Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP2022113002A - Joint sheet - Google Patents

Joint sheet Download PDF

Info

Publication number
JP2022113002A
JP2022113002A JP2021009075A JP2021009075A JP2022113002A JP 2022113002 A JP2022113002 A JP 2022113002A JP 2021009075 A JP2021009075 A JP 2021009075A JP 2021009075 A JP2021009075 A JP 2021009075A JP 2022113002 A JP2022113002 A JP 2022113002A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
copper particles
copper
solvent
sheet
less
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021009075A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
弘太郎 増山
Kotaro Masuyama
光平 乙川
Kohei Otokawa
朋彦 山口
Tomohiko Yamaguchi
清隆 中矢
Kiyotaka Nakaya
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Materials Corp filed Critical Mitsubishi Materials Corp
Priority to JP2021009075A priority Critical patent/JP2022113002A/en
Publication of JP2022113002A publication Critical patent/JP2022113002A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Non-Insulated Conductors (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

To provide a joint sheet including copper particles, which prevents a deterioration of its sinterability due to oxidation of the copper particles, allows formation of a compact and void-less joint layer, and enables electronic components and the like to be joined together with high strength.SOLUTION: A joint sheet 1 has copper particles 2, and a solvent 3 with a boiling point of 150°C or higher. The content ratio (mass ratio) of the copper particles 2 and the solvent 3 is 99:1-90:10. The copper particles 2 have a BET diameter of 40 nm or more and 750 nm or less. The solvent 3 has an OH group in its structure.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

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

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

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

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

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

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

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

本発明の接合用シートは、銅粒子と溶媒とを含み、銅粒子が溶媒で被覆されるので、銅粒子が酸化しにくい。また、溶媒は、沸点が150℃以上とされているので、揮発しにくい。よって、本発明の接合用シートは、銅粒子の酸化による焼結性の低下が起こりにくく、また形状安定性が向上する。さらに、銅粒子は、BET径が40nm以上750nm以下の範囲内にあり微細であるので焼結性が高く、銅粒子と溶媒の含有量比が質量比で99:1~90:10の範囲内にあり、銅粒子の含有量が90質量%以上とされているので、加熱によって緻密な銅粒子の焼結体(接合層)を形成することができる。また、溶媒の含有量が10質量%以下であるため、加熱時に生成する溶媒の揮発ガスや分解ガスの量が少ない。また、溶媒が構造中にOH基を含むことで、銅粒子の酸化を好適に抑制できる。よって、本発明の接合用シートによれば、緻密でボイドが少ない接合層を形成でき、電子部品などを高い強度で接合することができる。 The bonding sheet of the present invention contains copper particles and a solvent, and since the copper particles are coated with the solvent, the copper particles are less likely to be oxidized. Moreover, since the solvent has a boiling point of 150° C. or higher, it is difficult to volatilize. Therefore, the bonding sheet of the present invention is less susceptible to deterioration in sinterability due to oxidation of copper particles, and has improved shape stability. Furthermore, the copper particles have a BET diameter in the range of 40 nm or more and 750 nm or less and are fine, so they have high sinterability, and the content ratio of the copper particles and the solvent is in the range of 99: 1 to 90: 10 by mass. Since the content of copper particles is 90% by mass or more, a dense sintered body (bonding layer) of copper particles can be formed by heating. In addition, since the content of the solvent is 10% by mass or less, the amount of volatile gas and decomposition gas generated from the solvent during heating is small. Moreover, the oxidation of the copper particles can be favorably suppressed by the solvent including an OH group in its structure. Therefore, according to the bonding sheet of the present invention, a dense bonding layer with few voids can be formed, and electronic components and the like can be bonded with high strength.

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

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

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

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

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

本発明の一実施形態に係る接合用シートの模式断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a joining sheet according to one embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施形態に係る接合用シートの製造方法を示すフロー図である。It is a flow figure showing a manufacturing method of a sheet for joining concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る接合用シートを用いて作製した接合体の模式断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a joined body produced using a joining sheet according to an embodiment of the present invention; FIG.

