專利名稱：用于將電子部件連接到基板上的膏和方法
用于將電子部件連接到基板上的膏和方法 本發(fā)明涉及用于將電子部件(electronic component)連接到基板(substrate)上的膏(paste )和用于將電子部件連接到基板上的方法。在電カ電子學(xué)領(lǐng)域中，在基板上固定電子部件是ー項(xiàng)特殊挑戰(zhàn)。在終端設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的機(jī)械應(yīng)カ要求電子部件與基板之間的連接具有足夠強(qiáng)度以使電子部件不會(huì)脫離基板。因此，通常使用含鉛焊膏，其在焊接エ藝中產(chǎn)生對(duì)連接技術(shù)而言在其強(qiáng)度方面表現(xiàn)出高可靠性的連接層。由于鉛的毒性和相關(guān)健康危害，尋求對(duì)所述含鉛焊膏的合適替代品。目前作為鉛焊料的替代品論述了無(wú)鉛焊膏非常適合生成電子部件與基板之間的具有高強(qiáng)度的連接層。但是，所述焊料具有不比電子部件在工作中承受的溫度高很多的低熔點(diǎn)。因此，所述連接層的強(qiáng)度的可靠性在電子部件運(yùn)行過(guò)程中顯著變差?？梢杂迷S多連接劑和連接方法實(shí)現(xiàn)電子部件與基板之間的連接強(qiáng)度的高可靠性。但是，這些通常要求高工藝溫度和高工藝壓力，它們對(duì)要連接的部件造成破壞并在大規(guī)模生產(chǎn)中產(chǎn)生高廢品率。這是g在降低所述連接方法所需的エ藝溫度和エ藝壓力的原因。因此在ー些用途中使用粘合劑連接所述部件。通過(guò)使用粘合劑，在一些情況下可獲得連接電子部件與基板的高強(qiáng)度連接層。但是，粘合劑技術(shù)的ー個(gè)缺點(diǎn)在干，由此生成的電子部件與基板之間的接觸位點(diǎn)通常在熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率方面通常不足。為了滿足對(duì)連接位置的可靠性、熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率的要求，一段時(shí)間之前已提出通過(guò)燒結(jié)連接電子部件與基板(參見(jiàn)例如DE 10 2007 046 901 Al)。燒結(jié)技術(shù)是以穩(wěn)定的方式連接部件的非常簡(jiǎn)單的方法。使用所述燒結(jié)方法，通常相當(dāng)成功地將電子部件連接到基板上，只要這些各自包含含貴金屬的接觸區(qū)。但是，通常必須通過(guò)至少一個(gè)非貴金屬接觸區(qū)連接電子部件與基板。使用常規(guī)燒結(jié)方法，通過(guò)所述非貴金屬接觸區(qū)制造穩(wěn)定接點(diǎn)通常不可行。此外，早先已提出使用基于粒度不大于100納米的納米顆粒的膏連接電子部件與基板。但是，納米顆粒的操作與健康危害相關(guān)，因此出于職業(yè)安全的原因常常避免。因此本發(fā)明的ー個(gè)目的是提供能通過(guò)接觸區(qū)將至少一個(gè)電子部件連接到至少ー個(gè)基板上的膏，其中至少ー個(gè)所述接觸區(qū)含有非貴金屬。所述膏優(yōu)選應(yīng)用于制造確保在電子部件在工作中承受的溫度下高可靠性的電子部件與基板之間的連接。此外，所述膏應(yīng)優(yōu)選還克服從現(xiàn)有技術(shù)中已知的其它缺點(diǎn)。本發(fā)明的ー個(gè)目的還提供通過(guò)接觸區(qū)將至少一個(gè)電子部件連接到至少ー個(gè)基板上的方法，其中至少ー個(gè)所述接觸區(qū)含有非貴金屬。通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的主題實(shí)現(xiàn)所述目的。相應(yīng)地，本發(fā)明提供膏，其含有(a)金屬顆粒、(b)至少ー種在分子中帶有至少兩個(gè)羧酸単元的活化劑和(C)分散介質(zhì)。此外，本發(fā)明提供通過(guò)接觸區(qū)將至少一個(gè)電子部件連接到至少ー個(gè)基板上的方法，其中至少ー個(gè)所述接觸區(qū)含有非貴金屬，該方法包含以下步驟 (i)提供具有第一接觸區(qū)的基板和具有第二接觸區(qū)的電子部件，其中至少ー個(gè)所述接觸區(qū)含有非貴金屬；
