(57)【要約】  本発明は無圧銀焼結による製造方法に関する。本発明は、第一の要素（１０）を第二の要素（２０）へ無圧金属焼結により組み合わせる製造方法であって、ａ）焼結材料（５１）が要素（１０、２０）の結合境界面（３０、３１）へ配置される準備ステップ（４０）と、ｂ）製造品（５２）が５分より長い第一の時間、２００℃より高く粒界拡散を活性化する温度よりも厳格に低い第一の温度で加熱される焼結前ステップ（４１）と、ｃ）製造品（５２）が第二の時間において、粒界拡散を活性化する温度以上の温度である第二の温度で加熱される高密度化ステップ（４２）とを含む、方法である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の要素（１０）を第二の要素（２０）へ無圧金属焼結により組み合わせる製造方法において、
前記製造方法は、
ａ）金属粒子を含む焼結材料（５１）を前記第一の要素（１０）と前記第二の要素（２０）の結合境界面（３０、３１）に配置する準備ステップ（４０）であり前記焼結材料（５１）は最大寸法が０．５μｍ〜約５０μｍの範囲である金属粒子を支配的に含むステップと、
ｂ）前記第一の要素（１０）、第二の要素（２０）、及び前記焼結材料（５１）により構成された製造品（５２）が５分より長い第一の時間（Ｄ１）、粒界拡散を活性化させる温度（Ｔｔ）より厳格に低い第一の温度（Ｔ１）で加熱される焼結前ステップ（４１）と、
ｃ）前記製造品（５２）が第二の時間（Ｔ２）、前記粒界拡散を活性化する温度（Ｔｔ）以上の温度である第二の温度（Ｔ２）で加熱される高密度化ステップ（４２）と、を含む、製造方法。
【請求項２】
前記焼結材料（５１）は最大寸法が０．７μｍ〜５μｍの範囲である金属粒子を支配的に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記焼結材料（５１）は最大寸法が０．７マイクロメートル〜５マイクロメートルの範囲である金属粒子を少なくとも８０％含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記焼結材料（５１）はフレーク状の金属粒子を少なくとも約８０％含む、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記焼結材料（５１）は０．３より小さい形状因子（ｆ）を持つ金属粒子を少なくとも約８０％含む、請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記金属粒子は銀粒子であり、前記第一の温度（Ｔ１）が２００℃〜３００℃の範囲である、請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記金属粒子は銀粒子であり、前記第二の温度（Ｔ２）が４５０℃〜５５０℃の範囲である、請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記金属粒子は金粒子であり、前記第一の温度（Ｔ１）が３００℃〜４００℃の範囲である、請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記金属粒子は金粒子であり、前記第二の温度（Ｔ２）が４８０℃〜７００℃の範囲である、請求項１〜８の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第一の温度（Ｔ１）が前記第一の時間（Ｄ１）内において変化する、請求項１〜９の何れか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第二の温度（Ｔ２）が前記第二の時間（Ｄ２）内において変化する、請求項１〜１０の何れか一項に記載の方法。
【請求項１２】
さらに前記高密度化ステップ（４２）に続き、前記製造品（５２）を第三の時間（Ｄ３）において０．３Ｔｆ〜０．