(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）少なくとも１つの有機化合物を含むコーティングを含む粒子状で存在する、７５〜９０重量％の少なくとも１つの金属と、（Ｂ）０〜１２重量％の少なくとも１つの金属前駆体と、（Ｃ）６〜２０重量％の少なくとも２つの有機溶媒の混合物と、（Ｄ）０〜１０重量％の少なくとも１つの焼結助剤とを含む金属ペーストであって、溶媒混合物（Ｃ）の３０〜６０重量％は、最後から２番目の炭素原子上のメチル置換を除いて非置換の１６〜２０個の炭素原子を有する少なくとも１つの１−ヒドロキシアルカンからなることを特徴とする金属ペースト。
【請求項２】
前記少なくとも１つの金属が、銅、銀、金、ニッケル、パラジウム、白金、およびアルミニウムからなる群から選択される、請求項１に記載の金属ペースト。
【請求項３】
金属粒子がフレーク状である、請求項１または２に記載の金属ペースト。
【請求項４】
前記少なくとも１つの有機化合物が、遊離脂肪酸、脂肪酸塩、および脂肪酸エステルからなる群から選択される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属ペースト。
【請求項５】
前記最後から２番目の炭素原子上のメチル置換を除いて非置換の少なくとも１つの１−ヒドロキシ−Ｃ１６−Ｃ２０−アルカンおよび前記少なくとも１つの有機化合物が、炭素原子の数で２個以下異なる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属ペースト。
【請求項６】
前記最後から２番目の炭素原子上のメチル置換を除いて非置換の少なくとも１つの１−ヒドロキシアルカンが１６−メチルヘプタデカン−１−オールを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の金属ペースト。
【請求項７】
前記最後から２番目の炭素原子上のメチル置換を除いて非置換の少なくとも１つの１−ヒドロキシアルカンが１６−メチルヘプタデカン−１−オールである、請求項６に記載の金属ペースト。
【請求項８】
成分（Ａ）〜（Ｄ）に加えて、分散剤、界面活性剤、消泡剤、結合剤、ポリマー、および／または粘度調整剤から選択される０〜１５重量％の１つ以上のさらなる成分（Ｅ）を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の金属ペースト。
【請求項９】
少なくとも（ａ１）１つのコンポーネント１、（ａ２）１つのコンポーネント２、および（ａ３）コンポーネント１とコンポーネント２の間に位置する請求項１〜８のいずれか一項に記載の１つの金属ペーストを含むサンドイッチ構造を供給する工程（ａ）と、前記サンドイッチ構造を焼結する工程（ｂ）とからなる、コンポーネントの結合方法。
【請求項１０】
前記焼結が圧力をかけて、または圧力をかけないで行われる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記コンポーネントが電子機器に用いられる部品である、請求項９または１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属焼結ペーストに関し、この金属ペーストが用いられるコンポーネントの結合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーエレクトロニクスおよび家庭用電子機器において、高度に圧力および温度感受性のＬＥＤまたは非常に薄いシリコンチップなどのコンポーネントの結合が特に難しい。
【０００３】
このため、これらの圧力および温度感受性コンポーネントは、接着剤によってしばしば互いに結合される。しかしながら、接着技術は、不十分な熱伝導性および／または電気伝導性を含むコンポーネント間の接触部位をもたらすという欠点を伴う。
【０００４】
この問題を解決するために、結合されるコンポーネントはしばしば焼結に供される。焼結技術は、安定した、非常に簡単なコンポーネントの結合方法である。
【０００５】
しかしながら、従来の焼結処理は高い処理圧力および／または高い処理温度を必要とする。こうした状態は結合されるコンポーネントに損傷をもたらすことが多いため、従来の焼結処理は多くの適用で排除される。
【０００６】
コンポーネントを結合するために焼結処理で金属ペーストを使用することが、パワーエレクトロニクスで知られている。