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

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

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

接合用シート1の形状やサイズは、特に制限はない。接合用シート1は、例えば、直径が1mm以上50mmの円形シート、一辺が1mm以上50mm以下の矩形シートであってもよい。接合用シート1の厚さは、特に制限はないが、50μm以上1000μm以下の範囲内にあることが好ましい。 The shape and size of the joining sheet 1 are not particularly limited. The joining sheet 1 may be, for example, a circular sheet with a diameter of 1 mm or more and 50 mm or a rectangular sheet with a side of 1 mm or more and 50 mm or less. Although the thickness of the joining sheet 1 is not particularly limited, it is preferably in the range of 50 μm or more and 1000 μm or less.

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

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

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

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

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

銅粒子2は、飛行時間型二次イオン質量分析法を用いて、表面を分析することによってC イオンやC以上のイオンが検出されてもよい。Cuイオンの検出量に対するC イオンの検出量の比(C /Cu比)は0.001以上であることが好ましい。また、Cuイオンの検出量に対するC以上のイオンの検出量の比(C以上のイオン/Cu比)は0.005未満であることが好ましい。 By analyzing the surface of the copper particles 2 using time-of-flight secondary ion mass spectrometry, C 3 H 4 O 2 - ions and C 5 or higher ions may be detected. The ratio of the detected amount of C 3 H 4 O 2 ions to the detected amount of Cu + ions (C 3 H 4 O 2 /Cu + ratio) is preferably 0.001 or more. Further, the ratio of the detected amount of C5 or higher ions to the detected amount of Cu + ions ( C5 or higher ions/Cu + ratio) is preferably less than 0.005.

飛行時間型二次イオン質量分析法において検出されるC イオンとC イオンとC以上のイオンは、銅粒子2の表面を被覆している有機保護膜に由来する。このためC /Cu比とC /Cu比のそれぞれが0.001以上であると、銅粒子2の表面が酸化しにくくなり、かつ銅粒子2が凝集しにくくなる。また、C /Cu比及びC /Cu比が0.2以下であると、銅粒子2の焼結性を過度に低下させずに銅粒子2の酸化と凝集を抑制でき、さらに加熱時における有機保護膜の分解ガスの発生を抑えることができるので、ボイドが少ない接合層を形成することができる。銅粒子2の保存中の耐酸化性をより一層向上し、かつ低温度での焼結性をより一層向上させるために、C /Cu比及びC /Cu比は0.08以上0.16以下の範囲内にあることが好ましい。また、C以上のイオン/Cu比が0.005倍以上であると、粒子表面に脱離温度が比較的高い有機保護膜が多く存在するため、結果として焼結性が十分に発現せず強固な接合層が得られにくい。C以上のイオン/Cu比は0.003倍未満であることが好ましい。 The C 3 H 3 O 3 - ions, C 3 H 4 O 2 - ions, and C 5 or higher ions detected in the time-of-flight secondary ion mass spectrometry are the organic protective film covering the surface of the copper particles 2 . derived from the membrane. Therefore, when each of the C 3 H 3 O 3 /Cu + ratio and the C 3 H 4 O 2 /Cu + ratio is 0.001 or more, the surface of the copper particle 2 becomes difficult to oxidize, and the copper particle 2 becomes difficult to aggregate. Further, when the C 3 H 3 O 3 /Cu + ratio and the C 3 H 4 O 2 /Cu + ratio are 0.2 or less, the sinterability of the copper particles 2 is not excessively lowered, and the copper particles Oxidation and agglomeration of 2 can be suppressed, and generation of decomposition gas from the organic protective film during heating can be suppressed, so that a bonding layer with few voids can be formed. In order to further improve the oxidation resistance during storage of the copper particles 2 and to further improve the sinterability at low temperatures, the C 3 H 3 O 3 /Cu + ratio and the C 3 H 4 O 2 The /Cu + ratio is preferably in the range of 0.08 to 0.16. In addition, when the C 5 or higher ion/Cu + ratio is 0.005 times or higher, a large amount of organic protective film having a relatively high desorption temperature exists on the particle surface, and as a result, sufficient sinterability cannot be expressed. Therefore, it is difficult to obtain a strong bonding layer. Preferably, the C5 and above ions/Cu + ratio is less than 0.003.

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

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

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

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

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

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

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

混合液で生成された銅粒子2を、不活性ガス雰囲気下で混合液から、例えば遠心分離機を用いて、固液分離して、凍結乾燥法、減圧乾燥法で乾燥することにより、表面が有機保護膜で被覆された銅粒子2を得る。この銅粒子2は、表面が有機保護膜で被覆されているため、接合用シートとして用いるまで、大気中に保存しても酸化しにくくなる。 The copper particles 2 produced in the mixed liquid are solid-liquid separated from the mixed liquid in an inert gas atmosphere, for example, using a centrifuge, and dried by a freeze-drying method or a reduced-pressure drying method. A copper particle 2 coated with an organic protective film is obtained. Since the surface of the copper particles 2 is covered with an organic protective film, the copper particles 2 are not easily oxidized even if they are stored in the atmosphere until they are used as a bonding sheet.

