(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銀粉末が焼き固められた焼結体を含み、
下記［焼結体の気孔率の測定］によって測定される、前記焼結体の気孔率が８〜３０％であり、接合面の表面粗さＲａが、１．０６μｍ以上３．３μｍ以下である、接合材。
［焼結体の気孔率の測定］
まず、焼結体を水に沈めて焼結体の体積を測定し、また、焼結体の質量を測定する。また、その質量に相当する焼結体が気孔を有しない場合の体積を、理論上の密度に基づいて算出する。測定した体積と、気孔を有しない場合の理論上の体積とから、焼結体の気孔率を算出する。
【請求項２】
溶剤と銀粉末との分散液を用いて形成した塗工膜を加熱して焼結体を得る工程と、
前記焼結体の表面に銀、銅、錫、金及びニッケルからなる群より選択される１種以上のめっきを施す工程とを有し、
前記分散液中の前記溶剤の含有量が、５質量％以上２５質量％以下である、接合材の製造方法。
【請求項３】
溶剤と銀粉末との分散液を用いて形成した塗工膜を加熱して焼結体を得る工程と、
前記焼結体の表面に銀、銅、錫、金及びニッケルからなる群より選択される１種以上のめっきを施す工程とを有し、
前記銀粉末は、平均粒子径が相違する第１の銀粒子群と第２の銀粒子群とを含み、
前記第１の銀粒子群の平均粒子径が５０ｎｍ以上１０００ｎｍ未満であり、
前記第２の銀粒子群の平均粒子径が１μｍ以上２０μｍ未満である、接合材の製造方法。
【請求項４】
前記銀粉末は、さらに、平均粒子径が２０μｍ以上６０μｍ未満である第３の銀粒子群を含む、請求項３に記載の接合材の製造方法。
【請求項５】
前記焼結体を得る工程において、前記塗工膜に加えられる圧力を５ＭＰａ以下としつつ、前記塗工膜を加熱する、請求項２〜４のいずれか一項に記載の接合材の製造方法。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか一項に記載の接合材の製造方法により製造された接合材を用いて、導電体と基板とを接合して接合体を得る、接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合材、接合材の製造方法及び接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いたパワー半導体は、従来のケイ素を用いた半導体と比較して小型であり、エネルギー損失を低減する他、３００℃以上という高温でも動作可能であるという特徴を有する。
【０００３】
ＳｉＣパワー半導体を高温で動作させる場合、動作環境での耐熱温度が約１５０℃である従来のはんだは接合材として適当ではない。これに代わる接合材として、耐熱性、電気伝導率に優れる、金属微粒子が溶剤に分散したペースト（金属微粒子ペースト）を用いることが検討されている。
【０００４】
しかしながら、前記金属微粒子ペーストを用いて基板とチップとを高温下で接合した場合、接合時に溶剤が揮発して、接合部に大きな気孔（ボイド）が生じる問題や、得られた接合体においてチップの位置がずれてしまうという問題があった。
【０００５】
これに対し、接合部における大きな気孔の形成を抑制するために、銀粒子を加圧しつつ成型して接合材を作製し、この接合材を用いて基材間を接合するという方法が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４８７６９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された接合材を用いて基板とチップとを高温下で接合した場合、得られた接合体の接合強度が十分ではないという問題がある。
そこで、本発明は、従来よりも優れた接合強度を有する接合体を作製することができる接合材、その接合材の製造方法、その接合材を用いた接合体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用した。
すなわち、本発明の第１の態様は、銀粉末が焼き固められた焼結体を含み、前記焼結体の気孔率が８〜３０％であることを特徴とする、接合材である。
【０００９】
第１の態様に係る接合材は、接合面の表面粗さＲａが、５００ｎｍ以上３．３μｍ以下であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の第２の態様は、接合材の製造方法であって、溶剤と銀粉末との分散液を用いて形成した塗工膜を加熱して焼結体を得る工程を有し、前記分散液中の前記溶剤の含有量が、５質量％以上２５質量％以下であることを特徴とする、接合材の製造方法である。
【００１１】
また、本発明の第３の態様は、接合材の製造方法であって、溶剤と銀粉末との分散液を用いて形成した塗工膜を加熱して焼結体を得る工程を有し、前記銀粉末は、平均粒子径が相違する第１の銀粒子群と第２の銀粒子群とを含み、前記第１の銀粒子群の平均粒子径が５０ｎｍ以上１０００ｎｍ未満であり、前記第２の銀粒子群の平均粒子径が１μｍ以上２０μｍ未満であることを特徴とする、接合材の製造方法である。
