and can be set as desired depending on the boiling point of the first alcohol and the desired product. However, for example, heating in an air atmosphere at 50 to 200°C, particularly 60 to 150°C, for 1 to 60 minutes is preferred. Drying can also be performed under reduced pressure to further reduce the heating temperature. Heat drying can also be performed in an inert gas atmosphere or a reducing atmosphere.

本実施形態に係る銅ペーストは、低温・短時間での焼成が可能なので、焼成条件も特に限定されるものではない。例えば、窒素、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下、又は水素、アンモニア、一酸化炭素、アルコール蒸気等を0.1体積%~30体積%程度含有する還元雰囲気下で、150~400℃又は200~350℃、特に250~300℃で10秒間~60分間、特に2分間~30分間の焼結をすることにより、電気伝導性、熱伝導性及びダイシェア強度に優れた焼結体を得ることができる。 The copper paste according to this embodiment can be fired at low temperatures and in short periods of time, so the firing conditions are not particularly limited. For example, sintering can be performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon gas, or in a reducing atmosphere containing approximately 0.1% to 30% by volume of hydrogen, ammonia, carbon monoxide, alcohol vapor, or the like, at 150 to 400°C or 200 to 350°C, particularly 250 to 300°C, for 10 seconds to 60 minutes, particularly 2 minutes to 30 minutes, to obtain a sintered body with excellent electrical conductivity, thermal conductivity, and die shear strength.

以下、本発明について実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail below using examples, but the present invention is not limited to these examples.

〔試料の物性・性能の評価〕
後述する各組成・条件で作製したペーストについて、以下の各項の評価方法にしたがい、ペーストの物性及び性能の評価を行った。
[Evaluation of sample properties and performance]
The pastes prepared under the respective compositions and conditions described below were evaluated for their physical properties and performance according to the evaluation methods described below.

(粘度の測定、およびCasson降伏応力及びCasson粘度の測定)
作製したペーストの粘度は、コーンプレート型のスピンドルを装着した動的粘弾性測定装置(Brookfield社製、RSTコーンプレートRheometer)を用いて測定し、ずり速度が10s-1のときの銅ペーストの粘度をη10とした。また、ずり応力(σ)の平方根(√σ)を縦軸に、ずり速度(γ)の平方根(√γ)を横軸にしたCassonプロットを得た。このプロットにおいて近似直線が得られるとき、Cassonプロットが可能とし、ずり速度が10s-1以上の領域にある近似直線の縦軸との切片がCasson降伏応力の平方根(√σ)であり、近似直線の傾きがCasson粘度の平方根(√η)である。ここで近似直線が得られるとは、R値(決定係数)が0.9以上のときを意味する。
(Measurement of Viscosity, and Measurement of Casson Yield Stress and Casson Viscosity)
The viscosity of the prepared paste was measured using a dynamic viscoelasticity measuring device (manufactured by Brookfield, RST Cone Plate Rheometer) equipped with a cone-plate type spindle, and the viscosity of the copper paste at a shear rate of 10 s -1 was defined as η 10. In addition, a Casson plot was obtained with the square root (√σ) of shear stress (σ) on the vertical axis and the square root (√γ) of shear rate (γ) on the horizontal axis. When an approximate straight line is obtained in this plot, a Casson plot is possible, and the intercept of the ordinate of the approximate straight line in the shear rate region of 10 s -1 or more is the square root of the Casson yield stress (√σ 0 ), and the slope of the approximate straight line is the square root of the Casson viscosity (√η ). Here, obtaining an approximate straight line means that the R 2 value (coefficient of determination) is 0.9 or more.

以下、具体例を示しながら説明する。代表的な結果として3種類の銅ペースト(比較例2、比較例1及び実施例4、詳細は後述する。)について、Cassonプロットを作成した。図1は、比較例2(η10=185Pa・s)のペーストのCassonプロットである。ずり速度が10s-1以上の領域でのR値は0.0615であり、図1から明らかなとおり、直線性を有しないため、Cassonの式によるフィッティングができない。 Below, we will explain this by showing specific examples. As representative results, Casson plots were created for three types of copper paste (Comparative Example 2, Comparative Example 1, and Example 4, details of which will be described later). Figure 1 is a Casson plot for the paste of Comparative Example 2 (η 10 =185 Pa·s). The R 2 value in the region where the shear rate is 10 s −1 or more is 0.0615, and as is clear from Figure 1, there is no linearity, so fitting using the Casson equation is not possible.

