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公開番号2025021643
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-14
出願番号2023125504
出願日2023-08-01
発明の名称接合体の製造方法、金属ペースト及びその製造方法
出願人株式会社レゾナック
代理人個人,個人,個人
主分類B22F 7/08 20060101AFI20250206BHJP(鋳造;粉末冶金)
要約【課題】金属ペーストを用いる接合体の製造において、部材の脱落を充分抑制することができる接合体の製造方法、並びに、そのような方法に用いることができる金属ペースト及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】接合体の製造方法は、第1の部材上に、金属粒子と25℃で液状である液状分散媒とを含む金属ペーストを塗布して金属ペーストの塗膜を形成する第1工程と、塗膜から液状分散媒の一部を除去して金属粒子含有層を形成する第2工程と、金属粒子含有層上に第2の部材を配置して積層体を得る第3工程と、積層体の金属粒子含有層を焼結する第4工程と、を備え、第2工程において、金属粒子含有層の表面に液滴を発生させる。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
第１の部材上に、金属粒子と２５℃で液状である液状分散媒とを含む金属ペーストを塗布して前記金属ペーストの塗膜を形成する第１工程と、
前記塗膜から前記液状分散媒の一部を除去して金属粒子含有層を形成する第２工程と、
前記金属粒子含有層上に第２の部材を配置して積層体を得る第３工程と、
前記積層体の前記金属粒子含有層を焼結する第４工程と、
を備え、
前記第２工程において、前記金属粒子含有層の表面に液滴を発生させる、接合体の製造方法。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記液状分散媒が、第１の化合物と、該第１の化合物よりも沸点が低く且つＳＰ値が小さい第２の化合物と、を含有し、
前記金属ペーストは、前記第２の化合物よりもＳＰ値が小さい第３の化合物を含有する、請求項１に記載の接合体の製造方法。
【請求項３】
前記液状分散媒が、ポリエーテルアルコール系化合物と、該ポリエーテルアルコール系化合物よりも沸点が低く、炭素数８以上の炭化水素基を有するアルコール系化合物と、を含有し、
前記金属ペーストは、炭素数１０以上の脂肪酸を含有する、請求項１に記載の接合体の製造方法。
【請求項４】
前記金属粒子が、サブマイクロ銅粒子と、球状のマイクロ銅粒子と、フレーク状のマイクロ銅粒子と、を含有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の接合体の製造方法。
【請求項５】
前記第１の部材及び前記第２の部材のうちの少なくとも一方が、半導体素子である、請求項１～３のいずれか一項に記載の接合体の製造方法。
【請求項６】
前記金属粒子含有層の表面における前記液滴の総面積の割合が３～５０％である、請求項１～３のいずれか一項に記載の接合体の製造方法。
【請求項７】
金属粒子と、２５℃で液状である液状分散媒と、を含む、金属ペーストであって、
前記液状分散媒が、第１の化合物と、該第１の化合物よりも沸点が低く且つＳＰ値が小さい第２の化合物と、を含有し、
前記金属ペーストは、前記第２の化合物よりもＳＰ値が小さい第３の化合物を含有する、金属ペースト。
【請求項８】
金属粒子と、２５℃で液状である液状分散媒と、を含む、金属ペーストであって、
前記液状分散媒が、ポリエーテルアルコール系化合物と、該ポリエーテルアルコール系化合物よりも沸点が低く、炭素数８以上の炭化水素基を有するアルコール系化合物と、を含有し、
前記金属ペーストは、炭素数１０以上の脂肪酸を含有する、金属ペースト。
【請求項９】
前記金属粒子が、サブマイクロ銅粒子と、球状のマイクロ銅粒子と、フレーク状のマイクロ銅粒子と、を含有する、請求項７又は８に記載の金属ペースト。
【請求項１０】
少なくとも、２５℃で液状である第１の化合物、該第１の化合物よりも沸点が低く且つＳＰ値が小さい２５℃で液状である第２の化合物、前記第２の化合物よりもＳＰ値が小さい第３の化合物、及び、金属粒子、をそれぞれ用意し、前記第１の化合物、前記第２の化合物、前記第３の化合物及び前記金属粒子を含む分散液を調製する工程、を備える、金属ペーストの製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合体の製造方法、金属ペースト及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造する際、半導体素子とリードフレーム等（支持部材）とを接合する接合層を形成するため、様々な接合材が用いられている。例えば、１５０℃程度までの温度で動作させるパワー半導体、ＬＳＩ等の接合には、接合層の形成に高鉛はんだが用いられてきた。近年、半導体素子の高容量化及び省スペース化が進み、半導体を１７５℃以上で高温動作させる要求が高まっている。このような半導体装置の動作安定性を確保するためには、接合層に接続信頼性及び高熱伝導特性が必要となる。しかし、１７５℃以上の温度域では、従来用いられてきた高鉛はんだや無鉛はんだの接合層では接続信頼性に課題が生じ、熱伝導率も不充分（３０Ｗｍ
