(57)【要約】（１）第１のコンポーネントの接触面に有機溶剤を含む金属ペーストを塗布するステップと、（２）前記第１のコンポーネントに接続される第２のコンポーネントの前記接触面に前記金属ペーストを任意に塗布するステップと、（３）前記２つのコンポーネントと、その間の金属ペーストの層を有するサンドイッチ構造を作成するステップと、（４）前記２つのコンポーネントの間の前記金属ペーストの前記層を乾燥させるステップと、（５）前記乾燥させた金属ペーストの層を備える前記サンドイッチ構造を無加圧焼結するステップと、を備える、コンポーネントを接続する方法に関する。この発明は、前記乾燥が、７５０乃至１５００ｎｍの間の波長レンジにおけるピーク波長を有するＩＲ放射を用いた放射により行われることを特徴とする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）第１のコンポーネントの接触面に有機溶剤を含む金属ペーストを塗布するステップと、
（２）前記第１のコンポーネントに接続される第２のコンポーネントの前記接触面に前記金属ペーストを任意に塗布するステップと、
（３）前記２つのコンポーネントと、その間の金属ペーストの層を有するサンドイッチ構造を作成するステップと、
（４）前記２つのコンポーネントの間の前記金属ペーストの前記層を乾燥させるステップと、
（５）前記乾燥させた金属ペーストの層を備える前記サンドイッチ構造を無加圧焼結するステップと、とを備えた、コンポーネントを接続する方法において、前記乾燥は、７５０乃至１５００ｎｍの間の波長レンジにおけるピーク波長を有するＩＲ放射を用いた放射により行われることを特徴とする、コンポーネントを接続する方法。
【請求項２】
前記コンポーネントの前記接触面は、１乃至１５０ｍｍ２のレンジ内にある、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記コンポーネントは、基板、能動コンポーネント、受動コンポーネントから構成されるグループから選択される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
ステップ（１）、およびオプションでステップ（２）で塗布された前記金属ペーストは、焼結可能な金属粒子の２５乃至９０％重量、有機溶剤の５乃至３０％重量、金属前駆体化合物の０乃至６５％重量、焼結助剤の０乃至５％重量、および他の添加剤の０乃至５％重量を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記金属ペーストに元々含まれる前記有機溶剤または複数の有機溶剤の９５乃至１００％重量は、ステップ（３）の期間に除去される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記ピーク波長は、７５０乃至１２００ｎｍの波長レンジにある、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記乾燥は、ＩＲ放射を用いた放射により単独で行われる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
１５乃至１００ｗ／ｃｍのレンジの出力で動作される１つまたは複数のＮＩＲエミッタは、ＩＲ放射の放射源として使用される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
ＮＩＲエミッタまたは複数のＮＩＲエミッタのエミッタ表面温度は１８００乃至３０００℃のレンジにある、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＩＲ放射源または複数の放射源の前記放射放電面と前記金属ペーストの層との間の前記距離は、１乃至５０ｃｍの距離にある、請求項１乃至９にいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ステップ（３）による乾燥は、０．５乃至３分の間で行われる、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
