特許 6845385 接合用金属ペースト及び接合方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6845385

(24)【登録日】2021年3月1日

(45)【発行日】2021年3月17日

(54)【発明の名称】接合用金属ペースト及び接合方法

(51)【国際特許分類】

   B22F 1/00 20060101AFI20210308BHJP

   H01L 21/52 20060101ALI20210308BHJP

【ＦＩ】

   B22F1/00 K

   B22F1/00 F

   H01L21/52 E

【請求項の数】12

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2020-571890(P2020-571890)

(86)(22)【出願日】2020年9月30日

(86)【国際出願番号】JP2020037105

【審査請求日】2020年12月23日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】506334182

【氏名又は名称】ＤＯＷＡエレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091362

【弁理士】

【氏名又は名称】阿仁屋 節雄

(74)【代理人】

【識別番号】100161034

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 知洋

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 圭一

(72)【発明者】

【氏名】上山 俊彦

【審査官】 瀧口 博史

(56)【参考文献】

【文献】 特許第５９７６６８４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１０−５３４４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｆ １／００

Ｈ０１Ｌ ２１／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一次粒子径の個数平均値が１０〜１００ｎｍである金属ナノ粒子（Ａ）を含む接合用金属ペーストであって、ペーストを窒素雰囲気中３℃／分の昇温速度で４０℃から７００℃まで昇温したときにおける、減量値の累積値（Ｌ_７００）を１００としたとき、４０℃から１００℃まで昇温したときにおける減量値の累積値（Ｌ_１００）が７５以下であり、４０℃から１５０℃まで昇温したときにおける減量値の累積値（Ｌ_１５０）が９０以上であって、４０℃から２００℃まで昇温したときにおける減量値の累積値（Ｌ_２００）が９８以上であって、金属ナノ粒子（Ａ）を含んだ金属粒子、溶剤、分散剤などの添加剤を含む接合用金属ペースト全量を１００質量％とし、焼成温度Ｔｂ（℃）としたとき、沸点もしくは分解温度がＴｂ−５０（℃）以上Ｔｂ＋５０（℃）以下である溶剤が、５質量％以上１０質量％以下である、接合用金属ペースト。

【請求項2】

４０℃から２００℃まで昇温したときにおける減量値の累積値（Ｌ_２００）が９９．９以下の請求項１に記載の接合用金属ペースト。

【請求項3】

金属ナノ粒子（Ａ）を含んだ金属粒子、溶剤、分散剤などの添加剤を含む接合用金属ペースト全量を１００質量％としたとき、焼成温度Ｔｂ（℃）としたとき、沸点もしくは分解温度が焼成温度Ｔｂ＋５０（℃）よりも高い成分を１．５質量％以下含有する、請求項１または２に記載の接合用金属ペースト。

【請求項4】

一次粒子径の個数平均値が１０〜１００ｎｍである金属ナノ粒子（Ａ）を含んだ金属粒子を含む接合用金属ペーストであって、当該ペーストに含まれる金属粒子は窒素雰囲気中０．１ＭＰａで加圧しながら、３℃／分の昇温速度で３０℃から２５０℃まで昇温しながら行う熱機械分析において計測される収縮率が１．５％以下である、請求項１ないし３のいずれかに記載の接合用金属ペースト。

【請求項5】

金属粒子の３０℃から２００℃まで昇温しながら行う熱機械分析において計測される収縮率が０．５％以下である、請求項４に記載の接合用金属ペースト。

【請求項6】

金属粒子の３０℃から１７５℃まで昇温しながら行う熱機械分析において計測される収縮率が０．３％以下である、請求項４または５に記載の接合用金属ペースト。

【請求項7】

レーザー回折型粒度分布装置により計測される体積換算の平均粒子径（Ｄ_５０）１．０〜５．０μｍの金属粒子（Ｂ）を含む、請求項１ないし６のいずれかに記載の接合用金属ペースト。

【請求項8】

金属ナノ粒子（Ａ）と金属粒子（Ｂ）の重量混合比は（Ａ）／（Ｂ）で０．２５以下である、請求項７に記載の接合用金属ペースト。

【請求項9】

２つの被接合部材の接合方法であって、被接合部材に請求項１ないし８のいずれかに記載された接合用金属ペーストを塗布する工程、該塗膜上に他方の前記ペーストの塗布された被接合物をもう一方の被接合部材に戴置する工程、戴置後に２００〜３５０℃の焼結温度まで昇温し、焼結温度で２時間未満保持して、金属接合層を形成する工程を備えた接合方法。

【請求項10】

接合用金属ペーストを塗布した後に、５０〜１５０℃の温度で乾燥する工程を備えた請求項９に記載の接合方法。

【請求項11】

焼結温度までの室温からの昇温速度が毎分１．５〜１０℃である、請求項９または１０に記載の接合方法。

【請求項12】

接合用金属ペーストを塗布する面積（接合面積）が９ｍｍ^２以上である、請求項９ないし１１のいずれかに記載の接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被接合部材との間における端部のボイドが低減された金属接合層を形成可能な接合材及びその接合材を使用した接合方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、銅基板などの基板上に半導体チップなどの電子部品を搭載した半導体装置では、電子部品が半田により基板上に固定されていたが、近年では、人体や環境などへの負荷を考慮して、従来の鉛を含む半田から鉛フリー半田への移行がなされている。

【0003】

また、このような半導体装置において、基板上への実装密度を大きくするために電子部品が小型化されていることから、これらを駆動する電流密度は大きくなる傾向にある。その結果として、電子部品の稼働時の発熱も大きくなる。また、半導体素子として、広く使用されていたＳｉ素子よりも低損失で優れた特性のＳｉＣ素子を使用することが検討されている。このＳｉＣ素子を基板上に搭載した半導体装置では、動作温度が２００℃を超える場合もある。このような高温環境にさらされ得る半導体装置の製造においては、電子部品を基板上に固定する半田として、融点が高い高温はんだを使用する必要があるが、このような高温はんだは鉛フリー化が困難である。

【0004】

こうした趨勢の中、本出願人らはナノ銀粒子をペースト内に含ませ、その構成を適切に制御することによって、環境負荷物質である鉛を用いなくとも、高い接合強度を有するとともに、低温での処理でありながらも、高温耐久性に優れる接合方法を提供できる旨を今までに開示してきた。（特許文献１及び２）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１５−００４１０５号公報

【特許文献2】特開２０１５−２２５８４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１および２において開示している技術として、ナノサイズの銀粒子およびミクロンサイズの銀粒子を併用し、焼結助剤や、リン酸エステル系の添加剤を併用することによって、ペーストを塗布し焼結させた際に形成される金属層中のボイドを低減させることが出来る旨開示を行った。

【0007】

ところが、発明者らの直近の検討によれば、こうした構成を適正化したペーストであっても、特に大面積での接合を行う場合において、端部で接着不良を生じてしまう場合があることがわかってきた。端部の接合不良により生じた空隙部分に水分などが浸入した場合には、その部分から緩やかな酸化が生じてしまう危険性があることが推定されることから、接合面積がたとえ大きくても接着不良を生じないペーストの構成とすることが強く望まれている。