【０００７】
特許文献１は、少なくとも１つの有機化合物を含むコーティングを含む粒子状で存在する、７５〜９０重量％の少なくとも１つの金属と、０〜１２重量％の少なくとも１つの金属前駆体と、６〜２０重量％の少なくとも１つの溶媒と、０．１〜１５重量％の少なくとも１つの焼結助剤とを含む金属ペースト、ならびに焼結方法を用いてコンポーネントを結合するための前記金属ペーストの使用を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０２６６２３Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、例えば２００〜２５０℃の温度でも圧力がなくても実施できる安定してコンポーネントを結合する焼結方法を提供することである。この方法は、結合されるコンポーネント間で低い多孔性と高い電気伝導性および熱伝導性の接触部位を生成するために使用される。本発明の別の目的は、このタイプの焼結方法を実施するのに適合された金属ペーストを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、少なくとも（ａ１）１つのコンポーネント１、（ａ２）１つのコンポーネント２、および（ａ３）コンポーネント１とコンポーネント２の間に位置する１つの金属ペーストを含むサンドイッチ構造を供給する工程（ａ）と、サンドイッチ構造を焼結する工程（ｂ）とからなるコンポーネントの結合方法に関し、金属ペーストは、（Ａ）少なくとも１つの有機化合物を含むコーティングを含む粒子状で存在する、７５〜９０重量％の少なくとも１つの金属と、（Ｂ）０〜１２重量％の少なくとも１つの金属前駆体と、（Ｃ）６〜２０重量％の少なくとも２つの有機溶媒の混合物と、（Ｄ）０〜１０重量％の少なくとも１つの焼結助剤とを含み、溶媒混合物（Ｃ）の３０〜６０重量％は、最後から２番目の炭素原子上のメチル置換を除いて非置換の１６〜２０個の炭素原子を有する少なくとも１つの１−ヒドロキシアルカンからなることを特徴とする。
【００１１】
本発明はまた、（Ａ）少なくとも１つの有機化合物を含むコーティングを含む粒子状で存在する、７５〜９０重量％の少なくとも１つの金属と、（Ｂ）０〜１２重量％の少なくとも１つの金属前駆体と、（Ｃ）６〜２０重量％の少なくとも２つの有機溶媒の混合物と、（Ｄ）０〜１０重量％の少なくとも１つの焼結助剤とを含む金属ペーストに関し、溶媒混合物（Ｃ）の３０〜６０重量％は、最後から２番目の炭素原子上のメチル置換を除いて非置換の１６〜２０個の炭素原子を有する少なくとも１つの１−ヒドロキシアルカンからなることを特徴とする。
【００１２】
本発明による金属ペーストは、少なくとも１つの有機化合物を含むコーティングを含む粒子状で存在する、７５〜９０重量％、好ましくは７７〜８９重量％、より好ましくは７８〜８７重量％、さらにより好ましくは７８〜８６重量％の少なくとも１つの金属を含む。ここに記載の重量は、粒子上に位置するコーティング化合物の重量を含む。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
金属とは純金属および金属合金の両方を含むものとする。
【００１４】
本発明の範囲において、「金属」とは、ホウ素と同周期だがホウ素の左側にある、ケイ素と同周期だがケイ素の左側にある、ゲルマニウムと同周期だがゲルマニウムの左側にある、およびアンチモンと同周期だがアンチモンの左側にある、元素の周期系における元素、ならびに原子番号が５５より大きい全ての元素のことを言う。
【００１５】
本発明の範囲において、純金属は、少なくとも９５重量％、好ましくは少なくとも９８重量％、より好ましくは少なくとも９９重量％、さらにより好ましくは少なくとも９９．９重量％の純度で金属を含む金属と理解されるものとする。
【００１６】
好ましい実施形態によれば、金属は銅、銀、金、ニッケル、パラジウム、白金、またはアルミニウムであり、特に銀である。
【００１７】
金属合金は、少なくとも１つが金属である、少なくとも２つの成分の金属混合物であると理解されるものとする。
【００１８】