ステップ（３）および／またはステップ（５）は、酸素雰囲気または無酸素雰囲気で行われ、両方の場合、コンポーネントの一方または両方は、酸化検知接触面を有することができる、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属ペーストによりコンポーネントを接続するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力および家電の分野において、高い圧力と温度の感度を有するコンポーネントの接続は、特別な課題を示す。これが、そのような圧力および温度に敏感なコンポーネントがしばしば接着により互いに接続される理由である。しかしながら、それぞれ不十分な熱伝導率又は電気伝導率しか持たないコンポーネント間の接点が作られる接着技術は、欠点を有する。この問題の周知の解法は、加圧焼結(pressure sintering)により、接続しようとするコンポーネントを接続することである。加圧焼結は、安定化した方法でコンポーネントを接続するための非常な簡単な方法を示す。それにより、有機溶剤を含む金属ペーストは、通常、接続されるコンポーネントの一方または両方の、接続される接触面に塗布され、最初に、円形状のエアーオーブンで乾燥される。それにより、乾燥プロセスは、８０℃乃至１５０℃のレンジのオーブン温度で、通常１０分乃至３０分の範囲の時間期間を必要とする。互いに面して、接続される接触面は、次に、サンドウィッチ構造を形成することにより乾燥された金属ペーストにより互いに接触させる。その後に、コンポーネント間の固定された機械的接続が形成される過程で、増大した温度で加圧焼結ステップが行われる。加圧焼結は、例えば、ダイの形態で、圧縮装置を有するオーブンで、または、超気圧オーブン(overpressure oven）で、加熱焼結プレス（heated sintering press）を用いて、生じさせることができる。
【０００３】
実際の加圧焼結前の乾燥期間は、以下に開示するこの発明に従う方法により、かなり短くすることができる。この発明に従う方法は、（１）第１のコンポーネントの接触面に有機溶剤を含む金属ペーストを塗布するステップと、（２）第１のコンポーネントに接続される第２のコンポーネントの接触面に金属ペーストをオプションで塗布するステップと、（３）第１の接触面と、オプションで第２の接触面にも塗布された金属ペーストを乾燥させるステップと、（４）２つのコンポーネントと、その間の乾燥された金属ペーストを備えたサンドイッチ構造を形成するステップと、（５）乾燥された金属ペーストの層を備えるサンドイッチ構造を加圧焼結するステップと、を備えた、コンポーネントを接続するための方法において、乾燥は、７５０乃至１５００ｎｍの波長レンジ内のピーク波長を有するＩＲ放射（赤外線放射）を用いた放射により行われる。
【０００４】
この発明に従う方法は、ステップ（１）乃至（５）を備える。それらは、特に、連続するステップであり、特に、中間ステップを伴わない直接連続ステップである。この発明の一部として、期間コンポーネントは、望ましくは、個々のパーツを備える。これらの個々のパーツは、望ましくは、さらに小さなパーツには分割されない。
【０００５】
コンポーネントは、各々１つの、オプションで、複数の接触面を有する。接触面は、一般に、例えば、金属層の形態の金属である。コンポーネント又は接触面の金属は、純金属または金属の合金であり得る。アルミニウム、銅、銀、金、ニッケル、パラジウム、鉄およびプラチナは金属の例である。この発明に従う方法で使用されるコンポーネントの接触面は、例えば、１乃至１５０ｍｍ２のレンジにあり得る。
【０００６】
接続される第１と第２のコンポーネントは、同じタイプであり得る。すなわち、それらは、例えば、両方の場合に基板であり得るか、または、それらは、各々が能動又は受動コンポーネントであるか、または、能動および受動コンポーネントである。しかしながら、一方のコンポーネントが基板であり、他方のコンポーネントが受動コンポーネントまたは能動コンポーネントであるか、または逆の場合もある。基板、受動コンポーネントおよび能動コンポーネントは、エレクトロニクスで使用される特定のパーツ内にある。