５Ｔｆの温度範囲で加熱する緩和ステップ（４３）を含み、ここでＴｆはケルビン度で表した前記焼結材料（５１）の融点である、請求項１〜１１の何れか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第三の時間（Ｄ３）は３０分〜３０時間の範囲内である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記焼結材料（５１）は粉末である、請求項１〜１３の何れか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記焼結材料（５１）はペーストである、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記焼結前ステップ（４１）と前記高密度化ステップ（４２）の間に前記製造品（５２）が室温に戻される遊休時間ステップ（４５）を含む、請求項１〜１５の何れか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記準備ステップ（４０）と前記焼結前ステップ（４１）の間に実行される、前記製造品（５２）を５０℃〜１００℃の温度範囲で加熱する分離ステップ（４４）を含む、請求項１〜１６の何れか一項に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１〜１７の何れか一項に記載の方法により得られる製造品（５２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は部品の製造、より具体的には電子部品の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層セラミックコンデンサ等の電子部品をシリコン基板上に特に鉛を使用してはんだ付けを行い製造することは既知である。このような製造技術では、組み合わせる要素の融点よりも低い温度を使用する。このような温度によって、組み合わせる要素への、例えば酸化又は機械的特性の損害等の影響を減らすことができる。このはんだ付け方法は、自動製造方法においても役立っている。
【０００３】
電子製造品が振幅の大きい温度変化にさらされる場合（最低１５０℃程度であり、例えば−６５℃／＋２５０℃程度）、製造品は使用材料間の熱膨張の差異による様々な機械的応力にさらされる。この現象が周期的に起こる時、製造品には疲労摩耗が起こる。
【０００４】
電子分野で一般に用いられるはんだの中では、鉛合金を使用したはんだが振幅の大きい温度サイクルに最も良好に耐えることができる。しかしながら、鉛は人間及び環境にとって非常に有毒であり、現在使用が禁止されている。
【０００５】
有鉛はんだの代替としては、部品を振幅の大きい温度サイクルに耐える加圧焼結による金属結合を使用して製造することが知られている。この製造方法では、組み立てる二つの要素の間に金属粉末を配置し、形成される部分に圧力をかけ、その後２４０℃程度の適切な温度に加熱する。
【０００６】
焼結による製造によれば、組み合わされる要素間に、従来のはんだ付けに使用される合金よりも非常に高い融点を持つ結合を形成することが可能になる。一般的には、結合の融点が高い温度であるほど機械的特性、特に疲労耐性は良好になる。
【０００７】
しかしながら、焼結による製造を行う間に、焼結による金属結合を構成する粒子の間に空間が生じることがある。このような空間は材料中のマイクロメートル単位の隙間である。もしも焼結により生成された結合における間隙率（多孔性媒体の合計体積に占める空間体積の割合）が過大である場合は、振幅の大きな温度サイクルへの耐性が低くなり、有限回数のサイクル後に故障が発生する。
【０００８】
加圧焼結の間、粉末を熱する間に加えられる圧力により焼結金属結合の密度を高くすることができる。すなわち結合中の隙間の数とサイズが減少し、その結果充分な疲労耐性が提供される。一般的に密度を高くすることにより製造品のサイズは小さくなる。しかし、製造品を圧力下におく必要性から、焼結方法においては、例えば脆弱であり得る金属酸化物から形成される抵抗又はサーミスタ等の繊細で壊れやすい構成要素を使用することは不可能である。加えて加圧焼結は製造業において使用することが困難である。なぜならば、電子回路の全ての構成要素に同時に理想的な圧力を印加することは、特に構成要素が同じ高さにない場合に困難であるためである。加圧焼結を構成要素ごとに行えば時間と費用がかかる。
【０００９】
圧力を用いずに焼結金属を使用して製造を行うこと、特に焼結ペーストを使用することが予想されてきた。しかしその製造方法により圧力なしで得られた結合は、密度が低く、多孔性であり、特に振幅の大きい温度サイクルにさらされた場合に疲労耐性が低い。多孔性の微細構造は応力集中を促すということが確認されている。不幸にも亀裂は高応力下の媒体中ではより高速に伝搬する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、製造品の振幅の大きい温度サイクルへの耐性を向上させる電子部品の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
