(57)【要約】高融点金属を有する第一金属成分；  低融点金属を有する第二金属成分；  脂肪酸、任意選択的にアミン、任意選択的にトリグリセリド、及び任意選択的に添加剤を有する熱伝導性接着材料。前記接着材料の製造方法、並びに電子部品を基材に接着するためのそれの使用も提供される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
・高融点金属を含む第一金属成分；
・低融点金属を含む第二金属成分であって、前記低融点金属が、前記高融点金属と反応して、温度Ｔ１で金属間化学種を形成することができる、第二金属成分；
・脂肪酸；
・任意選択的に、第三級アミン；
・任意選択的に、トリグリセリド；  及び
・任意選択的に、添加剤、
を含む、粒子混合物組成物。
【請求項２】
希釈剤及び有機系添加剤を実質的に含まない、請求項１に記載の粒子混合物組成物。
【請求項３】
前記脂肪酸が室温で液状である、請求項１または２に記載の粒子混合物組成物。
【請求項４】
前記脂肪酸が、第二金属成分の鉛不含ハンダリフロー温度を超える沸点を有する、請求項１〜３のいずれか一つに記載の粒子混合物組成物。
【請求項５】
前記脂肪酸が２１８℃を超える沸点を有する、請求項１〜３のいずれか一つに記載の粒子混合物組成物。
【請求項６】
前記脂肪酸が、次式を有する化合物を含む、請求項１〜５のいずれか一つに記載の粒子混合物組成物。
【化１】
2020523487.tif 000015
［式中、Ｒ１は、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ２〜３８）アルキル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ２〜３８）アルケニル、及び置換されていないかもしくは置換された（Ｃ２〜３８）アルキニルからなる群から選択される。］
【請求項７】
脂肪酸がオクタン酸を含む、請求項１〜５のいずれか一つに記載の粒子混合物組成物。
【請求項８】
更にアミンを含む、請求項１〜７のいずれか一つに記載の粒子混合物組成物。
【請求項９】
前記アミンが室温で液状である、請求項８に記載の粒子混合物組成物。
【請求項１０】
前記アミンが、第二金属成分の鉛不含ハンダリフロー温度を超える沸点を有する、請求項８または９に記載の粒子混合物組成物。
【請求項１１】
前記アミンが２１８℃を超える沸点を有する、請求項８または９に記載の粒子混合物組成物。
【請求項１２】
前記脂肪酸及びアミンが、混合された時に、室温で液体を形成する、請求項８〜１１のいずれか一つに記載の粒子混合物組成物。
【請求項１３】
前記アミンが、次式を有する化合物を含む、請求項８〜１２のいずれか一つに記載の粒子混合物組成物。
【化２】
2020523487.tif 000016
［式中、
Ｘは、置換されていないかまたは置換された（Ｃ１〜６）アルキレンからなる群から選択され；  そして
Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びＲ５は、それぞれ独立して、水素、ヒドロキシル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）アルキル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）アルケニル、及び置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）アルキニルからなる群から選択される。］
【請求項１４】
Ｘがプロピレンである、請求項１３に記載の粒子混合物組成物。
【請求項１５】
Ｘがエチレンである、請求項１３に記載の粒子混合物組成物。
【請求項１６】
Ｒ２が、ヒドロキシル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルキル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルケニル、及び置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルキニルからなる群から選択される、請求項１３〜１５のいずれか一つに記載の粒子混合物組成物。
【請求項１７】
Ｒ３が、ヒドロキシル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルキル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルケニル、及び置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルキニルからなる群から選択される、請求項１３〜１６のいずれか一つに記載の粒子混合物組成物。
【請求項１８】
Ｒ４が、ヒドロキシル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルキル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルケニル、及び置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルキニルからなる群から選択される、請求項１３〜１７のいずれか一つに記載の粒子混合物組成物。
【請求項１９】
Ｒ５が、ヒドロキシル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルキル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルケニル、及び置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルキニルからなる群から選択される、請求項１３〜１８のいずれか一つに記載の粒子混合物組成物。
【請求項２０】
Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びＲ５がそれぞれヒドロキシルである、請求項１３〜１５のいずれか一つに記載の粒子混合物組成物。
【請求項２１】
前記アミンが、ｎ，ｎ，ｎ’，ｎ’−テトラキス（２−ヒドロキシエチル）エチレンジアミンまたはｎ，ｎ，ｎ’，ｎ’−テトラキス（２−ヒドロキシプロピル）エチレンジアミンを含む、請求項８〜１２のいずれか一つに記載の粒子混合物組成物。
【請求項２２】
前記アミンが、式ＮＲ１０Ｒ１１Ｒ１２を有する化合物を含み、ここで、Ｒ１０、Ｒ１１及びＲ１２は、それぞれ独立して、水素、ヒドロキシル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）アルキル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）アルケニル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）アルキニル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルキル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルケニル、及び置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルキニルからなる群から選択される、請求項８〜１２のいずれか一つに記載の粒子混合物組成物。
【請求項２３】
更にトリグリセリドを含む、請求項１〜２２のいずれか一つに記載の粒子混合物組成物。
【請求項２４】
前記トリグリセリドが次式を有する化合物を含む、請求項２３に記載の粒子混合物組成物。
【化３】
2020523487.tif 000017
［式中、
Ｒ７、Ｒ８及びＲ９は、それぞれ独立して、脂肪酸から誘導される一価の基、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ２〜３８）アルキル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ２〜３８）アルケニル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ２〜３８）アルキニル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ２〜３８）カルボキシアルキル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ２〜３８）カルボキシアルケニル、及び置換されていないかもしくは置換された（Ｃ２〜３８）カルボキシアルキニルからなる群から選択される。］
【請求項２５】
Ｒ７、Ｒ８及びＲ９が、それぞれ独立して次式を有する化合物を含む、請求項２４に記載の粒子混合物組成物。
【化４】
2020523487.tif 000018
［式中、
Ｙは、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜２０）アルキレン及び置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜２０）アルケニレンからなる群から選択され；  そして
【化５】
2020523487.tif 000019
【請求項２６】
前記トリグリセリドがグリセリルトリオクタノエートを含む、請求項２３に記載の粒子混合物組成物。
【請求項２７】
シリカ；  金属粉末；  カーボンブラック；  酸化物系着色剤；  二酸化チタン；  マイクロバルーン；  マイクロスフィア；  チキソトロープ剤；  流動性制御剤；  接着促進剤；  酸化防止剤；  光安定化剤；  腐蝕防止剤；  界面活性剤；  及び消泡剤からなる群から選択される添加剤を更に含む、請求項１〜２６のいずれか一つに記載の粒子混合物組成物。
【請求項２８】
前記第一金属成分が、二種以上の高融点金属の混合物を含む、請求項１〜２９のいずれか一つに記載の粒子混合物組成物。
【請求項２９】
前記高融点金属または二種以上の高融点金属の混合物が、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｂｅ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｏ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１〜２８のいずれか一つに記載の粒子混合物組成物。
【請求項３０】
前記高融点金属が、第一の平均粒度分布を有する第一金属、及び第二の平均粒度分布を有する第二金属を含む、請求項１〜２９のいずれか一つに記載の粒子混合物組成物。
【請求項３１】
前記第一金属成分が、全固形物含有量を基準にして約３０質量％と約７０質量％との間の量で存在する、請求項１〜３０のいずれか一つに記載の粒子混合物組成物。
【請求項３２】
前記第二金属成分が、二種以上の低融点金属の混合物を含む、請求項１〜３１のいずれか一つに記載の粒子混合物組成物。
【請求項３３】
一種の低融点金属または二種以上の低融点金属の混合物が、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｅ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｐｏ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１〜３２のいずれか一つに記載の粒子混合物組成物。
【請求項３４】
前記第二金属成分が、Ｓｎ、Ａｇ及びＣｕの混合物を含む、請求項１〜３３のいずれか一つに記載の粒子混合物組成物。
【請求項３５】
前記第二金属成分が、キャリア金属を更に含む、請求項１〜３４のいずれか一つに記載の粒子混合物組成物。
【請求項３６】