【００１２】
第３の態様に係る接合材の製造方法において、前記銀粉末は、さらに、平均粒子径が２０μｍ以上６０μｍ未満である第３の銀粒子群を含むことが好ましい。
【００１３】
また、第２又は第３の態様に係る接合材の製造方法は、前記焼結体を得る工程において、前記塗工膜に加えられる圧力を５ＭＰａ以下としつつ、前記塗工膜を加熱することが好ましい。
【００１４】
また、第２又は第３の態様に係る接合材の製造方法は、さらに、前記焼結体の表面を研磨する工程、又は、前記焼結体の表面に銀、銅、錫、金及びニッケルからなる群より選択される１種以上のめっきを施す工程を有することが好ましい。
【００１５】
また、本発明の第４の態様は、導電体と、基板とが、前記の第１の態様に係る接合材により接合されていることを特徴とする、接合体である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、従来よりも優れた接合強度を有する接合体を作製することができる接合材、その接合材の製造方法、その接合材を用いた接合体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る接合体の一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係る接合材の断面の、走査型電子顕微鏡による顕微鏡像である。
【図３】本発明に係る接合材と銀めっきした銅板との接合部付近の顕微鏡像、及び、接合体のシェア強度と、焼結時の温度及び圧力との関係を示すグラフである。
【図４】本発明に係る接合材とめっきを施していない銅板との接合部付近の顕微鏡像、及び、接合体のシェア強度と、焼結時の温度及び圧力との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明に係る接合体の一実施形態を示す断面図である。
図１に示す接合体１０は、導電体１２と基板１４とが接合材１３により接合された積層体である。
本実施形態の接合体１０は、接合材１３に特徴があり、その他の構成については公知の種々の接合体を適宜適用できる。
【００１９】
［接合材］
本実施形態の接合材は、銀粉末が焼き固められた焼結体を含み、前記焼結体の気孔率が８〜３０％である。
本明細書において、接合材とは、二つの物体を貼り合わせるものを包含し、典型的には導電体と基板との間に介在してこれらを貼り合わせるものが挙げられる。
【００２０】
本実施形態の接合材が含む焼結体の気孔率は、８〜３０％であり、好ましくは８〜２０％であり、より好ましくは９〜１５％である。
焼結体の気孔率が上記範囲内であると、例えば導電体と基板との接合強度（接合体のシェア強度）を優れたものとすることができる。
ここで、シェア強度はＪＩＳ  Ｚ  ３１９８−７：２００３に準拠した方法により測定されたものを意味する。具体的な測定方法は実施例において後述する。
【００２１】
本明細書において、焼結体の気孔率は、次のように測定したものである。
まず、焼結体を水に沈めて焼結体の体積を測定し、また、焼結体の質量を測定する。また、その質量に相当する焼結体が気孔を有しない場合の体積を、理論上の密度に基づいて算出する。測定した体積と、気孔を有しない場合の理論上の体積とから、焼結体の気孔率を算出する。
【００２２】
本実施形態の接合材が含む焼結体の気孔率を上記範囲内に制御する方法としては、例えば、銀粉末の種類又は粒子径を適宜選択する方法、焼結時の圧力条件を適宜設定する方法、銀粉末の分散液を用いて接合材を製造する際には当該分散液の溶剤量を調整する方法などが挙げられる。
【００２３】
本実施形態の接合材は、接合体のシェア強度を十分なものとすることができる限り、銀粉末から形成された焼結体以外の物質を含んでもよい。
【００２４】
本実施形態の接合材の形状としては、特に限定されず、例えば、円板、矩形板等の平板形状；円筒状、円柱状、多角筒状、多角柱状等の棒状、球状等が挙げられる。
また、本実施形態の接合材は、接合を容易とするために、１ｍｍ以下の肉厚部分を有するものでもよい。
接合材の大きさは、特に限定されず、基板及び導電体の仕様に応じて適宜調整すればよい。接合材の形状が円板状である場合、円板の直径は、０．５〜５０ｍｍであることが好ましく、２〜３０ｍｍであることがより好ましい。接合材の形状が矩形板状である場合、長辺の長さは、０．５〜５０ｍｍであることが好ましく、２〜３０ｍｍであることがより好ましい。
【００２５】
本実施形態の接合材における接合面の表面粗さＲａは、５００ｎｍ以上３．３μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５００ｎｍ以上３．０μｍ以下であり、さらに好ましくは５００ｎｍ以上２．８μｍ以下であり、特に好ましくは５００ｎｍ以上２．０μｍ以下であり、最も好ましくは５００ｎｍ以上１．５μｍ以下である。
実施例において後述するように、接合面の表面粗さＲａが、上記範囲内であると、接合体のシェア強度を優れたものとすることができる。
【００２６】
表面粗さ：
