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公開番号2024053424
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-15
出願番号2022159706
出願日2022-10-03
発明の名称接合材用金属粒子
出願人有限会社ナプラ
代理人個人
主分類B23K 35/26 20060101AFI20240408BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】極高温ないし極低温環境の過酷な温度変動に対しても、金属間化合物の脆さを克服して優れた接合強度および機械的強度を維持できる接合材用金属粒子を提供する。
【解決手段】Sn、Sn-Cu合金およびSbを含む母相中に、Sn、Cu、Ni、Ge、SiおよびTiを含む金属間化合物結晶を有する金属粒子であり、その組成がCu0.7～15質量%、Ni0.1～5質量%、Sb0.1～14質量%、Ge0.001～0.1質量%、Si0.001～0.1質量%、Ti0.001～0.1質量%、残部がSnであり、母相の組成がSn85～99.9質量%、Cu5質量%以下、Sb0.1～14質量%であり、かつ母相および金属間化合物の少なくとも1部が、エンドタキシャル接合してなる金属粒子によって上記課題を解決した。
【選択図】図3B
特許請求の範囲【請求項１】
Ｓｎと、Ｓｎ－Ｃｕ合金と、Ｓｂ、ＢｉまたはＧａと、を含む母相中に、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｇｅ、ＳｉおよびＴｉを含む金属間化合物結晶を有する、接合材用金属粒子であって、
前記金属粒子の組成が、Ｃｕ０．７～１５質量％、Ｎｉ０．１～５質量％、Ｓｂ、ＢｉまたはＧａ０．１～１４質量％、Ｇｅ０．００１～０．１質量％、Ｓｉ０．００１～０．１質量％、Ｔｉ０．００１～０．１質量％、残部がＳｎであり（ただし、不可避不純物０．１質量％以下で含み得る）、
前記母相の組成がＳｎ８５～９９．９質量％、Ｃｕ５質量％以下、Ｓｂ、ＢｉまたはＧａ０．１～１４質量％であり、
前記母相中に前記金属間化合物が包含されて存在し、
粒子径が１μｍ～５０μｍであり、かつ
前記母相および前記金属間化合物の少なくとも１部が、エンドタキシャル接合してなる、
ことを特徴とする接合材用金属粒子。
続きを表示（約 620 文字）【請求項２】
前記金属間化合物結晶及びエンドタキシャル接合部分を含む組成は、
Ｓｎ５０～７０質量％、
Ｃｕ３０～５０質量％、
Ｓｂ０～３質量％、
Ｎｉ０．１～６．５質量％、
Ｇｅ０．００１～０．１質量％、
Ｓｉ０．００１～０．１質量％、
Ｔｉ０．００１～０．１質量％、
であることを特徴とする請求項１に記載の金属粒子。
【請求項３】
Ｓｎと、Ｓｎ－Ｃｕ合金と、Ｓｂ、ＢｉまたはＧａと、を含む母相中に、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｇｅ、ＳｉおよびＴｉを含む金属間化合物結晶及びエンドタキシャル接合部分を含む組成、を有し、金属体または合金体を接合する接合構造部であって、
前記接合構造部の組成が、Ｃｕ８～４５質量％、Ｎｉ０．１～５質量％、Ｓｂ、ＢｉまたはＧａ０．１～１４質量％、Ｇｅ０．００１～０．１質量％、Ｓｉ０．００１～０．１質量％、Ｔｉ０．００１～０．１質量％、残部がＳｎであり（ただし、不可避不純物０．１質量％以下で含み得る）、
前記母相の組成がＳｎ８５～９９．９質量％、Ｃｕ５質量％以下、Ｓｂ、ＢｉまたはＧａ０．１～１４質量％であり、
前記母相中に前記金属間化合物が包含されて存在し、
前記母相および前記金属間化合物の少なくとも１部が、エンドタキシャル接合してなる
ことを特徴とする接合構造部。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合材用金属粒子に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
ＩｏＴ（Internet of Things）の進展や、一層の省エネルギーが求められる中で、その技術の核心を担うパワー半導体の重要性が益々高まっている。しかしながら、その活用には多くの課題がある。パワー半導体は、高電圧、大電流の大きな電力を扱うことと超高速伝送から、多くの熱を発して高温となる。現行のＳｉパワー半導体に求められる耐熱性は約１７５℃程度への対応であるが、約２００℃の温度に耐えるＳｉパワー半導体の開発が進められており、また、ＳｉＣやＧａＮのような次世代のパワー半導体は高速通信伝送にはデバイスの表裏面に金を使用し伝送特性を維持し、極高温耐熱性２５０～５００℃に耐えることが要求される。