前記キャリア金属が、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｐｂ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ａｕ、Ｎｉ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項３５に記載の粒子混合物組成物。
【請求項３７】
低融点金属が、全固形物含有量を基準にして約３５質量％と約６５質量％との間の量で前記第二金属成分中に存在し、ここで前記第二金属成分の残部はキャリア金属である、請求項１〜３６のいずれか一つに記載の粒子混合物組成物。
【請求項３８】
前記第二金属成分が、全固形物含有量を基準にして約１０質量％と約６０質量％との間の量で存在する、請求項１〜３７のいずれか一つに記載の粒子混合物組成物。
【請求項３９】
請求項１に記載の粒子混合物の製造方法であって、第一金属成分、第二金属成分及び脂肪酸を所定の比率で組み合わせて、これらの混合物を形成するステップを含む、前記方法。
【請求項４０】
・電子部品；
・基材；  及び
・電子部品の接合表面と基材の接合表面との間に配置された請求項１に記載の粒子混合物、
を含む、電子アセンブリ。
【請求項４１】
基材、粒子混合物及び電子部品の一つまたはそれ超を加熱して粒子混合物を焼結して、電子部品を基材に接着する、請求項４０に記載の電子アセンブリ。
【請求項４２】
電子部品が、ダイオード、トランジスタ、レジスタ、キャパシタ、トランスデューサ、センサー、集積回路、光電子デバイス、回路トレース及びデータ伝送ライン／ワイヤからなる群から選択される、請求項４０及び４１のいずれか一つに記載の電子アセンブリ。
【請求項４３】
基材が、ケイ素、銅、アルミニウム、ポリマー性樹脂、二酸化ケイ素、金属、ドープした二酸化ケイ素、窒化ケイ素、タンタル、ポリシリコン、セラミック、アルミニウム／銅混合物、ヒ化ガリウム、金属表面でコーティングされたケイ素基材、窒化金属、低誘電率材料、及びＩＩＩ／Ｖ族化合物からなる群から選択される、請求項４０〜４２のいずれか一つに記載の電子アセンブリ。
【請求項４４】
電子部品を基材に接着させる方法であって、
・電子部品の接合可能な表面と、基材の接合可能な表面との間に請求項１に記載の粒子混合物を施与するステップ；  及び
・基材、粒子混合物及び電子部品のうちの一つまたはそれ超を加熱して粒子混合物を焼結することによって、電子部品を基材に接着させるステップ；
を含む前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属組成物、それの製造方法及びその使用に関する。より具体的には、本発明は、向上した安定性、熱応力に対する耐性、材料間の熱膨張（ＣＴＥ）ミスマッチを軽減する能力、長くなった可使時間、空隙フリーのボンドライン及び高い有効熱伝導率を有する相互接続された伝導性金属ネットワークを形成することによって、集積回路部品及び／または半導体パッケージングにまたはそれらの間に電気及び／または熱接続を供するのに有用な金属及び金属合金のブレンドされた調合物を含む金属製遷移液相焼結組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロニクス工業は、より小さなフォームファクターでより高い性能及び機能性に向かって推進している。製造レベルでは、これらの推進力の結果、より効率のよい回路経路決定、パッケージングの層の除去及び精巧な設計材料をサポートするより小さな回路図形、設計及び製造方法が現れている。これらの傾向によって難化した問題には、温度管理、及び異なった材料の密接な並置によって発生した熱機械的応力の管理などが含まれる。
【０００３】
遷移液相焼結（ＴＬＰ）組成物は、慣用の電気及び／または熱伝導性材料の代替品として、電子部品のアセンブリ、面内回路トレース、異なる面上での回路トレースの相互接続、パッケージング素子上へのパッケージされていない集積回路ダイの組み立てなどを初めとした幅広い様々な用途に使用されてきた。例えば、ＵＳ７，８８８，４１１（特許文献１）、ＵＳ６，７１６，０３６（特許文献２）、ＵＳ５，９８０，７８５（特許文献３）、ＵＳ５，９４８，５３３（特許文献４）、ＵＳ５，９２２，３９７（特許文献５）、ＵＳ５，８５３，６２２（特許文献６）、ＵＳ５，７１６，６６３（特許文献７）及びＵＳ５，８３０，３８９（特許文献８）を参照されたい。なお、これらの文献の内容は、その全てが本明細書中に掲載されたものとする。
【０００４】
鉛フリーハンダ、ナノ焼結ペースト、伝導性接着剤及び既存のＴＬＰＳペースなどの様々な電子デバイス接着材料が、半導体をそれらの基材に接着するために現在使用されている。しかし、ハンダは、リフロー後に熱的に安定した状態にならず；  ナノ焼結ペーストは加工が簡単でなく、典型的には圧力を高めることが必要であり；  そして伝導性接着剤は金属界面を形成せず、その結果、熱転写が貧弱となる。
【０００５】
半導体ダイを基材に接着し、次いで更に加工して完全にパッケージされた半導体ダイコンポーネントを製造するためには、ハンダが一般的に使用されてきた。このようなコンポーネントは、次いで通常は、他のエレクトロニクスコンポーネントと一緒に印刷回路基板に接着されて、電子デバイスが形成される。最も典型的には、電子コンポーネントと印刷回路基板との間の二次接続を形成するためにもハンダが使用される。完全にパッケージされた半導体ダイコンポーネント内のハンダ接続が、次のアセンブリサイクルの間に再溶融しないようにするためには、基材への半導体ダイの接着のためには、プリント回路基板への接続に使用したものよりも高い融点を有するハンダを選択する必要がある。回路基板への電子コンポーネントの接着に通常使用される鉛フリーハンダの溶融温度を実質的に上回る溶融温度（＞２５℃）を有するハンダは、高鉛含有率または高金含有率を有するものに限られる。半導体ダイ接着に毒素である鉛の使用の排除は、益々狭い範囲の用途に制限されつつある。金ハンダの使用は、完全にパッケージされた半導体ダイコンポーネントの製造に実質的なコストを付加する。
【０００６】
更に、現在入手可能なＴＬＰＳペーストは、典型的には、融剤キャリア及び／またはレオロジー調節剤としての揮発性溶剤キャリアを含んでいる。粘度の調節には有用であるものの、このような溶剤系調合物は、溶剤ブリードアウト（すなわち、材料が、それの初期堆積物から流れ出る傾向）を被り、これは、それらの使用可能性を或る種の用途（例えば、タイトピッチ用途）に制限する。加えて、このような調合物は、高い空隙含有率を結果として招き得、これは、溶剤が熱加工中に除去されるために発生する。これを克服するために、現行の戦略は、多くの場合に、溶剤除去の後に空隙を埋めるためにバインダーケミストリーに液状樹脂を更に組み入れることを含む。しかし、その結果、樹脂リッチな領域が生じ、これは、熱経路の全体的な効率を低下させる。
【０００７】
既知の組成物では、大体積製造環境中での慣用の使用期間にわたって流動状態を維持するペーストタイプの稠度の組成物を調製するためには典型的には希釈剤が使用される。この希釈剤は、従来は、溶剤、非溶媒和揮発性液体、樹脂またはこれらの組み合わせである。溶剤または非溶媒和揮発性液体が使用される場合では、接合材料の熱加工の間の溶剤の放出は、ボンドライン中に空隙ポケットを生成する虞があり、これは、有効伝導性領域及び体積の減少並びにそれに伴う電気的及び熱的伝導性性能の低下を招く。これとは反対に、流動状態を供するために非揮発性有機樹脂が使用される場合は、このような樹脂は、接合部の熱的加工の後に非液状にする必要があり、そして接合部のかなりの体積分率を占め得、その結果、この場合もまた、有効伝導性領域及び体積の減少並びにそれに伴う電気的及び熱的伝導性性能の低下が生じる。
【０００８】
希釈剤を組み入れることの他、既知の組成物は、従来は、特定の用途のための電子デバイスの大堆積製造を容易にする特質を供するために、従来は、有機添加剤を含む。これらの特質は、特定の用途によって変化するが、流動性、粘着剤、レオロジー、懸濁、蒸発速度、潤滑性、表面張力、乳化、脱気などの特徴を含み得る。このような化学的添加剤の使用は、特定の利用性を供しつつも、集合して、該組成物から形成された加工された接合部中の金属の体積含有率を効果的に減少させ、それ故、実質的に金属からなるものと比べて接合部の有効電気的及び熱的伝導性を低下させる虞もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＵＳ７，８８８，４１１
【特許文献２】ＵＳ６，７１６，０３６
【特許文献３】ＵＳ５，９８０，７８５
【特許文献４】ＵＳ５，９４８，５３３
【特許文献５】ＵＳ５，９２２，３９７
【特許文献６】ＵＳ５，８５３，６２２
【特許文献７】ＵＳ５，７１６，６６３
【特許文献８】ＵＳ５，８３０，３８９
【特許文献９】ＵＳ８８４０７００
【特許文献１０】ＵＳ９５８３４５３
【特許文献１１】ＵＳ７８５８０７４
【特許文献１２】ＵＳ６８５５７７６
【特許文献１３】ＵＳ６８３１１３６
【特許文献１４】ＵＳ２００５／２５６２６２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、新しい電気及び／または熱伝導性材料、より具体的には電気及び／または熱伝導性接合材料への要望が絶えず存在している。特に、電子デバイス加工スキーム内での様々なクリティカルな接合において、低廉で、強く、低プロセス温度でかつ信頼性のある電気的及び熱的相互接続の方策を供する、電気及び／または熱伝導性材料を提供することは有利であろう。更に、環境破壊及び毒物（例えば、鉛、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）など）の濃度が減少した電気及び／または熱伝導性材料を提供することは有利であろう。更に、焼結した時に僅かな空隙を生じるかまたは空隙を生じない電気及び／または熱伝導性材料を提供することは有利であろう。更に、長い可使時間またはポットライフ（例えば、少なくとも約５時間、少なくとも約１０時間、少なくとも約２０時間など）を有する電気及び／または熱伝導性材料を提供することは有利であろう。更に、溶剤含有率が低い電気及び／または熱伝導性材料を提供することは有利であろう。特に、電気及び／または熱伝導性材料であって、長い可使時間またはポットライフを低溶剤含有率と兼ね備え、そうしてこのような組成物から形成された接合部が、加工の後に、性能を劣化させる残留有機含有率は僅でそして主に金属から組成されるようにする材料を提供することは有利であろう。本開示は、このようなニーズに応えるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この観点の一つでは、本発明は、高融点金属を含む第一金属成分；  低融点金属を含む第二金属成分；  脂肪酸；  任意選択のアミン、任意選択のトリグリセリド、及び任意選択の添加剤を含む粒子混合物であって、前記低融点金属が、前記高融点金属と反応して、温度Ｔ１において金属間化学種を形成することができる、粒子混合物に関する。或る態様では、該粒子混合物組成物は、希釈剤及び有機添加剤を実質的に含まない。他の態様では、該粒子混合物は、第一金属成分；  第二金属成分；  脂肪酸；  任意選択のアミン；  任意選択のトリグリセリド；  任意選択の添加剤；  及び少量の不純物から本質的になる。このような組成物は、良好な加工性、非常に低い空隙形成、及び典型的な伝導性を有するペーストを容易に提供する。本組成物の熱で活性化されて乾燥する性質の故に、生じるボンドラインは、極めて高い金属負荷レベル（例えば＞９５％）及び驚くべき程に高い熱伝導性（例えば４５Ｗ／ｍ−Ｋ超）を有することができる。
【００１２】
この観点の他では、本発明は、本発明の粒子混合物を製造する方法に関する。該方法は、第一金属成分、第二金属成分及び脂肪酸を所定の比率で組み合わせて、これらの混合物を形成するステップを含む。
【００１３】