接合材の接合面の表面粗さは、次のように測定することができる。超深度カラー３Ｄ形状測定顕微鏡（キーエンス、ＶＫ−９５１０）を用いて、接合材表面の任意の５箇所について、表面粗さを測定し、平均値を算出する。
【００２７】
接合材の接合面の表面粗さＲａを上記範囲内に制御する方法としては、特に限定されず、例えば、焼結体の表面を研磨する方法、焼結体の表面にめっきを施す方法などが挙げられる。めっきの種類としては特に限定されないが、銀、銅、錫、金及びニッケルからなる群より選択される１種の金属、又は、２種以上からなる合金をめっきすることが挙げられる。めっきは組成が異なる２層以上のめっきが重ねられたものであってもよい。
【００２８】
以上説明した本実施形態の接合材は、気孔率が８〜３０％である銀粉末の焼結体を含むものである。このように特定の気孔率を有する、銀粉末の焼結体を採用しているため、本実施形態の接合材によれば、従来よりも優れた接合強度を有する接合体を作製することができる。
加えて、係る焼結体は銀粉末の融点より高い温度下でも溶融しない。また、この焼結体を含む接合材を用いることにより、バルクの融点よりも低い温度で接合することができる。
【００２９】
［接合材の製造方法］
本実施形態の接合材の製造方法は、溶剤と銀粉末との分散液を用いて形成した塗工膜を加熱して焼結体を得る工程を有する。
【００３０】
（溶剤）
本実施形態の分散液は、溶剤に銀粉末が分散しているものである。
ここでの溶剤としては、例えば、水、アルコール系溶剤、グリコールエーテル系溶剤、テルピネオール類等が挙げられる。
アルコール系溶剤としてはイソプロピルアルコール、１，２−ブタンジオール、イソボルニルシクロヘキサノール、２，４−ジエチル−１，５−ペンタンジオール、２，２−ジメチル−１，３−プロパンジオール、２，５−ジメチル−２，５−ヘキサンジオール、２，５−ジメチル−３−ヘキシン−２，５−ジオール、２，３−ジメチル−２，３−ブタンジオール、１，１，１−トリス（ヒドロキシメチル）エタン、２−エチル−２−ヒドロキシメチル−１，３−プロパンジオール、２，２′−オキシビス（メチレン）ビス（２−エチル−１，３−プロパンジオール）、２，２−ビス（ヒドロキシメチル）−１，３−プロパンジオール、１，２，６−トリヒドロキシヘキサン、ビス［２，２，２−トリス（ヒドロキシメチル）エチル］エーテル、１−エチニル−１−シクロヘキサノール、１，４−シクロヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、エリトリトール、トレイトール、グアヤコールグリセロールエーテル、３，６−ジメチル−４−オクチン−３，６−ジオール、２，４，７，９−テトラメチル−５−デシン−４，７−ジオール等が挙げられる。
グリコールエーテル系溶剤としては、ジエチレングリコールモノ−２−エチルヘキシルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、２−メチルペンタン−２，４−ジオール、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル等が挙げられる。
【００３１】
（銀粉末）
ここでの銀粉末には、平均粒子径が相違する銀粒子群を組み合わせて用いることが好ましい。平均粒子径が相違するものを併用することで、特定の気孔率（８〜３０％）を有する接合材を容易に作製できる。
【００３２】
平均粒子径：
銀粒子群の平均粒子径は、メディアン径Ｄ５０の値を採用する。本発明において、各銀粉末のメディアン径Ｄ５０は、ＳＡＬＤ−２３００（島津製作所製）を用いて、レーザー回折法により測定したもの（体積平均粒子径）を意味する。
【００３３】
平均粒子径が相違する銀粒子群の好適な組合せとしては、ナノオーダーの銀粒子群と、マイクロオーダーの銀粒子群との組合せが挙げられる。
例えば、平均粒子径が相違する第１の銀粒子群と第２の銀粒子群とを含み、第１の銀粒子群の平均粒子径が５０ｎｍ以上１０００ｎｍ未満であり、第２の銀粒子群の平均粒子径が１μｍ以上２０μｍ未満であることが好ましい。
【００３４】
第１の銀粒子群の平均粒子径は、５０ｎｍ以上１０００ｎｍ未満であり、好ましくは１００ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、より好ましくは２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
第２の銀粒子群の平均粒子径は、１μｍ以上２０μｍ未満であり、好ましくは３μｍ以上１５μｍ以下であり、より好ましくは３μｍ以上１０μｍ以下である。
係る第１の銀粒子群と第２の銀粒子群との併用により、特定の気孔率（８〜３０％）を有する接合材を容易に作製でき、接合強度の高められた接合体が得られやすくなる。
【００３５】
第１の銀粒子群の銀粒子の形状は、特に限定されないが、球状及び非球状のいずれでもよい。非球状の例としては、フレーク状、針状、角状、樹枝状、粒状、不規則形状、涙滴状、板状、極薄板状、六角板状、柱状、棒状、多孔状、繊維状、塊状、海綿状、けい角状、丸み状等が挙げられる。このような形状の中でも、球状、柱状が好ましい。