目標を達成するために、本発明は、第一の要素を第二の要素へ無圧金属焼結により組み合わせる製造方法であって、
ａ）金属粒子を含む焼結材料が第一の要素と第二の要素との結合境界面に配置され、焼結材料は最大寸法が０．５マイクロメートル（μｍ）〜５０μｍの範囲である金属粒子を少なくとも８０％含む準備ステップと、
ｂ）第一の要素、第二の要素、及び焼結材料から構成された製造品が５分間より長い第一の時間、２００℃より高く粒界拡散を活性化させる温度よりも厳密に低い温度である第一の温度で加熱される焼結前ステップと、
ｃ）製造品が第二の時間において、粒界拡散を活性化する温度以上の温度である第二の温度で加熱される高密度化ステップを含む、方法を提供する。
【００１２】
部品へ力を印加することなく高密度化された結合を持つ製造品を得られ、したがって繊細及び／又は壊れやすい部品を組み合わせることが可能になる。このようにして得られた製造品は熱機械荷重に対して充分な耐性を発揮する。このような方法は加圧焼結に比較してより簡単にまた素早く製造業へ適用することが可能である。
【００１３】
粒界拡散を活性化する温度は発明の詳細な説明に記載される膨張計測法により決定されてもよい。
【００１４】
有利には焼結材料は最大寸法が０．７マイクロメートル〜５マイクロメートルの範囲である金属粒子を少なくとも８０％含む。焼結材料が少なくとも８０％のフレーク状金属粒子を含む場合、機密性があり熱機械的疲労への耐性がある製造品を著しく簡単に得ることができる。焼結材料は０．３より小さい形状因子を持つ金属粒子を少なくとも８０％含むことが好ましい。
【００１５】
有利には金属粒子は銀、銅、又は金の粒子である。
【００１６】
これにより各金属の利点（耐食性、導電性、コスト等）を活かすことができる。
【００１７】
特定の実施例では、本手法は高密度化ステップに続き、製造品を第三の時間において０．３Ｔf〜０．５Ｔfの範囲の温度で加熱する緩和ステップをさらに含む。ここでＴfはケルビン度で表した焼結材料の融点である。
【００１８】
このステップによれば製造品の応力集中を減少させることにより内部応力を緩和することができ、疲労強度が向上する。
【００１９】
本発明のその他の特徴や利点は、以下の、特定の非限定的な実施例の説明を読解するに従って現れる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は焼結材料の収縮率の変化を温度関数として示すグラフである。
【図２】図２は本発明の方法の第一のステップを示す断面図である。
【図３】図３は本発明の第二のステップを示す、図２と同様の図である。
【図４】図４は本発明の方法の様々なステップを示すフローチャートである。
【図５】図５は金属粒子の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
添付図を参照して説明する。
【００２２】
本発明の方法の実施例の説明に先立ち、与えられた焼結材料において粒界拡散を活性化する温度Ｔｔを決定する方法の例を、金属粒子を含む焼結ペースト５１を例に説明する。
【００２３】
如何なる溶媒をも確かに除去するために乾燥させた後、焼結材料の試料は、本実施例では高さ２ミリメートル（ｍｍ）、直径６ｍｍのペレットの形状を持つ膨張計へ導入される。試料は、室温から開始して本例では１分あたり３０℃の温度傾斜に沿って加熱される。試料の加熱中、高さの変化、この場合は収縮が計測される。「収縮」という用語は、加熱中の粉末試料の縮小に当たる。収縮率（計測された収縮値の時間微分により得られる）をプロットすることにより温度の関数として曲線が確立される。
【００２４】
粒界拡散を活性化する温度Ｔｔは、高さ２ｍｍの試料において少なくとも２０μｍ／分の収縮率が観察される最も低い温度として定義される。
【００２５】
高密度化ステップにおいて粒界拡散を活性化する温度Ｔｔを超過すると、粒界における金属粒子からの金属の拡散を活性化することが可能になる。それにより製造品の信頼度を向上させることができる。
【００２６】
銀基焼結材料では温度Ｔｔは３４０℃〜３６０℃の範囲内となる。温度Ｔｔは金属粒子のサイズと形の関数として変化し得るということが観察されるはずである。金又は銅基の焼結材料では温度Ｔｔは３４０℃よりも著しく高い。
図２を参照して、本例では１０で示される積層セラミックコンデンサ（ＭＬＣＣ）である第一の要素を、本例では２０で示されるプレートの形状を持ち銀のメタライズ層２１を持つ硬質アルミナ基板である第二の要素へ組み合わせることへの応用として製造方法を説明する。
【００２７】