この観点の更に他では、本発明は、本発明の粒子混合物を用いて形成した電子アセンブリに関する。該電子アセンブリは、電子部品及び基材を含み、ここで上記粒子混合物は、電子部品の接合表面と、基材の接合表面との間に堆積される。
【００１４】
この観点の更に他では、本発明は、本発明の粒子混合物を用いて、電子部品を基材に接着する方法に関する。該方法は、電子部品の接合可能な表面と基材の接合可能な表面との間に該粒子混合物を施与し；  そして前記基材、粒子混合物及び電子部品の一つ以上を加熱して粒子混合物を焼結し、それによって電子部品を基材に接着するステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、例５及び比較例２のブリードアウトを示す試験ビヒクルの画像を示す。
【図２】図２は、図１のデータについて、時間の関数としてのブリードアウトからの半径成長のグラフを示す。定義  他に記載がなければ、本明細書及び特許請求の範囲で使用される以下の用語は、本願の目的では以下の意味を有する。
【００１６】
本出願において、他に具体的に記載がなければ、単数形の使用は複数形も包含し、単数形は「少なくとも一つ（一種）」を意味する。更に、「包含する」という記載、並びに「包含される」などの他の形態の使用は限定的ではない。また、「素子」または「部品」（もしくは「コンポーネント」）等の用語は、他に具体的に記載がなければ、一つの構成単位を含む素子または部品、または１超の構成単位を含む素子または部品の両方を内包する。本願で使用する場合、他に記載がなければ、「及び」という接続詞は、包括的であることが意図され、そして「または」という接続詞は、排他的であることを意図していない。例えば、「または、代替的に」というフレーズは、排他的であることを意図している。本願で使用する場合、「及び／または」という記載は、単一の要素の使用を包含する先行して記載される要素の任意の組み合わせを指す。
【００１７】
「約」または「おおよそ」という用語は、測定可能な数値的な変数に関して使用される場合は、変数の表示した値を指し、そして表示した値の実験的誤差内（例えば、平均の９５％信頼限界内）または表示した値の±１０パーセント内のいずれか広い方の範囲内の変数の全ての値を指す。
【００１８】
「４５〜５５」などの数値範囲は、いずれも場合でも、規定の範囲中のそれぞれの整数を指すものであり；  例えば「４４〜５５％」は、百分率が、５５％を包含してそれまでの４５％、４６％等々であり得ることを意味する。本願に記載の範囲が、「１．２％〜１０．５％」などの小数値を包含する場合には、この範囲は、規定の範囲に示される最小の増分の各々の小数値を指すものであり；  例えば「１．２％〜１０．５％」は、百分率が、１０．５％を包含してそれまでの１．２％、１．３％、１．４％、１．５％等々であり得ることを意味し；  他方、「１．２０％〜１０．５０％」は、百分率が１０．５０％を包含してそれまでの１．２０％、１．２１％、１．２２％、１．２３％等々であり得ることを意味する。
【００１９】
本願で使用する場合、「実質的」という記載は、大部分のことを指す。例えば、「実質的に全て」とは、典型的には少なくとも約９０％、多くの場合に少なくとも約９５％、しばしば少なくとも９９％、大抵は少なくとも約９９．９％のことを指す。
【００２０】
「合金」という用語は、二種以上の金属、場合によっては及び追加の非金属を含む混合物であって、合金の元素が、溶融した時に一緒に溶融または互い中に溶解し合っている混合物を指す。合金組成物について本願で使用する表示法は、フォーワードスラッシュ（「／」）で隔てたそれらのＩＵＰＡＣ記号を用いて二つ以上の元素を列挙するものである。記載してある場合には、合金中の元素の割合は、合金中の元素の重量パーセントに対応する下付文字によって示している。例えば、Ｓｎ／Ｂｉは、スズ（Ｓｎ）とビスマス（Ｂｉ）の合金を表し、この際、これは、これらの二種の元素の任意の割合であることができる。Ｓｎ（６０）／Ｂｉ（４０）は、スズを６０重量％及びビスマスを４０重量％含む、スズとビスマスとの具体的な合金を表す。合金中の元素（複数可）の重量パーセントに範囲が与えられている場合は、この範囲は、元素が、記載の範囲内の任意の量で存在し得ることを示している。例えば、Ｓｎ（７０〜９０）／Ｂｉ（１０〜３０）とは、スズを７０重量％〜９０重量％、及びビスマスを１０重量％〜３０重量％含む合金を指す。それ故、「Ｓｎ（７０〜９０）／Ｂｉ（１０〜３０」によって内包される合金は、限定はされないが次の合金を包含する：Ｓｎ（７０）／Ｂｉ（３０）、Ｓｎ（７１）／Ｂｉ（２９）、Ｓｎ（７２）／Ｂｉ（２８）、Ｓｎ（７３）／Ｂｉ（２７）、Ｓｎ（７４）／Ｂｉ（２６）、Ｓｎ（７５）／Ｂｉ（２５）、Ｓｎ（７６）／Ｂｉ（２４）、Ｓｎ（７７）／Ｂｉ（２３）、Ｓｎ（７８）／Ｂｉ（２２）、Ｓｎ（７９）／Ｂｉ（２１）、Ｓｎ（８０）／Ｂｉ（２０）、Ｓｎ（８１）／Ｂｉ（１９）、Ｓｎ（８２）／Ｂｉ（１８）、Ｓｎ（８３）／Ｂｉ（１７）、Ｓｎ（８４）／Ｂｉ（１６）、Ｓｎ（８５）／Ｂｉ（１５）、Ｓｎ（８６）／Ｂｉ（１４）、Ｓｎ（８７）／Ｂｉ（１３）、Ｓｎ（８８）／Ｂｉ（１２）、Ｓｎ（８９）／Ｂｉ（１１）、及びＳｎ（９０）／Ｂｉ（１０）。更に、Ｓｎ（７０−９０）／Ｂｉ（１０−３０）は、Ｓｎ及びＢｉ元素の特定の割合が、７０から増加して９０重量％まで変化するＳｎの割合及び逆に３０から減少して１０重量％まで変化するＢｉの割合を含んで、Ｓｎ（７０）／Ｂｉ（３０）からＳｎ（９０）／Ｂｉ（１０）まで変わり得る。
【００２１】
本願で使用する場合、「溶融温度」または「融点」という用語は、固形物が大気圧下に液状となる温度（点）を指す。
【００２２】
本願で使用する場合、「高溶融温度金属」、「高融点金属」または「ＨＭＰ金属」とは、約４００℃以上の溶融温度を有する金属のことを言う。ＨＭＰ金属には、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｂｅ、Ｒｈ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ及びＰｔが包含される。典型的には、本組成物中に使用されるＨＭＰ金属は、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｌ、ＮｉまたはＰｔであり、最も頻繁にはＨＭＰ金属はＣｕ、ＮｉまたはＡｇである。
【００２３】
本願で使用する場合、「低溶融温度金属」、「低融点金属」または「ＬＭＰ金属」とは、約４００℃未満の溶融温度を有する金属のことである。例示的なＬＭＰ金属には、これらの金属の合金中のＳｎ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｅ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｐｏ、Ｐｂ、Ｃｄ、及びＰｏが包含される。典型的には、本組成物中に使用されるＬＭＰ金属は、合金中のＳｎ、Ｇａ、ＩｎまたはＺｎであり、最も頻繁にはＬＭＰは、合金中のＳｎである。
【００２４】
「示差走査熱量測定」（ＤＳＣ）という用語は、試料及び対照の温度を高めるのに必要な熱量の差を温度の関数として測定する熱分析方法のことである。ＤＳＣは、合金粒子の溶融挙動、並びに金属及び合金を用いて調合されたＴＬＰＳペーストの反応シグネチャを検証するために使用される。
【００２５】
「焼結」という用語は、金属粉末粒子の隣接する表面が加熱によって結合されるプロセスのことを指す。「液相焼結」とは、固形の粉末粒子が液相と共存している焼結の一形態を指す。混合物の緻密化及び均一化は、金属が互い中に拡散して新しい合金及び／または金属間化学種を形成した時に起こる。
【００２６】
「遷移的液相焼結法」または「ＴＬＰＳ」では、固形合金及び／または金属間化学種の混合物を形成する金属の均一化の結果として、液相がほんの短時間だけ存在する。この液相は、周りを取り囲む固相中に非常に高い可溶性を有し、そうして固形物中に迅速に拡散し、そして結局は固化する。拡散均一化は、ＨＭＰ金属の固相線温度超に混合物を加熱する必要なく、最終の組成物を生成する。
【００２７】
「熱膨張係数」または「ＣＴＥ」は、物質の熱力学的特性を記載するタイプの用語である。ＣＴＥは、温度の変化を材料の線形寸法の変化に関連づけるものである。
【００２８】
本願で使用する「加工温度」または「Ｔ１」という用語は、ＴＬＰＳ組成物に関して、二つの反応性金属（例えばＣｕ及びＳｎ）が金属間化学種を形成する温度である。Ｔ１は、例えば、約１００℃と約３００℃との間であることができ、典型的には、約１２０℃と約２６０℃との間である。
【００２９】
「金属間化合物」または「金属間化学種」という用語は、構成分となる金属のものとは異なる一定の構造を持つ或る特定の割合の二種以上の金属原子から構成された固形材料のことを言う。
【００３０】
ここで使用する場合、「Ｃｘ〜ｙ」は、鎖中の炭素数を指定する。例えば、（Ｃ１〜６）アルキルは、炭素数が１と６との間の鎖を有するアルキル鎖を指す（例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル及びヘキシル）。他に具体的に記載がない限り、鎖は線状または分岐状であることができる。
【００３１】
ここで使用する場合、「アルキル」は、線状または分岐鎖状飽和ヒドロカルビル置換基（すなわち、一般式ＣｎＨ（２ｎ＋２）（ｎは炭素原子数）を有する線状または分岐鎖状飽和炭化水素から一つの水素を除いて得られる残基）を意味する。一つの態様では、１〜６個の炭素原子；  他の態様の一つでは、１〜４個の炭素原子；  更に別の態様の一つでは１〜３個の炭素原子。このような置換基の非限定的な例には、メチル、エチル、プロピル（ｎ−プロピル及びイソプロピルなど）、ブチル（ｎ−ブチル、イソブチル、ｓｅｃ−ブチル及びｔｅｒｔ−ブチルなど）、ペンチル、イソアミル、ヘキシル及び類似物などが挙げられる。アルキル基は、任意選択的に、各々の水素のところで置換されていてもよい。
【００３２】
ここで使用する場合、「ヘテロアルキル」という用語は、炭素鎖中に一つまたは複数のヘテロ原子を有するアルキルを意味し、ここで各々のヘテロ原子は、独立して、ＮＲ（Ｒは水素、アルキル、ヘテロアルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールまたはヘテロアリールである）、またはＲは存在しない；  ＮＯ；  Ｓ；  ＳＯ；  ＳＯ２；  及びＯから選択される。
【００３３】
ここで使用する場合、「アルケニル」は、少なくとも一つの炭素−炭素二重結合を有する線状または分岐鎖状でモノまたはポリ不飽和のヒドロカルビル置換基を意味する（すなわち、少なくとも一つの炭素−炭素二重結合を有する線状または分岐鎖状モノまたはポリ不飽和の炭化水素から一つの水素から除去して得られた置換基）。一つの態様では、２〜６個の炭素原子；  他の態様の一つでは、２〜４個の炭素原子；  更に別の態様の一つでは２〜３個の炭素原子。このような置換基の非限定的な例には、ビニル、プロペニル、イソプロペニル、ブテニル、イソブテニル、プレニル、ブタジエニル、ペンテニル、イソペンテニル、ペンタジエニル、ヘキセニル、イソヘキセニル、ヘキサジエニル、ヘプテニル、オクテニル、ノネニル、デセニル、ウンデセニル、ドデセニル、及びトリデセニル及び類似物などが挙げられる。アルケニル基は、任意選択的に、各々の水素のところで置換されていてもよい。
【００３４】
ここで使用する場合、「ヘテロアルケニル」という用語は、炭素鎖中に一つまたは複数のヘテロ原子を有するアルケニルを意味し、ここで各々のヘテロ原子は、独立して、ＮＲ（Ｒは水素、アルキル、ヘテロアルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールまたはヘテロアリールである）、またはＲは存在しない；  ＮＯ；  Ｓ；  ＳＯ；  ＳＯ２；  及びＯから選択される。
【００３５】