溶媒3は、銅粒子2に対するバインダーとして作用する。また、溶媒3は、銅粒子2を被覆して銅粒子2の酸化を防止する酸化防止剤として作用する。 Solvent 3 acts as a binder for copper particles 2 . Moreover, the solvent 3 acts as an antioxidant that coats the copper particles 2 to prevent oxidation of the copper particles 2 .

溶媒3は、沸点が150℃以上とされている。このため、溶媒3は揮発しにくく、接合用シート1中に長期間にわたって保持される。溶媒3の沸点の上限は、接合用シート1を加熱して銅粒子2を焼結させる温度よりも低い温度である。溶媒3の沸点は、200℃以下であることが好ましい。 Solvent 3 has a boiling point of 150° C. or higher. Therefore, the solvent 3 is difficult to volatilize and is retained in the bonding sheet 1 for a long period of time. The upper limit of the boiling point of the solvent 3 is a temperature lower than the temperature at which the bonding sheet 1 is heated to sinter the copper particles 2 . The boiling point of solvent 3 is preferably 200° C. or lower.

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

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

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

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

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

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

混合工程S01は、銅粒子2と溶媒3とを混合する工程である。銅粒子2と溶媒3との混合は、自転公転ミキサーやプラネタリーミキサーを用いることができる。 The mixing step S<b>01 is a step of mixing the copper particles 2 and the solvent 3 . A rotation-revolution mixer or a planetary mixer can be used for mixing the copper particles 2 and the solvent 3 .

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

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

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

基板12としては、例えば、絶縁板と、この絶縁板の上に形成された配線パターンとを有するプリント配線板を用いることができる。プリント配線板としては特に制限はなく、フレキシブルプリント配線板、リジットプリント配線板、リジットフレキシブルプリント配線板を用いることができる。 As the substrate 12, for example, a printed wiring board having an insulating plate and a wiring pattern formed on the insulating plate can be used. The printed wiring board is not particularly limited, and flexible printed wiring boards, rigid printed wiring boards, and rigid flexible printed wiring boards can be used.

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

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

以上のような構成とされた本実施形態である接合用シート1は、銅粒子2と溶媒3とを含み、銅粒子2が溶媒3で被覆されるので、銅粒子2が酸化しにくい。また、溶媒3は、沸点が150℃以上とされているので、揮発しにくい。よって、本実施形態の接合用シート1は、銅粒子2の酸化による焼結性の低下が起こりにくく、また形状安定性が向上する。また、溶媒3は、構造中にOH基を有するため、銅粒子2の酸化を好適に抑制できる。さらに、銅粒子2は、BET径が40nm以上750nm以下の範囲内にあり微細であるので焼結性が高く、銅粒子2と溶媒3の含有量比が質量比で99:1~90:10の範囲内にあり、銅粒子2の含有量が90質量%以上とされているので、加熱によって緻密な銅粒子2の焼結体(接合層)を形成することができる。また、溶媒3の含有量が10質量%以下であるため、加熱時に生成する溶媒の揮発ガスや分解ガスの量が少ない。よって、本実施形態の接合用シート1によれば、銅粒子の酸化による焼結性の低下が起こりにくく、緻密でボイドが少ない接合層を形成でき、電子部品などを高い強度で接合することができる。 The bonding sheet 1 of the present embodiment configured as described above contains the copper particles 2 and the solvent 3, and the copper particles 2 are coated with the solvent 3, so that the copper particles 2 are less likely to be oxidized. Moreover, since the boiling point of the solvent 3 is 150° C. or higher, it is difficult to volatilize. Therefore, the bonding sheet 1 of the present embodiment is less likely to deteriorate in sinterability due to oxidation of the copper particles 2, and has improved shape stability. Moreover, since the solvent 3 has an OH group in its structure, the oxidation of the copper particles 2 can be suitably suppressed. Furthermore, the copper particles 2 have a BET diameter in the range of 40 nm or more and 750 nm or less and are fine, so they have high sinterability, and the content ratio of the copper particles 2 and the solvent 3 is 99: 1 to 90: 10 by mass. and the content of the copper particles 2 is 90% by mass or more, a dense sintered body (bonding layer) of the copper particles 2 can be formed by heating. In addition, since the content of the solvent 3 is 10% by mass or less, the amount of volatile gas and decomposition gas generated from the solvent during heating is small. Therefore, according to the bonding sheet 1 of the present embodiment, deterioration of sinterability due to oxidation of copper particles is unlikely to occur, a dense bonding layer with few voids can be formed, and electronic components and the like can be bonded with high strength. can.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Figure 2022113002000002
Figure 2022113002000002