【０００７】
従って、以下の実施形態は、異ならせることができる。たとえば、
【表１】
2020517829.tif 000002
ＩＭＳ基板（絶縁金属基板）、ＤＣＢ基板（直接銅接合基板）、ＡＭＢ基板（活性金属ろう付け基板）、セラミック基板、ＰＣＢ（印刷回路基板）およびリードフレーム(leadframes)は基板の例である。
【０００８】
ダイオード、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ダイ（半導体チップ）、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ＩＣ（集積回路）、およびＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電解効果トランジスタ）は、能動コンポーネントの例である。センサー、基板、冷却エレメント、抵抗、キャパシタ、およびコイルは受動コンポーネントの例である。有機溶剤を含む金属ペーストは、この発明に従う方法のステップ（１）の第１のコンポーネントの接触面に塗布される。
【０００９】
有機溶剤を含む金属ペーストは、一般的な金属ペーストであり、コンポーネントまたはそれらの接触面との間の焼結接続を形成する手段として当業者に知られており、金属焼結ペーストとしても知られている。そのような金属ペーストは、例えば、焼結金属粒子、特に、銀粒子、銀合金粒子、銅粒子および／または銅合金粒子、有機溶剤の５％乃至３０％重量、金属前駆体化合物（金属前駆体）の０％乃至６５％重量、とくに、酸化銀、炭酸銀、他の添加剤、例えば、飽和脂肪酸及び／又はエチルセルロースまたはポリイミドのようなポリマーの０％乃至５％重量を含む。
【００１０】
そのような金属ペーストは、種々の実施形態、例えば、ＷＯ２０１６／０７１００５Ａ１、ＥＰ３００９２１１Ａ１、ＷＯ２０１６／０２８２２１Ａ１、ＷＯ２０１５／１９３０１４Ａ１、ＷＯ２０１４／１７７６４５Ａ１、ＷＯ２０１４／１７００５０Ａ１、ＷＯ２０１１／０２６６２４Ａ１、ＷＯ２０１１／０２６６２３Ａ１、ＥＰ２５７２８１４Ａ１、ＥＰ２４２５９２０Ａ１、およびＥＰ２１５８９９７Ａ２に開示されている。
【００１１】
第１のコンポーネントの接触面に金属ペーストを塗布することは、一般的な方法、例えば、スクリーン印刷、ステンシル印刷または噴射のような印刷方法により行うことができる。他方、金属ペーストの塗布は、ディスペンス技術(dispensing technology)、ピントランスファー(pin transfer)、またはディッピング(dipping)によって行うこともできる。
【００１２】
この発明に従う方法は、動作ステップ（２）を備える。ステップ（２）が生じると、すでに上述した金属ペーストは、また第２のコンポーネントの接触面に塗布される。上述の塗布方法は、可能な塗布方法である。金属ペーストの層の湿潤膜厚は、好ましくは２０乃至２００μｍの範囲である。湿潤フィルム層は、例えば、金属ペーストを塗布する選択された方法に依存することができる。スクリーン印刷法による金属ペーストの塗布の場合、湿潤フィルムの厚さは、例えば２０乃至５０μｍの範囲、ステンシル印刷の場合、例えば５０乃至２００μmの範囲であり、ディスペンス塗布の場合、例えば、２０乃至１００μmの範囲であり、噴射による塗布の場合、例えば２０乃至７０μmの範囲であり得る。
【００１３】
第１のコンポーネントの第１の接触面、およびオプションで第２のコンポーネントの第２の接触面にも塗布される金属ペーストは、この発明に従うステップ（３）で乾燥される。乾燥に応答して、有機溶剤は、金属ペーストから除去される。好適実施形態によれば、乾燥された金属ペースト内の有機溶剤の部分は、金属ペースト、すなわち、塗布の準備ができた金属ペースト 内の有機溶剤の元々の部分に基づいて、例えば、０乃至５％重量、または、０乃至＜１％重量である。言い換えれば、例えば、この好ましい実施形態による乾燥に応じて、金属ペーストに最初に含まれていた１つの有機溶媒又は複数の有機溶媒の９５乃至１００重量％または＞９９乃至１００重量％が除去される。