ここで使用する場合、「アルキニル」は、少なくとも一つの炭素−炭素三重結合を有する線状または分岐鎖状でモノまたはポリ不飽和のヒドロカルビル置換基を意味し、そして一つまたは複数の炭素−炭素二重結合を有してもよい（すなわち、少なくとも一つの炭素−炭素三重結合を有する線状または分岐鎖状モノまたはポリ不飽和の炭化水素から一つの水素から除去して得られた置換基）。一つの態様では、２〜６個の炭素原子；  他の態様の一つでは、２〜４個の炭素原子；  更に別の態様の一つでは２〜３個の炭素原子。このような置換基の非限定的な例には、エチニル、プロピニル、ブチニル、ペンチニル、ヘキシニル、ヘプチニル、オクチニル、ノニル、及びデシニル及び類似物などが挙げられる。アルキニル基は、任意選択的に、各々の水素のところで置換されていてもよい。
【００３６】
ここで使用する場合、「ヘテロアルキニル」という用語は、炭素鎖中に一つまたは複数のヘテロ原子を有するアルキニルを意味し、ここで各々のヘテロ原子は、独立して、ＮＲ（Ｒは水素、アルキル、ヘテロアルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールまたはヘテロアリールである）、またはＲは存在しない；  ＮＯ；  Ｓ；  ＳＯ；  ＳＯ２；  及びＯから選択される。
【００３７】
ここで使用する場合、「シアノ」は、三重結合によって窒素原子に結合した炭素原子からなる官能基を意味する。
【００３８】
ここで使用する場合、「シアノアルキル」は、水素のうちの一つまたは複数がシアノによって置き換えられたアルキルを意味する。シアノアルキル基は、任意選択的に、各々の水素のところで置換されていてもよい。
【００３９】
ここで使用される場合、「アルコキシ」は、線状または分岐鎖状飽和ヒドロカルビル置換基（すなわち、一つの水素を除去することにより炭化水素から得られる置換基）から誘導される官能基であって、酸素原子に結合されたものである。一つの態様では、具体的に他に記載がなければ、「アルコキシ」は１個〜６個の炭素原子を有する（すなわちＣ１〜６）アルコキシ）。他の態様の一つでは、具体的に他に記載がなければ、「アルコキシ」は１個〜３個の炭素原子を有する（すなわちＣ１〜３）アルコキシ）。このようなアルコキシ基の非限定的な例は、メトキシ、エトキシ、プロポキシ（ｎ−プロポキシ及びイソプロポキシなど）、ブトキシ（ｎ−ブトキシ、イソブトキシ、ｓｅｃ−ブトキシ及びｔｅｒｔ−ブトキシなど）、ペントキシ及び類似物である。アルコキシ基は、任意選択的に、各々の水素のところで置換されていてもよい。
【００４０】
ここで使用する場合、「ヘテロアルコキシ」という用語は、炭素鎖中に一つまたは複数のヘテロ原子を有するアルコキシを意味し、ここで各々のヘテロ原子は、独立して、ＮＲ（Ｒは水素、アルキル、ヘテロアルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールまたはヘテロアリールである）、またはＲは存在しない；  ＮＯ；  Ｓ；  ＳＯ；  ＳＯ２；  及びＯから選択される。
【００４１】
ここで使用する場合、「シアノアルコキシ」は、水素のうちの一つまたは複数がシアノによって置き換えられたアルコキシを意味する。
【００４２】
ここで使用する場合、「アルコキシアルキル」は、水素のうちの一つまたは複数がアルコキシによって置き換えられたアルキルを意味する。
【００４３】
ここで使用する場合、「シアノアルコキシアルキル」は、水素のうちの一つまたは複数がシアノアルコキシによって置き換えられたアルキルを意味する。
【００４４】
ここで使用する場合、「シクロアルキル」は、単環式、二環式または多環式飽和ヒドロカルビルを意味する（すなわち、一般式ＣｎＨ２（ｎ＋１−ｒ）（ｎは炭素原子数であり、ｒは環数である）を有する単環式、二環式または多環式飽和炭化水素から一つの水素を除いて得られる置換基）。それ故、シクロアルキルは、典型的には３〜７個の環原子を有する単環であってよい。例には、次ものには限定されないが、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル及びシクロヘキシルなどが挙げられる。代替的に、２または３個の環が互いに縮合してもよく、例えばビシクロデカニル及びデカリニルである。「シクロアルキル」という用語には、橋掛けされたビシクロアルキル系が包含され、例えば次のものに限定されないが、ビシクロ［２．２．１］ヘプタン及びビシクロ［１．１．１］ペンタンなどである。シクロアルキル基は、任意選択的に、各々の水素のところで置換されていてもよい。
【００４５】
ここで使用する場合、「ヘテロシクロアルキル」という用語は、炭素鎖中に一つまたは複数のヘテロ原子を有するシクロアルキルを意味し、ここで各々のヘテロ原子は、独立して、ＮＲ（Ｒは水素、アルキル、ヘテロアルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールまたはヘテロアリールである）、またはＲは存在しない；  ＮＯ；  Ｓ；  ＳＯ；  ＳＯ２；  及びＯから選択される。
【００４６】
ここで使用する場合、「シクロアルケニル」は、少なくとも一つの炭素−炭素二重結合を有する単環式、二環式または多環式ヒドロカルビルを意味する（すなわち、少なくとも一つの炭素−炭素二重結合を有する単環式、二環式または多環式のモノもしくはポリ不飽和炭化水素から一つの水素を除去して得られる置換基）。それ故、シクロアルケニルは、典型的には３〜７個の環原子を有する単環であってよい。代替的に、２または３個の環が互いに縮合してもよい。「シクロアルケニル」という用語には、橋掛けされたビシクロアルケニル系も包含される。例には、次のものには限定されないが、ノルボルネニル、インデン−１−イル、インデン−２−イル、及びインデン−３−イル及び類似物などが挙げられる。シクロアルケニル基は、任意選択的に、各々の水素のところで置換されていてもよい。
【００４７】
ここで使用する場合、「ヘテロシクロアルケニル」という用語は、炭素鎖中に一つまたは複数のヘテロ原子を有するシクロアルケニルを意味し、ここで各々のヘテロ原子は、独立して、ＮＲ（Ｒは水素、アルキル、ヘテロアルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールまたはヘテロアリールである）、またはＲは存在しない；  ＮＯ；  Ｓ；  ＳＯ；  ＳＯ２；  及びＯから選択される。
【００４８】
ここで使用する場合、「シクロアルキニル」は、少なくとも一つの炭素−炭素三重結合を有する単環式、二環式または多環式ヒドロカルビルを意味する（すなわち、少なくとも一つの炭素−炭素三重結合を有する単環式、二環式または多環式のモノもしくはポリ不飽和炭化水素から一つの水素を除去して得られる置換基）。それ故、シクロアルキニルは、典型的には３〜７個の環原子を有する単環であってよい。代替的に、２または３個の環が互いに縮合してもよい。「シクロアルキニル」という用語には、橋掛けされたビシクロアルキニル系も包含される。例には、次ものには限定されないが、シクロブチニル、シクロペンチニル及びシクロヘキシニルなどが挙げられる。シクロアルキニル基は、任意選択的に、各々の水素のところで置換されていてもよい。
【００４９】
ここで使用する場合、「ヘテロシクロアルキニル」という用語は、炭素鎖中に一つまたは複数のヘテロ原子を有するシクロアルキニルを意味し、ここで各々のヘテロ原子は、独立して、ＮＲ（Ｒは水素、アルキル、ヘテロアルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールまたはヘテロアリールである）、またはＲは存在しない；  ＮＯ；  Ｓ；  ＳＯ；  ＳＯ２；  及びＯから選択される。
【００５０】
ここで使用する場合、「アリール」は、一つまたは複数の環（これらの環は縮合していてもよい）を含む炭素環式芳香族系から誘導される官能基を意味する。上記環が縮合している場合は、これらの環のうちの一つは完全に不飽和である必要があり、そしてこのまたはこれらの縮合環は完全に飽和、部分的に不飽和または完全に不飽和であってよい。「縮合」という用語は、第一の環と二つの隣接する原子を共有する（すなわちシェアする）ことによって、第二の環が存在する（すなわち結合または形成する）ことを意味する。アリール基は、任意選択的に、置換されていてもよい。「アリール」という用語には、芳香族残基、例えばフェニル、ナフチル、テトラヒドロナフチル、インダニル、ビフェニル、アントラセニル、ベンゾ［ｂ］［１，４］オキサジン−３（４Ｈ）−オニル、２，３−ジヒドロ−１Ｈインデニル及び１，２，３，４−テトラヒドロナフタレニルなどが挙げられる。アリール基は、任意選択的に、各々の水素のところで置換されていてもよい。
【００５１】
ここで使用する場合、「ヘテロアリール」という用語は、炭素鎖中に一つまたは複数のヘテロ原子を有するアリールを意味し、ここで各々のヘテロ原子は、独立して、ＮＲ（Ｒは水素、アルキル、ヘテロアルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールまたはヘテロアリールである）、またはＲは存在しない；  ＮＯ；  Ｓ；  ＳＯ；  ＳＯ２；  及びＯから選択される。
【００５２】
ここで使用する場合、「シアノアリール」は、水素のうちの一つまたは複数がシアノによって置き換えられたアリールを意味する。
【００５３】
ここで使用する場合、「置換された」は、一つまたは複数の水素原子が、適当な官能基で置き換えられていることを意味する。炭素原子上での置換のために適した官能基には、次のものには限定されないが、重水素、ヒドロキシ、シアノ、アルキル（任意選択的に更に置換されている）、ヘテロアルキル（任意選択的に更に置換されている）、アルケニル（任意選択的に更に置換されている）、ヘテロアルケニル（任意選択的に更に置換されている）、アルキニル（任意選択的に更に置換されている）、ヘテロアルキニル（任意選択的に更に置換されている）、アルコキシ（任意選択的に更に置換されている）、ヘテロアルコキシ（任意選択的に更に置換されている）、シクロアルキル（任意選択的に更に置換されている）、ヘテロシクロアルキル（任意選択的に更に置換されている）、シクロアルケニル（任意選択的に更に置換されている）、ヘテロシクロアルケニル（任意選択的に更に置換されている）、シクロアルキニル（任意選択的に更に置換されている）、ヘテロシクロアルキニル（任意選択的に更に置換されている）、アリール（任意選択的に更に置換されている）、ヘテロアリール（任意選択的に更に置換されている）及び類似物などが挙げられる。窒素原子上での置換のために適した官能基には、次のものには限定されないが、重水素、アルキル（任意選択的に更に置換されている）、ヘテロアルキル（任意選択的に更に置換されている）、アルケニル（任意選択的に更に置換されている）、ヘテロアルケニル（任意選択的に更に置換されている）、アルキニル（任意選択的に更に置換されている）、ヘテロアルキニル（任意選択的に更に置換されている）、シクロアルキル（任意選択的に更に置換されている）、ヘテロシクロアルキル（任意選択的に更に置換されている）、シクロアルケニル（任意選択的に更に置換されている）、ヘテロシクロアルケニル（任意選択的に更に置換されている）、シクロアルキニル（任意選択的に更に置換されている）、ヘテロシクロアルキニル（任意選択的に更に置換されている）、アリール（任意選択的に更に置換されている）、ヘテロアリール（任意選択的に更に置換されている）及び類似物などが挙げられる。酸素原子上での置換のために適した官能基には、次のものには限定されないが、重水素、アルキル（任意選択的に更に置換されている）、ヘテロアルキル（任意選択的に更に置換されている）、アルケニル（任意選択的に更に置換されている）、ヘテロアルケニル（任意選択的に更に置換されている）、アルキニル（任意選択的に更に置換されている）、ヘテロアルキニル（任意選択的に更に置換されている）、シクロアルキル（任意選択的に更に置換されている）、ヘテロシクロアルキル（任意選択的に更に置換されている）、シクロアルケニル（任意選択的に更に置換されている）、ヘテロシクロアルケニル（任意選択的に更に置換されている）、シクロアルキニル（任意選択的に更に置換されている）、ヘテロシクロアルキニル（任意選択的に更に置換されている）、アリール（任意選択的に更に置換されている）、ヘテロアリール（任意選択的に更に置換されている）及び類似物などが挙げられる。