【0008】

そこで本発明において解決すべき課題としては、接合面積が大きい場合であっても端部におけるボイドの発生を低減し、均一性のある接合層を形成できる接合ペーストおよび該ペーストを用いた接合方法の提供と定めた。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明者はこれらの問題を解決するために、鋭意検討を行ったところ、ペーストについては添加する成分だけではなく、添加した結果形成されるペーストが示す性質を適切な条件とすれば、上記の課題が解決できうることを見いだし、本件発明を完成させた。

【0010】

すなわち、本明細書が開示する第１の発明は、少なくとも一次粒子径の個数平均値が１０〜１００ｎｍである金属ナノ粒子（Ａ）を含む接合用金属ペーストであって、ペーストを窒素雰囲気中３℃／分の昇温速度で４０℃から７００℃まで昇温したときにおける、減量値の累積値（Ｌ_７００）を１００としたとき、４０℃から１００℃まで昇温したときにおける減量値の累積値（Ｌ_１００）が７５以下であり、４０℃から１５０℃まで昇温したときにおける減量値の累積値（Ｌ_１５０）が９０以上であって、４０℃から２００℃まで昇温したときにおける減量値の累積値（Ｌ_２００）が９８以上である、接合用金属ペーストである。

【0011】

第２の発明は、第１の発明において、４０℃から２００℃まで昇温したときにおける減量値の累積値（Ｌ_２００）が９９．９以下の接合用金属ペーストである。

【0012】

第３の発明は、第１または第２の発明に記載した接合用金属ペーストにおいて、金属ナノ粒子（Ａ）を含んだ金属粒子、溶剤、分散剤などの添加剤を含む接合用金属ペースト全量を１００質量％としたとき、焼成温度Ｔｂ（℃）としたとき、沸点もしくは分解温度がＴｂ−５０（℃）以上Ｔｂ＋５０（℃）以下である溶剤が、５質量％以上１０質量％以下である、接合用金属ペーストである。

【0013】

第４の発明は、第１ないし第３のいずれかの発明に記載した接合用金属ペーストにおいて、金属ナノ粒子（Ａ）を含んだ金属粒子、溶剤、分散剤などの添加剤を含む接合用金属ペースト全量を１００質量％としたとき、焼成温度Ｔｂ（℃）としたとき、沸点もしくは分解温度が焼成温度Ｔｂ＋５０（℃）よりも高い成分を１．５質量％以下含有する、接合用金属ペーストである。

【0014】

第５の発明は、接合用金属ペーストにおいて、少なくとも一次粒子径の個数平均値が１０〜１００ｎｍである金属ナノ粒子（Ａ）を含んだ金属粒子を含む接合用金属ペーストであって、当該ペーストに含まれる金属粒子は窒素雰囲気中０．１ＭＰａで加圧しながら、３℃／分の昇温速度で３０℃から２５０℃まで昇温しながら行う熱機械分析において計測される収縮率が１．５％以下の接合用金属ペーストである。

【0015】

第６の発明は、第５の発明に記載の接合用金属ペーストにおいて、使用される金属粒子の３０℃から２００℃まで昇温しながら行う熱機械分析において計測される収縮率が０．５％以下の接合用金属ペーストである。

【0016】

第７の発明は、第５もしくは第６の発明に記載の接合用金属ペーストにおいて、使用される金属粒子の３０℃から１７５℃まで昇温しながら行う熱機械分析において計測される収縮率が０．３％以下の接合用金属ペーストである。

【0017】

第８の発明は、第１ないし第７のいずれかの発明において、さらにレーザー回折型粒度分布装置により計測される体積換算の平均粒子径（Ｄ_５０）１．０〜５．０μｍの金属粒子（Ｂ）を含む、接合用金属ペーストである。

【0018】

第９の発明は、第８の発明において、金属ナノ粒子（Ａ）と金属粒子（Ｂ）の重量混合比は（Ａ）／（Ｂ）で０．２５以下の接合用金属ペーストである。

【0019】

第１０の発明は、２つの被接合部材の接合方法であって、被接合部材に第１ないし第９のいずれかの発明に記載された接合用金属ペーストを塗布する工程、該塗膜上に他方の前記ペーストの塗布された被接合物をもう一方の被接合部材に戴置する工程、戴置後に２００〜３５０℃の焼結温度まで昇温し、焼結温度で２時間未満保持して、金属接合層を形成する工程を備えた接合方法である。

【0020】

第１１の発明は、第１０の発明に記載された接合方法であって、接合用金属ペーストを塗布した後に、５０〜１５０℃の温度で乾燥する工程を備えた接合方法である。

【0021】

第１２の発明は、第１０もしくは第１１の発明において、焼結温度までの室温からの昇温速度が毎分１．５〜１０℃である、接合方法である。

【0022】

第１３の発明は、第１０ないし第１２のいずれかの発明において、接合用金属ペーストを塗布する面積（接合面積）が９ｍｍ^２以上である、接合方法である。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、接合面積が大きい場合であっても端部におけるボイドの発生を低減して、均一性のある接合層を形成することができ、高い接合強度を有した接合体を形成することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】接合体のシェア強度の測定の様子を示す概略図である。

【図2】実施例３における接合用金属ペーストを用いて形成した接合部を、マイクロフォーカスＸ線透過装置で撮影した結果である。

【図3】比較例４における接合用金属ペーストを用いて形成した接合部を、マイクロフォーカスＸ線透過装置で撮影した結果である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

本発明にかかる接合用金属ペーストおよび接合方法について説明する。

【0026】

＜接合用金属ペースト＞
接合用金属ペーストは、特定の金属粒子、溶剤、および特性を補完する添加成分から構成される。

【0027】

［金属ナノ粒子］
本発明で利用される金属ナノ粒子は、出願人が既に市販しているものの他、本願発明の趣旨に従うものであれば、市販の粒子や、文献に記載された粒子を採用することができる。ナノ粒子を作成する方法は、本発明で指定した粒子径範囲と性質を満足するのであれば、湿式法や乾式法のいずれの方法により作成された粒子を採用することが可能である。本発明の趣旨に従う金属ナノ粒子としては、平均一次粒子径（透過型電子顕微鏡写真、走査型電子顕微鏡写真から算出される数平均粒子径）が１０〜１００ｎｍ、好ましくは１５〜８０ｎｍ、一層好ましくは２０〜６０ｎｍ、より一層好ましくは、２０〜４０ｎｍである。該数平均粒子径のことを一次粒子径の個数平均値ともいう。粒子の表面には、自然焼結を抑制するための有機物被覆（キャッピング層）が形成されていることが好ましい。粒子径が細かくなることで、金属ナノ粒子の溶融温度が低くなるので、接合体の形成温度を低くすることができるため好ましい。ただし、あまりにも小さい場合には、常温での焼結を避けるために厚いキャッピング層を形成させなければならなくなるので好ましくない。厚いキャッピング層を形成してしまうと、粒子間の分散はさせやすく単分散なものが得られやすくなるが、キャッピング層を除去し、金属の焼結を進行させるためには高温での処理が必要になったり、金属層の中に有機物が残存してしまい接合強度の低下や導電率の低下の原因にもなったりするので好ましくない。また、単分散になりすぎると、粒子の回収が難しくなるので生産性が低下する原因にもなる。