一方で、図2は、比較例1(η10=11Pa・s)のペーストのCassonプロットである。また、図3は、実施例4(η10=8Pa・s)のペーストのCassonプロットである。図2及び図3に示すCassonプロットにおいては、ずり速度が10s-1以上の領域でのR値はそれぞれ0.9994、0.9996であり、データを直線近似することが可能である。いずれの場合もずり速度が遅い領域の√σの急激な増加と、ずり速度が速い領域の√σの緩慢な増加がみられる。急激な増加はペースト中に含まれる微粉末の凝集体を解砕する現象に対応するため、均質なペーストの特性を反映するものとしてずり速度が速い(10s-1以上)領域の近似直線から切片:√σ、傾き:√ηを得た。 On the other hand, Figure 2 is a Casson plot of the paste of Comparative Example 1 (η 10 =11 Pa·s). Figure 3 is a Casson plot of the paste of Example 4 (η 10 =8 Pa·s). In the Casson plots shown in Figures 2 and 3, the R 2 values in the shear rate region of 10 s -1 or more are 0.9994 and 0.9996, respectively, making it possible to linearly approximate the data. In both cases, there is a rapid increase in √σ in the slow shear rate region and a gradual increase in √σ in the fast shear rate region. The rapid increase corresponds to the phenomenon of breaking down agglomerates of the fine powder contained in the paste, so an intercept of √σ 0 and a slope of √η were obtained from the approximation line in the fast shear rate region (10 s -1 or more) as reflecting the characteristics of a homogeneous paste.

(組織欠陥の観察)
作製したペーストを、メタルマスクを用いて一辺が20mmの正方形となるようにステンシル印刷を行ってガラス基板上に塗布し、大気中において100℃で5分間の乾燥を行った。乾燥したペースト表面の組織を倍率が10倍の実体光学顕微鏡で観察し、穴、突起、クラック等の組織欠陥の有無を調べた。
(Observation of tissue defects)
The prepared paste was applied to a glass substrate by stencil printing using a metal mask so as to form a square with sides of 20 mm, and then dried in the atmosphere at 100° C. for 5 minutes. The surface structure of the dried paste was observed with a stereoscopic optical microscope at 10x magnification to check for the presence or absence of structural defects such as holes, protrusions, and cracks.

以下、具体例を示しながら説明する。Cassonプロットにおいて直線近似が可能であった比較例1及び実施例4のペーストをガラス基板に印刷し、乾燥した後に、得られた乾燥物の表面観察を行った結果を示す。図4は、比較例1のペーストの乾燥物の光学顕微鏡写真図である。図5は、実施例4のペーストの乾燥物の光学顕微鏡写真図である。比較例1のペーストの乾燥物においては、多数の穴が観察された(図4における矢印で示す位置)。一方、実施例4のペーストの乾燥物においては、穴やその他の組織欠陥は観察されなかった。同様の試験を種々の工程条件で作製したペーストについて行い、表面欠陥の有無及び印刷欠損の有無を確認した。 The following explains this with specific examples. The pastes of Comparative Example 1 and Example 4, which were able to be linearly approximated in the Casson plot, were printed on a glass substrate, dried, and the surface of the resulting dried product was observed. Figure 4 shows an optical microscope photograph of the dried product of the paste of Comparative Example 1. Figure 5 shows an optical microscope photograph of the dried product of the paste of Example 4. Numerous holes were observed in the dried product of the paste of Comparative Example 1 (positions indicated by arrows in Figure 4). On the other hand, no holes or other structural defects were observed in the dried product of the paste of Example 4. Similar tests were performed on pastes prepared under various process conditions to check for the presence or absence of surface defects and printing defects.

(電気抵抗率の測定)
作製したペーストを、メタルマスクを用いて一辺が20mmの正方形となるようにステンシル印刷を行ってガラス基板上に塗布し、大気中において100℃で5分間の乾燥を行った。その後、窒素雰囲気中において高温プレス機を用いて20MPaの荷重を負荷しながら、加熱温度280℃、加熱時間2分間の条件で加圧焼結を行って、厚さが約20μmの銅ペースト焼結体を得た。この焼結体について、プローブ間隔を1mmに設定した直流4探針法電気抵抗測定装置を使用し、電気抵抗率を測定した。Wiedemann-Franz則にしたがって電気抵抗率を熱伝導率に換算すると、134Wm-1-1以上に対応する。
(Measurement of electrical resistivity)
The prepared paste was applied to a glass substrate using a metal mask and stencil printed to form a square with sides of 20 mm, and then dried in air at 100 °C for 5 minutes. Subsequently, pressure sintering was performed in a nitrogen atmosphere using a high-temperature press under a load of 20 MPa at a heating temperature of 280 °C for 2 minutes, obtaining a copper paste sintered body with a thickness of approximately 20 μm. The electrical resistivity of this sintered body was measured using a DC four-probe electrical resistance measurement device with a probe spacing set to 1 mm. When the electrical resistivity is converted to thermal conductivity according to the Wiedemann-Franz law, it corresponds to 134 Wm -1 K -1 or more.