(ii)提供膏，其含有
(a)金屬顆粒；
(b)至少ー種在分子中帶有至少兩個(gè)羧酸單元的活化劑；和 (C)分散介質(zhì)；
(iii)形成結(jié)構(gòu)，其中該基板的第一接觸區(qū)通過(guò)膏接觸該電子部件的第二接觸區(qū)；和
(iv)燒結(jié)所述結(jié)構(gòu)，同時(shí)產(chǎn)生至少包含通過(guò)該燒結(jié)膏相互連接的該基板和該電子部件的模件。本發(fā)明基于絕對(duì)令人驚訝的發(fā)現(xiàn)，如果所述膏含有在分子中帶有至少兩個(gè)羧酸單元的活化劑，通過(guò)借助膏的燒結(jié)能夠通過(guò)至少ー個(gè)包含非貴金屬的接觸區(qū)將電子部件連接到基板上，這迄今一直是不可能的。根據(jù)本發(fā)明，提供膏。對(duì)該術(shù)語(yǔ)“膏”的定義沒(méi)有限制。但是，優(yōu)選將膏理解為是指可通過(guò)普通施加技木，例如印刷技術(shù)(例如絲網(wǎng)印刷或模板印刷)、分配技術(shù)、噴涂技術(shù)、針板轉(zhuǎn)移(pin transfer)或浸潰施加并具有足夠高的粘度和內(nèi)聚カ以便施加的膏能在后繼步驟中加工的任何分散體。本發(fā)明的膏含有(a)金屬顆粒。金屬顆粒優(yōu)選被理解為是指含金屬的顆粒。根據(jù)ー個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，該金屬選自銅、銀、鎳和鋁。根據(jù)ー個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案，該金屬是銀。該金屬可以作為純金屬存在于金屬顆粒中，例如具有至少99重量％的純度、至少99. 9重量％的純度、至少99. 99重量％的純度或至少99. 999重量％的純度。另ー方面，該金屬顆粒同樣可含有多種金屬。該金屬顆粒也可以含有由多種金屬構(gòu)成的合金或金屬間相。根據(jù)ー個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，該金屬顆粒包含選自銀、銅、鎳和鋁的元素作為它們的主要組分。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，主要組分被理解為是指以比所述金屬顆粒中存在的任何其它元素大的比例存在于相關(guān)金屬顆粒中的元素。根據(jù)ー個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案，該金屬顆粒是銀顆粒、銅顆粒、鎳顆粒或鋁顆粒。任選地，所述顆?？梢栽谒鼈兊谋砻娌糠只蛲耆趸?。根據(jù)ー個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案，該金屬顆粒是銀顆粒。對(duì)所述金屬顆粒的形狀沒(méi)有限制。該金屬顆粒優(yōu)選呈薄片形、橢圓形或圓形。該金屬顆粒同樣可以是多種形狀的混合物。根據(jù)ー個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案，該金屬顆粒呈薄片形。相對(duì)于金屬顆粒的總重量，薄片的百分比在所述實(shí)施方案中優(yōu)選為至少70重量％，更優(yōu)選至少80重量％，再更優(yōu)選至少90重量％，特別優(yōu)選至少99重量％。根據(jù)另ー優(yōu)選實(shí)施方案，該金屬顆粒具有大于1. 0的長(zhǎng)度比，更優(yōu)選大于1. 2的長(zhǎng)度比，再更優(yōu)選大于1. 5的長(zhǎng)度比，特別優(yōu)選大于2. 0的長(zhǎng)度比。該金屬顆粒優(yōu)選具有不大于20的長(zhǎng)度比，更優(yōu)選不大于15的長(zhǎng)度比，再更優(yōu)選不大于10的長(zhǎng)度比。在這方面，長(zhǎng)度比應(yīng)被理解為是指貫穿金屬顆粒橫截面的最寬位置的距離(a)與貫穿沿垂直于距離(a)的線的所述橫截面的最寬位置的距離(b)的比率。