二类金属成分型复合纳米金属软膏剂、接合方法及电子部件技术

本发明专利技术提供一种复合纳米金属软膏剂，在无荷重状态下，在非活性气体中将软膏剂层烧结成金属层时，所述金属层具有与以往的高含铅焊料相同程度及更高的导电性和导热性。该复合纳米金属软膏剂含有在平均粒径d(nm)的金属核周围形成了有机覆盖层的复合金属纳米粒子及平均粒径D(nm)的金属填料粒子二类金属成分，具有d＜D的第1关系及d＜100(nm)的第2关系，在通过烧结使所述有机覆盖层气散形成金属层时，所述平均粒径d及D的大小关系被设定为：假定4个所述金属填料粒子被接触配置为正四面体时，在其形成的中空的四面体间隙中，可以埋设所述复合金属纳米粒子。该复合金属纳米粒子与所述金属填料粒子具有致密烧结的性质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种含有通过在金属核的周围形成有机覆盖层而得到的复合金属纳米粒子的复合纳米金属软膏剂，特别是涉及一种通过在一定温度下加热，使所述有机覆盖层气化散发(气散)，使得所述复合纳米金属软膏剂金属化的复合纳米金属软膏剂、接合方法及电子部件。
技术介绍
半导体、电子电路、电子机器等一般是通过焊料熔融固定各种电子部件，从而确保其导电性。但是，以往的焊料是Sn与Pb的合金，由于近年来的环境保护对策一直在禁止使用Pb，因而又相继开发出了无Pb的替代焊料来取代以住的焊料。Sn与Pb的共晶焊料的融点为183°C，以往焊料的替代品中较具代表性的Sn系无铅焊料的融点为219°C。在将焊料附着在树脂基板上时，由于树脂的耐热性较低，而以往焊料的替代品的融点过高，会存在损伤树脂基板的情况，因而就出现了对低温用焊料的需求。替代焊料自然需要具有不含Pb、且金属化温度较低的特性，此外还应具备较高的安全性、耐腐蚀性，以及较高的导电性和导热性。为顺应这些需求，Cu、Ni、Ag等复合金属纳米粒子材料被相继开发出来。随后，又出现了将这些金属纳米粒子与粘性供给剂及溶剂混合的纳米金属软膏剂 (paste)。例如，在专利文献1日本特许公开2007-297671中，提出了银纳米粒子一次粒子的平均粒径在200nm以下，将具有该银纳米粒子的一次粒子的骨架的片状结构体作为金属成分的纳米金属软膏剂。本专利技术人等使用市售的平均粒径200nm的银纳米粒子，制作了上述纳米金属软膏剂。通过所述软膏剂将二极管芯片接合在导线架上形成二极管组装体，随后烧结使软膏剂层变为金属层，制作成树脂模型体。对该树脂模型体进行了 VF试验(导电性试验)及AVF 试验(导热性试验)。另外，使用高含铅焊料制作了同样的树脂模型体，并进行VF试验及 Δ VF试验。其结果是，在VF试验(导电性试验)及Δ VF试验(导热性试验)中，通过复合纳米银软膏剂接合的树脂模型体比使用了高含铅焊料的树脂模型体更低。即，专利文献1 的银纳米粒子软膏剂与高含铅焊料相比，在电及热的数据中性能更加低下。特别是在高温下使用的电子产品，要求具有更高的导电性及导热性，而以往的纳米金属软膏剂终究难以达到这样的水平。为了发现比以往的高含铅焊料更高的导电性及导热性，就需要对银纳米粒子进行改良。通常，能够称为纳米粒子的，所述银纳米粒子的粒径必须在IOOnm以下。之前所述的银纳米粒子的平均粒径为200nm，作为金属成分，存在粒径过大的缺点。而且，这样的银纳米粒子较易相互凝集，在所述纳米金属软膏剂中，银纳米粒子相互凝集形成较大的团子银粒子，其结果是即使进行烧结，接合金属层中也会出现较大间隙，从而可推断其导电性及导热性低下。为了阻止凝集，必须是在有机溶媒中能够单分散的银纳米粒子，这样，就需要在外周形成有机覆盖层的复合银纳米粒子。由于有机覆盖层之间相互排斥，所以复合银纳米粒子在溶媒中可以稳定地单分散。因此，本专利技术人等首先着手了复合银纳米粒子的开发。本专利技术人等通过调查，得知复合金属纳米粒子相关的专利文献有下述专利文献 2 专利文献8，我们通过解除这些已公开文献中存在的缺点，最终完成了本专利技术。专利文献2为日本特许公开第3205793号公报(特开平10-183207号)。作为初始物质选择了银有机化合物(特别是银有机络合物)。