【００５４】
ここで使用する場合、「実質的に不含」とは、約０．５％未満、好ましくは約０．１％未満、より好ましくは約０．０５％未満を意味する。
【００５５】
ここで使用する場合、Ｃｒａｙ  Ｖａｌｌｅｙ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手できるＣＲＡＹＶＡＬＬＡＣTM Ｕｌｔｒａは、ポリアミド系チキソトロープ剤である。
【００５６】
ここに使用する章題は、文書構成の目的のものであって、記載の発明を限定するものと解釈するべきものではない。本願で引用する全ての文献または文献の一部、例えば限定はされないが特許、特許出願、記事、書籍及び協約は、いかなる目的に関してもそれらの全文が本明細書に掲載されたものとする。掲載されたものとする文献及び類似の資料の一つ以上が、本願明細書中の用語の定義と矛盾するように用語を定義する場合は、本出願が優先するものとする。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
上記の一般的な説明及び以下の詳細な説明は、どちらも実例および解説のためのものであり、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではないと理解されたい。
【００５８】
本発明は、長い可使時間またはポットライフを、低い溶剤含有率と兼ね備える電気及び／または熱伝導性接着材料に関する。それ故、本発明は、低溶剤含有率を利用しつつ、商業的な（例えば大体積）用途のための十分な可使時間と、機械的、電気的及び熱的特性とのユニークな組み合わせを有する接着材料を提供する。
［本発明の組成物］
本発明の組成物は、パッケージ素子への半導体ダイの接着における軟質ハンダ及び金属充填ポリマーの代替品である。該組成物の高い体積金属負荷量及び低い多孔度は、半導体と金属パッケージ素子との間の優れた機械的、電気的及び熱的相互接続性能を提供する。
【００５９】
本組成物では、連続的なネットワーク中への金属構成分の熱加工を容易にするための特定の有機構成分の使用の結果、好ましいペースト状の稠度を達成するために追加の希釈剤の使用を必要としないペースト状の組成物が得られる。更に、幾つかの態様では、使用された特定の有機構成分は、既知のハンダペースト及びＴＬＰＳ組成物中に使用される化学添加剤のうちの多くを導入不要ともする。その結果、本組成物から形成された接合部中の残留有機物含有率が、特に既知のＴＬＰＳ組成物と比べて減少し、これは、主として金属製の接合部の結果としてより高い電気及び熱伝導性能を可能とするという利点をもたらす。
【００６０】
本組成物では、金属の粒子は、融剤ビヒクル中で鉛不含金属合金粒子と混合される。鉛不含金属合金粒子内の少なくとも一つの元素は、金属粒子中の金属と反応性である。鉛不含金属合金粒子の融点まで温度が上がると、鉛不含金属合金粒子が溶融状態となる。鉛不含金属合金粒子及び受容金属粒子からの反応性元素（複数可）の拡散及び反応は、反応体が完全に枯渇するまで、加工温度においてもはや溶融相が存在しなくなるまで、または混合物の冷却によって反応が抑えられるまで続く。冷却後、反応した材料中の金属の体積分率は、全体積の６０％を超える、及び／または反応した材料中の空隙の全体積分率は１０％未満である。元の溶融温度さえも超え得る反応した組成物のその後の温度エクスカーションは、混合物の元の溶融シグネチャを再現しない。
【００６１】
該組成物は、ハンダダイ接着材料中での大きな空隙及び再溶融という問題、並びに比較的低い金属負荷率を持つ受動的に負荷された伝導性接着組成物からの貧弱な熱的性能という問題を解消しながら、通例の製造スキームに対する順応性及び一般的な表面仕上げとの適合性も供する。該組成物では、熱加工処理の後のネット金属含有率が、６０体積％を上まわるように、金属粒子が鉛不含ハンダペースト組成物とブレンドされ、そして融剤ビヒクルで希釈される。該組成物は、計量分配（ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ）及びステンシル印刷などの通常の工業的方法による塗布を容易にするためにペーストの稠度で調製できる。ペーストを塗布し、そして半導体及びパッケージ素子（複数可）が所望の構成に組み立てられたら直ぐに、このアセンブリを、制御された熱勾配及び環境下に熱エクスカーションに付す。この熱加工の間に、融剤ビヒクル中の揮発性部分がゆっくりと蒸発し、鉛不含金属合金粒子が溶融し、溶融合金中のＬＭＰ金属Ｙが、金属元素Ｍの隣接する表面中に拡散、反応して高融点合金を形成する。残った融剤ビヒクル、及び粒子間の間隙を充填する融剤ケミストリは、熱硬化しそして化学的に不活性となる。生じた組成物は、少なくとも約６０体積％の冶金学的に相互接続された金属を含む。
【００６２】
該組成物は、慣用の粒子充填接着剤よりも優れている。なぜならば、機械的強度並びに熱的及び電気的性能が、鉛不含合金粒子中のＬＭＰ金属（例えばスズ）が半導体ダイ、パッケージ素子（複数可）及び金属粒子のハンダ付け可能な表面中に相互拡散することによって形成した冶金学的に相互接続した通路の高体積負荷量から誘導されるためである。慣用の粒子充填型接着剤では、体積金属負荷量は、ポリマー接着剤の機械的完全性を維持する必要性からの制約を受ける。
【００６３】
該組成物は、慣用の鉛含有ハンダ及び鉛不含ハンダよりも優れている。なぜならば、該組成物は、鉛を含まず、かつモジュールまたはプリント回路基板に部品を組み立てる時の後続のハンダリフロープロフィルに曝された際に再溶融しないからである。
【００６４】
該組成物は、パワー半導体ダイ接着の特有の課題、例えば、高い熱的及び電気的性能のための非常に小さい空隙体積及び緻密に相互接続された金属の高体積を満たすように特別に設計されているという点で、従来技術の組成物と異なっている。先ず、低い空隙率は、規定の熱加工レジーム全体にわたっての融剤ビヒクルの揮発性画分の制御された揮発の効用である。更に、相互接続された金属の高い体積分率は、融剤ビヒクルの非揮発性画分を最小化し、かつ鉛不含金属合金粒子と金属粒子との間の比率を最適化することによって達成される。最後に、該組成物中の金属粉末の粒度は、向上した結合制御とダイ接着用途のための施用の簡単さとを提供するように選択された。
【００６５】
最も簡単に言うと、該半導体ダイ接着組成物は、金属粉末と融剤ビヒクルとの組成物であって、反応すると、少なくとも６０％の体積金属（合金＋金属粉末）分率及び／または１０％未満の体積空隙分率を含む冶金学的に相互接続されたネットワークを形成する組成物である。該組成物は：
ａ．金属粒子の混合物８０〜９９重量％（ｗｔ％）（但し、この混合物は、
ｉ．少なくとも一種のＬＭＰ金属Ｙを含む鉛不含の低融点（ＬＭＰ）粒子組成物３０〜７０ｗｔ％；  及び
ｉｉ．加工温度Ｔ１で少なくとも一種のＬＭＰ金属Ｙと反応性の少なくとも一種の金属元素Ｍを含む高融点（ＨＭＰ）粒子組成物２５〜７０ｗｔ％を含み、
ここで、Ｙのｗｔ％に対するＭのｗｔ％の比率は少なくとも１．０である）
ｂ．金属粉末添加物Ａ  ０〜３０ｗｔ％、及び
ｃ．融剤ビヒクルであって、
ｉ．脂肪酸；
ｉｉ．任意選択のアミン；
ｉｉｉ．任意選択のトリグリセリド；  及び
ｉｖ．任意選択の機能性添加剤、
を含む融剤ビヒクル、
を含む。
【００６６】
本発明の実施では、鉛不含金属合金粒子、金属粉末及び融剤ビヒクルを互いに混合して、印刷可能なまたは計量分配可能なペーストを形成することができる。典型的には、鉛不含金属合金と金属粒子との混合物は、組成物の少なくとも約８０重量％または少なくとも約８５重量％で、及び組成物の約９０重量％までまたは約９５重量％までまたは約９９重量％までの量で存在する。典型的には、鉛不含金属合金粉末は、混合物の少なくとも約２０重量％または少なくとも約３０重量％の量で、及び混合物の約５０重量％までまたは約６０重量％まで、または約７０重量％までの量で存在する。典型的には、金属粉末は、混合物の少なくとも約３０重量％または少なくとも約４０重量％の量で、及び混合物の約７０重量％までまたは約８０重量％までの量で存在する。典型的には、融剤ビヒクルは、組成物の約２０重量％まで、または約１０重量％まで、または約５重量％までの量で存在し、そのうち、融剤ビヒクルの約５０重量％以下、または約２５重量％以下、または約１０重量％以下、または約５重量％以下が非揮発性である。典型的には、組成物中のＹの重量％に対するＭの重量％の比率は少なくとも約１．０、または少なくとも約１．３、または少なくとも約１．５である。
【００６７】
該組成物は、半導体チップの表側及び／または裏側を、クリップ、リードフレームまたは他の基材などの半導体パッケージ素子に接続するために有利に使用できる。該組成物は、アセンブリの形成に最も有利に使用され、この場合は、半導体チップの表側及び／または裏側とパッケージ素子（複数可）の両方を、ハンダ付け可能な表面で金属化して、半導体チップとパッケージ素子との間の伝熱及び／または電気接続を容易にする。この構成により、該組成物が、半導体ダイ上の金属化から接合部の塊を介してパッケージ素子上の金属化までの連続的な冶金学的に相互接続された通路を形成することが可能になる。
【００６８】
該組成物は、ペーストベースであるかまたはフィルムに変えることができる。該組成物は、スクリーンもしくはステンシル印刷、計量分配、噴射、ピック・アンド・プレース、ラミネートなどをして、半導体チップ表面上、パッケージ素子表面上、または半導体チップ及びパッケージ素子を後で接着し得る一時的なキャリア上にパターン化された堆積物を形成し得る。融剤ビヒクル組成物中に存在する揮発物は、ｂ−ステージプロセス中でまたはピーク温度Ｔ１までの温度の勾配の間のいずれかで放出される。Ｔ１は、鉛不含金属合金粒子の溶融温度と等しいかまたはそれよりも高い。ハンダリフローでは、ピークリフロー温度は、典型的には、全ての粒子が溶融及び液体状態になることを保証するために、鉛不含金属合金粒子の溶融温度よりも５〜５０℃高いように選択する。このピーク温度は、該組成物にも適しているが、望ましい小さい体積空隙率のための揮発性成分の放出を起こすため及び相互拡散された冶金学的構造を発達させるためにより長い全サイクルプロセス時間が必要である場合もある。
【００６９】
該組成物の熱加工エクスカーションの間、鉛不含金属合金粒子中のＬＭＰ金属（例えばスズ）は、組成物中の残りの金属粒子と相互拡散して、リフロー加工温度をかなり大きく超える溶融温度を持つ新しい合金組成物が不可逆的に形成される結果となる。この特徴の故に、該組成物が、パッケージされた部品を組み立てて回路基板とする際の次のリフロー作業の間に再溶融することがなく、パッケージされた部品中への半導体ダイ接着に使用できるようになる。
【００７０】
鉛不含金属合金粒子は、金属粒子と非反応性の元素を含んでいてもよい。反応性元素と合金化できる典型的な元素としては、Ｂｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ａｕまたはこれらの組み合わせが包含され得る。典型的には、これらの追加的な非反応性元素は、特定の加工温度を達成するため、銅などの好ましい金属表面への濡れを向上するため、または熱加工された組成物の機械的特性を操作するために組み込まれる。特定の合金元素は、例えば低加工温度を供するなどの一つの観点では有利であり得るが、特定の表面仕上げに対する湿潤及び接着などの他の観点では有害である場合もある。それ故、特定の合金元素は、施用の特定の要求に対して特異的である。
【００７１】