【0028】

キャッピング層は、金属層の形成温度において除去できるような低温分解性を有する物質であることが高い接合強度を形成するには好ましい。分子量の大きい物質としてしまうと、焼結層に焼成残渣が残存してしまうことになり好ましくないため、ポリマーや高分子物質は避けるのがよい。キャッピング層を形成する有機物としては、少なくとも焼結温度以下の沸点を有する物質であることが好ましく、沸点が３００℃以下、好ましくは２５０℃以下である物質とするのがよい。かような有機化合物の例としては、炭素数が１２以下のカルボン酸、ジカルボン酸、不飽和脂肪酸、あるいはアミン類、チオール類、スルフィド類が例示できるが、特に好ましいのはカルボン酸、ジカルボン酸、不飽和脂肪酸、アミン類である。具体的には、オクタン酸、ヘプタン酸、ヘキサン酸、ペンタン酸、ブタン酸、プロパン酸、シュウ酸、マロン酸、エチルマロン酸、コハク酸、メチルコハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、ソルビン酸、マレイン酸、ヘキシルアミン、オクチルアミン等を挙げることができる。

【0029】

表面を被覆する有機物の量が多くなると、焼成温度が高くなってしまうこと、焼成膜中に不純物が残存することがあるので不適切である。有機物被覆量は金属ナノ粒子（粉末）に対し、０．１質量％以上１０質量％以下、好ましくは０．５質量％以上５質量％以下、一層好ましくは１．０質量％以上、３．０質量％以下とするのがよい。

【0030】

また、粒子の加熱に対する収縮が小さいものであることが好ましい。具体的には、窒素雰囲気下、０．１ＭＰａで加圧しながら、３０℃から２５０℃まで３℃／分の速度で昇温しながら行う熱機械分析において計測される収縮率が１．５％以下、好ましくは１．０％以下、好ましくは０．７５％以下であることが好ましい。窒素雰囲気下、０．１ＭＰａで加圧しながら、３０℃から２００℃まで毎分３℃の速度で昇温しながら行う熱機械分析において計測される収縮率が０．５％以下であることが好ましい。窒素雰囲気下、０．１ＭＰａで加圧しながら、３０℃から１７５℃まで毎分３℃の速度で昇温しながら行う熱機械分析において計測される収縮率が０．３％以下であることが好ましい。

【0031】

金属ナノ粒子で用いられる金属は、部材の接合に使用可能なものであれば特に限定されない。貴金属及び卑金属のいずれも使用することができる。貴金属としては、例えば、銀、金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、イリジウム、白金等を挙げることができる。入手の容易さを考慮すれば、銀や金などが好適に利用されうる。コスト面から見れば、特に好ましいのは銀である。卑金属としては、例えば、銅、アルミニウム、鉄、ニッケル等を挙げることができる。ここで、使用されうる金属は単金属でもよいし、合金であってもよい。

【0032】

［金属粒子］
本発明において、金属粒子を併用する場合には、市販の金属粒子を採用することが可能である。この際の粒子は湿式法で作成したものであっても、乾式法で作成されたもののいずれでもかまわない。本発明で利用される金属粒子としては、レーザー回折型粒度分布装置で計測される体積換算の累積５０％粒子径（Ｄ_５０粒子径）が１．０〜５．０μｍである金属粒子を含む。金属ペースト（の塗膜）の焼結時には、金属ナノ粒子が焼結して、金属粒子を連結するようにして、金属接合層が形成される。この際金属接合層にボイドが形成されにくくするためには、金属粒子のＤ_５０粒子径は１．２〜３．０μｍであることが好ましく、１．４〜２．０μｍであることがより好ましい。

【0033】

この金属粒子についても、分散性向上などのため有機化合物で被覆されていてもよく、その際に、金属粒子を炭素数２０以下の有機化合物にて被覆するのが好ましい。そのような有機化合物の例としては、オレイン酸やステアリン酸が挙げられる。被覆している有機物の量は、金属ナノ粒子に対するものと同じく少ない方が金属層への悪影響を抑制できるので好ましい。具体的には５．０質量％以下、好ましくは３．０質量％以下であるものがよい。

【0034】

また、粒子の加熱に対する収縮が小さいものであることが好ましいことは金属ナノ粒子の説明で述べたとおりであるが、金属粒子を併用する場合においては、金属ナノ粒子と金属粒子を混合した後に、同様の性質を有することが好ましい。具体的には、金属ナノ粒子と金属粒子を混合させた混合物について、窒素雰囲気下、０．１ＭＰａで加圧しながら、３０℃から２５０℃まで毎分３℃の速度で昇温しながら行う熱機械分析において計測される収縮率が１．５％以下、好ましくは１．０％以下、一層好ましくは０．７５％以下であることが好ましい。窒素雰囲気下、０．１ＭＰａで加圧しながら、３０℃から２００℃まで毎分３℃の速度で昇温しながら行う熱機械分析において計測される収縮率が０．５％以下であることが好ましい。窒素雰囲気下、０．１ＭＰａで加圧しながら、３０℃から１７５℃まで毎分３℃の速度で昇温しながら行う熱機械分析において計測される収縮率が０．３％以下であることが好ましい。

【0035】

金属粒子で用いられる金属は、部材の接合に使用可能なものであれば特に限定されない。貴金属及び卑金属のいずれも使用することができる。貴金属としては、例えば、銀、金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、イリジウム、白金等を挙げることができる。入手の容易さを考慮すれば、銀や金などが好適に利用されうる。コスト面から見れば、特に好ましいのは銀である。卑金属としては、例えば、銅、アルミニウム、鉄、ニッケル等を挙げることができる。ここで、使用されうる金属は単金属でもよいし、合金であってもよい。ここで、金属ナノ粒子と同じ金属を採用してもよいし、別の金属を採用しても差し支えない。

【0036】

金属ナノ粒子に加えて、金属粒子を追加する場合、金属ナノ粒子（Ａ）と金属粒子（Ｂ）の重量混合比は（Ａ）／（Ｂ）で０．２５以下であるのが好ましい。また、接合用金属ペースト中における、金属ナノ粒子又は金属ナノ粒子と金属粒子との混合物の割合は９０質量％以上であるのが好ましい。

【0037】

［溶媒］
本発明で使用される溶媒は、焼成温度よりも低い温度で揮散する性質を有するものを用いるとよい。揮散は沸騰による蒸発であっても、分解であってもよい。具体的には沸点もしくは分解温度が３００℃以下のものを採用することが好ましい。