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Figure 2022113002000003
Figure 2022113002000003

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

これに対して、バインダーとして常温で固体のポリエチレングリコールを含む比較例1の銅シートを用いた接合体は、シェア強度が大きく低下し、ボイド率が大きく上昇し、緻密でボイドが少ない接合層を形成できないことが分かる。接合体を作製する際の加熱時に、ポリエチレングリコールが揮発せずに、接合層中に残存したためであると考えられる。また、バインダーとして沸点が80℃のエタノールを含む比較例2の銅シートを用いた接合体は、ボイド率が上昇し、緻密でボイドが少ない接合層を形成できないことが分かる。接合体を作製する際の加熱時に、エタノールが一時に揮発することによって空孔が大きくなったためと考えられる。 On the other hand, the bonded body using the copper sheet of Comparative Example 1 containing polyethylene glycol, which is solid at room temperature as a binder, has a greatly reduced shear strength, a greatly increased void ratio, and a dense bonding layer with few voids. I know it can't be formed. This is probably because the polyethylene glycol did not volatilize and remained in the bonding layer during heating for manufacturing the bonded body. In addition, it can be seen that the joined body using the copper sheet of Comparative Example 2 containing ethanol having a boiling point of 80° C. as a binder has an increased void ratio and cannot form a dense joining layer with few voids. It is considered that the holes were enlarged due to the temporary volatilization of ethanol during the heating in the production of the joined body.

バインダーであるポリエチレングリコールの含有量比が本発明の上限を超える比較例3では、圧延処理によって得られた銅シートが、粉末圧延機の加圧ローラの表面に強い付着力で付着した。加圧ローラから銅シートを引き剥がす際に、銅シートが破損して、接合体を作製するのに最低限必要な寸法の銅シートを回収できなかったため、接合体のシェア強度とボイド率は評価できなかった。バインダーであるポリエチレングリコールの含有量比が本発明の下限を下回る比較例4では、圧延処理によって得られた銅シートに多数のクラックが生じた。このクラックによって銅シートが破損して、接合体を作製するのに最低限必要な寸法の銅シートを回収できなかったため、接合体のシェア強度とボイド率は評価できなかった。OH基を有さないテトラデカンを溶媒として用いた比較例5では、シェア強度が悪化し、ボイド率が上昇し、銅粒子の酸化を抑制できずに、焼結性が低下することで、緻密でボイドが少ない接合層を形成できないことが分かる。 In Comparative Example 3, in which the content ratio of polyethylene glycol as a binder exceeded the upper limit of the present invention, the copper sheet obtained by rolling adhered to the surface of the pressure roller of the powder rolling mill with strong adhesion. When the copper sheet was peeled off from the pressure roller, the copper sheet was damaged, and the copper sheet with the minimum required size for manufacturing the bonded body could not be recovered. could not. In Comparative Example 4, in which the content ratio of polyethylene glycol as a binder was below the lower limit of the present invention, many cracks occurred in the copper sheet obtained by the rolling treatment. The cracks damaged the copper sheet, making it impossible to recover a copper sheet having the minimum dimensions necessary to produce a bonded body. Therefore, the shear strength and void fraction of the bonded body could not be evaluated. In Comparative Example 5, in which tetradecane having no OH group was used as a solvent, the shear strength deteriorated, the void ratio increased, and oxidation of the copper particles could not be suppressed, resulting in a decrease in sinterability. It can be seen that a joining layer with few voids cannot be formed.