コンデンサ１０は長方形であり、それぞれが銀のメタライズ層３及び４を持つ２つの周面１及び２を含む。
【００２８】
コンデンサ１０の表面１及び２の、基板２０への投影に相当する区域２２及び２３に加えて、コンデンサ１０の表面１及び２上に、コンデンサ１０と基板２０を結合するための二つの結合境界面３０及び３１を定義する。
【００２９】
第一の準備ステップ４０では、焼結ペースト５１のブロック５０．１及び５０．２はそれぞれ、コンデンサ１０と基板２０の間の結合境界面３０及び３１へ配置される。ブロック５０．１及び５０．２は少なくとも境界面３０及び３１を覆い、１μｍ〜１ｍｍの範囲の厚みを持つ。以上からコンデンサ１０、焼結ペースト５１のブロック５０．１及び５０．２、及び基板２０を含む積層により構成される製造品５２が得られる。
【００３０】
本応用例では、金属焼結ペーストは金属粉末及び一つ以上の液体又はペースト状の溶剤により構成される。金属焼結ペーストは、含有する粒子の最大寸法が１マイクロメートル以下の場合、マイクロメートルサイズと呼ばれる。金属焼結ペーストは、含有する粒子の最大寸法が１ナノメートル以下の場合、ナノメートルサイズと呼ばれる。本実施例では、焼結ペースト５１はマイクロメートルサイズの銀粒子を含む。
【００３１】
本発明の方法における以下のステップでは、コンデンサ１０の重量により発生する圧力以上の圧力が焼結ペースト５１のブロック５０．１及び５０．２に働くことはない。いずれにしても本発明の無圧焼結による製造方法は、焼結材料に対して製造品の構成部品以外の要素（例えば、プレス機）によって印加され得る如何なる圧力も１平方ミリメートルあたり０．５ニュートン（Ｎ）より低くなければならないことを含意する。
【００３２】
第二の焼結前ステップ４１では、製造品５２は第一の時間Ｄ１である１時間、２００℃〜３００℃の間すなわち粒界拡散を活性化する温度Ｔｔよりも厳格に低く１８０℃よりも高い温度である第一の温度Ｔ１で加熱される。焼結前ステップ４１の間、温度Ｔ１は温度Ｔｔよりも低い温度において変動してもよい。本ステップの間、表面自己拡散がその他の方法の自己拡散よりも多くを占める。ステップ４１に先立って、製造品５２を室温から温度Ｔ１まで漸次加熱することが可能である。また製造品５２を第一の温度Ｔ１に加熱された筐体へ挿入することによりほとんど瞬時に加熱することも可能である。焼結前ステップ４１の目的は、コンデンサ１０、焼結ペースト５１、及び基板２０の間に結合を生成することにより、製造品５２に事前の硬化を施すことである。ステップ４１により製造品を高密度化ステップの前に固体化させることもまた可能となる。特に高密度化により、結合のひび割れやメタライズと結合の分離を起こすような突然の収縮が引き起こされることがある。したがって焼結前ステップ４１を加えることにより、このようにして製造される電子機器の信頼性が著しく向上する。
【００３３】
次に第三の高密度化ステップ４２が実行され、製造品５２は４５０℃〜５５０℃の範囲である第二の温度Ｔ２で、４５分間である第二の時間Ｄ２加熱される。このステップの間、粒界自己拡散及び／又は体積自己拡散は、表面自己拡散よりも支配的である。高密度化ステップ４２の間、温度Ｔ２は、温度Ｔｔより高い温度かつ焼結材料の融点より低い温度に留まりながら変動してもよい。本実施例では銀の融点は９６１．８℃である。ステップ４１とステップ４２の間の遷移は、製造品５２を温度Ｔｉから温度Ｔ２へ漸次加熱することによって行われてもよい。また製造品５２を、第二の温度Ｔ２に加熱された筐体へ挿入することにより、第一の温度Ｔ１から第二の温度Ｔ２までほとんど瞬時に温度変化させることも可能である。
【００３４】
焼結前ステップ４１により製造品５２は強化され、高密度化ステップ４２で起こる収縮に耐えることができるようになる。
【００３５】
有利には、ステップ４１の温度プロファイルは、粒子及び／又は孔の体積が０％〜１００％の範囲で増加するように選択される。言い換えれば、ステップ４１の温度プロファイルは、粒子の最終体積（ステップ４１の終わりにおける）が初期体積の２倍を超えないように選択される。孔に対しても同様に、最終体積が初期体積の２倍を超えてはならない。このような焼結前ステップ４１により高密度化ステップ４２の効率が向上する。
【００３６】
第四の緩和ステップ４３では、製造品は約３００℃である第三の温度Ｔ３で１２時間である第三の時間加熱される。
【００３７】
この第四の緩和ステップ４３は任意であり、以前のステップによって作り出された熱機械内部応力を緩和することを目的とする。本発明の製造方法は緩和ステップ４３なしでも満足な結果を提供することが認められるべきである。