在将空气隔断的非活性气体环境下， 将所述银有机化合物在分解开始温度以上、且不足完全分解温度的温度下加热，制造了在被分解还原的银核周围将来自所述银有机化合物的有机物作为覆盖层的复合银纳米粒子。 该制法是固体-气体反应。银核的粒径为1 lOOnm，因此通称复合银纳米粒子。具体是将 IOOg硬脂酸银在氮气流下的烧瓶内以250°C加热4小时后，在粒径5nm的银核周围生成具有硬脂酸基的有机覆盖层的复合银纳米粒子。在上述制法中，由于是将硬脂酸银的固态物在无溶媒的状态下加热，因而生成的复合银纳米粒子难以分散，存在的问题是多数的复合银纳米粒子以团子状态结合形成较大的2次粒子。而且，生成温度为250°C的高温，复合银纳米粒子的金属化温度也高达220°C。 生成温度较高的银纳米粒子其银化温度也会较高。Sn-Pb共晶焊料的融点为183°C，如果考虑到希望复合银纳米粒子的金属化温度在200°C以下，所述金属化温度(银化温度)220°C 则过高，难以作为低温用替代焊料使用。金属化温度过高，是由于团子状态的巨大粒子，以及硬脂酸基的分解温度较高。而且，其专利技术人确认所述银核不是单结晶，而是单纯的原子集团，或是多结晶。当银核为多结晶或无秩序时，在多数的粒界面会产生电子散乱及热散乱， 其结果是造成导电度及导热度低下。专利文献3为日本特许公开2003-342605号公报。所述专利文献3是有本专利技术的专利技术人之一作为专利技术人参与的专利技术。将金属有机化合物在有机溶媒及水中溶解/分散， 成功制造了将来自所述金属有机化合物的有机物覆盖了的复合银纳米粒子。该制法为固体_液体反应。而且，使用高分解能透射型电子显微镜观察该复合银纳米粒子，在银核中可确认格子像，从而可确认其为单结晶银核。考虑其是基于固液反应法，金属有机化合物作为分子在溶媒中溶解分散，将所述分子还原，析出银原子，通过银原子之间的再结合而形成单结晶化。即，该单结晶性是因分子间反应引起的。由于银核是单结晶，因而具有导电度及导热度较高的优点。但是，关于银化温度，在段落W076]中记载了 将硬脂酸基覆盖的复合银纳米粒子在250°C下加热10分钟。也就是说，银化温度为250°C的高温，这也是专利文献2 的缺点。银化温度过高的原因，是由于以乙酸银、己酸银、辛酸银等的银有机化合物为起始物质，构成覆盖层的有机酸基的分解温度较高。因而为了使金属化温度在200°C以下，还需要进行更多的努力。专利文献4为W000/076699号公报。本专利技术的专利技术人之一参与了该国际公开公报的专利技术。该公开公报中公开了多个专利技术，其中将金属无机化合物使用界面活性剂处理的方法为首次公开，开辟了以金属无机化合物为起始物质的道路。即，其包括下述2个工程将金属无机化合物使用界面活性剂在非水系溶媒中胶质化，形成超微粒子先质的第一工程； 在该胶质溶液中添加还原剂还原所述超微粒子先质，生成在金属核的外周将界面活性剂壳作为覆盖层形成的复合金属纳米粒子的第二工程。上述方法是使金属无机化合物在非水系溶媒中溶解，因而生成的复合金属纳米粒子分别在非水系溶媒中分散，具有不易形成团子状态的特征。但是，实施方式是油酸铜、松香酸银、醋酸银、油酸镍、二乙基己烷铟、醋酸铜、硬脂酸银，仅对有机金属化合物进行了实施。而且，我们已经知道，由硬脂酸银生成的复合银纳米粒子的金属化温度为220°C的高温。 要使金属化温度在200°C以下，还需要进一步的努力。要想达到比Sn-Pb共晶焊料更优良的性能，则需要努力使金属化温度在150°C以下。另外，在专利文献4中，由于没有对银核的单结晶性/多结晶性进行判定，因而无法判定复合金属纳米粒子的导电性及导热性的好坏。在上述情况下，作为专利文献5公开了 W001/070435号公报。在该国际公开公报中，公开了一种在从金属盐获得的粒径为1 IOOnm的金属核的周围，形成了由包含碳数4 以上的醇性水酸基的有机化合物构成的覆盖层的复合金属纳米粒子。而且，作为包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：小松晃雄，松林良，
申请(专利权)人：应用纳米粒子研究所株式会社，新电元工业株式会社，
类型：发明
国别省市：