【００１４】
乾燥は、７５０乃至１５００ｎｍ、望ましくは、７５０乃至１２００ｎｍの波長レンジにおけるピーク波長を有するＩＲ放射を用いた放射により行われることが、この発明にとって重要である。所望であれば、従来技術において一般的である、サポートするオーブン乾燥は、同時に生じることができるが、これは、必要でもなければ、好適でもない。言い換えれば、乾燥の場合のように、７５０乃至１５００ｎｍ、好ましくは７５０乃至１２００ｎｍの波長範囲に、ピーク波長を持つIR放射線を、特に前記放射手段単独で、照射することによってのみ、無加圧焼結を行うことは、可能であるだけでなく、好ましい。そのようなＩＲ放射のための使用可能な放射源の例は、一般的なＮＩＲエミッタ（近赤外線エミッタ）を備える。そのようなＮＩＲエミッタは、例えば、ヘラウス（Heraeus）から入手することができる。ＮＩＲエミッタは、例えば、高性能短波エミッタであり得る。エミッタまたは個々のＮＩＲエミッタは、例えば、１５乃至１００ｗ／ｃｍ（センチメートルエミッタ長あたりのワット）のレンジ、望ましくは、２０乃至５０ｗ／ｃｍのレンジの出力で動作することができる。ＮＩＲエミッタのエミッタ表面温度（渦巻状フィラメント温度）は、例えば、１８００乃至３０００℃、望ましくは、１８５０乃至２５００℃のレンジにある。適切なＮＩＲエミッタは、例えば、７５０乃至１５００ｎｍ、望ましくは、７５０乃至１２００ｎｍ、特に、７５０乃至１５００ｎｍまたは７５０乃至１２００ｎｍの間の最大値を有する放射スペクトルを有する。
【００１５】
ＩＲ放射は、統計的に、またはパススループラント（a pass-through plant）で行うことができ、それにより、放射され、乾燥される金属ペーストおよび／またはＩＲ放射源または複数の放射源を備えたコンポーネントは、互いに移動される。ＩＲ放射源（１つまたは複数）間の距離、または、より正確には、ＩＲ放射源または複数のＩＲ放射源の放射放電面間の距離は、例えば、１乃至５０ｃｍ、望ましくは、５乃至２０ｃｍのレンジにある。ＩＲ放射により行われる乾燥プロセスは、例えば、０．５乃至３分のレンジの時間期間を必要とし、従って、従来技術による上述したオーブン乾燥の場合よりも極めて短い。単独のオーブン乾燥に比べて品質の欠陥は、生じない。それにより、当業者は、乾燥中又は乾燥された金属ペーストの焼結または予備焼結を回避できるように乾燥期間を選択することができる。
【００１６】
ステップ（３）は、任意の特定の制限を受けない雰囲気の中で行うことができる。したがって、乾燥は、酸素を含む雰囲気、例えば、空気中で行うことができる。恐らく、この発明による方法の結果として、比較的短い乾燥期間が可能になる結果として、例えば、銅またはニッケル接触面のような、本質的に酸化検知接触面を備えるコンポーネントの場合であっても、動作は、酸素雰囲気の中で、例えば、空気中で、行うことができる。
所望であれば、酸素の無い雰囲気中で乾燥を行うことも可能であることは、言うまでもない。発明の一部として、酸素の無い雰囲気は、酸素含有量が、１００ｐｐｍ  ｖｏｌ．（体積ｐｐｍ）、望ましくは、１０ｐｐｍを超えず、さらに望ましくは、１ｐｐｍ  ｖｏｌ．を超えない雰囲気であることが理解される。
【００１７】
２つのコンポーネントの間に乾燥された金属ペーストを有する２つのコンポーネントのサンドイッチ構造は、この発明に従う方法のステップ（４）で作成される。このため、乾燥された金属ペーストを備えた接触面を有する第１のコンポーネントは、オプションで乾燥された金属ペーストを備えた第２のコンポーネント接触面に取り付けられるか、または、オプションで乾燥された金属ペーストを備えた接触面を有する第２のコンポーネントが、乾燥された金属ペーストを備えた第１のコンポーネントの接触面に取り付けられる。この結果、乾燥された金属ペーストまたは乾燥された金属ペーストの層は、それぞれ接続されるコンポーネント間に位置される。