在這種情況中，橫截面是具有最大表面積的穿過(guò)金屬顆粒的截面。在金屬顆粒具有例如矩形橫截面時(shí)，長(zhǎng)度比是該橫截面的長(zhǎng)寬比。例如具有2微米長(zhǎng)和I微米寬的矩形橫截面的金屬顆粒具有2的長(zhǎng)度比。根據(jù)再ー優(yōu)選實(shí)施方案，長(zhǎng)度比大于1.0的金屬顆粒的百分比，更優(yōu)選長(zhǎng)度比大于1. 2的金屬顆粒的百分比，再更優(yōu)選長(zhǎng)度比大于1. 5的金屬顆粒的百分比為至少70重量％，更優(yōu)選至少80重量％，再更優(yōu)選至少90重量％，各自相對(duì)于金屬顆粒的總重量。該膏中存在的金屬顆粒具有不同的粒度分布。根據(jù)ー個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，金屬顆粒的平均粒度(d50值)為至少500納米，更優(yōu)選至少650納米，再更優(yōu)選至少I微米。平均粒度(d50值)優(yōu)選不大于20微米，更優(yōu)選不大于15微米，再更優(yōu)選不大于10微米。因此，平均粒度(d50值)優(yōu)選為500納米-20微米，更優(yōu)選650納米-15微米，再更優(yōu)選1- 10微米。平均粒度(d50值)優(yōu)選被理解為是指50體積％的金屬顆粒沒(méi)達(dá)到而50體積％的金屬顆粒超過(guò)的粒度。·根據(jù)另ー優(yōu)選實(shí)施方案，金屬顆粒的粒度dlO (dlO值)為至少150納米，更優(yōu)選至少200納米,再更優(yōu)選至少250納米。粒度dlO CdlO值)優(yōu)選不大于5微米,更優(yōu)選不大于4微米，再更優(yōu)選不大于3微米。因此，粒度dlO (dlO值)優(yōu)選為150納米-5微米，更優(yōu)選200納米-4微米，再更優(yōu)選250納米-3微米。粒度dlO (dlO值)優(yōu)選被理解為是指10體積％的金屬顆粒沒(méi)達(dá)到而90體積％的金屬顆粒超過(guò)的粒度。根據(jù)再ー優(yōu)選實(shí)施方案，金屬顆粒的粒度d90 (d90值)為至少1. 75微米，更優(yōu)選至少2微米，再更優(yōu)選至少2. 25微米。粒度d90 (d90值)優(yōu)選不大于100微米，更優(yōu)選不大于50微米，再更優(yōu)選不大于25微米。因此，粒度d90 (d90值)優(yōu)選為1. 75 - 100微米，更優(yōu)選2 - 50微米，再更優(yōu)選2. 25 - 25微米。粒度d90 (d90值)優(yōu)選被理解為是指90體積％的金屬顆粒沒(méi)達(dá)到而10體積％的金屬顆粒超過(guò)的粒度。前述粒度規(guī)格適用于通過(guò)根據(jù)ISO 13320 (2009)的LALLS (低角度激光散射)方法的粒度測(cè)定分析。在這方面，Mastersizer 2000 (Malvern Instruments Ltd.,Worcestershire, United Kingdom)優(yōu)選充當(dāng)測(cè)量?jī)x器。在合適的條件(例如標(biāo)樣折光指數(shù)為0. 14、吸收為3. 99的銀；分散介質(zhì)折光指數(shù)為1. 36的こ醇；程序?qū)?00毫升こ醇添加到0. 5克粉末中并將所得懸浮液聲處理5分鐘，然后將用于測(cè)量的懸浮液等分試樣轉(zhuǎn)移到Jkstensizer 2000的Hydro配件(Hydro Accessory)中；分析用的光學(xué)模型Mie理論)下進(jìn)行測(cè)量和分析。該金屬顆粒優(yōu)選具有I _5平方米/克，更優(yōu)選1-4平方米/克的根據(jù)BET iBrunauer, Emett, Teller)的比表面積。優(yōu)選根據(jù) DIN ISO 9277:2003-05 進(jìn)行這種BET測(cè)量。任選地,該金屬顆粒同樣可作為多個(gè)金屬顆粒部分(fractions)的混合物存在。這些部分可例如在金屬顆粒的組成、形狀或尺寸方面不同。