[發明專利]接合用金屬糊、接合方法和接合體

在審

• 申請號: 201480028686.3
• 申請日: 2014-05-15
• 公開（公告）號: CN105592971A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發明（設計）人: 古川雅志;小林裕臣;柴田義范;內田圭亮;三好宏昌;遠藤圭一;栗田哲;永岡實奈美
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社;同和電子科技株式會社
• 主分類號: B23K35/02
• 分類號: B23K35/02
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 王丹丹;林柏楠

發明背景

1.發明領域

本發明涉及接合用金屬糊，接合方法和接合體。

2.相關技術描述

焊料用作接合材料將部件接合。然而，由于焊料的低熔點，難以在其 操作溫度為高的動力裝置部件如碳化硅和氮化鎵中使用焊料。因此，目前 包含具有高耐熱性的金屬納米顆粒的金屬糊用作接合材料。

例如，日本專利申請公開No.2013-4309(JP2013-4309A)公開了包含 金屬納米顆粒、具有親水性部分的磷酸基分散劑和極性溶劑的金屬納米顆 粒糊。另外，國際公開No.WO02/35554公開了導電金屬糊，其包含含有 有機溶劑的清漆狀樹脂組合物、具有0.5-20μm的平均粒度的金屬填料和具 有1-100nm的平均粒度的金屬超細顆粒。

在常規金屬糊中，需要大量溶劑以將金屬納米顆粒均勻分散于糊中。 然而，當溶劑存在于金屬糊中時，存在這一問題：即使當將金屬糊涂覆在 元件上，干燥和燒制，部件的接合強度是不足的。這是因為在金屬糊的干 燥和燒制期間，溶劑被多個金屬納米顆粒俘獲并保留在接合部中。

另外，即使當部件在壓力下接合以防止溶劑保留在接合部中，存在接 合界面剝落而降低接合強度的問題。

發明概述

本發明提供能夠以高強度接合部件的金屬糊，使用金屬糊的接合方法 和用金屬糊接合的接合體。

本發明人發現在努力研究之后，通過使用金屬納米顆粒的聚集體，可 以以高強度將部件接合。當將包含金屬納米顆粒聚集體的金屬糊涂覆在部 件上，干燥并燒制時，多個聚集體聚集并在聚集體之間形成空隙。由于金 屬糊的溶劑可通過所形成的空隙蒸發，接合部中溶劑的保留率降低并可實 現高接合強度。

空隙的這一形成也可作為金屬糊干燥和燒制期間金屬糊的收縮率表 示。即，當將金屬糊干燥和燒制時，由于包含在金屬糊中的溶劑被除去， 金屬糊收縮。然而，當空隙在干燥和燒制期間在金屬糊內部形成時，明顯 抑制金屬糊收縮。因此，當使用在干燥和燒制期間具有小收縮率的金屬糊 時，剩余溶劑變得不足，且部件可以以高強度接合。

本發明第一方面涉及接合用金屬糊，其包含金屬納米顆粒聚集體和溶 劑，其中聚集體具有1μm或更大的平均粒度。

聚集體的含量可以為金屬糊的5-50重量％。

金屬糊可進一步包含具有0.3-3μm的平均粒度的金屬顆粒。

金屬顆粒的含量可以為金屬糊的60-90重量％。

金屬組分的含量可以為金屬糊重量的90重量％或更多。

金屬組分的含量可以為金屬糊重量的95重量％或更多。

本發明第二方面涉及用于借助干燥步驟和燒制步驟將部件接合的接合 用金屬糊。在大氣壓力條件下在120℃下干燥30分鐘的干燥步驟中，金屬 糊在厚度方向上的收縮率為20％或更小，在大氣壓力條件下在250℃下燒 制30分鐘的燒制步驟中，金屬糊在厚度方向上的收縮率為10％或更小。

本發明第三方面涉及接合用金屬糊，其中在大氣壓力條件下在120℃ 下干燥30分鐘的干燥步驟中以及在上述干燥步驟之后在大氣壓力條件下 在250℃下燒制30分鐘的燒制步驟中，金屬糊在厚度方向上的總收縮率為 20％或更小。

本發明第四方面涉及接合方法，所述方法包括將根據第一方面的金屬 糊涂覆在第一部件上的涂覆步驟；和接合步驟，所述接合步驟包括使第一 部件和第二部件接觸的接觸步驟，將金屬糊干燥的干燥步驟，和將干燥后 金屬糊燒制的燒制步驟，其中第一部件和第二部件通過干燥步驟和燒制步 驟接合。

接合步驟可在無壓條件下應用。

本發明第五方面涉及通過上述接合方法接合的接合體。

根據本發明，可提供能夠以高強度將部件接合的金屬糊。

附圖簡述

下面參考附圖描述本發明示例實施方案的特征、優點以及技術和工業 重要性，其中類似的數字表示類似的部件，且其中：

圖1顯示用于接合強度試驗中的試片的示意圖，其中的左圖為從一側 看到的試片的視圖，且其中的右圖為從上面看到的試片的視圖；

圖2顯示接合強度試驗的示意圖；

圖3顯示差熱分析和熱重分析測量的同時測量數據；

圖4顯示用根據本發明一個實施方案的接合用金屬糊接合的試片的切 割表面的一部分；和