【００３８】
本応用例の意味において加熱とは対象物が定常的な設定温度に保たれる操作であり、すなわち設定温度が１０％を超えて変化しないということである。
【００３９】
第二の実施例では、第一の製造ステップ４０と第二の焼結前ステップ４１の間に中間の分離ステップ４４が加えられる（図３の破線で示される）。この分離ステップ４４において製造品５２は５０℃〜１２０℃の範囲である第四の温度Ｔ４で５分〜４５分の間加熱される。分離ステップ４４は焼結ペースト５１に含まれる如何なる溶媒を蒸発、昇華、及び／又は燃焼により取り除くことを目的とする。
【００４０】
分離ステップ４４は任意であり、本発明の製造方法は分離ステップ４４なしでも満足な結果を提供することが認められるべきである。
【００４１】
第三の実施例では、第二の焼結前ステップ４１と第三の高密度化ステップ４２の間に遊休時間ステップ４５を設けることができる。この遊休時間ステップ４５では製造品５２は室温に戻される。これにより、焼結前ステップの最後に製造品５２を他の対象物と共に特別な処置を取ることなく検査することが可能になる。
【００４２】
遊休時間ステップ４５は任意であり、本発明の製造方法は遊休時間ステップ４５なしでも満足な結果を提供することが認められるべきである。
【００４３】
本発明の方法により得られた製造品５２は、間隙率が完全に又はほぼ完全に除去された微細構造を持つ焼結金属結合５３を含む。対照的に、従来の無圧焼結により作成された結合は数多くの隙間を持つ。
【００４４】
必要に応じて、特定の表面状態（粗い又は滑らか）を得ること又は被覆（メタライズ又はその他）を施すことを目的とした、事前又は中間の境界表面処理により製造品の機械的性能を向上させることができる。
【００４５】
本発明は、マイクロメートルサイズの焼結粉末の中でも、好ましくは最大寸法が０．５μｍ〜５０μｍの範囲である金属粒子を少なくとも８０％含む粉末であり、非常に好ましくは最大寸法が０．７μｍ〜５μｍの範囲である金属粒子を少なくとも８０％含む粉末に適用される。発明者はこれらの選定した焼結粉末を本発明の方法に組み合わせて使用すると、従来の方法と比較してとりわけ低い間隙率を持つ焼結結合を得ることができることを確認した。上に説明した好ましいサイズの範囲であり、またフレーク状の金属粒子を支配的に含む粉末から選定することにより、焼結結合におけるさらに低い間隙率が得られる。形状因子ｆが０．５より小さい場合、粒子はフレークと称される。形状因子ｆは粒子の最大寸法Ｄｍａｘを、Ｄｍａｘに直交して計測した粒子の最小寸法Ｄｍｉｎで割った値に相当する（図５参照）。
【００４６】
したがって、最大寸法Ｄｍａｘが０．５μｍ〜５０μｍの範囲であり形状因子ｆが０．５より小さい金属粒子を少なくとも８０％含む粉末を使用することにより間隙率が非常に低い焼結結合を得ることが可能になる。そのような粉末の中から選択し、最大寸法が０．５μｍ〜５０μｍの範囲であり形状因子ｆが０．３より小さい金属粒子を少なくとも８０％含む粉末を使用することにより間隙率が非常に低い焼結結合を得ることが可能になる。さらにこれらの粉末の中から選択し、最大寸法Ｄｍａｘが０．７μｍ〜５μｍの範囲であり形状因子ｆが０．３より小さい金属粒子を少なくとも８０％含む粉末を使用することにより焼結結合の間隙率をさらに下げることが可能になる。
【００４７】
驚くことに、発明者はマイクロメートルサイズ及び／又はナノメートルサイズの球状粒子を密集させ堆積したものは２６％近傍の間隙率を示し、フレーク状のマイクロメートルサイズの粒子の堆積は４５％近傍の間隙率を示すのに対し、マイクロメートルサイズのフレーク状粒子の結合に焼結前処理を行った後の「孔の平均サイズに対する金属粒子の平均サイズ」の比率Ｒはマイクロメートルサイズ及び／又はナノメートルサイズの球状粒子を焼結して得られる比率Ｒと比較して大きいことを確認した。しかしながら焼結後は、結合の間隙率は焼結前の比率Ｒの増加に対応して減少する。したがって焼結粉末中に最大寸法が０．５μｍ〜５０μｍの範囲である金属粒子を少なくとも８０％含むフレーク状の粒子を選択することで、高い焼結温度を必要とせずに、ナノメートルサイズの金属粒子を含む焼結粉末により得られる結合よりもより密閉されより熱機械疲労に耐性がある焼結結合を得ることができる。マイクロメートルサイズの粉末はナノメートルサイズの粉末よりも安価であり使用者にとって危険でないことから、本発明は製造方法の経済性と実施状況を著しく改善する。
【００４８】