【0038】

本発明で使用される溶媒は、焼結などに影響を及ぼさないという条件において、極性溶媒であっても、非極性溶媒であってもよいが、他の成分との相溶性等を考慮すれば、極性溶媒を選択する方が適当である。

【0039】

ここで用いられる溶媒としては、金属ペーストにおける沸点や粘度、蒸発速度の調整などの目的で、複数の溶媒を混合し使用することが出来る。ここで混合できうる溶媒として、溶媒を極性溶媒とする場合には、次のような溶媒が例示できる。水；ターピネオール、テキサノール、フェノキシプロパノール、１−オクタノール、１−デカノール、１−ドデカノール、１−テトラデカノール、テルソルブＭＴＰＨ（日本テルペン化学株式会社製）、ジヒドロターピニルオキシエタノール（日本テルペン化学株式会社製）、テルソルブＴＯＥ−１００（日本テルペン化学株式会社製）、テルソルブＤＴＯ−２１０（日本テルペン化学株式会社製）等のモノアルコール；３−メチル−１，３−ブタンジオール、２−エチル−１，３−ヘキサンジオール（オクタンジオール）、ヘキシルジグリコール、２−エチルヘキシルグリコール、ジブチルジグリコール、グリセリン、ジヒドロキシターピネオール、３−メチルブタン−１，２，３−トリオール（イソプレントリオールＡ（ＩＰＴＬ−Ａ）、日本テルペン化学株式会社製）、２−メチルブタン−１，３，４−トリオール（イソプレントリオールＢ（ＩＰＴＬ−Ｂ）、日本テルペン化学株式会社製）等のポリオール；ブチルカルビトール、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ターピニルメチルエーテル（日本テルペン化学株式会社製）、ジヒドロターピニルメチルエーテル（日本テルペン化学株式会社製）等のエーテル化合物；ブチルカルビトールアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のグリコールエーテルアセテート；１−メチルピロリジノン、ピリジン等の含窒素環状化合物；γ―ブチロラクトン、メトキシブチルアセテート、メトキシプロピルアセテート、乳酸エチル、３−ヒドロキシ−３−メチルブチルアセテート、ジヒドロターピニルアセテート、テルソルブＩＰＧ−２Ａｃ（日本テルペン化学株式会社製）、テルソルブＴＨＡ−９０（日本テルペン化学株式会社製）、テルソルブＴＨＡ−７０（日本テルペン化学株式会社製）等のエステル化合物；などが例示できる。

【0040】

本発明者らは、この溶媒の混合選択時において、沸点（もしくは分解温度）を適切に調整すれば、金属層が形成される速度を調整することが出来るとともに、金属層を適切に構成できうることを知見した。具体的には、沸点の異なる溶剤を複数混合することにより、窒素雰囲気中で計測される焼成の各段階を想定した重量減少量の累積値を特定の範囲とすることで、焼成中に発生する溶剤や添加物、金属粒子の表面を構成する有機物の揮発や分解時に発生するガス成分が必要以上に残存することを避けることが出来るというものである。

【0041】

［沸点別の溶剤構成］
本発明において、重要なのは上述した溶剤候補において、その溶剤の沸点を階層ごとに分類し、それらを組み合わせることにより、金属層の形成段階において溶剤の沸騰や分解のタイミングを一度に行わせるのではなく、数段階に分けて行わせることにある。そうすることによって、焼結による金属層の収縮が一度に進みすぎることを緩和することが可能となる。

【0042】

発明者の検討によれば、本発明に従うペーストの構成を大きく分ければ、沸点もしくは分解温度が（焼結させようとする温度：Ｔｂ）を中央値とし、沸点もしくは分解点が（焼結させようとする温度）±５０℃の溶剤（Ｓ_Ａ）と（焼結させようとする温度：Ｔｂ）＋５０℃以上である溶剤もしくは難分解性の有機物（後掲の表１では一括して溶剤というカテゴリーに含めており、一括して成分Ｓ_Ｂともいう。）をともに含む構成とすることが適当であって、（焼結させようとする温度）を中央値とし、沸点もしくは分解点が（焼結させようとする温度：Ｔｂ）±５０℃の溶剤（Ｓ_Ａ）は、ペースト全体における割合が５質量％以上１０質量％以下とし、沸点もしくは分解温度が（焼結させようとする温度：Ｔｂ）＋５０℃よりも高い成分（Ｓ_Ｂ）は０質量％を上回り１．５質量％以下とすることが適当であることが判明した。具体的な例で示すと、焼成温度（Ｔｂ）を２５０℃（後述の実施例、比較例）と設定する場合にはＳ_Ａの範囲は２００〜３００℃の範囲であり、沸点もしくは分解温度が２００℃以上３００℃以下の成分と３００℃よりも高い成分でペーストの配合を決定することを意味する。すなわち、本発明においては、金属層中に沸点の高い有機物もしくは有機物由来の炭素の存在を許容する。この沸点の高い有機物の存在は、焼結中表面被覆物が脱離した後の金属成分の焼結が一度に進みすぎるのを抑制する働きがあると推定される。しかし、あまりにもかような物質が多すぎると、粒子の焼結を妨害し、接合強度に悪影響を及ぼすことから適当ではない。

【0043】

具体例として、特に焼成温度を２５０℃に設定した場合における溶剤配合について例示する。焼成温度（Ｔｂ）を２５０℃と設定した場合における、沸点もしくは分解温度の境界温度は３００℃であり、溶媒の構成としては沸点もしくは分解温度が２００〜３００℃の溶剤と３００℃よりも高い溶剤を混合することになる。このとき、沸点もしくは分解温度が２００〜３００℃の溶剤（Ｓ_Ａ）としては、１−デカノール（沸点（公称値）：２３３℃）、３−メチルブタン−１，２，３−トリオール（イソプレントリオールＡ（ＩＰＴＬ−Ａ））（沸点（公称値）：２５５℃、日本テルペン化学株式会社製）、２−メチルブタン−１，３，４−トリオール（イソプレントリオールＢ（ＩＰＴＬ−Ｂ））（沸点（公称値）：２７８℃、日本テルペン化学株式会社製）及びジエチレングリコール（沸点（公称値）：２４５℃）が挙げられる。ここで、（焼結させようとする温度：Ｔｂ）を中央値とし、沸点もしくは分解点が（焼結させようとする温度：Ｔｂ）±５０℃の溶剤は、特に接合層形成の初期段階における、粒子表面からの表面を保護する有機物除去の際に素早く取り除く働きがあると推定している。沸点もしくは分解点も低いことから、とりわけペーストを構成する溶剤の中では多く配合しなければならず、少なくとも全体の質量のうちの５質量％以上１０質量％以下の構成とするのが適当である。こうした溶剤は粘度も小さいため、あまりにも量を増やしすぎるとインク状になってしまうため、目的の形状に塗布が行いにくくなるので適当ではない。発明者らの知見によれば、塗布焼成後の微細ボイドを適正なものとするためには、焼成温度をＴｂ（℃）としたとき、沸点若しくは分解温度がＴｂ−５０（℃）以上Ｔｂ＋５０（℃）以下の領域にあるようにするのが好ましい。具体例を挙げると、焼成温度が２５０℃の場合では沸点もしくは分解温度が２５０℃〜３００℃のものを添加すると、接合強度と微細なボイドがバランスよく出現することが出来るようになるので好ましい。金属ナノ粒子を含んだ金属粒子、溶剤、分散剤などの添加剤を含む接合用金属ペースト全量を１００質量％としたとき、焼成温度Ｔｂ（℃）としたとき、沸点もしくは分解温度がＴｂ−５０（℃）以上Ｔｂ＋５０（℃）以下である溶剤が５質量％以上１０質量％以下であるのが好ましい。沸点もしくは分解温度が焼成温度Ｔｂ＋５０（℃）よりも高い成分を、０質量％を上回り１．５質量％以下含有するのが好ましい。焼成温度Ｔｂは２００〜３００℃の範囲内の値に設定してもよい。