【００３６】
第２の銀粒子群はフレーク状銀粒子を含むことが好ましい。この場合、第２の銀粒子群は、銀粒子の過半数が顕微鏡下でフレーク状（薄片状又は剥片状）と認められるものであればよい。典型的には、第２の銀粒子群を構成する粒子（一次粒子）の５１質量％以上がフレーク（薄片又は剥片）形状を有していることをいう。ここで、フレーク状（薄片状又は剥片状）の粒子とは、アスペクト比（最も長い長径／最も短い短径の比）が５〜３００である粒子を意味する。
【００３７】
本実施形態の銀粉末は、さらに、平均粒子径が２０μｍ以上６０μｍ未満である第３の銀粒子群を含んでもよい。
第３の銀粒子群の平均粒子径は、２０μｍ以上６０μｍ未満であり、好ましくは３０μｍ以上５０μｍ以下であり、より好ましくは３５μｍ以上４５μｍ以下である。
第１の銀粒子群及び第２の銀粒子群に加えて第３の銀粒子群をさらに併用することで、特定の気孔率（８〜３０％）を有する接合材をより安定に作製できる。
【００３８】
第３の銀粒子群の銀粒子の形状は、特に限定されないが、球状及び非球状のいずれでもよい。非球状の例としては、フレーク状、針状、角状、樹枝状、粒状、不規則形状、涙滴状、板状、極薄板状、六角板状、柱状、棒状、多孔状、繊維状、塊状、海綿状、けい角状、丸み状等が挙げられる。このような形状の中でも、球状、柱状が好ましい。
【００３９】
また、第１の銀粒子群、第２の銀粒子群、第３の銀粒子群は、各銀粒子群として平均粒子径の異なる２種以上を用いてもよい。
本実施形態の銀粉末においては、第２の銀粒子群として、平均粒子径の異なる２種以上を用いることが好ましい。例えば、第２の銀粒子群として、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ未満の銀粒子群と、平均粒子径が１０μｍ以上２０μｍ未満の銀粒子群と、を組み合わせて用いることが好ましい。
【００４０】
本実施形態の銀粉末として、平均粒子径が相違する銀粒子群を組み合わせて用いる場合、第１の銀粒子群の割合は、銀粉末の合計の質量（１００質量％）に対して、１〜５０質量％であることが好ましく、１〜３０質量％がより好ましく、３〜１０質量％がさらに好ましい。
第２の銀粒子群の割合は、銀粉末の合計の質量（１００質量％）に対して、３０〜９９質量％であることが好ましく、４５〜９０質量％がより好ましく、５０〜９０質量％がさらに好ましい。
第３の銀粒子群をさらに併用する場合、第３の銀粒子群の割合は、銀粉末の合計の質量（１００質量％）に対して、１〜７０質量％であることが好ましく、１〜５０質量％がより好ましく、１〜４５質量％がさらに好ましい。ただし、第１の銀粒子群、第２の銀粒子群及び第３の銀粒子群の割合の和は、１００質量％を超えない。
【００４１】
（分散液）
本実施形態における、前記溶剤と前記銀粉末との分散液は、当該分散液中の前記溶剤の含有量が、５質量％以上２５質量％以下であることが好ましく、より好ましくは５質量％以上２０質量％以下であり、さらに好ましくは５質量％以上１５質量％以下であり、特に好ましくは６質量％以上１０質量％以下である。
分散液中の溶剤の含有量を５質量％以上２５質量％以下とすることにより、気孔率が８〜３０％の焼結体を容易に得ることができる。
分散液を焼結する際に、分散液中の溶剤は揮発して、焼結体中に気孔が形成される。分散液中の溶剤の含有量を上記範囲内とすることにより、焼結体の気孔率を８〜３０％とすることができる。
【００４２】
次に、本実施形態の接合材の製造方法について詳細に説明する。
【００４３】
焼結体を得る工程：
本実施形態における、焼結体を得る工程では、溶剤と銀粉末との分散液を用いて形成した塗工膜を加熱して焼結体を得る。
【００４４】
まず、上述の分散液を基台の上に塗工して塗工膜を形成する。塗工する方法としては、特に限定されないが、ディスペンス塗布、印刷塗布、スプレー塗布、はけ塗り、注入等が挙げられる。
基台の材料としては、例えば、ガラス、石英、シリコン、金属等が挙げられるが、これに限定されない。実施例において後述するように、金属としては、例えば、黄銅を用いることができるが、これに限定されない。
金属の基台を用いる場合、予め基台に潤滑離型剤を塗布しておくと、焼結体を基台から容易に剥がすことができる。
【００４５】
次に、塗工膜を加熱して焼結体を得る。加熱の温度としては、焼結体を得られる温度であれば適宜設定することができるが、例えば、１５０℃以上３００℃以下が好ましく、２００℃以上２５０℃以下がより好ましい。
【００４６】
塗工膜を加熱する時間としては、焼結体を得られる時間であれば適宜設定することができるが、例えば、１５分間以上１８０分間以下が好ましく、３０分間以上９０分間以下がより好ましい。
【００４７】
本実施形態における、焼結体を得る工程では、塗工膜に加えられる圧力を、好ましくは５ＭＰａ以下に抑えることが可能であり、１ＭＰａ以下に抑えることも可能であり、特には無加圧とすることも可能である。
【００４８】