金の金属粒子を含む焼結材料、及び銀の金属粒子を含む焼結材料の場合の、本発明の方法に含まれるステップにおける温度と時間の好ましい範囲を以下の表に示す。
【表１】
2018534430.tif 000003
【００４９】
本発明は説明した実施例に限定されず、請求項によって定義される発明の範囲における任意の変形を自然に包含する。
【００５０】
特に、
・本開示では焼結材料から成る試料に対して高さ２ｍｍ、直径６ｍｍの形状をしたペレットを１分あたり３０℃の温度傾斜に沿って加熱するような膨張計測を行うが、本発明は他の形状の試料、他の温度傾斜、及び他の温度関数としての収縮率曲線プロット法にも適用される。しかし、高さｈが２ｍｍ以外である試料では、粒界拡散を活性化する温度に対応する収縮率Ｖｔは以下の数式により適合させる必要がある。
Ｖｔ（μｍ／分）＝１０＊ｈ（ｍｍ）
・本開示では第二の要素はアルミナ製の平面硬質基板であるが、本発明は、例えば窒化アルミニウムや酸化ベリリウムなどの他のセラミック、又はポリマー材料製のフレキシブル基板、任意の形状の凹面形又は凸面形基板などの、異なる特質を持つ第二の要素に対しても適用される。
・本開示では第二の要素はセラミック製の平面硬質基板であるが、本発明は例えばシリコン又はステンレス製であり電気絶縁性材料で被覆された基板などの、異なる特質を持つ第二の要素に対しても適用される。
・本開示では第一の要素は積層セラミックコンデンサであるが、本発明は、例えば電解コンデンサ、抵抗、サーミスタ、シリコン製部品容量性又はピエゾ抵抗圧力センサ、炭化ケイ素や窒化ガリウムなどの２５℃において１．５電子ボルト（ｅＶ）より大きい禁止帯を持つ半導体素子などの異なる特質を持つ第一の要素に対しても適用される。
・本開示においてコンデンサは長方形であるが、本発明は円柱状や他の形等の異なる形状の電子部品にも適用される。
・本開示において基板は銀を含む焼結材料との焼結用に銀のメタライズ層を持つが、本発明は焼結材料の金属と異なる金属により被覆された基板にも適用される。
・本開示において製造品は二つの結合境界面を持つが、本発明は例えば一つの結合境界面、又は二つより多いなど、異なる数の結合境界面を持つ製造品にも適用される。
・本開示において焼結材料は銀粒子を含む焼結ペーストであるが、本発明は例えば焼結粉末などの他の焼結材料にも適用される。本発明の製造方法は例えば金、銅の粒子、又はそれらの混合など、異なる金属を含む焼結材料にも適用される。
・本開示において焼結材料は純金属粒子を含む焼結ペーストであるが、本発明は例えば合金、金属固溶体、異なる粉末の混合物などを含む焼結粉末など、他の焼結材料にも適用される。
本開示では緩和ステップは１２時間行われるが、本発明の方法は３０分〜３０時間の時間範囲において異なる時間で行われる緩和ステップを含んでもよい。
・本開示の高密度化ステップは第二の時間４５分間であるが、本発明は時間を指定しない任意の高密度化ステップにも適用される。
・本開示では焼結材料はマイクロメートルサイズの金属粒子を含むが、本発明は、例えばナノメートルサイズの金属粒子を含む焼結材料等の、５０マイクロメートルより小さい最大寸法を持つ金属粒子を含む他種の材料にも適用される。
・本開示では焼結前ステップにおいて適用される第一の温度は２００℃〜３００℃の範囲であるが、本発明は、温度が粒界拡散を活性化させる温度よりも厳格に低く保たれる限り、製造品が異なる温度で加熱される焼結前ステップにも適用される。その温度は２００℃よりも低くあってはならない。
・本開示では高密度化ステップにおいて適用される第二の温度は４５０℃〜５５０℃の範囲であるが、本発明は、温度が、表面拡散焼結機と粒界焼結機構の間の遷移が起こる温度より高い温度であり、同時に焼結材料の融点より低く保たれる限り、製造品が異なる温度で加熱される高密度化ステップにも適用される。
・本開示では緩和ステップで適用される第三の温度は約３００℃であるが、本発明は、温度が、０．３Ｔf〜０．５Ｔfの範囲である限り、製造品が異なる温度で加熱される緩和ステップにも適用される。ここでＴfはケルビン度で表した材料の融点又は焼結材料の合金の融点である。
【図１】
2018534430.tif 000004
【図２】
2018534430.tif 000005
【図３】
2018534430.tif 000006
【図４】
2018534430.tif 000007
【図５】
2018534430.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月3日(2017.7.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の要素（１０）を第二の要素（２０）へ無圧金属焼結により組み合わせる製造方法において、