1 接合用シート
2 銅粒子
3 溶媒
11 接合体
12 基板
13 接合層
14 電子部品
REFERENCE SIGNS LIST 1 bonding sheet 2 copper particles 3 solvent 11 bonded body 12 substrate 13 bonding layer 14 electronic component

Claims (5)

銅粒子と、沸点が150℃以上の溶媒とを含み、
前記銅粒子と前記溶媒の含有量比が、質量比で99:1~90:10であって、
前記銅粒子のBET径が40nm以上750nm以下の範囲内にあり、
前記溶媒が、構造中にOH基を有する、接合用シート。
Containing copper particles and a solvent having a boiling point of 150° C. or higher,
The content ratio of the copper particles and the solvent is 99:1 to 90:10 in mass ratio,
The BET diameter of the copper particles is in the range of 40 nm or more and 750 nm or less,
A bonding sheet, wherein the solvent has an OH group in its structure.
前記溶媒が、水酸基またはカルボキシル基を有する、請求項1に記載の接合用シート。 The joining sheet according to claim 1, wherein the solvent has a hydroxyl group or a carboxyl group. 前記溶媒が、ジオール化合物、トリオール化合物、及びカルボン酸の少なくとも一つを含む、請求項1又は請求項2に記載の接合用シート。 The joining sheet according to claim 1 or 2, wherein the solvent contains at least one of a diol compound, a triol compound and a carboxylic acid. 前記銅粒子は、表面が有機保護膜で被覆されている、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の接合用シート。 The joining sheet according to any one of claims 1 to 3, wherein the surfaces of the copper particles are coated with an organic protective film. 前記銅粒子の表面は、飛行時間型二次イオン質量分析法によって分析することによって検出されるCuイオンの検出量に対するC イオンの検出量の比が、0.001以上となっている、請求項4に記載の接合用シート。 The surface of the copper particles has a ratio of a detected amount of C 3 H 3 O 3 ions to a detected amount of Cu + ions detected by time-of-flight secondary ion mass spectrometry of 0.001 or more. The joining sheet according to claim 4, wherein
JP2021009075A 2021-01-22 2021-01-22 Joint sheet Pending JP2022113002A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021009075A JP2022113002A (en) 2021-01-22 2021-01-22 Joint sheet

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021009075A JP2022113002A (en) 2021-01-22 2021-01-22 Joint sheet

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022113002A true JP2022113002A (en) 2022-08-03

Family

ID=82657196

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021009075A Pending JP2022113002A (en) 2021-01-22 2021-01-22 Joint sheet

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2022113002A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4928639B2 (en) Bonding material and bonding method using the same
EP2581156B1 (en) Low-temperature-sinterable bonding material, and bonding method using the bonding material
JP4870223B1 (en) Pasty silver particle composition, method for producing metal member assembly, and metal member assembly
WO2011114543A1 (en) Bonding material and bonding method using same
JP5416153B2 (en) Conductive paste, manufacturing method thereof, and conductive connecting member
EP3217424B1 (en) Electroconductive assembly for electronic component, semiconductor device in which said assembly is used, and method for manufacturing electroconductive assembly
WO2021153560A1 (en) Bonding sheet
TWI819113B (en) Particles for bonding materials and methods for producing the same, pastes for bonding and methods for preparing the same, and methods for producing bonded bodies
JP5733638B2 (en) Bonding material and semiconductor device using the same, and wiring material and wiring for electronic element using the same
CN114829036B (en) Silver paste and method for producing bonded body
JP2022113002A (en) Joint sheet
JP2022114900A (en) Joining sheet
JP2022110947A (en) Joint sheet
JP2023098499A (en) Joining sheet and method for manufacturing joined body
WO2023127969A1 (en) Bonding sheet and method for producing bonded body
WO2023127968A1 (en) Bonding sheet, method for producing bonding sheet, and method for producing bonded body
WO2022176926A1 (en) Bonding paste, bonded layer, bonded body, and method for producing bonded body
JP2023098496A (en) Bonding sheet, and method for producing bonded body
JP6845385B1 (en) Metal paste for joining and joining method
JP5487301B2 (en) Low-temperature sinterable bonding material and bonding method using the bonding material
CN116806177A (en) Bonding slurry, bonding layer, bonded body, and method for producing bonded body
JP2024024322A (en) Joining paste and method for producing joint body
JP2022128185A (en) Paste for joining, and method for producing joint body
TW202231398A (en) Copper oxide paste and method for producing electronic parts capable of bonding a chip component and a substrate more firmly
JP2023098500A (en) Method for producing bonding sheet, and method for producing bonded body

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231006

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240416

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240417

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240612

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240723

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240924

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20241015