[发明专利]接合用金属糊、接合方法和接合体

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明涉及接合用金属糊，接合方法和接合体。

2.相关技术描述

焊料用作接合材料将部件接合。然而，由于焊料的低熔点，难以在其 操作温度为高的动力装置部件如碳化硅和氮化镓中使用焊料。因此，目前 包含具有高耐热性的金属纳米颗粒的金属糊用作接合材料。

例如，日本专利申请公开No.2013-4309(JP2013-4309A)公开了包含 金属纳米颗粒、具有亲水性部分的磷酸基分散剂和极性溶剂的金属纳米颗 粒糊。另外，国际公开No.WO02/35554公开了导电金属糊，其包含含有 有机溶剂的清漆状树脂组合物、具有0.5-20μm的平均粒度的金属填料和具 有1-100nm的平均粒度的金属超细颗粒。

在常规金属糊中，需要大量溶剂以将金属纳米颗粒均匀分散于糊中。 然而，当溶剂存在于金属糊中时，存在这一问题：即使当将金属糊涂覆在 元件上，干燥和烧制，部件的接合强度是不足的。这是因为在金属糊的干 燥和烧制期间，溶剂被多个金属纳米颗粒俘获并保留在接合部中。

另外，即使当部件在压力下接合以防止溶剂保留在接合部中，存在接 合界面剥落而降低接合强度的问题。

发明概述

本发明提供能够以高强度接合部件的金属糊，使用金属糊的接合方法 和用金属糊接合的接合体。

本发明人发现在努力研究之后，通过使用金属纳米颗粒的聚集体，可 以以高强度将部件接合。当将包含金属纳米颗粒聚集体的金属糊涂覆在部 件上，干燥并烧制时，多个聚集体聚集并在聚集体之间形成空隙。由于金 属糊的溶剂可通过所形成的空隙蒸发，接合部中溶剂的保留率降低并可实 现高接合强度。

空隙的这一形成也可作为金属糊干燥和烧制期间金属糊的收缩率表 示。即，当将金属糊干燥和烧制时，由于包含在金属糊中的溶剂被除去， 金属糊收缩。然而，当空隙在干燥和烧制期间在金属糊内部形成时，明显 抑制金属糊收缩。因此，当使用在干燥和烧制期间具有小收缩率的金属糊 时，剩余溶剂变得不足，且部件可以以高强度接合。

本发明第一方面涉及接合用金属糊，其包含金属纳米颗粒聚集体和溶 剂，其中聚集体具有1μm或更大的平均粒度。

聚集体的含量可以为金属糊的5-50重量％。

金属糊可进一步包含具有0.3-3μm的平均粒度的金属颗粒。

金属颗粒的含量可以为金属糊的60-90重量％。

金属组分的含量可以为金属糊重量的90重量％或更多。

金属组分的含量可以为金属糊重量的95重量％或更多。

本发明第二方面涉及用于借助干燥步骤和烧制步骤将部件接合的接合 用金属糊。在大气压力条件下在120℃下干燥30分钟的干燥步骤中，金属 糊在厚度方向上的收缩率为20％或更小，在大气压力条件下在250℃下烧 制30分钟的烧制步骤中，金属糊在厚度方向上的收缩率为10％或更小。

本发明第三方面涉及接合用金属糊，其中在大气压力条件下在120℃ 下干燥30分钟的干燥步骤中以及在上述干燥步骤之后在大气压力条件下 在250℃下烧制30分钟的烧制步骤中，金属糊在厚度方向上的总收缩率为 20％或更小。

本发明第四方面涉及接合方法，所述方法包括将根据第一方面的金属 糊涂覆在第一部件上的涂覆步骤；和接合步骤，所述接合步骤包括使第一 部件和第二部件接触的接触步骤，将金属糊干燥的干燥步骤，和将干燥后 金属糊烧制的烧制步骤，其中第一部件和第二部件通过干燥步骤和烧制步 骤接合。

接合步骤可在无压条件下应用。

本发明第五方面涉及通过上述接合方法接合的接合体。

根据本发明，可提供能够以高强度将部件接合的金属糊。

附图简述

下面参考附图描述本发明示例实施方案的特征、优点以及技术和工业 重要性，其中类似的数字表示类似的部件，且其中：

图1显示用于接合强度试验中的试片的示意图，其中的左图为从一侧 看到的试片的视图，且其中的右图为从上面看到的试片的视图；

图2显示接合强度试验的示意图；

图3显示差热分析和热重分析测量的同时测量数据；

图4显示用根据本发明一个实施方案的接合用金属糊接合的试片的切 割表面的一部分；和