次に、基板及び導電体の仕様に応じて、得られた焼結体を切断してもよい。焼結体の切断に用いる道具としては、特に限定されず、例えば、ハサミ、ダイアモンドナイフ、ペーパーカッター等が挙げられる。本明細書において、上述の切断した焼結体を単に焼結体と呼ぶ場合がある。
【００４９】
本実施形態の接合材の製造方法は、焼結体を得る工程に加え、これ以外の工程を有していてもよい。
例えば、得られた焼結体表面の粗さを制御するため、焼結体を得る工程の後段側に、焼結体の表面を研磨する工程、又は、焼結体の表面に銀、銅、錫、金及びニッケルからなる群より選択される１種以上のめっきを施す工程をさらに有していてもよい。
【００５０】
焼結体の表面を研磨する工程：
焼結体の表面を研磨する方法としては、特に限定されず、例えば、化学研磨、電解研磨、機械研磨等が挙げられる。実施例において後述するように、２０００番の研磨紙を用いて、焼結体の表面を研磨することにより、十分な接合強度を有する接合体を作製することができる接合材を得ることができる。
【００５１】
焼結体の表面にめっきを施す工程：
焼結体の表面にめっきを施す方法としては、特に限定されず、例えば、電気めっき、無電解めっき、真空めっき等が挙げられる。めっきの種類としては特に限定されないが、銀、銅、錫、金及びニッケルからなる群より選択される１種の金属又は、２種以上からなる合金をめっきすることが挙げられる。めっきを施す工程は、組成が異なる２層以上のめっきを重ねてめっきすることであってもよい。
【００５２】
例えば接合対象物の一方が銅基板の場合には、焼結体の表面に銅めっきを施してもよい。これにより、接合材と銅基板との親和性が強まり、接合強度が高められやすくなる。
【００５３】
以上説明した接合材の製造方法として、より具体的には、以下に示す実施形態が好適に挙げられる。
【００５４】
実施形態（ｉ）：溶剤と銀粉末との分散液を用いて形成した塗工膜を加熱して焼結体を得る工程を有し、前記分散液中の前記溶剤の含有量が、５質量％以上２５質量％以下である、接合材の製造方法。
実施形態（ｉ）によれば、分散液中の前記溶剤の含有量を特定の割合とすることで、気孔率８〜３０％の焼結体を含む接合材を容易に製造できる。
【００５５】
実施形態（ｉｉ）：溶剤と銀粉末との分散液を用いて形成した塗工膜を加熱して焼結体を得る工程を有し、前記分散液中の前記溶剤の含有量が、５質量％以上２５質量％以下であり、前記銀粉末は、平均粒子径が相違する第１の銀粒子群と第２の銀粒子群とからなり、前記第１の銀粒子群の平均粒子径が５０ｎｍ以上１０００ｎｍ未満であり、前記第２の銀粒子群の平均粒子径が１μｍ以上２０μｍ未満である、接合材の製造方法。
前記銀粉末は、例えば、第１の銀粒子群の割合が１〜５０質量％であり、第２の銀粒子群の割合が５０〜９９質量％であってもよい。
前記銀粉末は、例えば、第１の銀粒子群の割合が５〜３０質量％であり、第２の銀粒子群の割合が７０〜９５質量％であってもよい。
前記銀粉末は、例えば、第１の銀粒子群の割合が５〜１５質量％であり、第２の銀粒子群の割合が８５〜９５質量％であってもよい。
前記第１の銀粒子群及び第２の銀粒子群の割合は、前記銀粉末の合計の質量（１００質量％）に対する割合である。また、前記第１の銀粒子群及び第２の銀粒子群の割合の和は、１００質量％を超えない。
実施形態（ｉｉ）によれば、特定の平均粒子径をもつ銀粒子群を組み合わせて用いることで、気孔率８〜３０％の焼結体を含む接合材を容易に製造できる。
【００５６】
実施形態（ｉｉｉ）：溶剤と銀粉末との分散液を用いて形成した塗工膜を加熱して焼結体を得る工程を有し、前記分散液中の前記溶剤の含有量が、５質量％以上２５質量％以下であり、前記銀粉末は、平均粒子径が相違する第１の銀粒子群と第２の銀粒子群と第３の銀粒子群とからなり、前記第１の銀粒子群の平均粒子径が５０ｎｍ以上１０００ｎｍ未満であり、前記第２の銀粒子群の平均粒子径が１μｍ以上２０μｍ未満であり、前記第３の銀粒子群の平均粒子径が２０μｍ以上６０μｍ未満である、接合材の製造方法。
上述した銀粉末は、例えば、第１の銀粒子群の割合が１〜５０質量％であり、第２の銀粒子群の割合が３０〜９８質量％であり、第３の銀粒子群の割合が１〜６９質量％であってもよい。
上述した銀粉末は、例えば、第１の銀粒子群の割合が１〜３０質量％であり、第２の銀粒子群の割合が３０〜９０質量％であり、第３の銀粒子群の割合が５〜６０質量％であってもよい。
上述した銀粉末は、例えば、第１の銀粒子群の割合が３〜８質量％であり、第２の銀粒子群の割合が４５〜７２質量％であり、第３の銀粒子群の割合が２０〜５０質量％であってもよい。
上述した第１の銀粒子群、第２の銀粒子群及び第３の銀粒子群の割合は、銀粉末の合計の質量（１００質量％）に対する割合である。また、第１の銀粒子群、第２の銀粒子群及び第３の銀粒子群の割合の和は、１００質量％を超えない。
実施形態（ｉｉｉ）によれば、特定の平均粒子径をもつ銀粒子群を組み合わせて用いることで、気孔率８〜３０％の焼結体を含む接合材を容易に製造できる。
【００５７】
［接合体］