半導体ダイとパッケージ素子との間の完成した接合部中の空隙の存在は、一般的に、熱的性能にとって有害であり、そして機械的故障の開始点を形成する恐れがある。該組成物は、ハンダに典型的に使用される熱プロフィルに類似した方法で、または伝導性接着剤に合った方法で加工してよい。使用する熱プロフィルは、反応した組成物中の空隙の全体積を、約１０％未満または約５％未満に限定するように選択するのがよい。このプロフィルのピーク温度から室温までの冷却速度は、熱衝撃の結果としての半導体チップに対するダメージを防ぐために選択すべきであり、例えば一秒間当たり約６℃未満、または一分間当たり約２．１７℃と約３．２５℃との間である。当然ながら、最適な冷却速度は、使用する加工法のタイプ（例えば、接着タイプの加工ではリフロータイプの加工よりもかなり遅い）、特定の半導体ダイ及びパッケージのフォームファクターに依存し得る。
ＴＬＰＳ組成物の熱硬化特性
本組成物は、電子部品を接続するためにＴＬＰＳ組成物を温度Ｔ１で加工することができ、及び生じた加工された接続が、温度Ｔ１及び更にはより高い温度への後続の加熱の際に安定しているという観察に基づいている。言い換えれば、冶金的に加工された後は、ＴＬＰＳ組成物は、加工温度を超えて加熱されても溶融しない。それ故、ＴＬＰＳ組成物は、「熱可塑性物質」ではなく「熱硬化性物質」のように振る舞う。
【００７２】
当業者は、「熱硬化性物質」とは、熱の適用下に不可逆的に「硬化」して、不溶性の硬化された形態となる物質であり、他方、「熱可塑性物質」は、加熱されると溶融し、十分に冷却されると固化し、そして繰り返し再溶融及び再固化できる物質であることを認識する。この専門用語は典型的にはポリマー接着剤を表すために使用されるものであるが、本願では、例えば電子部品及び他の金属製要素を接続させるために使用される冶金学的組成物を表すために使用される。
【００７３】
慣用の金属製ハンダは、「熱可塑性」と特徴付けできる。ハンダは金属部品を互いに結合させるために溶融され、そして冷却されると固化してこれらの部品を適所に保持し；  次いで再加熱された時にも、ハンダは再溶融する。これとは対照的に、ＴＬＰＳ組成物は、熱硬化性物質のように振る舞う。加熱されると、ＴＬＰＳ組成物は十分に溶融して金属部品を互いに結合し、そして冷却されると固化してこれらの部品を適所に保持する。しかし、溶融プロセスの間、ＴＬＰＳ組成物は、「硬化」と考えることができる不可逆性の冶金的変化を受け、その結果、「硬化」または加工されたＴＬＰＳ組成物は再加熱時に溶融しない。
【００７４】
本発明の或る態様では、低融点（ＬＭＰ）鉛不含金属合金を含む慣用のハンダペーストは、このハンダを、典型的なハンダリフローサイクルの間に不可逆的に「硬化」する「熱硬化性」の形態に転換する割合で反応性金属粒子と組み合わされる。この「熱硬化」挙動の結果、これは、元のリフロー温度で再溶融しない接合となり、それ故、同じリフロー温度での二次組み立てサイクルに並びに高い操作温度用途に適している。
【００７５】
慣用のハンダリフローでは、リフロー温度は、典型的には、全ての粒子が溶融及び液体状態となることを保証するために、ハンダペーストの溶融温度よりも５〜５０℃高いように選択する。本組成物を、電子部品の接着ためにハンダペーストの代わりに使用する場合は、その後に標準的なハンダリフロー作業を行ってもよい。
【００７６】
本発明の実地では、高融点金属Ｍ及び少なくとも一種のＬＭＰ金属Ｙは、遷移的液相焼結反応の生成物が、意図された用途のための特質の最適な組み合わせを有するように選択される。Ｍの選択にとって考慮され得るキーとなる特徴には、熱安定抵抗、展延性、高い電気及び熱伝導性、周りを囲む材料に類似した熱膨張係数、及び特定の環境下に望ましくあり得る他の性質などの特徴が内包される。
【００７７】
該組成物は、ハンダリフロー条件下に熱硬化性反応を起こして、結晶性金属間化合物と合金生成物（すなわち、ＴＬＰＳ反応の間に形成した新しい合金）との混合物を形成し、これらの結晶性金属間化合物と合金生成物は全て、初期の鉛不含金属合金粒子溶融温度よりも実質的に高くかつリフロー加工温度をかなり上回る溶融温度を有する。ＴＬＰＳ加工の間に形成した合金生成物は、ＬＭＰ及びＨＭＰ金属粒子の元の混合物とは実質的に異なる組成を有する。この反応は不可逆性であり、そして加工された組成物は、後続の高温暴露の間にそれほど溶融しない。この特徴により、該組成物は、後続のリフロー作業中に再溶融することなく、電子部品の標準的なリフロー接着に使用できるようになる。それ故、該組成物は、ステップハンダ付け作業及び高い作業温度、鉛や、金などの高額な元素、またはエキゾチック合金を使用することなく、標準的な工業的リフロー条件下に電子アセンブリを製造することを可能にする。
【００７８】
該組成物を用いたハンダリフローの間に形成する結晶性金属間化合物は、固定の元素割合及び構造の単位格子を、粒度を定義する多重度で含む。結晶性金属間化合物は強いが、脆い材料である。標準的なハンダペーストと部品接着パッドとの間の界面に金属間化合物が形成すると、典型的には大きな粒子が、パッド及び塊状ハンダを含む薄層状の境界面を持って成長する。これらの薄層状境界面は亀裂の形成及び伝播を起こしやすい。しかし、該組成物を用いると、反応性金属粉末が、様々な方向の無秩序の小さな粒子の大きな多重度の核となる。粒子のこの多重度の成長は、各々の粒子中の反応性金属の体積によって制限される。各々の粒子のランダムな配向は、これらの小さな粒子が合併して少量の大きな粒子となることを防止する。無秩序の小さな粒子のこの多重度は、薄層状境界面に沿った少量の大きな粒子程には亀裂の伝播を起こし易くない強い接合の形成を促進する。
【００７９】
典型的には、鉛不含金属合金粒子の溶融温度での該組成物の融解熱は、初期ハンダリフロープロセスの間、少なくとも７０％低下する。初期加工の間、ＴＬＰＳ組成物は、鉛不含金属合金粒子の溶融温度でかなりの融解熱ピークを示す。加工後、鉛不含金属合金の溶融温度に再加熱した時の融解熱は、組成物全体中での割合について正規化した場合でも、かなり減少する。
【００８０】
１グラムの物質を、それの温度を変化させることなく固形物から液体の状態に変化させるために必要なエネルギーが融解熱と呼ばれる。どのような材料でも融解熱は、その材料に特異的である。ＴＬＰＳ組成物内のＬＭＰ金属の融解熱の発現は、全組成物中のＬＭＰ金属の割合に依存する。金属間化学種を形成するＭとＹとの反応の結果としての、加工後の任意の所定のＴＬＰＳ組成物中でのＬＭＰ金属相の枯渇は、未加工の組成物の試料の融解熱と、Ｔ１で加工された試料の融解熱とを比較することによって決定し得る。未加工の組成物中のＬＭＰ金属の融解熱は、ＹとＭのＴＬＰＳ反応に伴う激しいエネルギーの放出によって隠されてしまうことがあるため、純粋なＬＭＰ金属の融解熱を使用し、そしてこの値を組成物中のＬＭＰ金属の重量％に従い正規化して、未加工のＴＬＰＳ組成物の値を得ることがしばしば有用である。
高融点金属
ＨＭＰ金属（Ｍ）には、次に限定はされないが、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｂｅ、Ｒｈ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ及びＰｔが包含される。典型的には、本組成物に使用されるＨＭＰ金属は、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｌ、ＮｉまたはＰｔ、最も頻繁にはＨＭＰ金属はＣｕ、ＮｉまたはＡｇである。Ｍを含むＨＭＰ粒子は、実質的に元素状Ｍであってよく、他の元素で合金化されたＭであってよく、非金属もしくは他のコア粒子上にコーティングされたＭであってよく、またはそれ自体が他の元素、無機コーティングもしくは有機コーティングでコーティングされたＭであってよい。最適な特性を持つＴＬＰＳ反応生成物を得るために複数種のＨＭＰ金属の使用が考慮される。例えば、一部の用途では、加工された組成物の機械的強度は電気伝導性よりは重要ではなく、または熱伝導性は展延性よりも重要な場合がある。他を犠牲にして一つの性質を最適化することがしばしば必要であるので、個々の成分は、従来技術で周知の元素の性質に従って、意図された用途における最適な性能を与えるために選択し得る。本発明の組成物及び方法での使用には、銀、金、パラジウム、ニッケル及びアルミニウムが、単独で、または銅との組み合わせを初めとする様々な組み合わせで具体的に考慮される。
【００８１】
本組成物では、Ｃｕが（Ｍ）にとって好ましい元素であるが、用途が必要とするならば他の金属が考慮される。低いＣＴＥまたは複合係数（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ｍｏｄｕｌｕｓ）などの最適な特性を持った鉛不含ハンダとの金属製反応生成物を得るためには、銅と組み合わせての追加的な高融点金属の使用も考慮される。Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｏ及びＷも、主金属元素または合金金属元素としての使用のために具体的に考慮される。
【００８２】
高融点金属は、一つ、二つまたはそれ超の平均粒度分布を有する混合物として存在することができる。例えば、高融点金属は、第一の平均粒度分布を有する第一の高融点金属及び第二の平均粒度分布を有する第二の高融点金属として存在することができる。
【００８３】
加えて、高融点金属は、不動態化された形態または不動態化されていない形態で存在することができる。不動態化は、高融点金属を、種々の既知の腐蝕防止剤のいずれかに曝すことによって達成できる。このような腐蝕防止剤は、高融点金属にコーティングとして、融剤ビヒクル中に導入することによって、またはこれらの組み合わせで施用することができる。
低融点金属
理想的には、エレクトロニクス工業によって使用されている既存の鉛不含ハンダリフロー加工において代用するためには、本ＴＬＰＳ組成物中に使用されるＬＭＰ金属は、鉛不含ハンダペーストの製造に通常使用されるものである。例示的なＬＭＰハンダペースト合金（Ｙ／Ｘ）には、次には限定されないが、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕ、Ｓｎ／Ｃｕ、Ｓｎ／Ａｇ、Ｓｎ／Ｓｂ、Ｓｎ／Ｉｎ，Ｓｎ／Ｂｉ、Ｓｎ／Ｂｉ／Ａｇが包含される。商業的に利用可能な合金を使用することが有利である一方で、本組成物は、任意の適当な合金を用いて調製できる。構成分の正確な割合は変わり得、そしてカスタム設計の合金が本発明によって考慮される。鉛不含金属合金粒子の「Ｙ／Ｘ」という表記では、「Ｘ」は、Ｙと合金を形成する少なくとも一種の金属を表す。本発明の幾つかの態様では、Ｘは、一種、二種、三種またはそれ超の種の合金金属を表す。例えば、ここではＹ／Ｘは、Ｙがスズであり、そしてＸが単一の金属、例えば銅（Ｓｎ／Ｃｕ）、銀（Ｓｎ／Ａｇ）、アンチモン（Ｓｎ／Ｓｂ）、インジウム（Ｓｎ／Ｉｎ）及びビスマス（Ｓｎ／Ｂｉ）である、Ｙの様々な合金を表すために使用される。Ｙ／Ｘは、Ｙがスズであり、そしてＸが二種の金属、例えば銀と銅（Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕ；  例えばＳＡＣ）、及び銀とビスマス（Ｓｎ／Ｂｉ／Ａｇ）である、Ｙの様々な合金を表すためにも使用される。
【００８４】
ＬＭＰ鉛不含金属合金中の例示的な反応性元素（Ｙ）には、以下の金属が包含される：Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｉｎの単独または（Ｘ）との合金形態。典型的には、本組成物中のＹはＳｎまたはＩｎであり、最も頻繁にはＹは、合金形態Ｙ／Ｘ中のＳｎである。本発明の或る態様では、反応性金属ＹはＳｎであり、これは、低溶融温度合金Ｙ／Ｘの形で存在し、そして反応性ＨＭＰ金属ＭはＣｕ、ＮｉまたはＡｇである。本発明の一つの態様では、Ｙ／ＸはＳＡＣ（Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕ）であり、そしてＭはＣｕである。