前記製造方法は、
ａ）金属粒子を含む焼結材料（５１）を前記第一の要素（１０）と前記第二の要素（２０）の結合境界面（３０、３１）に配置する準備ステップ（４０）であり前記焼結材料（５１）は最大寸法が０．５μｍ〜約５０μｍの範囲である金属粒子を支配的に含むステップと、
ｂ）前記第一の要素（１０）、第二の要素（２０）、及び前記焼結材料（５１）により構成された製造品（５２）が５分より長い第一の時間（Ｄ１）、粒界拡散を活性化させる温度（Ｔｔ）より厳格に低い第一の温度（Ｔ１）で加熱される焼結前ステップ（４１）と、
ｃ）前記製造品（５２）が第二の時間（Ｔ２）、前記粒界拡散を活性化する温度（Ｔｔ）以上の温度である第二の温度（Ｔ２）で加熱される高密度化ステップ（４２）と、を含み、
前記焼結材料（５１）は０．３より小さい形状因子（ｆ）を持つ金属粒子を少なくとも約８０％含む、製造方法。
【請求項２】
前記焼結材料（５１）は最大寸法が０．７μｍ〜５μｍの範囲である金属粒子を支配的に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記焼結材料（５１）は最大寸法が０．７マイクロメートル〜５マイクロメートルの範囲である金属粒子を少なくとも８０％含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記金属粒子は銀粒子であり、前記第一の温度（Ｔ１）が２００℃〜３００℃の範囲である、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記金属粒子は銀粒子であり、前記第二の温度（Ｔ２）が４５０℃〜５５０℃の範囲である、請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記金属粒子は金粒子であり、前記第一の温度（Ｔ１）が３００℃〜４００℃の範囲である、請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記金属粒子は金粒子であり、前記第二の温度（Ｔ２）が４８０℃〜７００℃の範囲である、請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記第一の温度（Ｔ１）が前記第一の時間（Ｄ１）内において変化する、請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記第二の温度（Ｔ２）が前記第二の時間（Ｄ２）内において変化する、請求項１〜８の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
さらに前記高密度化ステップ（４２）に続き、前記製造品（５２）を第三の時間（Ｄ３）において０．３Ｔｆ〜０．５Ｔｆの温度範囲で加熱する緩和ステップ（４３）を含み、ここでＴｆはケルビン度で表した前記焼結材料（５１）の融点である、請求項１〜９の何れか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第三の時間（Ｄ３）は３０分〜３０時間の範囲内である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記焼結材料（５１）は粉末である、請求項１〜１１の何れか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記焼結材料（５１）はペーストである、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記焼結前ステップ（４１）と前記高密度化ステップ（４２）の間に前記製造品（５２）が室温に戻される遊休時間ステップ（４５）を含む、請求項１〜１３の何れか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記準備ステップ（４０）と前記焼結前ステップ（４１）の間に実行される、前記製造品（５２）を５０℃〜１００℃の温度範囲で加熱する分離ステップ（４４）を含む、請求項１〜１４の何れか一項に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５の何れか一項に記載の方法により得られる製造品（５２）。