本実施形態の接合体は、図１に示したように、導電体と、基板とが、上述した接合材により接合されているものである。
【００５８】
導電体としては、コンデンサ及び抵抗等のチップ部品や、ウエハに抵抗、トランジスタ、コンデンサ、及び集積回路などの半導体素子を形成した後にウエハから各半導体素子の区画を切り出したＳｉチップ、ＳｉＣチップ、ＧａＮ等が挙げられる。
基板としては、回路基板、ガラス繊維強化エポキシ系プリント基板やポリイミド系の基板、セラミックス基板、メタル基板、Ｃｕリードフレーム等が挙げられる。
【００５９】
接合する時の温度としては、例えば、１５０℃以上４００℃以下が好ましく、２００℃以上３００℃がより好ましい。
【００６０】
上述した接合材を用いて、導電体と基板とを接合する方法としては、公知の方法を採用することができる。
接合する時の圧力としては、特に限定されないが、例えば、０．１ＭＰａ以上３ＭＰａ以下であってもよい。
接合時の雰囲気は、大気中で行われてもよく、窒素中で行われてもよい。
【００６１】
上述した本実施形態の接合体においては、気孔率が８〜３０％である銀粉末の焼結体を含む接合材が適用されている。このため、係る接合体は、従来よりも優れた接合強度を有する。
【実施例】
【００６２】
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００６３】
＜使用した原料＞
銀粉末として、以下に示す銀粒子群を用いた。
銀粒子群１Ａ：平均粒子径  ３００ｎｍ
銀粒子群２Ａ：平均粒子径  ４μｍ
銀粒子群２Ｂ：平均粒子径  １０μｍ
銀粒子群３：平均粒子径  ４２μｍ
銀粒子群１Ｂ：平均粒子径  ５０ｎｍ
銀粒子群１Ａ、１Ｂ、２Ａ、３の銀粒子の形状は球状であり、銀粒子群２Ｂの銀粒子の形状はフレーク状であった。
溶剤として、エチレングリコールを用いた。
【００６４】
上述した平均粒子径は、メディアン径Ｄ５０の値を採用した。本発明において、各銀粉末のメディアン径Ｄ５０は、ＳＡＬＤ−２３００（島津製作所製）を用いて、レーザー回折法により測定したもの（体積平均径）を意味する。
【００６５】
＜銀粉末の分散液の調製＞
上述した銀粒子群と溶剤とを、表１に示す組成で混合して、分散液１〜９を調製した。表１中、銀粒子群のそれぞれの値は、銀粉末の合計の質量に対する、各銀粒子群の質量の割合（質量％）を示す。また、溶剤の割合は、銀粉末と溶剤との合計の質量に対する、溶剤の質量の割合（質量％）を示す。
【００６６】
【表１】
0006845444.tif 000002
【００６７】
＜接合材の製造＞
（実施例１）
分散液１を用いて、黄銅の基台上に塗工膜を作製した。
黄銅としては、６５質量％の銅と、３５質量％の亜鉛とからなるものを用いた。
焼結体を得る工程：
作製した塗工膜を、２００℃で３０分間、無加圧で加熱して焼結体を得た。ハサミを用いて、得られた焼結体を、小片（縦×横の寸法：３ｍｍ×３ｍｍ）に切断した。
研磨する工程：
得られた小片を、２０００番の研磨紙（三共理化学製 耐水研磨紙シート）を用いて焼結体の表面を研磨し、接合材を得た。
【００６８】
（実施例２）
焼結条件を２５０℃で３０分間に変更した以外は、実施例１と同様にして接合材を得た。
【００６９】
（実施例３）
分散液１を用いて、上述した黄銅の基台上に塗工膜を作製した。
焼結体を得る工程：
作製した塗工膜を、２００℃で３０分間、無加圧で加熱して焼結体を得た。
銀めっきを施す工程：
得られた焼結体を、２−エチルヘキシルアミンにアセト酢酸銀を溶解させた溶液に浸漬し、４０℃で１０分間、静置した。続いて、焼結体を混合液から取り出して乾燥させた。
【００７０】
（実施例４）
焼結条件を２５０℃で３０分間に変更した以外は、実施例３と同様にして接合材を得た。
【００７１】
（実施例５）
用いる分散液を分散液２に変更した以外は、実施例１と同様にして接合材を得た。
【００７２】
（実施例６）
焼結条件を２５０℃で３０分間に変更した以外は、実施例５と同様にして接合材を得た。
【００７３】
（実施例７）
用いる分散液を分散液２に変更した以外は、実施例３と同様にして接合材を得た。
【００７４】
（実施例８）
焼結条件を２５０℃で３０分間に変更した以外は、実施例７と同様にして接合材を得た。
【００７５】
（実施例９）
用いる分散液を分散液３に変更した以外は、実施例２と同様にして接合材を得た。
【００７６】
（実施例１０）
用いる分散液を分散液４に変更した以外は、実施例２と同様にして接合材を得た。
【００７７】
（実施例１１）
焼結条件を２５０℃で９０分間に変更した以外は、実施例５と同様にして接合材を得た。
【００７８】
（実施例１２）
用いる分散液を分散液５に変更した以外は、実施例２と同様にして接合材を得た。
【００７９】
（実施例１３）
用いる分散液を分散液６に変更した以外は、実施例２と同様にして接合材を得た。
【００８０】
（実施例１４）
分散液２を用いて、上述した黄銅の基台上に塗工膜を作製した。
焼結体を得る工程：
作製した塗工膜を、２５０℃で３０分間、無加圧で加熱して焼結体を得た。
銅めっきを施す工程：