【００８５】
例示的な高融点金属、低融点金属及びこれらを含む合金は、限定はされないが、ＵＳ５８３０３８９（特許文献８）、ＵＳ５８５３６２２（特許文献６）、ＵＳ８８４０７００（特許文献９）及びＵＳ９５８３４５３（特許文献１０）に記載のものに見出すことができる。これらの文献の内容は、その全てが本明細書中に掲載されたものとする。
脂肪酸
任意の様々な既知の脂肪酸またはこれらの混合物を、本組成物中に使用することができる。一つの態様では、脂肪酸は、次式を有する化合物を含む：
【００８６】
【化１】
2020523487.tif 000002
【００８７】
式中、Ｒ１は、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ２〜３８）アルキル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ２〜３８）アルケニル、及び置換されていないかもしくは置換された（Ｃ２〜３８）アルキニルからなる群から選択される。一つの具体的な態様では、脂肪酸はオクタン酸を含む。
【００８８】
良好な混合及び／または粘度が望ましい特定の変形態様では、脂肪酸は室温で液状である。他の特定の変形態様では、脂肪酸は、第二金属成分の鉛不含のハンダリフロー温度を超える沸点を有する。更に別の特定の変形態様では、脂肪酸は、ＳＡＣの鉛不含のハンダリフロー温度（すなわち２１８℃）を超える沸点を有する。なお更に別の特定の変形態様では、脂肪酸及びアミンは、混合された時には、室温（すなわち２５℃）で液体を形成する。
アミン
脂肪酸自体をマトリックス／バインダーとして使用した組成物は、金属粉末と接触した時に室温で迅速に流動性を失う傾向がある、というのも、これらは反応して金属カルボキシレートを形成し得るからである。それ故、アミンの添加は、時折、脂肪酸塩を形成することによって脂肪酸を中和するのに有用な添加であり、前記脂肪酸塩は、非常に安定した貯蔵寿命及び可使時間を有する。
【００８９】
任意の様々な既知のアミンまたはこれらの混合物を、本発明の組成物に使用し得るが、但し、このようなアミンが、融剤ビヒクルの流動性を維持し、そして他の重要な特徴に悪影響を及ぼさないことが条件である。一部の態様では、アミンは第三級アミンである。
【００９０】
一部の態様では、アミンは、次式を有する化合物を含む：
【００９１】
【化２】
2020523487.tif 000003
【００９２】
式中、
Ｘは、置換されていないかまたは置換された（Ｃ１〜６）アルキレンからなる群から選択され；  そして
Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びＲ５は、それぞれ独立して、水素、ヒドロキシル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）アルキル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）アルケニル、及び置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）アルキニルからなる群から選択される。
【００９３】
一つの特定の態様では、Ｘはプロピレンである。他の一つの特定の態様では、Ｘはエチレンである。
【００９４】
更に別の特定の態様の一つでは、Ｒ２は、ヒドロキシル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルキル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルケニル、及び置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルキニルからなる群から選択される。
【００９５】
更に別の特定の態様の一つでは、Ｒ３は、ヒドロキシル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルキル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルケニル、及び置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルキニルからなる群から選択される。
【００９６】
他の特定の態様の一つでは、Ｒ４は、ヒドロキシル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルキル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルケニル、及び置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルキニルからなる群から選択される。
【００９７】
更に別の特定の態様の一つでは、Ｒ５は、ヒドロキシル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルキル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルケニル、及び置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルキニルからなる群から選択される。
【００９８】
なお更に別の特定の態様の一つでは、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びＲ５はそれぞれヒドロキシルである。
【００９９】
一つの具体的な態様では、アミンは、ｎ，ｎ，ｎ’，ｎ’−テトラキス（２−ヒドロキシエチル）エチレンジアミンを含む。他の一つの具体的な態様では、アミンは、ｎ，ｎ，ｎ’，ｎ’−テトラキス（２−ヒドロキシプロピル）エチレンジアミンを含む。
【０１００】
他の態様では、アミンは、式ＮＲ１０Ｒ１１Ｒ１２を有する化合物を含み、ここで、Ｒ１０、Ｒ１１及びＲ１２は、それぞれ独立して、水素、ヒドロキシル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）アルキル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）アルケニル、及び置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）アルキニルからなる群から選択される。更に別の特定の態様の一つでは、Ｒ１０、Ｒ１１及びＲ１２は、それぞれ独立して、ヒドロキシル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルキル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルケニル、及び置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルキニルからなる群から選択される。更に別の特定の態様の一つでは、Ｒ１０、Ｒ１１及びＲ１２は、それぞれ置換されていないかまたは置換された（Ｃ１〜６）ヒドロキシアルキルである。
【０１０１】
例示的なアミン及びアミンを含む調合物は、限定はされないが、ＵＳ７８５８０７４（特許文献１１）、ＵＳ６８５５７７６（特許文献１２）及びＵＳ６８３１１３６（特許文献１３）、並びにＵＳ２００５／２５６２６２（特許文献１４）に記載のものに見出すことができる。これらの文献は、それぞれその内容の全てが本明細書に掲載されたものとする。
【０１０２】
良好な混合及び／または粘度が望ましい特定の変形態様では、アミンは室温で液状である。他の特定の変形態様では、アミンは、第二金属成分の鉛不含のハンダリフロー温度を超える沸点を有する。更に別の特定の変形態様では、アミンは、ＳＡＣの鉛不含のハンダリフロー温度（すなわち２１８℃）を超える沸点を有する。なお更に別の特定の変形態様では、脂肪酸及びアミンは、混合された時には、室温（すなわち２５℃）で液体を形成する。
トリグリセリド
一種または複数種のトリグリセリドの添加は、融剤系の長い可使時間を提供できる。加えて、トリグリセリドの低い粘度は、最終のペーストレオロジーを低下させるのに作用し得る。それ故、該粒子混合物組成物は、任意選択的に更にトリグリセリドを含む。一つの態様では、トリグリセリドは、次式を有する化合物を含む：
【０１０３】
【化３】
2020523487.tif 000004
【０１０４】
式中、Ｒ７、Ｒ８及びＲ９は、それぞれ独立して、脂肪酸から誘導される一価の基、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ２〜３８）アルキル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ２〜３８）アルケニル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ２〜３８）アルキニル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ２〜３８）カルボキシアルキル、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ２〜３８）カルボキシアルケニル、及び置換されていないかもしくは置換された（Ｃ２〜３８）カルボキシアルキニルからなる群から選択される。
【０１０５】
一つの変形態様では、Ｒ７は、鎖長が２〜３８個の炭素原子の範囲である飽和または不飽和脂肪族鎖である。一つの変形態様では、Ｒ８は、鎖長が２〜３８個の炭素原子の範囲である飽和または不飽和脂肪族鎖である。更に別の変形態様の一つでは、Ｒ９は、鎖長が２〜３８個の炭素原子の範囲である飽和または不飽和脂肪族鎖である。
【０１０６】
一つの特定の変形態様では、Ｒ７、Ｒ８及びＲ９は、それぞれ独立して次式を有する化合物を含む：
【０１０７】
【化４】
2020523487.tif 000005
【０１０８】
式中、Ｙは、置換されていないかもしくは置換された（Ｃ１〜２０）アルキレン及び置換されていないかもしくは置換基された（Ｃ１〜２０）アルケニレンからなる群から選択され；  そして
【０１０９】
【化５】
2020523487.tif 000006
【０１１０】
一つの特定の態様では、Ｙは置換されていないかもしくは置換された（Ｃ５〜１０）アルキレンである。
【０１１１】
一つの具体的な態様では、トリグリセリドはグリセリルトリオクタノエートを含む。
存在する場合は、トリグリセリドは、約２．０重量％未満、好ましくは約１．０重量％未満、より好ましくは約０．５重量％未満の量で該組成物に添加してよい。
添加剤
加工された該組成物の物理的特性を改良するため、加工された該組成物の色または屈折を変えるため、または或る種の堆積法（すなわち、ジェット法）の使用において助けとなるように、粒状添加剤を配合することができる。使用が考慮される粒状添加剤の例には、シリカ、ＨＭＰ及びＬＭＰ以外の金属粉末、カーボンブラック；  酸化物系着色剤及び二酸化チタン；  軽量マイクロバルーン；  ガラスマイクロスフィア；  並びに炭素及びポリマーマイクロバルーンなどが挙げられる。存在する場合、粒状添加剤は、用途が許すならば、金属系または非金属系コーティングを更に含んでよい。
【０１１２】
ワックス様固形物、例えばヒマシ油誘導体、ポリアミドワックス、ステアレート及び類似物を、該ペーストのレオロジー挙動及び潤滑性を調整するために配合し得る。
【０１１３】
加えて、特定の用途での使用を容易にするであろう特質を付与するために、様々な有機添加剤が考慮される。有機添加剤は、通常、チキソトロープ剤；  流動性制御剤、接着促進剤、酸化防止剤及び光安定化剤、腐蝕防止剤、界面活性剤及び消泡剤として使用される。このような添加剤の割合及び形態は、特定の用途に適したものとなるように本組成物の特定の特徴の増強を達成するために制御することができる。
【０１１４】