好ましい実施形態によれば、金属合金として、銅、アルミニウム、ニッケル、および／または貴金属を含む合金が使用される。金属合金は、好ましくは、銅、銀、金、ニッケル、パラジウム、白金、およびアルミニウムからなる群から選択される少なくとも１つの金属を含む。特に好ましい金属合金は、銅、銀、金、ニッケル、パラジウム、白金、およびアルミニウムからなる群から選択される少なくとも２つの金属を含む。さらに、銅、銀、金、ニッケル、パラジウム、白金、およびアルミニウムからなる群から選択される金属の割合が、金属合金の、少なくとも９０重量％、好ましくは少なくとも９５重量％、より好ましくは少なくとも９９重量％、さらにより好ましくは１００重量％を占めることが好ましい場合がある。合金は、例えば、銅および銀、銅、銀および金、銅および金、銀および金、銀およびパラジウム、白金およびパラジウム、またはニッケルおよびパラジウムを含む合金であってもよい。
【００１９】
本発明による金属ペーストは、金属として、純金属、複数の種類の純金属、１種類の金属合金、複数の種類の金属合金、またはそれらの混合物を含んでもよい。
【００２０】
金属は、粒子状で金属ペースト中に存在する。
【００２１】
金属粒子は形が異なってもよい。金属粒子は、例えば、フレーク状で、または球状（玉状）で存在してもよい。特に好ましい実施形態によれば、金属粒子はフレーク状である。しかしながら、これは、少しの割合の異なる形の粒子が使用されることを排除しない。しかしながら、粒子の好ましくは少なくとも７０重量％、より好ましくは少なくとも８０重量％、さらにより好ましくは少なくとも９０重量％、または１００重量％が、フレーク状で存在する。
【００２２】
金属粒子はコーティングされている。
【００２３】
粒子のコーティングとは、粒子の表面上にしっかりと接着した層を指すことが理解されるものとする。
【００２４】
金属粒子のコーティングは少なくとも１種のコーティング化合物を含む。
【００２５】
前記コーティング化合物は有機化合物である。
【００２６】
コーティング化合物として機能する有機化合物は、金属粒子が塊になるのを防ぐ炭素含有化合物である。
【００２７】
好ましい実施形態によれば、コーティング化合物は少なくとも１つの官能基を有する。考えられる官能基は、特にカルボン酸基、カルボキシレート基、エステル基、ケト基、アルデヒド基、アミノ基、アミド基、アゾ基、イミド基、またはニトリル基を含む。カルボン酸基およびカルボン酸エステル基が好ましい官能基である。カルボン酸基は脱プロトン化されていてもよい。
【００２８】
少なくとも１つの官能基を有するコーティング化合物は、好ましくは飽和、一不飽和、または多不飽和有機化合物である。
【００２９】
さらに、少なくとも１つの官能基を有する前記コーティング化合物は分枝状または非分枝状であってもよい。
【００３０】
少なくとも１つの官能基を有するコーティング化合物は、好ましくは１〜５０個、より好ましくは２〜２４個、さらにより好ましくは６〜２４個、いっそうさらにより好ましくは８〜２０個の炭素原子を含む。
【００３１】
コーティング化合物はイオン性または非イオン性であってもよい。
【００３２】
コーティング化合物として、遊離脂肪酸、脂肪酸塩、または脂肪酸エステルを使用することが好ましい。
【００３３】
遊離脂肪酸、脂肪酸塩、および脂肪酸エステルは、好ましくは非分枝状である。
【００３４】
さらに遊離脂肪酸、脂肪酸塩、および脂肪酸エステルは、好ましくは飽和している。
【００３５】
好ましい脂肪酸塩は、アンモニウム、モノアルキルアンモニウム、ジアルキルアンモニウム、トリアルキルアンモニウム、アルミニウム、銅、リチウム、ナトリウム、およびカリウム塩を含む。
【００３６】
アルキルエステル、特にメチルエステル、エチルエステル、プロピルエステル、およびブチルエステルが好ましいエステルである。
【００３７】
好ましい実施形態によれば、遊離脂肪酸、脂肪酸塩、または脂肪酸エステルは８〜２４個、より好ましくは１０〜２４個、さらにより好ましくは１２〜１８個の炭素原子を有する化合物である。
【００３８】
好ましいコーティング化合物は、カプリル酸（オクタン酸）、カプリン酸（デカン酸）、ラウリン酸（ドデカン酸）、ミリスチン酸（テトラデカン酸）、パルミチン酸（ヘキサデカン酸）、マルガリン酸（ヘプタデカン酸）、ステアリン酸（オクタデカン酸）、アラキン酸（エイコサン酸／イコサン酸）、ベヘン酸（ドコサン酸）、リグノセリン酸（テトラコサン酸）、ならびに対応するエステルおよび塩を含む。
【００３９】
特に好ましいコーティング化合物は、ドデカン酸、オクタデカン酸、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸銅、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム、パルミチン酸ナトリウム、およびパルミチン酸カリウムを含む。