－１
Ｋ
－１
）なため、代替材が求められている。
【０００３】
代替材を用いる接合方法の一つとして、銅微粒子の低温焼結現象を利用した接合方法が提案されている。この方法により形成される焼結銅層は、機械的強度に優れており高温での接続信頼性が得られやすく、材料コストも低く抑えることができる。このような焼結銅層として、酸化銅粒子を還元・焼結して得られる焼結銅層が提案されている（下記特許文献１及び下記非特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第５００６０８１号
【非特許文献】
【０００５】
Ｔ．Ｍｏｒｉｔａ、Ｙ．Ｙａｓｕｄａ：ＭａｔｅｒｉａｌｓＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ、５６（６）、２０１５、８７８－８８２
Ｊ．Ｈ．Ｈｉｌｄｅｂｒａｎｄｅｔａｌ．，ＴｈｅＳｏｌｕｂｉｌｉｔｙｏｆＮｏｎ－Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ，Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，１９５０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
焼結銅層を介して支持部材と半導体素子とが接合されたパワーモジュールなどは、通常、以下の工程を経て製造される。先ず、液状の分散媒に銅粒子を分散させた銅ペーストを用意し、この銅ペーストを支持部材上に塗布して銅ペーストの塗膜を形成する。次に、塗膜を乾燥して形成される銅粒子含有層上に半導体素子を配置する。こうして得られる積層体を焼結炉などに搬送し、銅粒子含有層を焼結することにより、支持部材と半導体素子とを接合する。
【０００７】
従来の銅ペーストは、乾燥すると半導体素子などを仮止めできる特性（以下、タック性ともいう）が得られにくいものであった。上記の積層体の搬送時に半導体素子が脱落すると、パワーモジュールなどの接合体の製造において歩留まりの低下を招く。
【０００８】
そこで、本発明は、金属ペーストを用いる接合体の製造において、部材の脱落を充分抑制することができる接合体の製造方法、並びに、そのような方法に用いることができる金属ペースト及びその製造方法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】
【０００９】
本発明は、以下の［１］～［１３］に関する。
【００１０】
［１］第１の部材上に、金属粒子と２５℃で液状である液状分散媒とを含む金属ペーストを塗布して前記金属ペーストの塗膜を形成する第１工程と、前記塗膜から前記液状分散媒の一部を除去して金属粒子含有層を形成する第２工程と、前記金属粒子含有層上に第２の部材を配置して積層体を得る第３工程と、前記積層体の前記金属粒子含有層を焼結する第４工程と、を備え、前記第２工程において、前記金属粒子含有層の表面に液滴を発生させる、接合体の製造方法。
［２］前記液状分散媒が、第１の化合物と、該第１の化合物よりも沸点が低く且つＳＰ値が小さい第２の化合物と、を含有し、前記金属ペーストは、前記第２の化合物よりもＳＰ値が小さい第３の化合物を含有する、［１］に記載の接合体の製造方法。
［３］前記液状分散媒が、ポリエーテルアルコール系化合物と、該ポリエーテルアルコール系化合物よりも沸点が低く、炭素数８以上の炭化水素基を有するアルコール系化合物と、を含有し、前記金属ペーストは、炭素数１０以上の脂肪酸を含有する、［１］に記載の接合体の製造方法。
［４］前記金属粒子が、サブマイクロ銅粒子と、球状のマイクロ銅粒子と、フレーク状のマイクロ銅粒子と、を含有する、［１］～［３］のいずれかに記載の接合体の製造方法。
［５］前記第１の部材及び前記第２の部材のうちの少なくとも一方が、半導体素子である、［１］～［４］のいずれかに記載の接合体の製造方法。
［６］前記金属粒子含有層の表面における前記液滴の総面積の割合が３～５０％である、［１］～［５］のいずれかに記載の接合体の製造方法。
（【００１１】以降は省略されています）

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