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月28日(2018.5.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の要素（１０）を第二の要素（２０）へ無圧金属焼結により組み合わせる製造方法において、
前記製造方法は、
ａ）金属粒子を含む焼結材料（５１）を前記第一の要素（１０）と前記第二の要素（２０）の結合境界面（３０、３１）に配置する準備ステップ（４０）であり前記焼結材料（５１）は最大寸法が０．５μｍ〜約５０μｍの範囲である金属粒子を支配的に含むステップと、
ｂ）前記第一の要素（１０）、第二の要素（２０）、及び前記焼結材料（５１）により構成された製造品（５２）が５分より長い第一の時間（Ｄ１）、粒界拡散を活性化させる温度（Ｔｔ）より厳格に低い第一の温度（Ｔ１）で加熱される焼結前ステップ（４１）と、
ｃ）前記製造品（５２）が第二の時間（Ｔ２）、前記粒界拡散を活性化する温度（Ｔｔ）以上の温度である第二の温度（Ｔ２）で加熱される高密度化ステップ（４２）と、を含み、
前記焼結材料（５１）は０．３より小さい形状因子（ｆ）を持つ金属粒子を少なくとも約８０％含む、製造方法。
【請求項２】
前記焼結材料（５１）は最大寸法が０．７μｍ〜５μｍの範囲である金属粒子を支配的に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記焼結材料（５１）は最大寸法が０．７マイクロメートル〜５マイクロメートルの範囲である金属粒子を少なくとも８０％含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記金属粒子は銀粒子であり、前記第一の温度（Ｔ１）が２００℃〜３００℃の範囲である、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記金属粒子は銀粒子であり、前記第二の温度（Ｔ２）が４５０℃〜５５０℃の範囲である、請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記金属粒子は金粒子であり、前記第一の温度（Ｔ１）が３００℃〜４００℃の範囲である、請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記金属粒子は金粒子であり、前記第二の温度（Ｔ２）が４８０℃〜７００℃の範囲である、請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記第一の温度（Ｔ１）が前記第一の時間（Ｄ１）内において変化する、請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記第二の温度（Ｔ２）が前記第二の時間（Ｄ２）内において変化する、請求項１〜８の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
さらに前記高密度化ステップ（４２）に続き、前記製造品（５２）を第三の時間（Ｄ３）において０．３Ｔｆ〜０．５Ｔｆの温度範囲で加熱する緩和ステップ（４３）を含み、ここでＴｆはケルビン度で表した前記焼結材料（５１）の融点である、請求項１〜９の何れか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第三の時間（Ｄ３）は３０分〜３０時間の範囲内である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記焼結材料（５１）は粉末である、請求項１〜１１の何れか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記焼結材料（５１）はペーストである、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記焼結前ステップ（４１）と前記高密度化ステップ（４２）の間に前記製造品（５２）が室温に戻される遊休時間ステップ（４５）を含む、請求項１〜１３の何れか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記準備ステップ（４０）と前記焼結前ステップ（４１）の間に実行される、前記製造品（５２）を５０℃〜１００℃の温度範囲で加熱する分離ステップ（４４）を含む、請求項１〜１４の何れか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
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