【００４０】
コーティング化合物は、先行技術で公知の従来方法を用いて、金属粒子の表面に適用されてもよい。
【００４１】
例えばコーティング化合物、特に上述のステアリン酸化合物またはパルミチン酸化合物を、溶媒中でスラリー化したり、ボールミルで金属粒子とともにスラリー化したコーティング化合物を粉砕することが可能である。粉砕した後、コーティング化合物でコーティングされた金属粒子を乾燥させ、その後ダストを除去する。
【００４２】
好ましくは、全体のコーティングにおける有機化合物の割合、特に８〜２４個、より好ましくは１０〜２４個、さらにより好ましくは１２〜１８個の炭素原子を有する遊離脂肪酸、脂肪酸塩、または脂肪酸エステルからなる群から選択される化合物の割合は、少なくとも６０重量％、より好ましくは少なくとも７０重量％、さらにより好ましくは少なくとも８０重量％、いっそうさらにより好ましくは少なくとも９０重量％、特に少なくとも９５重量％、少なくとも９９重量％、または１００重量％である。
【００４３】
通常、コーティング化合物、好ましくは８〜２４個、より好ましくは１０〜２４個、さらにより好ましくは１２〜１８個の炭素原子を有する遊離脂肪酸、脂肪酸塩、または脂肪酸エステルからなる群から選択されるコーティング化合物の割合は、コーティングされた金属粒子の重量に対して０．０１〜２重量％、好ましくは０．３〜１．５重量％である。
【００４４】
コーティング化合物の質量と金属粒子の表面の比として定義されるコーティングの程度は、好ましくは金属粒子の表面積の１平方メートル（ｍ２）あたりのコーティング化合物が０．００００５〜０．０３ｇ、より好ましくは０．０００１〜０．０２ｇである。
【００４５】
本発明による金属ペーストは、０〜１２重量％、好ましくは０．１〜１２重量％、より好ましくは１〜１０重量％、さらにより好ましくは２〜８重量％の少なくとも１つの金属前駆体を含む。
【００４６】
本発明の範囲において、金属前駆体は、少なくとも１つの金属を含む化合物を意味すると理解されるものとする。好ましくは、前記化合物は金属を放出しながら２００℃未満の温度で分解する。従って、焼結処理で金属前駆体を使用することは、好ましくは金属のインサイチュ製造を伴う。化合物が金属前駆体であるかどうかを判定するのは容易である。例えば、試験される化合物を含むペーストを、銀表面を有する基板上に配置し、その後、２００℃に加熱し、この温度を２０分間維持する。次いで、試験される化合物がこうした条件下で分解したかどうかが試験される。この目的で、例えば、金属含有ペースト成分の含有量は、試験前に計量され、金属の理論的質量を算出することができる。試験後、基板上に置かれた材料の質量は重量法によって測定される。一般的な測定誤差を考慮して、基板上に置かれた材料の質量が金属の理論的質量に等しい場合、試験された化合物は金属前駆体である。
【００４７】
好ましい実施形態によれば、金属前駆体は吸熱的に分解できる金属前駆体である。吸熱的に分解できる金属前駆体は、好ましくは保護ガス雰囲気下での熱分解が吸熱プロセスである金属前駆体と理解されるものとする。前記熱分解は金属前駆体からの金属の放出を伴う。
【００４８】
他の好ましい実施形態によれば、金属前駆体は粒子状金属（Ａ）にも存在する金属を含む。
【００４９】
金属前駆体は、好ましくは金属として、銅、銀、金、ニッケル、パラジウム、および白金からなる群から選択される少なくとも１つの元素を含む。
【００５０】
金属前駆体として、上述の金属の吸熱的に分解可能な炭酸塩、乳酸塩、ギ酸塩、クエン酸塩、酸化物、または脂肪酸塩、好ましくは６〜２４個の炭素原子を有する脂肪酸塩を使用することが好ましい場合がある。
【００５１】
特定の実施形態では、金属前駆体として、炭酸銀、乳酸銀（Ｉ）、ギ酸銀（ＩＩ）、クエン酸銀、酸化銀（例えばＡｇＯもしくはＡｇ２Ｏ）、乳酸銅（ＩＩ）、ステアリン酸銅、酸化銅（例えばＣｕ２ＯもしくはＣｕＯ）、または酸化金（例えばＡｕ２ＯまたはＡｕＯ）が使用される。
【００５２】
特に好ましい実施形態によれば、金属前駆体として、炭酸銀、酸化銀（Ｉ）、または酸化銀（ＩＩ）が使用される。
【００５３】
金属ペースト中に存在する場合、金属前駆体は好ましくは粒子状で存在する。
【００５４】
金属前駆体の粒子は、フレーク状または球状（玉状）であってもよい。好ましくは、金属前駆体の粒子はフレーク状で存在する。
