具有部分氧化的金屬顆粒的改進(jìn)的燒結(jié)糊料的制作方法
【專利說明】具有部分氧化的金屬顆粒的改進(jìn)的燒結(jié)糊料
[0001] 本發(fā)明設(shè)及可燒結(jié)混合物和使用該混合物W接合部件的方法。此外，本發(fā)明設(shè)及 制造該可燒結(jié)混合物的方法。
[0002] 在功率電子學(xué)中，對(duì)壓力和溫度高度敏感的部件如LE化或極薄娃片的接合特別 具有挑戰(zhàn)性。因此，此類壓敏和熱敏部件通常借助膠粘互相接合。但是，膠粘技術(shù)的缺點(diǎn)在 于用其在運(yùn)些部件之間產(chǎn)生只有不足的熱導(dǎo)率和/或電導(dǎo)率的接觸位置。為了解決運(yùn)一問 題，通常燒結(jié)待接合的部件。燒結(jié)技術(shù)是用于穩(wěn)定接合部件的非常簡單的方法，其中使用燒 結(jié)糊料。
[0003] 例如，US-B-7, 766, 218公開了含有至少部分用脂肪酸或脂肪酸衍生物涂覆的銀顆 粒和揮發(fā)性分散劑的燒結(jié)糊料W改進(jìn)燒結(jié)W及電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率的用途。
[0004] W0-A-2011/026624公開了含有金屬顆粒、金屬前體、溶劑和燒結(jié)助劑的燒結(jié)糊料。
[0005] 根據(jù)EP-A-2425290,將至少一種脂族控化合物添加到燒結(jié)糊料中W確保低的燒結(jié) 溫度。
[0006] 但是已經(jīng)證明，盡管使用各種燒結(jié)助劑，但仍然需要進(jìn)一步改進(jìn)常規(guī)糊料或混合 物的可燒結(jié)性，運(yùn)特別是在低的工藝壓力下。
[0007] 在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可燒結(jié)性包括含金屬顆粒的混合物的擴(kuò)散能力W及使用該混 合物接合的接觸位的粘合。
[0008] 此外，需要可W在比迄今可行的更寬的溫度和壓力范圍內(nèi)使用的可燒結(jié)混合物。 同樣希望的是與迄今常規(guī)的糊料相比具有改進(jìn)的擴(kuò)散能力并且在可比較的條件下使用其 時(shí)導(dǎo)致燒結(jié)接觸位的粘合改進(jìn)的可燒結(jié)混合物。
[0009] 因此本發(fā)明的目的是提供特別在施加到銅表面上時(shí)具有改進(jìn)的可燒結(jié)性的可燒 結(jié)混合物，特別是燒結(jié)糊料。本發(fā)明的另一目的是提供能使該燒結(jié)在比現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的 更溫和的條件下，尤其在更低的溫度和更小的壓力下進(jìn)行的可燒結(jié)混合物。因此，所述混合 物的使用帶來用于接合接觸位的節(jié)能方法。
[0010] 通過本發(fā)明的獨(dú)立權(quán)利要求的主題實(shí)現(xiàn)該目的。
[0011] 相應(yīng)地，本發(fā)明的主題是混合物，其含有 (a)金屬顆粒和 化）式I所示的有機(jī)化合物：Ri-COR2 (I)， 其中Ri是具有8至32個(gè)碳原子的脂族基團(tuán)，且R2具有-0M結(jié)構(gòu)或-X-R3結(jié)構(gòu)，其中Μ是陽離子且其中X選自0、S、N-R4,且其中R3是氨原子或脂族基團(tuán)，且R4是氨原子或脂族基 團(tuán)， 其中有機(jī)化合物化）中所含的碳與金屬顆粒（a)中所含的氧的摩爾比 (Stoffmengenverhaltnis)為 3 至 50。
[0012] 此外，本發(fā)明設(shè)及用于接合至少兩個(gè)部件的方法，其包括提供具有至少一個(gè)第一 部件、第二部件和本發(fā)明混合物的夾層組件（Sandwichanor化ung)，其中該混合物位于第一 和第二部件之間；和燒結(jié)該夾層組件。
[0013] 本發(fā)明的混合物可燒結(jié)并優(yōu)選作為燒結(jié)糊料，特別是作為可印刷的燒結(jié)糊料存 在。