優(yōu)選地，相對(duì)于膏的總重量，金屬顆粒的百分比為至少50重量％，更優(yōu)選至少60重量％，再更優(yōu)選至少70重量％，特別優(yōu)選至少80重量％。相對(duì)于膏的總重量，金屬顆粒的百分比優(yōu)選不大于95重量％，更優(yōu)選不大于93重量％，再更優(yōu)選不大于90重量％。因此，相對(duì)于膏的總重量，金屬顆粒的百分比[優(yōu)選]為50 - 95重量％，更優(yōu)選60 - 93重量％，再更優(yōu)選70 - 90重量％。該金屬顆粒可包含涂層。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，金屬顆粒的涂層被理解為是指在金屬顆粒表面上的牢固粘合層。牢固粘合層優(yōu)選是指該層在重力作用下不簡(jiǎn)單地從金屬顆粒脫離。金屬顆粒的涂層通常含有至少ー種涂層化合物。所述至少一種涂層化合物優(yōu)選是有機(jī)化合物。該涂層化合物優(yōu)選選自飽和化合物、單不飽和化合物、多不飽和化合物及其混合物。該涂層化合物優(yōu)選選自支化化合物、非支化化合物及其混合物。
該涂層化合物優(yōu)選具有8 - 28，再更優(yōu)選12 - 24，特別優(yōu)選12 - 18個(gè)碳原子。根據(jù)ー個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，該涂層化合物選自脂肪酸、脂肪酸鹽和脂肪酸酷?？上氲降闹舅猁}優(yōu)選是其陰離子組分是脫質(zhì)子脂肪酸且其陽(yáng)離子組分選自銨離子、單烷基銨離子、ニ烷基銨離子、三烷基銨離子、鋰離子、鈉離子、鉀離子、銅離子和鋁離子的鹽。優(yōu)選的脂肪酸酯衍生自相應(yīng)的脂肪酸，其中羧酸單元的羥基被烷基，特別是甲基、こ基、丙基或丁基替代。根據(jù)ー個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，所述至少一種涂層化合物選自羊脂酸(辛酸)、羊蠟酸(癸酸)、月桂酸(十二烷酸)、肉豆蘧酸(十四烷酸)、棕櫚酸(十六烷酸)、硬脂酸(十八烷酸)、它們的混合物，以及相應(yīng)的酯和鹽及其混合物。根據(jù)ー個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案，所述至少一種涂層化合物選自月桂酸(十二烷酸)、硬脂酸(十八烷酸)、硬脂酸鈉、硬脂酸鉀、硬脂酸鋁、硬脂酸銅、棕櫚酸鈉和棕櫚酸鉀。優(yōu)選使用的涂布金屬顆?？少?gòu)得。相應(yīng)的涂層化合物可通過(guò)此領(lǐng)域中常見(jiàn)的技術(shù)施加到金屬顆粒表面?？梢岳缭谌軇┲袑⒃撏繉踊衔?，特別是上文提到的硬脂酸鹽或棕櫚酸鹽制漿并在球磨機(jī)中與金屬顆粒一起研制該制漿的涂層化合物。在研制后，將屆時(shí)被該涂層化合物涂布的金屬顆粒干燥，然后去除灰塵。優(yōu)選地，相對(duì)于涂層總重量，所述至少一種選自脂肪酸、脂肪酸鹽和脂肪酸酯的涂層化合物的百分比為至少80重量％，更優(yōu)選至少90重量％，特別優(yōu)選至少95重量％，再更特別優(yōu)選至少99重量％，特別是100重量％。根據(jù)ー個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，相對(duì)于涂布的金屬顆粒的總重量，涂層化合物的總百分比為0. 05 - 3重量％，更優(yōu)選0. 07 - 2. 5重量％，再更優(yōu)選0.1 - 2. 2重量％。涂布程度——被定義為涂層化合物的質(zhì)量與金屬顆粒表面積的比率，優(yōu)選為0. 00005 - 0.03克，更優(yōu)選0.0001 - 0. 02克，再更優(yōu)選0. 0005 - 0. 02克涂層化合物
/平方米金屬顆粒表面積。令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，在金屬顆粒上存在涂層顯著改進(jìn)電子部件與基板之間的連接強(qiáng)度的可靠性。根據(jù)本發(fā)明，該膏還含有至少ー種活化劑(b)。該活化劑在分子中帶有至少兩個(gè)羧酸單元。因此，該活化劑可以在分子中帶有多于2個(gè)，多于3個(gè)或多于4個(gè)羧酸単元。