【００５５】
本発明による金属ペーストは、６〜２０重量％、好ましくは７〜１８重量％、より好ましくは８〜１７重量％、さらにより好ましくは１０〜１５重量％の少なくとも２つの有機溶媒の混合物を含み、それの３０〜６０重量％、好ましくは３０〜５０重量％が、最後から２番目の炭素原子上のメチル置換を除いて非置換の１６〜２０個の炭素原子を有する少なくとも１つの１−ヒドロキシアルカンからなる。
【００５６】
最後から２番目の炭素原子上のメチル置換を除いて非置換の１６〜２０個の炭素原子を有する１−ヒドロキシアルカンは、１４−メチルペンタデカン−１−オール、１５−メチルヘキサデカン−１−オール、１６−メチルヘプタデカン−１−オール、１７−メチルオクタデカン−１−オール、および１８−メチルノナデカン−１−オールを含む。１６−メチルヘプタデカン−１−オールが好ましく、イソオクタデカノールの名前で市販されている。
【００５７】
好ましくは、少なくとも２つの有機溶媒の混合物は、最後から２番目の炭素原子上のメチル置換を除いて非置換の１６〜２０個の炭素原子を有する１−ヒドロキシアルカンとして１６−メチルヘプタデカン−１−オールのみを含む。
【００５８】
最後から２番目の炭素原子上のメチル置換を除いて非置換の１６〜２０個の炭素原子を有する少なくとも１つの１−ヒドロキシアルカンの３０〜６０重量％、好ましくは３０〜５０重量％に加えて、少なくとも２つの有機溶媒の混合物は、それに応じて７０〜４０重量％、好ましくは７０〜５０重量％（すなわち、重量割合は合計１００重量％にならなければならない）の少なくとも１つのさらなる有機溶媒、すなわち最後から２番目の炭素原子上のメチル置換を除いて非置換の１６〜２０個の炭素原子を有する１−ヒドロキシアルカンとは異なる少なくとも１つの有機溶媒を含む。これは金属ペーストに一般的に使用される有機溶媒を含む。例として、テルピネオール、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、エチレングリコール、ジメチルアセトアミド、１−トリデカノール、２−トリデカノール、３−トリデカノール、４−トリデカノール、５−トリデカノール、６−トリデカノール、イソトリデカノール、二塩基性エステル（好ましくはグルタル酸のジメチルエステル、またはアジピン酸のジメチルエステル、またはコハク酸のジメチルエステル、またはそれらの混合物）、グリセリン、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、および脂肪族炭化水素、特に５〜３２個の炭素原子、より好ましくは１０〜２５個の炭素原子、さらにより好ましくは１６〜２０個の炭素原子を有する飽和脂肪族炭化水素を含む。前記脂肪族炭化水素は、例えばＥｘｘｓｏｌ  Ｄ１４０またはＩｓｏｐａｒ  Ｍの商品名でＥｘｘｏｎ  Ｍｏｂｉｌによって販売されている。
【００５９】
好ましくは少なくとも２つの有機溶媒の混合物は３０〜６０重量％、好ましくは３０〜５０重量％の１６−メチルヘプタデカン−１−オール、および７０〜４０重量％、好ましくは７０〜５０重量％の、１−トリデカノール、テルピネオール、および１６〜２０個の炭素原子を有する飽和脂肪族炭化水素から選択される少なくとも１つの有機溶媒からなり、特定した重量％は合計１００重量％である。
【００６０】
特定の一実施形態では、最後から２番目の炭素原子上のメチル置換を除いて非置換で、本発明による金属ペースト中に存在する少なくとも１つの１−ヒドロキシ−Ｃ１６−Ｃ２０−アルカン、および同様に本発明による金属ペースト中に存在し、金属成分（Ａ）の文脈で説明された少なくとも１つのコーティング化合物は、炭素原子の数で２個以下異なり、好ましくは１個以下異なり、特に好ましくは全く異ならない。言い換えれば、本発明による金属ペーストは、成分（Ａ）の金属粒子の１つ以上のコーティング化合物として遊離脂肪酸、または脂肪酸塩、または脂肪酸エステルを含む場合、最後から２番目の炭素原子上のメチル置換を除いて非置換で、本発明による金属ペースト中に存在する１−ヒドロキシ−Ｃ１６−Ｃ２０−アルカンと、前記脂肪酸、または脂肪酸塩、または脂肪酸エステルとが、炭素原子の数で２個以下異なり、好ましくは１個以下異なり、特に好ましくは全く異ならない。
【００６１】
本発明による金属ペーストは、少なくとも１つの焼結助剤を０〜１０重量％、好ましくは０〜８重量％含む。焼結助剤の例には、例えば特許文献１に記載の有機過酸化物、無機過酸化物、および無機酸を含む。