【００１８】
乾燥された金属ペーストの層を備えるサンドイッチ構造は、この発明による方法のステップ（５）で、例えば、２００乃至２６０℃のレンジの温度で、例えば、３乃至３０ＭＰａのレンジの押圧力で、および、たとえば、１乃至５分のレンジの時間期間で加圧焼結される。加圧焼結に関して従来技術を記載する、先行技術を説明する序文ですでに述べた通常のデバイスは、使用することができる。ステップ（３）に関してすでに指定されているように、ステップ（５）は、いかなる特別の制限を受けない雰囲気の中で生じることもできる。従って、乾燥および加圧焼結は、酸素を含む雰囲気、例えば空気中で、行うことができる。所望であれば、酸素の無い雰囲気中で加圧焼結を行うことも可能であることは言うまでもない。
【００１９】
要約すれば、コンポーネントを接続するためのこの発明による方法は、従来技術に比べて利点を有し、すなわち、品質を損じることなく乾燥期間を短縮でき、および酸素検知接触面、例えば、銅またはニッケル接触面を備えるコンポーネントで作業する場合でも不活性化の必要はない。
例と比較例：
【００２０】
1．金属ペーストの製造：85重量部の銀粒子（重量比25:75の被覆銀フレーク中の0.6重量％のラウリン酸/ステアリン酸を含む）、7.4重量部のα-テルピネオール 、７．４重量部のイソトリデカノールと０．２重量部のエチルセルロースを混合して金属ペーストを形成した。
【００２１】
２．金属ペーストの塗布：金属ペーストは、７５μｍの湿潤膜内のＤＣＢ基板の全面であって、ステンシル印刷により４ｍｍ−４ｍｍの表面を備える全面に対して塗布された。
【００２２】
３ａ．オーブン内の塗布された金属ペーストの乾燥：２に従って印刷されたＤＣＢ基板は、（重力測定により決定される）金属ペーストに含まれる元々の有機溶剤に基づいて、＜０．５％重量の金属ペーストの残留溶剤量を除いて、１３０℃オーブン温度の窒素雰囲気下で乾燥された。乾燥プロセスは、１５分を必要とした。
【００２３】
３ｂ．ＩＲ放射の下で塗布された金属ペーストの乾燥：２に従って印刷されたＤＣＢ基板は、３０ｃｍの長さのＮＩＲエミッタ、３０ｗ／ｃｍの出力、２００９℃のフィラメント温度、および１０ｃｍの距離から、空中内の金属ペーストから１１００ｎｍのピーク波長で放射され、従って、（重力測定により決定される）金属ペーストに元々含まれる有機溶剤に基づいて、＜０．５％重量の残留溶剤量を除いて、有機溶剤が不要であった。ＩＲ放射により単独で行われた乾燥プロセスは、１．５分を必要とした。
【００２４】
４ａまたは４ｂ．それぞれサンドイッチ構造の製造：シリコンチップは、それぞれ、ＤＣＢ基板のジョイントオーバーラップサーフェス(joint overlap surface)を備えるサンドイッチ構造を形成することにより４ｍｍ−４ｍｍの銀接触面を有し、１３０℃で金属ペーストに取り付けられた。
【００２５】
５．それぞれ、４ａまたは４ｂにより製造されたサンドイッチ構造の加圧焼結：それぞれ４ａまたは４ｂで作られたサンドイッチ構造は、２３０℃で、加熱焼結プレスを用いて空気雰囲気下で１０ＭＰａの押圧力２分間加圧焼結された。冷却後、接着は、せん断強度を介して決定された。それにより、シリコンチップは、２６０℃で０．３ｍｍ／ｓの速度で、せん断チゼルによりせん断された。力は、測定ボックス（ＤＡＧＥ、ドイツのデバイスＤＡＧＥ２０００）により記録された。約２０Ｎ／ｍｍ２のせん断強度は、満足な結果を表す。
測定されたせん断強度５ａ：６２Ｎ／ｍｍ２
測定されたせん断強度５ｂ：６４Ｎ／ｍｍ２
【国際調査報告】
2020517829.tif 000003
2020517829.tif 000004
2020517829.tif 000005
2020517829.tif 000006
2020517829.tif 000007
2020517829.tif 000008