(ダイシェア強度の測定)
厚さが1mmの銅板を基板として、その上に厚さが100μmとなるように銅ペーストを塗布した。さらにその上に、炭化珪素(SiC)からなり、大きさが2mm×2mm×0.4mmの半導体チップを配置した。SiCチップが銅ペーストに接する面には、スパッタ法を用いてTi層を500nm、Cu層を500nmの厚さに成膜した。このようにしてできた積層体に対して窒素雰囲気中で高温プレス機を用いて20MPaの荷重を負荷し、焼成温度を280℃として、3分間の加圧焼結を行った。室温まで冷却したサンプルにおいて、SiCチップと銅基板との密着強度について、ダイシェア試験機(Nordson社製DAGE4000)でダイシェア強度として測定した。
(Measurement of die shear strength)
A copper paste was applied to a substrate of 1 mm thick copper plate to a thickness of 100 μm. A silicon carbide (SiC) semiconductor chip measuring 2 mm × 2 mm × 0.4 mm was then placed on top of the copper paste. A 500 nm Ti layer and a 500 nm Cu layer were deposited on the surface of the SiC chip in contact with the copper paste using a sputtering method. A load of 20 MPa was applied to the resulting laminate using a high-temperature press in a nitrogen atmosphere, and the firing temperature was set to 280 °C, followed by pressure sintering for 3 minutes. After cooling the sample to room temperature, the adhesion strength between the SiC chip and the copper substrate was measured as die shear strength using a die shear tester (Nordson DAGE 4000).

(評価基準)
これらの測定結果について、(1)ペーストの乾燥物に表面欠陥がなく、(2)ペーストの乾燥物に印刷欠損がなく、(3)焼結体の電気抵抗率は5μΩcm以下であり、(4)焼結体のダイシェア強度が30MPa以上である4項目の条件を全て満足する場合を判定AAと評価した。3項目を充足する場合をA、2項目を充足する場合をB、1項目を充足する場合及び1項目も充足しない場合をCとした。
(Evaluation criteria)
Regarding these measurement results, cases that satisfied all four conditions, (1) there were no surface defects in the dried paste, (2) there were no printing defects in the dried paste, (3) the electrical resistivity of the sintered body was 5 μΩcm or less, and (4) the die shear strength of the sintered body was 30 MPa or more, were evaluated as AA. Cases that satisfied three conditions were evaluated as A, cases that satisfied two conditions were evaluated as B, and cases that satisfied one condition or none of the conditions were evaluated as C.

〔試験1:ペーストの粘度及びCasson降伏応力の影響〕
(実施例1)
銅粒子として、D50が270nmの略球状の第1の銅粒子と、D50が380nmの略球状の第2の銅粒子と、D50が7μmのフレーク形状の第3の銅粒子を用いた。フレーク形状以外の2種の銅粒子は表面が多糖類であるアラビアガムで被覆したものを用いた。
Test 1: Effect of Paste Viscosity and Casson Yield Stress
Example 1
The copper particles used were first copper particles having a D50 of 270 nm and a roughly spherical shape, second copper particles having a D50 of 380 nm and a roughly spherical shape, and third copper particles having a D50 of 7 μm and a flake shape. The surfaces of the two types of copper particles other than the flake-shaped particles were coated with gum arabic, a polysaccharide.

初めに、質量比で、第1の銅粒子:第2の銅粒子:第3の銅粒子が、65:30:5となるように混合した。第1~第3の銅粒子に含まれる不純物量はいずれも、炭素0.3%、酸素0.7%、銅以外の金属元素0.2%であった。第1のアルコールとしてのエチレングリコール及び第2のアルコールとしてのグリセロールを用意し、質量比で、銅粒子:エチレングリコール:グリセロールが、60:20:20となるように秤量して遊星ミキサーで混練して銅ペーストを作製した。評価の結果を表1に示す。First, the first copper particles, second copper particles, and third copper particles were mixed in a mass ratio of 65:30:5. The impurities contained in each of the first to third copper particles were 0.3% carbon, 0.7% oxygen, and 0.2% metal elements other than copper. Ethylene glycol as the first alcohol and glycerol as the second alcohol were prepared and weighed out to a mass ratio of copper particles, ethylene glycol, and glycerol of 60:20:20, and then kneaded in a planetary mixer to produce a copper paste. The evaluation results are shown in Table 1.