【００６２】
本発明による金属ペーストは、上述の成分（Ａ）〜（Ｄ）に加えて１つ以上のさらなる成分（Ｅ）を０〜１５重量％、好ましくは０〜１２重量％、より好ましくは０．１〜１０重量％含んでもよい。前記さらなる成分は、好ましくは金属ペーストで一般に使用される成分であってもよい。金属ペーストは、さらなる成分として、例えば、分散剤、界面活性剤、消泡剤、結合剤、セルロース誘導体などのポリマー、例えばメチルセルロース、エチルセルロース、エチルメチルセルロース、カルボキシセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、および／または粘度調整（流動学的）剤を含んでもよい。
【００６３】
成分（Ａ）〜（Ｅ）に関して特定された割合の重量％の合計は、例えば、本発明による金属ペーストに対して、すなわちその適用の前に、１００重量％になる。従って、本発明による金属ペーストは、成分（Ａ）〜（Ｅ）を混合することによって生成することができる。この文脈では、当業者に公知の装置、例えば撹拌機および３本ローラーミルを使用することができる。
【００６４】
本発明による金属ペーストは、焼結ペーストとして、すなわち焼結処理で使用することができる。焼結は、金属粒子が液相に到達しないように加熱することによって２つ以上のコンポーネントを結合することを意味することが理解されるものとする。
【００６５】
本発明による金属ペーストの使用によって実施される焼結方法は、圧力をかけながら実施することができ、または本発明の利点として圧力をかけないで実施することができる。圧力をかけないで焼結方法を実施できることは、コンポーネントの十分に強固な結合が、前述の圧力の適用に関係なく、達成されることを意味する。圧力をかけないで焼結処理を実施できることは、感圧性の、例えば脆弱なコンポーネントまたは機械的に敏感な微細構造を有するコンポーネントを、焼結方法で使用できるようにする。機械的に敏感な微細構造を有する電子部品は、許容できない圧力にさらされるときに電気的不具合を起こす。
【００６６】
少なくとも２つのコンポーネントの結合は、第１のコンポーネントを第２のコンポーネント上に取り付けることを意味することが理解されるものとする。この文脈において、「上に」は、２つのコンポーネントの相対配置または少なくとも２つのコンポーネントを含む構造に関係なく、単に第１のコンポーネントの表面が第２のコンポーネントの表面に結合されることを意味する。
【００６７】
本発明の範囲において、コンポーネントとは単一の部品を含むことが好ましい。好ましくは前記単一の部品はさらに分解することができない。
【００６８】
特定の実施形態によれば、コンポーネントとは電子機器で使用される部品のことを言う。
【００６９】
従って、コンポーネントは、例えば、ダイオード、ＬＥＤ（発光ダイオード、ｌｉｃｈｔｅｍｉｔｔｉｅｒｅｎｄｅ  Ｄｉｏｄｅｎ）、ＤＣＢ（直接銅接合）基板、リードフレーム、ダイ、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、Ｂｉｐｏｌａｒｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｅｎ  ｍｉｔ  ｉｓｏｌｉｅｒｔｅｒ  Ｇａｔｅ−Ｅｌｅｋｔｒｏｄｅ）、ＩＣ（集積回路、ｉｎｔｅｇｒｉｅｒｔｅ  Ｓｃｈａｌｔｕｎｇｅｎ）、センサ、ヒートシンク素子（好ましくはアルミニウムヒートシンク素子または銅ヒートシンク素子）、または他の受動コンポーネント（例えば抵抗器、コンデンサ、またはコイル）であってもよい。
【００７０】
結合されるコンポーネントは同一または異なるコンポーネントであってもよい。
【００７１】
本発明の好ましい実施形態は、ＬＥＤをリードフレームに、ＬＥＤをセラミック基板に、ダイ、ダイオード、ＩＧＢＴまたはＩＣをリードフレーム、セラミック基板またはＤＣＢ基板に、センサをリードフレームまたはセラミック基板に結合することに関する。結合は例えば、電子部品の銅または銀の接触面を基板の銅または銀の接触面に結合することを含み、すなわち例えば、銅−銀、銅−銅、銀−銅、または銀−銀結合を形成することができる。
【００７２】
前の段落に記載のように、コンポーネントは少なくとも１つのメタライゼーション層を含んでもよい。前記メタライゼーション層は好ましくはコンポーネントの一部である。好ましくは、前記メタライゼーション層はコンポーネントの少なくとも１つの表面に位置する。