【0044】

焼成温度（Ｔｂ）を２５０℃に設定した場合の、３００℃（Ｔｂ＋５０℃）よりも高い沸点もしくは分解温度を有する溶剤（Ｓ_Ｂ）の例としては、テルソルブＭＴＰＨ（沸点（公称値）：３０８〜３１８℃、日本テルペン化学株式会社製）及びＳＯＬＰＬＵＳＤ５４０（沸点：７００℃）といったものがあげられる。ここでいう沸点もしくは分解温度に関しては、メーカーのＳＤＳ等の記載数値のほか、自らＴＧ／ＤＴＡなどで算出した値を使用することが可能である。その際には、測定開始温度は２５℃とし、２５℃から３℃／分の速度で昇温させていき、熱減量が９５％となったときの温度を、その物質の沸点とする。７００℃まで昇温しても熱減量が９５％に満たない場合は、その物質の沸点は便宜的に７００℃とみなすこととした。

【0045】

あまりにもかような物質が多すぎると、粒子の焼結を妨害し、接合強度に悪影響を及ぼすことから適当ではない。こうした３００℃（焼成温度２５０℃＋５０℃）を上回る沸点もしくは分解温度の溶剤は必要以上に添加すれば焼成の妨げになり、未焼結の部分が発生してしまうおそれがあるので注意が必要である。発明者らの知見によれば、こうした溶剤は０質量％を上回り、且つ２．５質量％以下、好ましくは１．５質量％以下、更に好ましくは１．０質量％以下、一層好ましくは０．５質量％以下とするのが良い。３００℃（焼成温度２５０℃＋５０℃）よりも高温の溶剤の量と３００℃（焼成温度２５０℃＋５０℃）以下の溶剤の構成比は、３００℃（焼成温度２５０℃＋５０℃）よりも高温の溶剤が１に対し、３００℃（焼成温度２５０℃＋５０℃）以下が９よりも多い量（（焼成温度２５０℃＋５０℃）よりも高温の溶剤の構成が溶剤全体の中で１０％以下）とすることが好ましい。

【0046】

前記接合材中の、沸点もしくは分解温度が２３０℃以上３００℃以下である溶剤の含有量が、前記接合材中の全溶剤の質量のうち５０％以上を占める量であるのが好ましい。前記接合材中の、沸点もしくは分解温度が３００℃を上回る溶剤の含有量が、前記接合材中の全溶剤の質量のうち３５％以下を占める量であるのが好ましい。下限は２％が好ましく、３％がより好ましい。前記接合材中の、沸点もしくは分解温度が４００℃以上である溶剤の含有量が、前記接合材中の全溶剤の質量のうち６％以下を占める量であるのが好ましい。下限は３％が好ましい。上記いずれか一つの含有量の規定を満たすのが好ましく、全ての含有量の規定を満たすのがより好ましい。

【0047】

［７００℃における重量減少量の累積値Ｌ_７００］
４０〜７００℃における金属ペーストの重量減少は、ペーストを構成する溶媒、添加物および粒子の表面を構成する有機物の総和である。本発明のペーストにおける熱処理温度（最大で３００℃）よりもはるかに高温での熱処理後の重量減少量を基準としているのは、ペースト中における難燃もしくは難分解性の物質をも除去されうる温度を基準とすることにより、ペースト中の有機物として除去可能な量を算出することを目的としたためである。この温度よりも高温としてしまうと、金属の焼結が進み、金属層中に有機物が取り込まれたままになり、用を足さなくなるので適当ではない。以降、重量減少量のことを減量値ともいう。

【0048】

重量減少は、たとえばペーストを準備し、４０℃で十分加熱した後重量測定を行い、庫内温度を７００℃に設定し、窒素で置換された電気炉中に戴置して十分に加熱してから炉から取り出した後、重量を再度測定して７００℃の熱処理前後の重量減少から算出する方法や、市販のＴＧ／ＤＴＡ装置を使用して算出する方法があるが、後者の方が所望の昇温速度を得られるだけでなく、途中の１００℃における減少量や１５０℃における減少量を一度に算出できるので適当である。ＴＧ／ＤＴＡ装置を用いて測定する方法の一例としては、ＳＩＩ社製ＴＧ／ＤＴＡ（ＴＧ／ＤＴＡ６３００）を用いて、測定用アルミナパン（φ０．５ｍｍ）に接合材を１０±１ｍｍｇ計量し、２００ｍＬ／分の窒素雰囲気下で４０℃から７００℃までを昇温速度３℃／分で昇温させることにより算出する方法があげられる。

【0049】

［１００℃における重量減少量の累積値Ｌ_１００］
本発明における金属ペーストは窒素中における４０〜１００℃における重量減少量は４０〜７００℃における重量減少量累積値Ｌ_７００を１００とした場合、２５以上７５以下、好ましくは３０以上７０以下、一層好ましくは６０以下、より一層好ましくは５０以下である。この値が７０よりも大きい値を示すと、低温領域においてペーストから一挙に溶剤が脱離することを示すため、焼結の不均一化の原因にもなるので好ましくない。また、溶剤等の非金属成分の一定量が残存することによって、昇温による被接合部材の熱膨張と、接合材で形成された塗膜の収縮という反対方向の動きによる、金属ナノ粒子と被接合部材との接点の減少が抑制されることにより、金属層の良好な形成に寄与するため好ましい。

【0050】

［１５０℃における重量減少量の累積値Ｌ_１５０］
本発明における金属ペーストは窒素中における４０〜１５０℃における重量減少量は４０〜７００℃における重量減少量累積値Ｌ_７００を１００とした場合、９０以上、好ましくは９３以上、一層好ましくは９５以上である。この値が低い場合には、ペースト中に難分解、難脱離性成分が多く金属層の形成に影響をする場合があるため好ましくない。