(実施例2~7及び比較例1~4)
銅紛と溶剤の質量比及び第1~第3の銅粒子の質量比を変更した以外は、実施例1と同じ条件で銅ペーストを作製した。評価の結果を表1に示す。なお、表1において「N/A」と記載しているのは、Cassonプロットにおいて良好な近似直線(フィッティング)が得られなかったことを示している。
(Examples 2 to 7 and Comparative Examples 1 to 4)
Copper pastes were prepared under the same conditions as in Example 1, except that the mass ratio of the copper powder to the solvent and the mass ratio of the first to third copper particles were changed. The evaluation results are shown in Table 1. In Table 1, "N/A" indicates that a good approximation line (fitting) was not obtained in the Casson plot.

溶剤として、粘度が3mPa・s以上、70mPa・s以下の範囲にある第1のアルコール(エチレングリコール)と、粘度が300mPa・s以上、1000mPa・s以下の範囲にある第2のアルコール(グリセロール)を用い、ペースト組成を調整することで、η10、√σ、√ηの値を制御できることがわかった。また、η10及び√σを調整することで、良好な評価のペーストが得られることがわかった。 It was found that the values of η 10 , √σ 0 , and √η ∞ can be controlled by using as a solvent a first alcohol (ethylene glycol) having a viscosity in the range of 3 mPa·s or more and 70 mPa·s or less and a second alcohol (glycerol) having a viscosity in the range of 300 mPa· s or more and 1000 mPa·s or less , and adjusting the paste composition. It was also found that a paste with good evaluation could be obtained by adjusting η 10 and √σ 0 .

〔試験2:第1のアルコール種の影響〕
(実施例8~13及び比較例5~7)
第1のアルコールとしてのエチレングリコールを、表2に示すアルコールに変更した以外、実施例3と同様にしてペーストを作製し、評価した。評価の結果を表2に示す。
Test 2: Effect of the first alcohol species
(Examples 8 to 13 and Comparative Examples 5 to 7)
Pastes were prepared and evaluated in the same manner as in Example 3, except that the ethylene glycol used as the first alcohol was changed to the alcohol shown in Table 2. The evaluation results are shown in Table 2.

表2より、第1のアルコールはエチレングリコールに限定されず、粘度が所要の粘度範囲1価又は2価のアルコールを用いた銅ペーストであれば、所望の性能を有する焼結体が得られることがわかった。 Table 2 shows that the first alcohol is not limited to ethylene glycol, and that a sintered body with the desired performance can be obtained by using a copper paste that uses a monohydric or dihydric alcohol with a viscosity within the required viscosity range.

〔試験3:第2のアルコール種の影響〕
(実施例14、比較例8~9)
第2のアルコールとしてのグリセロールを、表3に示すアルコールに変更した以外、実施例3と同様にしてペーストを作製し、評価した。評価の結果を表3に示す。
Test 3: Effect of a Second Alcohol Species
(Example 14, Comparative Examples 8 to 9)
Pastes were prepared and evaluated in the same manner as in Example 3, except that the glycerol used as the second alcohol was changed to the alcohol shown in Table 3. The evaluation results are shown in Table 3.

表3より、第2のアルコールはエチレングリコールに限定されず、粘度が所要の粘度範囲2価又は3価のアルコールを用いた銅ペーストであれば、所望の性能を有する焼結体が得られることがわかった。

From Table 3, it was found that the second alcohol is not limited to ethylene glycol, and that a sintered body having the desired performance can be obtained by using a copper paste that uses a dihydric or trihydric alcohol having a viscosity within the required viscosity range.

Claims (10)