【００７３】
好ましくは、本発明による金属ペーストを用いたコンポーネントの結合は、前記メタライゼーション層または複数のメタライゼーション層を用いて実施される。
【００７４】
メタライゼーション層は純金属を含んでもよい。従って、メタライゼーション層は少なくとも５０重量％、より好ましくは少なくとも７０重量％、さらにより好ましくは少なくとも９０重量％または１００重量％の純金属を含むことが好ましい場合がある。好ましくは、純金属は、銅、銀、金、パラジウム、および白金からなる群から選択される。
【００７５】
また一方、メタライゼーション層は合金を含んでもよい。メタライゼーション層の合金は、好ましくは銀、銅、金、ニッケル、パラジウム、および白金からなる群から選択される少なくとも１つの金属を含む。また、銀、銅、金、ニッケル、パラジウム、および白金からなる群から選択される少なくとも２つの金属が、メタライゼーション層の合金に存在することが好ましい場合もある。
【００７６】
また、メタライゼーション層は多層構造を有してもよい。従って、結合されるコンポーネントの少なくとも１つの表面が、上述の純金属および／または合金を含む多層でできたメタライゼーション層を含むことが好ましい場合もある。
【００７７】
本発明による方法では、少なくとも２つのコンポーネントは焼結によって互いに結合されている。
【００７８】
この目的で、２つのコンポーネントはまず互いに接触させられる。この文脈では、接触は本発明による金属ペーストを用いて行われる。この目的で、本発明による金属ペーストが少なくとも２つのコンポーネントのそれぞれの２つの間に位置付けられる構造が設けられる。
【００７９】
従って、２つのコンポーネント、すなわちコンポーネント１およびコンポーネント２が互いに結合される場合、本発明による金属ペーストは、焼結処理の前にコンポーネント１およびコンポーネント２の間に位置付けられる。一方、２つより多いコンポーネントを互いに結合することも考えられる。例えば、３つのコンポーネント、すなわちコンポーネント１、コンポーネント２、およびコンポーネント３は、コンポーネント２がコンポーネント１とコンポーネント３の間に位置付けられるように適切に互いに結合されてもよい。この場合、本発明による金属ペーストは、コンポーネント１とコンポーネント２との間、およびコンポーネント２とコンポーネント３との間の両方に位置付けられる。
【００８０】
それぞれのコンポーネントはサンドイッチ構造に存在し、互いに結合されている。サンドイッチ構造は、２つのコンポーネントが上下に位置付けられ、２つのコンポーネントが互いに対して基本的に平行に配置されている構造を意味することが理解されるものとする。
【００８１】
金属ペーストが前記構造の２つのコンポーネントの間に位置付けられる少なくとも２つのコンポーネントおよび本発明による金属ペーストの構造は、先行技術による公知のいずれの方法によっても生成することができる。
【００８２】
好ましくは、まずコンポーネント１の少なくとも１つの表面は、本発明による金属ペーストが供給される。次に別のコンポーネント２が、コンポーネント１の表面に適用された金属ペースト上に、コンポーネント２の表面のうちの１つによって配置される。
【００８３】
コンポーネントの表面上への本発明による中間ペーストの適用は、従来の方法、例えばスクリーン印刷またはステンシル印刷などの印刷方法を用いて行われてもよい。また一方、本発明による金属ペーストは、ディスペンシング技術、ピン転写、または液浸によって適用されてもよい。
【００８４】
本発明による金属ペーストの適用後に、金属ペーストが供給された前記コンポーネントの表面を、それと結合するコンポーネントの表面に、金属ペーストを用いて接触させることが好ましい。よって、本発明による金属ペーストの層は、結合されるコンポーネントの間に位置付けられる。
【００８５】
好ましくは、結合されるコンポーネントの間の湿潤層の厚さは２０〜１００μｍの範囲内にある。この文脈で湿潤層の厚さは、もしあれば乾燥前、そして焼結前の、結合されるコンポーネントの対向する表面間の距離を意味することが理解されるものとする。湿潤層の好ましい厚さは、金属ペーストを適用するために選択される方法による。金属ペーストが、例えばスクリーン印刷法を用いて適用される場合、湿潤層の厚さは、好ましくは２０〜５０μｍであってもよい。金属ペーストがステンシル印刷によって適用される場合、湿潤層の好ましい厚さは２０〜１００μｍの範囲内にあってもよい。ディスペンシング技術における湿潤層の好ましい厚さは２０〜１００μｍの範囲内にあってもよい。