添加剤または添加剤コーティングの配合は、堆積法、加工法、特定の表面との適合性、加工中の周囲温度からの保護、延長された可使時間、加工された組成物の信頼性要件などの適用要件を供するために選択し得る。
【０１１５】
存在する場合は、各々の添加剤は、約１．０重量％未満、好ましくは約０．５重量％未満、より好ましくは約０．２５重量％未満の量で該組成物に添加してよい。
調製法
本組成物は、第一金属成分、第二金属成分及び脂肪酸を所定の割合で組み合わせてこれらの混合物を形成するために任意の様々な既知の技術を用いて調製することができる。
【０１１６】
実質的に溶剤不含の態様では、捕獲ガスを材料から除去するために、混合の後に材料に対して任意選択的に真空を引く。特定の変形態様では、この材料は、実質的に全ての気泡が除去されるまで（約１０分間）真空状態に維持する。
【０１１７】
混合後、この材料は、使用を簡単にするためにシリンジに装填することができる。
使用
本ＴＬＰＳ組成物から形成された冶金学的ネットワークは、電気的構造物中の電気的、熱的及び／または機械的に接続する素子のために有用である。本組成物は、高い作動温度に接する場合がある用途、例えば、次には限定されないが、ステップハンダ付け、ダウンホール、石油採掘、電子制御、自動車用アンダーフード、スマートグリッド分配、及び航空宇宙用途などを包含する用途のための様々な電子部品の接続を提供する。
【０１１８】
本組成物を使用し得る例示的な用途には、パッケージ素子への半導体ダイの接続、スタックドダイ間の接続の形成、サーマルインターフェースマテリアルなどが包含される。
【０１１９】
本組成物は、リード、回路基板、リードフレーム、クリップ、インターポーザー、追加的なダイ、または他の基材に金属化半導体ダイを接続するために有利に使用できる。本組成物は、接続されたアセンブリが他のハンダリフローを要求する後続のアセンブリ作業に付される場合及び／またはアセンブリが過酷な作業環境で使用される場合に、半導体ダイを接続するのに最も有利に使用される。特に、本組成物は、発光ダイオード（ＬＥＤ；  例えばサファイアベースのフリップチップＬＥＤ）を基材（例えばセラミック製基材）に取り付けるために使用できる。
【０１２０】
上記の組成物は、次に限定されないが、ニードル計量分配、ステンシル印刷、スクリーン印刷、インクジェット、ラミネーション、押出、キャスティング、スプレー、または後で電子部品を接着し得るパターン化された堆積物を形成する方法などの当業者には既知であろう他の方法などを包含する様々な技術を用いて施与できる。施与したら直ぐに、上記の組成物は、オーブン中で、リフロー炉中で、ホットプレート上で、ラミネーションプレス中で、またはハンダまたは金属充填有機接着剤の加工のために典型的に使用される他の手段によって、熱加工される。具体的な熱加工条件は、施与法並びに金属システムの選択及び全ての有機バインダー構成分に依存する。
【０１２１】
堆積後、金属半導体ダイまたはパッケージ素子は、堆積した組成物と接触させアセンブリを形成する。本組成物は、次いで、オーブン中で、リフロー炉中で、熱圧縮装置中で、ホットプレート上で、ラミネーションプレス中で、またはハンダもしくは充填有機接着剤の加工のために典型的に使用される手段などの任意の他の利用可能な手段によって、温度Ｔ１に熱加工し得る。当業者は、本願に記載のＴＬＰＳ組成物を加工するのに適したハンダまたは充填有機接着剤の加工のために典型的に使用される追加の方法を知るであろう。具体的な熱加工条件は、施与法、意図された用途、ＴＬＰＳ組成物及び全ての融剤有機ビヒクル構成分に依存する。典型的には、加工温度Ｔ１は、１００℃〜３００℃の範囲であり、より頻繁には１５０℃〜２８０℃の範囲、最も頻繁には２００℃〜２８０℃の範囲である。
【実施例】
【０１２２】
本開示のより具体的な態様及びこのような態様の裏付けとなる実験結果について述べる。しかし、出願人は、以下の開示は、例示目的のみのためであり、特許請求の範囲に記載の発明の範囲を如何様にも限定することを意図するものではないことを注記しておく。
例１
オクタン酸及びＣｒａｙｖａｌｌａｃＴＭＵｌｔｒａを混合し、この混合物を６５℃に加熱し、次いでスピードミキサー中でこの混合物をせん断することによって、表１の融剤系を調製した。
【０１２３】
【表１】
2020523487.tif 000007
【０１２４】
例２
オクタン酸及びＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（２−ヒドロキシエチル）エチレンジアミンを混合し、この混合物を１２５℃に加熱し、次いで真空下に脱気することによって、表２の融剤系を調製した。
【０１２５】
【表２】
2020523487.tif 000008
【０１２６】
例３
表３中の融剤ビヒクルは、全て、詳述した割合で混合して調製した。融剤ビヒクル２〜４は、放熱させて、使用の前に室温にまで冷やした。表６中の全ての融剤ビヒクルは、高金属負荷ペースト中への配合の助けとなる粘度を保持する。融剤ビヒクル１は、特に低い粘度を有し、そして追加のレオロジー調節剤なしで、僅か４重量％の配合レベルで自動化された印刷に適したペーストのために利用できる。融剤ビヒクル２〜４も低粘度であるが、追加の成分なしでは７重量％の配合レベルでの自動化印刷作業には有用ではない。
【０１２７】
【表３】
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【０１２８】
比較例１
表４中の融剤ビヒクル５は、詳述した量で混合し、そしてその混合物を放熱させて室温まで冷やすことによって調製した。発熱反応の間に、この混合物は、固化反応を起こし、ペーストの調製の目的のためには有用でないものとなる。脂肪酸とアミンとのこの組み合わせは、溶剤不含の調合には不適であることが確認された。
【０１２９】
【表４】
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【０１３０】
例４
表５の調合物のために、ＳＡＣ３０５をＩｎｄｉｕｍ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社から入手した。表５の調合物は、均一になるまでシアーブレードを用いて混合することによって、融剤ビヒクル３を使用して調製した。混合後に材料に真空を引き、そしてこの材料を、もはや泡立たなくなるまで（約１０分間）真空中に維持した。この材料を計量して３０ｇずつに分け、そしてシリンジ中に詰めた。
【０１３１】
【表５】
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【０１３２】
表５の処方のペースト混合物を、金を裏張りしたシリコン半導体ダイに、金を裏張りした第二のシリコンダイの間に挟んだ時に５０ミクロン厚のペーストの層が前記ダイ上に形成されるようにシリンジを通して計量分配することによって施与した。このダイの金で金属化された表面の全体をコーティングした。熱伝導性を特徴付けるための一つの試験において、二枚の６ｍｍ×６ｍｍ金裏張りシリコン被着材を、窒素環境中で、ハンダリフロープロフィルを用いて２３５℃のピーク温度で５分間、焼結結合した。冷却したら直ぐ、これらの焼結されたアセンブリを、Ｎｅｔｚｓｃｈ  ＬＦＡ４６７を用いて「三層」構成で熱拡散性について試験した。この試験は、４５Ｗ／ｍ−Ｋを超える熱伝導性値を示した。
【０１３３】
加えて、更なる試験ビヒクルを、３ｍｍ×３ｍｍ金裏張りシリコンダイを６ｍｍ×６ｍｍ金裏張りシリコンダイに接合することによって作製した。これらのサンプルを、窒素雰囲気下に、ハンダリフロープロフィルを用いて２３５℃のピーク温度で５分間、互いに焼結接合した。冷却して直ぐに、これらの焼結されたアセンブリを、プログラム可能なＤＡＧＥ４０００ボンドテスターダイせん断ツール（Ｎｏｒｄｓｏｎ  ＤＡＧＥ，Ａｙｌｅｓｂｕｒｙ，Ｂｕｃｋｉｎｇｈａｍｓｈｉｒｅ，ＵＫ）を用いて２５℃でせん断した。ダイせん断強度は、４．７ｋｇ／ｍｍであることが観察された。
例５
表６中の例５は、例２に関して上述したように調製した。溶剤、樹脂及び増粘剤などのレオロジー調節剤の不在は、慣用の装置を用いてもなおも製造及び加工できる比較的高い金属負荷ペーストを可能にする。
【０１３４】
【表６】
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【０１３５】
例５のペーストの熱伝導性を測定した。表５のペーストを、金裏張りしたシリコン半導体ダイに、金裏張りした第二のシリコンダイの間に挟んだ時に１５０ミクロン厚のペーストの層が前記ダイ上に形成されるようにステンシルを介して印刷することによって施した。このダイの金で金属化された表面の全体をコーティングした。熱伝導性を特徴付けるための一つの試験において、二枚の１２．７ｍｍ×１２．７ｍｍ金裏張りシリコン被着材を、窒素環境中で、ハンダリフロープロフィルを用いて２３５℃のピーク温度で５分間、焼結結合した。冷却したら直ぐ、これらの焼結されたアセンブリを、Ｎｅｔｚｓｃｈ  ＬＦＡ４６７を用いて「三層」構成で熱拡散性について試験した。この試験は、例５のペーストについて３３Ｗ／ｍ−Ｋの有効熱伝導率を示した。
【０１３６】
加えて、例５のペーストのダイせん断強度を測定した。例５のペーストを使用して、１．４ｍｍ×１．４ｍｍの金裏張りダイをベア銅基材に接合することによって作製した試験サンプルを用意した。これらのサンプルを、窒素雰囲気下に、ハンダリフロープロフィルを用いて２３５℃のピーク温度で５分間、互いに焼結接合した。冷却して直ぐに、これらの焼結されたアセンブリを、プログラム可能なＤＡＧＥ４０００ボンドテスターダイせん断ツール（Ｎｏｒｄｓｏｎ  ＤＡＧＥ，Ａｙｌｅｓｂｕｒｙ，Ｂｕｃｋｉｎｇｈａｍｓｈｉｒｅ，ＵＫ）を用いて２５℃でせん断した。例５のペーストのダイせん断強度は３４ＭＰａであると観察された。
比較例２及び３
表７及び８中の比較例２は、例２に関して上述したように調製した。比較例２は、典型的なＴＬＰＳペーストであり、他方で比較例３は典型的なハンダ材料である。
【０１３７】
【表７】
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【０１３８】
【表８】
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【０１３９】
比較例２及び３の材料のダイせん断強度を、上記の手順を用いて測定した。比較例３の材料のダイせん断強度は、例５の３４ＭＰａと比べて、１９ＭＰａであると決定された。
【０１４０】
比較例２及び３の熱伝導性も、上記の手順を用いて測定した。この試験は、比較例２の材料が、例５の３３Ｗ／ｍ−Ｋと比べて、１５Ｗ／ｍーＫの熱伝導性を示すことを表した。
【０１４１】
加えて、例５のペーストと比較例２のペーストとの更なる比較検証は、ブリードアウト傾向において測定可能な減少を明らかにした。試験ビヒクルは、両ペーストをシリンジを介してベア銅基材上にドットパターンで計量分配し、そして堆積物の半径を顕微鏡で経時的に測定した。結果を図１及び２に示す。
【０１４２】
データは、本混合物が、高い金属負荷量を有するペーストの稠度を供することを示しており、これは、追加の成分を必要とせずにＨＶＭ環境中でのステンシル印刷を行うための稠度として適していた。加えて、このような材料は、優れた熱伝導性値を供する。更に、アミンの添加は、より高いせん断強度という追加の利益と共に優れたＴＬＰＳ性質を有する材料を可能にする。幾つかの場合には、高いせん断強度は、比較的低い熱伝導性を犠牲にして得られるものの、強度の向上は、或る用途では有利であり得る。それ故、本発明の組成物は、成分の数が少ないにもかかわらず、広い範囲の用途のための最適な特性バランスを供するために利用することができる。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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