【0051】

［２００℃における重量減少量の累積値Ｌ_２００］
本発明における金属ペーストは窒素中における４０〜２００℃における重量減少量は４０〜７００℃における重量減少量累積値Ｌ_７００を１００とした場合、９５以上、好ましくは９８以上である。この値が低い場合には、ペースト中に難分解、難脱離性成分が多く金属層の形成に影響をする場合があるため好ましくない。この値が９９．９を上回ると、焼成温度を２００〜３００℃に設定していた場合に、粒子の焼結が局所的に進行してしまう場合があり好ましくない。

【0052】

［その他の添加物質］
ペーストにおける焼結性や接合強度へ影響を及ぼさない範囲内で、本発明のペーストには公知の添加物を適正な範囲内で添加することが出来る。具体的には、酸系分散剤やリン酸エステル系分散剤などの分散剤、ガラスフリットなどの焼結促進剤、酸化防止剤、粘度調整剤、有機バインダー（例えば樹脂バインダー）、無機バインダー、ｐＨ調整剤、緩衝剤、消泡剤、レベリング剤、揮発抑制剤が挙げられる。添加剤の接合材における含有量は、０．１質量％以下とすることが好ましい。

【0053】

＜金属ペーストの製造方法＞
本発明の金属ペーストは、金属ナノ粒子と溶剤、更に他の任意成分を公知の方法で混練することで、製造することができる。混練の方法は特に制限されるものではなく、例えば、各成分を個別に用意し、任意の順で、超音波分散、ディスパー、三本ロールミル、ボールミル、ビーズミル、二軸ニーダー、又は公転式攪拌機などで混練することによって、接合用金属ペーストを製造することができる。

【0054】

＜接合方法＞
本発明による接合は、本発明の接合材の実施の形態を用いて２つの被接合部材を接合する方法であり、この方法により、端部まで均一な接合層を形成することができ、接合強度が高くかつ金属接合層のボイド量が十分に低減された接合体を得ることができる。本発明の接合方法の実施の形態は、塗膜形成工程と、載置工程と、焼結工程とを有し、その他予備乾燥工程等を実施してもよい。以下、これら各工程について説明する。

【0055】

［塗膜形成工程］
本工程では、一方の被接合部材に本発明の接合用金属ペーストをスクリーン印刷、メタルマスク印刷、インクジェット印刷といった印刷法などにより塗布して塗膜を形成する。選択された印刷方法により、ペーストやインクの粘度は適宜調整されうる。前記一方の被接合部材の例としては、基板が挙げられる。基板としては、銅基板などの金属基板、銅と何らかの金属（例えばＷ（タングステン）やＭｏ（モリブデン））との合金基板、銅板をＳｉＮ（窒化珪素）やＡｌＮ（窒化アルミニウム）などに挟んだセラミック基板、更にＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）基板などのプラスチック基板、場合によってプリント配線基板などが挙げられる。さらにこれらを積層した積層基板も、本発明の接合方法を適用することが出来る。被接合部材の接合材が塗布される個所は、金属でメッキされていてもよい。塗膜中の金属成分との接合相性の観点からは、前記一方の被接合部材の金属メッキにおける金属の種類は、接合材における金属成分の構成金属と同じとすることも出来る。

【0056】

［載置工程］
続いて、前記の一方の被接合部材上に形成された塗膜の上に、他方の被接合部材を載置する。この他方の被接合部材の例としては、ＳｉチップやＳｉＣチップなどの半導体素子、一方の被接合部材の例として挙げたのと同様の基板が挙げられる。また、基板にはペーストは塗布せず、ＳｉチップやＳｉＣチップやＩＣチップの裏面にペーストを塗布して準備することも出来る。

【0057】

また、他方の被接合部材の塗膜と接する個所（被接合面）は、金属でメッキされていてもよい。塗膜中の金属成分との接合相性の観点からは、前記他方の被接合部材の金属メッキにおける金属の種類は、接合材における金属成分の構成金属と同様であることが好ましい。また塗膜上に被接合部材を載置する際には、２つの被接合部材の間に、被接合物の自重の以外に塗膜を圧縮する方向の外部から圧力をかけることは妨げないが、チップや基板などが外部圧力により破壊されない程度の圧力とすることが肝要である。

【0058】

また本発明の接合方法の実施の形態は、大面積の半導体素子の接合に好適に適用することができる。特に半導体素子の被接合面（塗膜ないしこれから形成される金属接合層と接触する面。塗膜は通常半導体素子の底面全面をカバーするように形成される）の面積が９ｍｍ^２以上である場合に、本発明の接合方法の実施の形態が好適であり、被接合面の面積が２５ｍｍ^２以上である場合により好適であり、特に被接合面の面積が３６〜４００ｍｍ^２である場合に好適である。

【0059】

［予備乾燥工程］
他方の被接合部材が載置された塗膜を加熱して焼結する際に、余分な有機成分を除去する目的で、塗膜上に他方の被接合部材を載置する前又は後に（載置工程の前又は後に）、塗膜を予備乾燥する予備乾燥工程を実施してもよい。予備乾燥は塗膜から溶剤の一部を除去することを目的としており、溶剤が揮発し、かつ金属ナノ粒子が焼結を実質的に起こさないような条件で乾燥する。このため、予備乾燥は塗膜を６０〜１５０℃で加熱することによって実施することが好ましい。この加熱による乾燥は大気圧下で行ってもよいし、減圧ないし真空下で行ってもよい。また、次に説明する焼結工程において、焼結温度までの昇温速度が７℃／分以下であれば、焼結温度までの昇温をもって予備乾燥工程を実施することができる。基板や金属粒子の成分として酸化されやすい金属が構成成分として含まれている（例えば、銅や銅合金が基板の金属や、金属粒子として使用することを想定する）場合、酸化防止の観点から不活性雰囲気中で実施することが好ましい。

【0060】

［焼結工程］
載置工程を実施して必要に応じて予備乾燥工程を実施した後、２つの被接合部材にサンドイッチされた塗膜を１．５℃／分〜１０℃／分の昇温速度で室温から２００〜３５０℃の焼結温度まで昇温し、その焼結温度で１分以上２時間未満の時間保持して、前記塗膜から金属接合層を形成する。この金属接合層は、接合強度に優れ、またボイドが少ない。従ってこの焼結により、２つの被接合部材を強固に、高い信頼性をもって接合することができる。

【0061】

焼結工程における焼結温度まで加熱する際の昇温速度は、高い接合強度を有し、ボイドの少ない金属接合層を有する接合体を形成する観点から、２℃／分〜６℃／分であることが好ましく、２．５℃／分〜４℃／分であることがより好ましい。またこのような昇温速度であれば、焼結温度までの昇温をもって予備乾燥工程を兼ねることができる。

【0062】

焼結温度は、形成される金属接合層の接合強度やコストの観点から、２２０〜３００℃であることが好ましい。焼結温度で保持する時間は、形成される金属接合層の接合強度やコストの観点から、１〜９０分であることが好ましい。また、焼結温度までの昇温及びその焼結温度での保持の際に、被接合部材間に塗膜を圧縮する方向の圧力を加える必要はないが、より緻密な焼結膜を形成させる目的で、印加圧力５ＭＰａ以下の圧力を加えることは妨げない。