【００８６】
選択肢として、乾燥工程は焼結前に導入される。すなわち、有機溶媒は適用される金属ペーストから除去される。好ましい実施形態によれば、乾燥後の金属ペースト中の有機溶媒の割合は、例えば、本発明による金属ペースト中の、すなわち適用の準備が整った金属ペースト中の有機溶媒の最初の割合に対して０〜５重量％である。言い換えれば、前記好ましい実施形態によれば、例えば、本発明による金属ペースト中に最初に存在する有機溶媒の９５〜１００重量％が乾燥中に除去される。
【００８７】
乾燥が加圧しない焼結処理で行われる場合、乾燥は構造を生成した後、すなわち結合されるコンポーネントの接触の後、進めることができる。乾燥が加圧を含む焼結処理で行われる場合、乾燥は、コンポーネントの少なくとも１つの表面上に金属ペーストを適用した後、かつ結合されるコンポーネントの接触の前に進められてもよい。
【００８８】
好ましくは、乾燥温度は１００〜１５０℃の範囲内にある。
【００８９】
明らかに乾燥時間は、本発明による金属ペーストの組成および焼結される構造の結合面の大きさによる。一般的な乾燥時間は５〜４５分の範囲内にある。
【００９０】
少なくとも２つのコンポーネントおよびコンポーネント間に位置付けられる金属ペーストからなる構造は、最後に焼結処理を受ける。
【００９１】
実際の焼結は、例えば２００〜２５０℃の温度で行われる。
【００９２】
加圧焼結における処理圧力は、好ましくは３０ＭＰａ未満であり、より好ましくは５ＭＰａ未満である。例えば、処理圧力は１〜３０ＭＰａの範囲内にあり、より好ましくは１〜５ＭＰａの範囲内にある。上述のように、本発明の特別な利点は、本発明による金属ペーストが、加圧なしで焼結処理を行えるようにし、さらにコンポーネント間の十分に強固な結合を提供することである。加圧なしの焼結は、コンポーネントの少なくとも１つが感圧性、例えば脆弱な場合は必ず、またはその構造が機械的に敏感な場合は必ず、推奨される。
【００９３】
焼結時間は、例えば２〜６０分の範囲内にあり、例えば加圧焼結において２〜５分の範囲内にあり、例えば加圧なしの焼結において３０〜６０分の範囲内にある。
【００９４】
焼結処理は特定の制限を受けない雰囲気下で行われてもよい。それゆえ、一方で焼結は酸素を含む雰囲気下で行われてもよい。また一方で、焼結は酸素なしの雰囲気下で行うことも可能である。本発明の範囲において、酸素なしの雰囲気は、酸素含有量が１０ｐｐｍ以下であり、好ましくは１ｐｐｍ以下であり、さらにより好ましくは０．１ｐｐｍ以下である雰囲気を意味することが理解されるものとする。
【００９５】
焼結は、上述の処理パラメーターを設定できる従来の適切な焼結装置で行われる。
【００９６】
本発明を以下の実施例を通して説明するが、これらは本発明をいかなる点または形態においても限定するようには解釈されない。
【実施例】
【００９７】
１．金属ペーストの生成
まず、本発明による金属ペースト１〜２および参照ペースト３〜７を、以下の表に従ってそれぞれの成分を混合することによって生成した。記載された全ての量は重量％の単位である。
【００９８】
【表１】
0006312858.tif 000002
【００９９】
２．金属ペーストの適用および加圧なしの焼結
特定の金属ペーストを、ある重量の５０μｍの層厚さで、銀のリードフレームの表面上に分配することによって適用した。次に適用された金属ペーストを事前の乾燥なしで銀の接触面（４．６ｍｍ２）を有するシリコンチップに接触させた。以下の加熱プロファイルを次の加圧なしの焼結で使用した。接触部位を６０分間にわたって徐々に１６０℃に加熱し、その後３０分間１６０℃に維持した。次に温度を５分間にわたって徐々に２３０℃に上昇させ、その後６０分間この温度に維持した。その後、５０分間にわたって徐々に３０℃に冷却した。
【０１００】
焼結の後、接合を、剪断強度を試験することによって判定した。この文脈において、コンポーネントを２０℃で０．３ｍｍ／ｓの速度で剪断タガネを用いて剪断した。その力をロードセルによって測定した（ＤＡＧＥ  ２０００装置：ＤＡＧＥ（ドイツ）製）。
【０１０１】
表２は金属ペースト１〜７を用いて得られた結果を示している。
【０１０２】
【表２】
0006312858.tif 000003