得られた焼結体を、窒素雰囲気中、２−エチルヘキシルアミンにギ酸銅（ＩＩ）四水和物（和光純薬工業株式会社製、型番：ＬＫＪ３２１０、一次平均粒子径：２０μｍ）を溶解させた溶液に浸漬し、１４０℃で１０分間、静置した。続いて、焼結体を混合液から取り出して乾燥させた。
【００８１】
（比較例１）
用いる分散液を分散液７に変更した以外は、実施例１と同様にして接合材を得た。
【００８２】
（比較例２）
焼結条件を２５０℃で３０分間に変更し、焼結時に０．４ＭＰａで加圧しつつ焼結したた以外は、比較例１と同様にして接合材を得た。
【００８３】
（比較例３）
焼結時に０．４ＭＰａで加圧しつつ焼結した以外は、比較例１と同様にして接合材を得た。
【００８４】
（比較例４）
焼結条件を２５０℃で３０分間に変更した以外は、比較例１と同様にして接合材を得た。
【００８５】
（比較例５）
用いる分散液を分散液７に変更し、焼結体の表面を研磨しなかった以外は、実施例１と同様にして接合材を得た。
【００８６】
（比較例６）
焼結条件を２５０℃で３０分間に変更した以外は、比較例５と同様にして接合材を得た。
【００８７】
（比較例７）
用いる分散液を分散液８に変更し、焼結体の表面を研磨しなかった以外は、実施例２と同様にして接合材を得た。
【００８８】
（比較例８）
用いる分散液を分散液８に変更した以外は、実施例２と同様にして接合材を得た。
【００８９】
（比較例９）
用いる分散液を分散液９に変更し、焼結体の表面を研磨しなかった以外は、実施例２と同様にして接合材を得た。
【００９０】
（比較例１０）
用いる分散液を分散液９に変更した以外は、実施例２と同様にして接合材を得た。
【００９１】
実施例１〜１４、比較例１〜１０において得られた各接合材について、次に示す測定方法によって、気孔率と表面粗さをそれぞれ測定した。
【００９２】
［気孔率の測定］
接合材を水に沈めて接合材の体積を測定し、接合材の質量を測定した。また、その質量に相当する接合材が気孔を有しない場合の体積を、理論上の密度に基づいて算出した。測定した体積と、気孔を有しない場合の理論上の体積とから、気孔率を算出した。
【００９３】
［表面粗さの測定］
超深度カラー３Ｄ形状測定顕微鏡（キーエンス、ＶＫ−９５１０）を用いて、接合材表面の任意の５箇所について、表面粗さを測定し、平均値を算出した。測定箇所の大きさは、１４００μｍ×１０５０μｍであった。
【００９４】
実施例１〜１４、比較例１〜１０において得られた各接合材の、焼結条件、気孔率、表面粗さを表２に示す。
【００９５】
【表２】
0006845444.tif 000003
【００９６】
銀粉末が銀粒子群１と銀粒子群２とを含み、分散液中の溶剤の含有量が５質量％以上２５質量％以下である場合、得られた実施例１〜１４の接合体の焼結体の気孔率は、８〜３０％であった。
【００９７】
得られた焼結体を樹脂で包埋した後、イオンミリング装置  ＩＭ４０００ＰＬＵＳ（株式会社日立ハイテクノロジーズ社製）を用いて、樹脂で包理した焼結体を切断し、平滑化した切片を得た。得られた切片を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察した。接合材断面のＳＥＭによる顕微鏡像を図２に示した。
【００９８】
図２（ａ）は、実施例２の接合材断面のＳＥＭによる顕微鏡像である。図２（ｂ）は、実施例６の接合材断面のＳＥＭによる顕微鏡像である。図２（ｃ）は、比較例４の接合材断面のＳＥＭによる顕微鏡像である。図２（ｄ）は、実施例９の接合材断面のＳＥＭによる顕微鏡像である。図２（ｅ）は、実施例１０の接合材断面のＳＥＭによる顕微鏡像である。
【００９９】
その結果、実施例２、６、９、１０の接合材の断面には、比較例４の接合材の断面に比較して、気孔が多く認められた。
【０１００】
＜接合体の製造＞
（実施例２１〜３４、比較例１１〜２０）
導電体として、Ｓｉチップ側から順に、Ｔｉ層（厚み４０ｎｍ）及びＡｇ層（厚み１０００ｎｍ）がスパッタリングにより積層されたＳｉチップ（縦×横の寸法：３ｍｍ×３ｍｍ）を用いた。接合材として、実施例１〜１４、比較例１〜１０の各接合材を用いた。各接合材の厚さは１００μｍであった。基板として、銅基板を用いた。
基板、接合材、導電体を、接合材の研磨した面が接合面になるように、この順で重ねた後、大気中にて圧力を０．４ＭＰａに設定し、温度２５０℃で加熱処理を施すことにより接合して、接合体を得た。実施例１〜１４、比較例１〜１０の各接合材を用いて、実施例２１〜３４、比較例１１〜２０の接合体を得た。
得られた実施例２１〜３４、比較例１１〜２０の接合体のシェア強度を、次に示す測定方法によって測定した。結果を表３に示す。
【０１０１】
［シェア強度試験］
実施例２１〜３４、比較例１１〜２０の各接合体のシェア強度（せん断強度）を次のように測定した。測定結果を表３に示す。
シェア強度試験：