【0063】

また、焼結工程は大気雰囲気中で実施しても窒素雰囲気などの不活性雰囲気中で実施してもよいが、特に基板や金属粒子の成分として酸化されやすい金属が構成成分として含まれている（例えば、銅や銅合金が基板の金属や、金属粒子として使用することを想定する）場合、酸化防止の観点から不活性雰囲気中で実施することが好ましく、更にコストの観点から、焼結工程を窒素雰囲気中で実施することがより好ましい。

【0064】

焼結後に形成される金属層は、マクロ領域でみれば、ボイドは視認されない緻密な金属層となっているが、Ｘ線透過像でみれば、ごく微少な径のボイドを有していることが確認される。通常ボイドは可能な限り少ないことが好ましいとされていたが、本発明に従うペーストはむしろ小粒子径のボイドがある程度は存在している方が、高い接合強度を得ることが出来るようになる。とはいうものの、ボイドが多すぎると接合部における疲労寿命に悪影響を及ぼす可能性があるため好ましくない。Ｘ線透過像で算出されるボイドの占有割合は、１０％以下であるのがよく、好ましくは５％以下、一層好ましくは３％以下であるのがよい。

【実施例】

【0065】

以下、本発明を実施例及び比較例を用いてより詳細に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。

【0066】

＜接合用金属ペースト（実施例１〜５、比較例１〜７）の調製＞
［金属ナノ粒子の調製］
５Ｌの反応槽に水３４００ｇを入れ、この反応槽の下部に設けたノズルから３０００ｍＬ／分の流量で窒素を反応槽内の水中に６００秒間流して溶存酸素を除去した後、反応槽の上部から３０００ｍＬ／分の流量で窒素を反応槽中に供給して反応槽内を窒素雰囲気にするとともに、反応槽内に設けた撹拌羽根付き撹拌棒により撹拌しながら、反応槽内の水の温度が６０℃になるように調整した。この反応槽内の水に２８質量％のアンモニアを含むアンモニア水７ｇを添加した後、１分間撹拌して均一な溶液にした。この反応槽内の溶液に有機化合物として飽和脂肪酸であるヘキサン酸（和光純薬工業株式会社製）４５．５ｇ（銀に対するモル比は１．９８）を添加して４分間撹拌して溶解した後、還元剤として５０質量％のヒドラジン水和物（大塚化学株式会社製）２３．９ｇ（銀に対して４．８２当量）を添加して、還元剤溶液とした。

【0067】

また、硝酸銀の結晶（和光純薬工業株式会社製）３３．８ｇを水１８０ｇに溶解した硝酸銀水溶液を銀塩水溶液として用意し、この銀塩水溶液の温度が６０℃になるように調整し、この銀塩水溶液に硝酸銅三水和物（和光純薬工業株式会社製）０．００００８ｇ（銀に対して銅換算で１ｐｐｍ）を添加した。なお、硝酸銅三水和物の添加は、ある程度高濃度の硝酸銅三水和物の水溶液を希釈した水溶液を狙いの銅の添加量になるように添加することによって行った。

【0068】

次に、上記の銀塩水溶液を上記の還元剤溶液に一挙に添加して混合して、攪拌しながら還元反応を開始させた。この還元反応の開始から約１０秒で反応液であるスラリーの色の変化が終了し、攪拌しながら１０分間熟成させた後、攪拌を終了し、吸引濾過による固液分離を行い、得られた固形物を純水で洗浄し、４０℃で１２時間真空乾燥して、（ヘキサン酸で被覆された）銀ナノ粒子の乾燥粉末を得た。なお、この銀ナノ粒子中の銀の割合は、加熱によりヘキサン酸を除去した後の重量から、９７質量％であることが算出された。また、この銀ナノ粒子の平均一次粒子径を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により求めたところ、１７ｎｍであった。

【0069】

［金属粒子］
金属粒子として、走査型電子顕微鏡により測定した平均一次粒子径が８００ｎｍの銀粒子であるＡＧ−３−６０（ＤＯＷＡハイテック株式会社製）を用意した。

【0070】

［接合用金属ペーストの調製］
下記表１に記載の金属成分及び非金属成分を表１に記載の配合割合（質量％）で混練して、実施例１〜５及び比較例１〜７の接合材を調製した。表１では、非金属成分を溶剤として記載している。

【0071】

［接合強度及びボイドの評価用接合体の作製］
上記で調製した実施例１〜５及び比較例１〜７の各接合材を１０ｍｍ×１０ｍｍ（厚さ１ｍｍ）の銅基板にメタルマスク（開口部２．５ｍｍ×２．５ｍｍ、厚さ７０μｍ）で塗布した。銅基板上に形成された各接合材の塗膜上に、２ｍｍ×２ｍｍ（厚さ０．３ｍｍ）の、底面（被接合面）が正方形形状のＳｉ素子を載置して、０．４７Ｎの力を１秒かけた。これをＮ_２雰囲気中で、２５℃から２５０℃まで３℃／分で昇温させ、２５０℃で６０分間、焼成して銀接合層を形成し、接合体を得た。

【0072】

［接合体のシェア強度の評価］
ＳＥＲＩＥＳ４０００（ＤＡＧＥ社製）を用い、図１に示すようにして、上記で得られた接合体のシェア強度を測定した。具体的には、接合体は、銅基板３と、その上に形成された銀接合層２と、その上に形成され銀接合層２により銅基板３と接合しているＳｉ素子１とからなる。このＳｉ素子１の側面から、シェアツール４で５ｍｍ／ｍｉｎに設定して銅基板３の水平方向に力をかけ、破断したときの力をＳｉ素子１の底面の面積で割って、接合体のシェア強度を求めた。なお、銅基板３から高さ５０μｍの位置に、シェアツール４の下端が当たるようにして上記試験を行った。

【0073】

［ボイド評価］
各接合体のＳｉ素子−銀接合層−銅基板の接合部を、マイクロフォーカスＸ線透視装置（ＳＭＸ−１６ＬＴ、島津製作所製）で、撮影した。得られた画像を画像処理ソフト（商品名：ペイントショップ）で２値化した。図２は、実施例３における接合用金属ペーストを用いて形成した接合部を、マイクロフォーカスＸ線透過装置で撮影した結果である。図３は、比較例４における接合用金属ペーストを用いて形成した接合部を、マイクロフォーカスＸ線透過装置で撮影した結果である。その後、ボイド率を決定した。得られた粒子のシェア強度およびボイド率は表１に併せて示す。