【０００３】
一方、接合材に関して言えば、上述のようなＳｉＣやＧａＮのような次世代のパワー半導体に求められる高い耐熱性を有する接合材は存在しない。
例えば、特許文献１に開示されているＳｎＡｇＣｕ系接合材（粉末はんだ材料）では、約１２５℃程度に対応したパワー半導体に適用可能であるに過ぎず、次世代のパワー半導体に適用することができない。
【０００４】
一方、本出願人は特許文献２において、外殻と、コア部とからなり、前記コア部は、金属又は合金を含み、前記外殻は、金属間化合物の網目状から成り、前記コア部を覆っており、前記コア部は、Ｓｎ又はＳｎ合金を含み、前記外殻は、ＳｎとＣｕとの金属間化合物を含む、金属粒子を提案している。この金属粒子により形成された接合部は、長時間にわたって高温動作状態が継続した場合でも、また、高温動作状態から低温停止状態へと大きな温度変動を伴うなど、過酷な環境下で使用された場合でも、長期にわたって高い耐熱性、接合強度及び機械的強度を維持することができる。
しかし、金属間化合物は脆いという弱点があり、この問題点を解決すれば、更に高い耐熱性、接合強度及び機械的強度を有する接合材を提供できることになる。
【０００５】
そこで本出願人はさらに特許文献３において、ＳｎおよびＳｎ－Ｃｕ合金を含む母相中に、Ｓｎ、ＣｕおよびＮｉからなる金属間化合物を有し、前記母相におけるＳｎ－Ｃｕ合金および前記金属間化合物の少なくとも１部が、エンドタキシャル接合してなる金属粒子を提案した。しかし、２６０℃加熱雰囲気以上では、金属間化合物を囲っている母相が収縮し、エンドタキシャル接合の崩壊が起きボイドの発生を助長することが判明した。したがって、高温下での過酷な環境下で使用された場合、長期にわたって高い耐熱性、接合強度及び機械的強度を維持することができなくなる恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２００７－２６８５６９号公報
特許第６０２９２２２号公報
特許第６７９９６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、極高温ないし極低温環境の過酷な温度変動に対しても、金属間化合物の脆さを克服して優れた接合強度および機械的強度を維持できる接合材用金属粒子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は鋭意検討を重ねた結果、母相の収縮を起こさせない膨張金属（Ｓｂ、ＢｉまたはＧａ）を母相に存在させることにより、上記エンドタキシャル接合の崩壊を抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち本発明は、Ｓｎと、Ｓｎ－Ｃｕ合金と、Ｓｂ、ＢｉまたはＧａと、を含む母相中に、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｇｅ、ＳｉおよびＴｉを含む金属間化合物結晶を有する、接合材用金属粒子であって、
前記金属粒子の組成が、Ｃｕ０．７～１５質量％、Ｎｉ０．１～５質量％、Ｓｂ、ＢｉまたはＧａ０．１～１４質量％、Ｇｅ０．００１～０．１質量％、Ｓｉ０．００１～０．１質量％、Ｔｉ０．００１～０．１質量％、残部がＳｎであり（ただし、不可避不純物０．１質量％以下で含み得る）、
前記母相の組成がＳｎ８５～９９．９質量％、Ｃｕ５質量％以下、Ｓｂ、ＢｉまたはＧａ０．１～１４質量％であり、
前記母相中に前記金属間化合物が包含されて存在し、
粒子径が１μｍ～５０μｍであり、かつ
前記母相および前記金属間化合物の少なくとも１部が、エンドタキシャル接合してなる、
ことを特徴とする接合材用金属粒子を提供するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、極高温ないし極低温環境の過酷な温度変動に対しても、金属間化合物の脆さを克服して優れた接合強度および機械的強度を維持できる接合材用金属粒子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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