銅粉及びアルコール溶剤を含み、
前記アルコール溶剤は、
25℃における粘度が3mPa・s以上70mPa・s以下である1価のアルコール及び2価のアルコールからなる群から選択される1以上である第1のアルコールと、
25℃における粘度が300mPa・s以上1000mPa・s以下である2価のアルコール及び3価のアルコールからなる群から選択される1以上である第2のアルコールとを含み、
25℃、ずり速度10s-1における粘度η10は1Pa・s以上50Pa・s以下であり、
Casson降伏応力σの平方根√σが10Pa1/2以下である
銅ペースト。
Contains copper powder and alcohol solvent,
The alcohol solvent is
a first alcohol, which is one or more selected from the group consisting of monohydric alcohols and dihydric alcohols, having a viscosity at 25°C of 3 mPa·s or more and 70 mPa·s or less;
and a second alcohol, which is one or more selected from the group consisting of dihydric alcohols and trihydric alcohols, having a viscosity at 25°C of 300 mPa s or more and 1000 mPa s or less,
The viscosity η10 at 25°C and a shear rate of 10 s -1 is 1 Pa s or more and 50 Pa s or less,
A copper paste having a square root √σ 0 of Casson yield stress σ 0 of 10 Pa 1/2 or less.
Casson粘度ηの平方根√ηが1(Pa・s)1/2以下である
請求項1に記載の銅ペースト。
The copper paste according to claim 1, wherein the square root √η of Casson viscosity η is 1 (Pa·s) 1/2 or less.
前記銅粉は、
平均粒子径50nm以上900nm以下である第1の銅粒子と、
平均粒子径150nm以上1μm以下であり、かつ前記第一の銅粒子よりも平均粒子径が100nm以上大きい第2の銅粒子と、
板状、鱗片状、扁平状又はフレーク状で、平均粒子径1.5μm以上20μm以下である第3の銅粒子とを含む
請求項1又は2に記載の銅ペースト。
The copper powder is
First copper particles having an average particle diameter of 50 nm or more and 900 nm or less;
second copper particles having an average particle diameter of 150 nm or more and 1 μm or less, and an average particle diameter 100 nm or more larger than that of the first copper particles;
The copper paste according to claim 1 or 2, further comprising third copper particles that are plate-like, scale-like, flat, or flake-like and have an average particle diameter of 1.5 μm or more and 20 μm or less.
前記銅粉は、前記銅粉100質量%に対し、前記第2の銅粒子を1質量%以上30質量%以下、前記第3の銅粒子を5質量%以上60質量%以下含む
請求項3に記載の銅ペースト。
The copper paste according to claim 3 , wherein the copper powder contains 1% by mass or more and 30% by mass or less of the second copper particles and 5% by mass or more and 60% by mass or less of the third copper particles relative to 100% by mass of the copper powder.
前記第1のアルコール及び前記第2のアルコールの総量が、前記銅粉、前記第1のアルコール及び前記第2のアルコールの総量100質量%に対し5質量%以上50質量%以下である
請求項1又は2に記載の銅ペースト。
The copper paste according to claim 1 or 2, wherein a total amount of the first alcohol and the second alcohol is 5% by mass or more and 50% by mass or less, relative to 100% by mass of a total amount of the copper powder, the first alcohol, and the second alcohol.
樹脂を含まないか、又は前記樹脂を前記銅粉100質量%に対し0質量%超10質量%以下含む
請求項1又は2に記載の銅ペースト。
The copper paste according to claim 1 or 2, which does not contain a resin or contains the resin in an amount of more than 0 mass % and 10 mass % or less relative to 100 mass % of the copper powder.
エポキシ基を有するシランカップリング剤及びアミノ基を有するシランカップリング剤を含まないか、又はエポキシ基を有する前記シランカップリング剤及びアミノ基を有する前記シランカップリング剤を総量で前記銅粉100質量%に対し0質量%超0.05質量%以下含む
請求項1又は2に記載の銅ペースト。
3. The copper paste according to claim 1, wherein the paste does not contain a silane coupling agent having an epoxy group and a silane coupling agent having an amino group, or contains the silane coupling agent having an epoxy group and the silane coupling agent having an amino group in a total amount of more than 0% by mass and 0.05% by mass or less, relative to 100% by mass of the copper powder.
前記第1のアルコールは、1-ヘキサノール、1-ヘプタノール、2-ヘプタノール、1-オクタノール、2-オクタノール、2-エチル-1-ヘキサノール、ベンジルアルコール、エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール及び2,3-ブタンジオールからなる群から選択される1以上を含む
請求項1又は2に記載の銅ペースト。
The copper paste according to claim 1 or 2, wherein the first alcohol includes one or more selected from the group consisting of 1-hexanol, 1-heptanol, 2-heptanol, 1-octanol, 2-octanol, 2-ethyl-1-hexanol, benzyl alcohol, ethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, and 2,3-butanediol.
前記第1の銅粒子及び前記第2の銅粒子の少なくとも一方は、表面の少なくとも一部に、多糖類が被覆されてなる
請求項3に記載の銅ペースト。
The copper paste according to claim 3 , wherein at least one of the first copper particles and the second copper particles has at least a portion of its surface coated with a polysaccharide.
前記第1の銅粒子及び前記第2の銅粒子の少なくとも一方が、表面の少なくとも一部に、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ドデカン酸及びテトラデカン酸からなる群から選択される1以上を含む
請求項3に記載の銅ペースト。


4. The copper paste according to claim 3, wherein at least one of the first copper particles and the second copper particles contains, on at least a portion of a surface thereof, one or more selected from the group consisting of octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, dodecanoic acid, and tetradecanoic acid.


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