得られた各接合体について、万能型ボンドテスター  ＮｏｒｄｓｏｎＤＡＧＥ  Ｓｅｒｉｅｓ４０００（Ｎｏｒｄｓｏｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製）を使用して、室温（２５℃）条件下、ＪＩＳ  Ｚ  ３１９８−７：２００３に準拠した方法で、Ｓｉチップと基板との間のせん断強度（ＭＰａ）の測定を行った。各試料について５回測定を行い、せん断強度（ＭＰａ）の平均値を算出した。
【０１０２】
【表３】
0006845444.tif 000004
【０１０３】
気孔率が８〜３０％である実施例１〜１４の接合材を用いた場合、実施例２１〜３４の接合体のシェア強度は十分であった。
【０１０４】
接合面の表面粗さＲａが５００ｎｍ以上３．３μｍ以下である実施例１〜１４の接合材を用いた場合、得られた実施例２１〜３４の接合体のシェア強度は十分であった。
【０１０５】
焼結体の表面を研磨して得られた実施例１、２、５、６、９〜１３の接合材を用いた場合、得られた実施例２１、２２、２５、２６、２９〜３３の接合体のシェア強度は十分であった。
【０１０６】
焼結体の表面にめっきを施して得られた実施例３、４、７、８、１４の接合材を用いた場合、得られた実施例２３、２４、２７、２８、３４の接合体のシェア強度は十分であった。
【０１０７】
分散液中の溶剤の含有量を５質量％以上２５質量％以下の範囲内で増やし、得られた実施例１２、１３の接合材を用いて接合体を得た場合、実施例３２、３３の接合体のシェア強度は十分であった。
【０１０８】
銀粒子群１Ｂのみを含む分散液を用いて得られた比較例１〜６の接合材は、焼結体の気孔率が８％未満であり、これらを用いた比較例１１〜１６の接合体のシェア強度は十分ではなかった。
【０１０９】
溶剤の含有量が２６％である分散液を用いた比較例７〜１０の接合材は、焼結体の気孔率が３０％よりも大きく、これらの接合材を用いた比較例１７〜２０の接合体のシェア強度は十分ではなかった。
【０１１０】
焼結体の表面を研磨せず、かつ、めっきを施さなかった比較例５、６、７、９の接合材を用いた場合、得られた比較例２５、２６、２７、２９の接合体のシェア強度は十分ではなかった。
【０１１１】
＜銀めっきを施した銅板と導電体との接合＞
導電体と、銀めっきした銅板とを、実施例１の接合材を用いて、大気中にて、圧力を０．４ＭＰａ又は１ＭＰａに設定し、温度２００℃、２５０℃、３００℃でそれぞれ加熱処理を施すことにより接合して、接合体を得た。
【０１１２】
図３（ａ）は、大気中にて、圧力を０．４ＭＰａに設定し、温度２５０℃で加熱処理を施すことにより接合して得られた接合体断面の、ＳＥＭによる顕微鏡像である。図３（ｂ）は、接合体のシェア強度と、焼結時の温度及び圧力との関係を示すグラフである。
【０１１３】
その結果、大気中で、実施例１の接合材を適用し、銀めっきした銅板と導電体とを接合することができた。焼結時の温度が高いほど、また、焼結時の圧力が高いほど、シェア強度が高くなることが明らかになった。
【０１１４】
＜めっきが施されていない銅板と導電体との接合＞
導電体と、めっきが施されていない銅板（無垢銅板）とを、実施例１４の接合材を用いて、窒素中にて、圧力を０．４ＭＰａ又は１ＭＰａに設定し、温度２５０℃、３００℃、３５０℃でそれぞれ加熱処理を施すことにより接合して、接合体を得た。
【０１１５】
図４（ａ）は、窒素中にて、圧力を０．４ＭＰａに設定し、温度３００℃で加熱処理を施すことにより接合して得られた接合体断面の、ＳＥＭによる撮像データである。図４（ｂ）は、接合体のシェア強度と、焼結時の温度及び圧力との関係を示すグラフである。
【０１１６】
その結果、窒素中で、実施例１４の接合材を適用し、めっきが施されていない銅板と導電体とを直接に接合することができた。焼結時の温度が高いほど、また、焼結時の圧力が高いほど、シェア強度が高くなることが明らかになった。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明によれば、従来よりも優れた接合強度を有する接合体を作製するために用いられる接合材、その接合材の製造方法、その接合材を用いた接合体を提供することができる。
本発明の接合材は、従来の接合材では困難であった高温下（例えば３００℃以上）での使用が可能であり、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いたパワー半導体などを備えた電子部品用の接合材として有用である。
【符号の説明】
【０１１８】
１０…接合体、１２…導電体、１３…接合材、１４…基板
【要約】
【課題】従来よりも優れた接合強度を有する接合体を作製するために用いられる接合材、その接合材の製造方法、接合体を提供する。
【解決手段】導電体１２と基板１４とが接合材１３により接合されている接合体１０において、接合材１３として、銀粉末が焼き固められた焼結体を含み、当該焼結体の気孔率が８〜３０％であるものを採用する。
【選択図】図１【図１】
0006845444.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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