[0014] 本發(fā)明基于令人驚訝的發(fā)現(xiàn)，即有機(jī)化合物b)中的碳與金屬顆粒a)中的氧的摩 爾比對(duì)由它們制成的混合物的可燒結(jié)性具有顯著影響。已經(jīng)令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，只有相對(duì)窄 的比率范圍帶來改進(jìn)的燒結(jié)性能。
[0015] 金屬顆粒（a) 本發(fā)明的混合物含有金屬顆粒。
[0016] 在本發(fā)明的范圍內(nèi)，術(shù)語"金屬"是指在元素周期表中在與棚相同的周期中但在棚 左邊、在與娃相同的周期中但在娃左邊、在與錯(cuò)相同的周期中但在錯(cuò)左邊和在與錬相同的 周期中但在錬左邊的元素W及具有大于55的原子序數(shù)的所有元素。根據(jù)本發(fā)明，術(shù)語"金 屬"還包括合金和金屬間相。
[0017] 所述金屬的純度優(yōu)選為至少95重量％，優(yōu)選至少98重量％，更優(yōu)選至少99重量％， 再更優(yōu)選至少99. 9重量％。
[0018] 在本發(fā)明的范圍內(nèi)，金屬顆粒還是部分氧化，例如表面氧化的金屬顆粒。
[0019] 根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，該金屬選自銅、銀、儀和侶W及它們的合金和混合物。根 據(jù)一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案，該金屬是銀。
[0020] 在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，金屬顆粒（a)的至少一種金屬選自銀、銅及其混合物。
[0021] 金屬顆粒（a)的金屬優(yōu)選基本由銀或銅或者銅和銀的混合物構(gòu)成。
[0022] 就此而言，"基本"是指至少95重量％，尤其是至少97. 5重量％的金屬顆粒（a)由 相應(yīng)的金屬或金屬混合物構(gòu)成。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明，金屬合金被理解為是至少兩種組分的金屬混合物，其中至少一種是 金屬。
[0024] 根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，根據(jù)本發(fā)明使用含有銅、侶、儀和/或貴金屬的合金作為 金屬合金。該金屬合金優(yōu)選包含至少一種選自銅、銀、金、儀、鈕、銷和侶的金屬。特別優(yōu)選的 金屬合金含有至少兩種選自銅、銀、金、儀、鈕、銷和侶的金屬。此外，選自銅、銀、金、儀、鈕、 銷和侶的金屬的含量可W優(yōu)選占該金屬合金的至少90重量％，優(yōu)選至少95重量％，更優(yōu)選 至少99重量％，再更優(yōu)選100重量％。該合金可W例如是含有銅和銀、銅、銀和金、銅和金、 銀和金、銀和鈕、銷和鈕或儀和鈕的合金。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的范圍的金屬顆粒也可W是由多相構(gòu)成的顆粒。因此，該金屬顆?？?W例如包含由至少一個(gè)金屬相制成的核，其用至少另一個(gè)金屬相涂覆。在此舉例提到用銀 涂覆的銅顆粒，其包括在根據(jù)本發(fā)明的金屬顆粒定義內(nèi)。此外，該金屬涂層也可W施加到非 金屬核上。
[00%] 在一個(gè)替代的實(shí)施方案中，該金屬顆粒具有兩種或更多種不同的金屬。
[0027] 包含由非貴金屬制成的金屬核和由貴金屬制成的涂層的金屬顆粒，例如用銀涂覆 的銅顆粒也是優(yōu)選的。
[0028] 在本發(fā)明的混合物中，可W含有純金屬、多種類型的純金屬、一種類型的金屬合 金、多種類型的金屬合金或其混合物作為金屬。該金屬W顆粒形式存在于該混合物中。
[0029] 該金屬顆粒的形狀可W不同。該金屬顆?？蒞例如W薄片形式或球體形狀(球形） 存在。根據(jù)一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案，該金屬顆粒呈薄片形式。但是，運(yùn)不排除少數(shù)含量的 所用顆?？删哂衅渌螤?。但是優(yōu)選是至少70重量％，更優(yōu)選至少80重量％，再更優(yōu)選至 少90重量％或100重量％的該顆粒W薄片形式存在。
[0030] 本發(fā)明的混合物中所含的金屬顆粒在其組成上可W均勻或不均勻。特別地，在該 混合物中可含有由不同金屬制成的顆粒。
