[发明专利]金属粒子、糊剂、成型体和层叠体

说明书

本发明提供能够形成不易产生柯肯达尔孔洞、而且耐热性优良的高可靠性和高品质的电气配线、导电性接合部或三维造型物的金属粒子、导电性糊剂、成型体和层叠体。本发明的金属粒子由外壳和芯部构成。上述外壳由金属间化合物构成，并且覆盖了上述芯部。

技术领域

本发明涉及金属粒子、糊剂、成型体和层叠体。

首先，对本说明书中使用的用语定义如下。

(1)说到“金属”、“金属粒子”或“金属成分”时，不仅仅指金属元素单质，还包括含有多种金属元素的合金、复合物结构或它们的组合。

(2)纳米是指1μm(1000nm)以下的大小。

(3)金属基质是指填充其它成分的间隙、成为支撑它们的母材的金属或合金。

背景技术

在长时间地持续高温工作状态、而且伴随从高温工作状态到低温停止状态这种大的温度变动等严酷的环境下使用的设备、例如车载用电力控制元件(功率元件)，要求不管上述的热过程如何都能够长期地维持高的接合强度。可是，以往知道的接合材未必能满足上述的要求。

例如，专利文献1中公开的SnAgCu系接合材(粉末焊锡材料)无法满足上述的要求。

另外，在将多个半导体基板层叠并接合的情况下，或在成型由金属或合金制成的三维造型物的情况下等，作为固有的问题，存在着由柯肯达尔孔洞(kirkendall void)引起的机械强度下降的问题。因金属的相互扩散不均衡所产生的原子空穴(晶格)不消失而集聚起来就会产生柯肯达尔孔洞。例如，在Sn与Cu的界面的情况下，由于Sn的扩散比Cu的扩散少，所以空穴集聚在金属间化合物和Cu界面处，形成柯肯达尔孔洞。该柯肯达尔孔洞会发展成大的空洞或裂纹，使接合部或三维造型物的可靠性和品质下降，进而机械强度下降，还有可能产生剥离、断裂、破损等。

例如，在专利文献2中公开了下述技术：用Cu₆Sn₅和具有Cu球的连接部连接半导体装置的电极和组装基板的电极，Cu球彼此之间也用Cu₆Sn₅连接。但是，并未言及柯肯达尔孔洞，也并没有公开抑制其产生的手段。在专利文献3中公开了下述方法：在半导体芯片或基板的接合面上涂布含有Cu金属粒子和Sn粒子的接合剂，在高于Sn的熔点的温度下加热，使接合剂的Cu和Sn进行过渡液相烧结后，再进行加热。但是，没有公开柯肯达尔孔洞的抑制手段。

在专利文献4中公开了一种焊锡箔，其是通过将含有作为金属粒子的Cu粒子和作为焊锡粒子的Sn粒子3的材料压延而形成的。在焊锡箔中，Cu是粒子的状态，Sn处于填充该Cu粒子之间的间隙的状态，所以如果Sn不能完全填充Cu粒子之间的间隙，则有可能产生柯肯达尔孔洞。

在专利文献5中，具有各向异性的导电性粘接片材由在厚度方向的中央配置的芯膜、在芯膜的两面配置的粘接剂层和球状的导电性微粒构成。在芯膜上，规则地形成了贯通厚度方向的贯通孔，在所有的贯通孔内配置各1个导电性微粒。可是，由于使用了导电性粘接片材，所以无法确保高的耐热性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-268569号公报

专利文献2：日本特开2002-261105号公报

专利文献3：日本特开2014-199852号公报

专利文献4：日本特开2002-301588号公报

专利文献5：日本特开2003-286456号公报

发明内容

本发明的课题是提供能够形成不易产生柯肯达尔孔洞的高可靠性和高品质的电气配线、导电性接合部或三维造型物的金属粒子、导电性糊剂和成型体。