【0074】

【表1】

【0075】

＜接合用金属ペースト（実施例６及び比較例８）の調製＞
（金属ナノ粒子の調製）
５Ｌの反応槽に水３４００ｇを入れ、この反応槽の下部に設けたノズルから３０００ｍ
Ｌ／分の流量で窒素を反応槽内の水中に６００秒間流して溶存酸素を除去した後、反応槽の上部から３０００ｍＬ／分の流量で窒素を反応槽中に供給して反応槽内を窒素雰囲気にするとともに、反応槽内に設けた撹拌羽根付き撹拌棒により撹拌しながら、反応槽内の水の温度が６０℃になるように調整した。この反応槽内の水に２８重量％のアンモニアを含むアンモニア水７ｇを添加した後、１分間撹拌して均一な溶液にした。この反応槽内の溶液に有機化合物として飽和脂肪酸であるヘキサン酸（和光純薬工業株式会社製）４５．５ｇ（銀に対するモル比は１．９８）を添加して４分間撹拌して溶解した後、還元剤として５０重量％のヒドラジン水和物（大塚化学株式会社製）２３．９ｇ（銀に対して４．８２当量）を添加して、還元剤溶液とした。

【0076】

また、硝酸銀の結晶（和光純薬工業株式会社製）３３．８ｇを水１８０ｇに溶解した硝
酸銀水溶液を銀塩水溶液として用意し、この銀塩水溶液の温度が６０℃になるように調整し、この銀塩水溶液に硝酸銅三水和物（和光純薬工業株式会社製）０．００００８ｇ（銀に対して銅換算で１ｐｐｍ）を添加した。なお、硝酸銅三水和物の添加は、ある程度高濃度の硝酸銅三水和物の水溶液を希釈した水溶液を狙いの銅の添加量になるように添加することによって行った。

【0077】

次に、上記の銀塩水溶液を上記の還元剤溶液に一挙に添加して混合して、攪拌しながら
還元反応を開始させた。この還元反応の開始から約１０秒で反応液であるスラリーの色の変化が終了し、攪拌しながら１０分間熟成させた後、攪拌を終了し、吸引濾過による固液分離を行い、得られた固形物を純水で洗浄し、４０℃で１２時間真空乾燥して、（ヘキサン酸で被覆された）銀微粒子の乾燥粉末を得た。なお、この銀微粒子中の銀の割合は、加熱によりヘキサン酸を除去した後の重量から、９７重量％であることが算出された。また、この銀微粒子の平均一次粒子径を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により求めたところ、１７ｎｍであった。

【0078】

［金属粒子］
金属粒子として、走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ像）により求めた平均一次粒子径が８００ｎｍの銀粒子であるＡＧ−３−６０（ＤＯＷＡハイテック株式会社製）を用意した。また比較として、走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ像）により求めた平均一次粒子径が３００ｎｍであるＡＧ−２−１Ｃ（ＤＯＷＡハイテック株式会社製）を用意した。

【0079】

［接合用金属ペーストの調製］
下記表１に記載の銀粒子及び溶剤、並びにその他の成分を表１に記載の配合割合（質量
％）で混練して、実施例１及び比較例１の接合材を調製した。

【0080】

［金属粒子の熱機械分析］
銀微粒子及びＡＧ−３−６０を、表１の実施例１についてのこれらの銀粒子の配合割合と同じ質量割合（２０：７２＝２１．７：７８．３）で、合計１００ｇ計量した。また銀微粒子及びＡＧ−２−１Ｃを、表１の比較例１についてのこれらの銀粒子の配合割合と同じ質量割合（２０：７２＝２１．７：７８．３）で、合計１００ｇ計量した。

【0081】

それぞれについて、計量後、へらで撹拌し、混練脱泡機で３０秒撹拌した。混練脱泡機の容器の公転速度は１４００ｒｐｍ、自転速度は７００ｒｐｍとした。

【0082】

撹拌された銀粒子を、上端が解放された内径５ｍｍの円筒型容器にそれぞれ０．５ｇ入れ、２０００Ｎの荷重を２０秒かけてφ５ｍｍで３．５〜３．７ｍｍ厚の円柱状のサンプルを成形した。

【0083】

得られた各サンプルについて、以下の条件で熱機械分析を行った。
メーカー：ＳＩＩ（セイコーインスツルメンツ株式会社）
型番：ＴＭＡ／ＳＳ６２００
昇温速度：３℃／ｍｉｎ
測定温度：３０〜７００℃
測定荷重：７００ｍＮ（プローブ面積：φ３ｍｍなので０．１ＭＰａ相当）
測定雰囲気：窒素を熱機械分析装置内に２００ｍＬ／ｍｉｎの流量で流した。

【0084】

［評価用接合体の作製］
上記で調製した実施例１及び比較例１の各接合材を３０ｍｍ×３０ｍｍ（厚さ１ｍｍ）の銅基板にメタルマスク（開口部１３．５ｍｍ×１３．５ｍｍ、厚さ１５０μｍ）で塗布した。銅基板上に形成された各接合材の塗膜上に、１３ｍｍ×１３ｍｍ（厚さ０．３ｍｍ）の、底面が正方形形状のＳｉ素子を載置した。これをＮ_２雰囲気中で２５℃から２５０℃まで３℃／分で昇温させ、当該温度で６０分間、無加圧で焼成して銀接合層を形成し、接合体を得た。

【0085】

＜ボイド評価＞
各接合体のＳｉ素子−銀接合層−銅基板の接合部を、超音波顕微鏡（Ｃ−ＳＡＭＤ−９５００、ｓｏｎｏｓｃａｎ社製）で、プローブ（トランスデューサー）として５０ＭＨｚのものを用いてＳｉ素子側から撮影した。得られた画像を画像処理ソフト（商品名：ペイントショップ）で２値化した後、Ｓｉ素子の銀接合層と接触する面における、その輪郭を構成する辺からの距離が接触面の中心から前記辺までの距離の２０％以内の領域Ａ、すなわちＳｉ素子の各辺から１．３ｍｍ以内の領域における、前記銀接合層との間にボイドが生じている面積割合を求めた。黒い部位はボイドなしと判断し、白い部位はボイドありと判断した。

【0086】

実施例６の接合材を用いた場合の領域Ａにおけるボイド率は８．１％であり、比較例１の接合材を用いた場合の領域Ａにおけるボイド率は４５．２％であった。

【0087】

【表2】

【要約】

接合面積が大きい場合であっても端部におけるボイドの発生を低減し、均一性のある接合層を形成できる接合ペーストおよび該ペーストを用いた接合方法を提供する。一次粒子径の個数平均値が１０〜１００ｎｍである金属ナノ粒子（Ａ）を含む接合用金属ペーストであって、ペーストを窒素雰囲気中３℃／分の昇温速度で４０℃から７００℃まで昇温したときにおける、減量値の累積値（Ｌ_７００）を１００としたとき、４０℃から１００℃まで昇温したときにおける減量値の累積値（Ｌ_１００）が７５以下であり、４０℃から１５０℃まで昇温したときにおける減量値の累積値（Ｌ_１５０）が９０以上であって、４０℃から２００℃まで昇温したときにおける減量値の累積値（Ｌ_２００）が９８以上である、接合用金属ペーストを提供する。

【図1】

【図2】

【図3】