[0031] 本發(fā)明的混合物優(yōu)選含有該混合物總重量的60 - 99. 7重量％，更優(yōu)選77 - 89重 量％，再更優(yōu)選80 - 88重量％的金屬顆粒。對(duì)于本發(fā)明的可燒結(jié)混合物，金屬顆粒a)的量 可W為96 - 99. 7重量％，優(yōu)選96. 5 - 99. 5重量％，更優(yōu)選97 - 99. 3重量％，特別是97. 5 -99.0重量％，各自相對(duì)于金屬顆粒a)和有機(jī)化合物b)的總重量計(jì)。
[0032] 該金屬顆粒優(yōu)選部分氧化。但替代地，也可存在金屬顆粒的混合物，其中一部分顆 粒未氧化，一部分顆粒部分或完全氧化。
[0033] 本發(fā)明的混合物中的金屬顆粒（a)的氧含量優(yōu)選為金屬顆?？傊亓康?. 01至 0. 15重量％，特別是0. 05至0. 10重量％。
[0034] 可W例如根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的分析方法通過采用Leco扣SA)公司的TC 436分析儀上的載氣熱萃取來進(jìn)行金屬顆粒氧含量的測(cè)定，其中通過轉(zhuǎn)化成C〇2間接測(cè)定氧 含量，其中由C〇2紅外測(cè)量單元檢測(cè)C〇2氣體。氧含量的測(cè)定可W基于ASTME1019-03標(biāo) 準(zhǔn)。通過用已知量的C〇2氣體進(jìn)行氣體校準(zhǔn)和通過檢測(cè)Leco公司的認(rèn)證的鋼標(biāo)準(zhǔn)(其氧含 量大致為待測(cè)試的樣品的預(yù)期氧含量的量級(jí))，調(diào)理儀器W確?？芍貜?fù)的測(cè)量。為了制備 樣品，將100至150毫克金屬粉末稱入Leco公司的錫膠囊。然后將樣品和錫膠囊置于在 2000°C下的Leco公司的石墨相蝸中，該相蝸已預(yù)先在2500°C下排氣（ausgegast)兩次，每 次大約30秒。該樣品的氧與石墨的碳反應(yīng)形成一氧化碳（C0)。其又在Leco公司的氧化銅 柱（化(11)0)上氧化形成二氧化碳（C〇2)，其中該柱具有大約60(TC的設(shè)備特定的溫度。借 助紅外計(jì)（In化atorzelle)檢測(cè)由此生成的C〇2并因此測(cè)定該樣品的氧含量。在對(duì)該樣品 進(jìn)行實(shí)際測(cè)量之前應(yīng)在相同條件下測(cè)定未填充的錫膠囊的空白值。在實(shí)際測(cè)量過程中，在 該設(shè)備內(nèi)部從測(cè)量值(錫膠囊和樣品）中減去該空白值。 W對(duì)有機(jī)化合物化) 此外，本發(fā)明的燒結(jié)糊料含有式I:R1C0R2 (I)所示的有機(jī)化合物，其中Ri是具有8至 32,優(yōu)選10-24,特別優(yōu)選12至18個(gè)碳原子的脂族基團(tuán)并可W是支化或非支化的。此外，Ri 可含有雜原子。R2具有-0M結(jié)構(gòu)或-X-R3結(jié)構(gòu)，其中Μ是陽離子且其中X選自0、S和N-R4， 其中R3是氨原子或脂族基團(tuán)，且R4是氨原子或脂族基團(tuán)。在此，X優(yōu)選是0、N或S，特別優(yōu) 選0。
[0036] R呀日/或R4優(yōu)選是具有1至32,優(yōu)選10至24,特別是12至18個(gè)碳原子的脂族 基團(tuán)，其中該基團(tuán)可W是直鏈或支化的。此外，該基團(tuán)還可包含一個(gè)或多個(gè)雜原子。該脂族 基團(tuán)可W是飽和或不飽和的。
[0037] 該有機(jī)化合物優(yōu)選是選自脂肪酸（X= 0且R3 =H)、脂肪酸鹽（M=陽離子）和脂 肪酸醋的化合物。
[0038] 該游離脂肪酸、脂肪酸鹽和脂肪酸醋優(yōu)選是非支化的。
[0039] 此外，該游離脂肪酸、脂肪酸鹽和脂肪酸醋優(yōu)選是飽和的。
[0040] 根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，該有機(jī)化合物是單脂肪酸（Monofettsjiure)、單脂肪酸的 鹽或單脂肪酸醋。
[0041] 在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，有機(jī)化合物化）是Cs-Cw脂肪酸，更優(yōu)選Cs-C24脂