羧酸單元在該分子中的位置不受限制。但是，該活化劑的羧酸單元優(yōu)選位于末端位置。此外，該活化劑的羧酸単元通過(guò)不多于5個(gè)碳原子，更優(yōu)選不多于4個(gè)碳原子，再更優(yōu)選不多于3個(gè)碳原子，特別優(yōu)選不多于2個(gè)碳原子，再更特別不多于I個(gè)碳原子相互連接經(jīng)證實(shí)是有利的。此外，該活化劑的羧酸単元優(yōu)選通過(guò)至少ー個(gè)碳原子相互連接。在確定該活化劑的羧酸単元經(jīng)此相互連接的碳原子數(shù)時(shí)，在根據(jù)本發(fā)明范圍的計(jì)算中不應(yīng)包括羧酸單元本身的碳原子。因此，例如在丙ニ酸(hoocch2cooh)的情況下，羧酸單元通過(guò)ー個(gè)碳原子相互連接，而在馬來(lái)酸(H00C (CH)2COOH)的情況下，羧酸單元通過(guò)兩個(gè)碳原子相互連接。 根據(jù)ー個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，該活化劑包含至少2個(gè)碳原子，更優(yōu)選至少3個(gè)碳原子。該活化劑優(yōu)選包含不多于18個(gè)碳原子，更優(yōu)選不多于14個(gè)碳原子，再更優(yōu)選不多于12個(gè)碳原子，特別優(yōu)選不多于10個(gè)碳原子，再更特別優(yōu)選不多于8個(gè)碳原子，特別是不多于6個(gè)碳原子。因此，該活化劑優(yōu)選包含2 - 18個(gè)碳原子，更優(yōu)選2 - 14個(gè)碳原子，再更優(yōu)選2 - 12個(gè)碳原子，特別優(yōu)選2 - 10個(gè)碳原子，更特別優(yōu)選2 - 8個(gè)碳原子，特別是2 -6個(gè)碳原子或3 - 6個(gè)碳原子。該活化劑可以是飽和或不飽和化合物。不飽和活化劑優(yōu)選在分子中包含至少ー個(gè)碳-碳雙鍵。此外，順式-異構(gòu)體經(jīng)證實(shí)是特別有利的活化劑。該活化劑可以是支化或非支化化合物。支化活化劑的側(cè)鏈的長(zhǎng)度、類型和位置不受任何限制。支化活化劑優(yōu)選包含至少ー個(gè)長(zhǎng)度為1- 8個(gè)碳原子的側(cè)鏈。通常，所述側(cè)鏈?zhǔn)峭榛?，任選地，其可以被取代。該活化劑可以是芳族或脂族化合物。但是，該活化劑優(yōu)選是脂族化合物。除羧酸單元中存在的氧原子外，本發(fā)明的活化劑還可帶有其它雜原子。但是，該活化劑優(yōu)選不含除羧酸單元中的氧原子外的雜原子。該活化劑的羧酸単元優(yōu)選以非質(zhì)子化形式存在于膏中。因此可以有利地選擇不會(huì)使羧酸單元發(fā)生離解的分散介質(zhì)?；罨瘎┚哂械陀?00°C的溫度，更優(yōu)選低于270°C的溫度，再更優(yōu)選低于240°C的溫度，特別優(yōu)選低于200°C的溫度的分解點(diǎn)在許多情況下經(jīng)證實(shí)有利。在這些情況下，活化劑的分解點(diǎn)優(yōu)選為100°C - 300°C，更優(yōu)選110°C - 270°C，再更優(yōu)選120°C - 240°C，特別優(yōu)選 130°C - 200°C。此外，活化劑的熔點(diǎn)為至少80°C，更優(yōu)選至少90°C，再更優(yōu)選至少100°C在許多情況下經(jīng)證實(shí)有利。在這些情況下，熔點(diǎn)優(yōu)選不大于200°C，更優(yōu)選不大于180°C，再更優(yōu)選不大于160°C。因此，活化劑的熔點(diǎn)優(yōu)選為80°C - 200°C，更優(yōu)選90 - 180°C，再更優(yōu)選100°C-160。。?；罨瘎┛梢砸苑墙j(luò)合形式存在。另ー方面，活化劑同樣可以以絡(luò)合形式，優(yōu)選作為包括元素周期表的副族元素的絡(luò)合物存在。如果活化劑以絡(luò)合形式存在，這特別可以是絡(luò)
合的ニ羧酸。根據(jù)ー個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，該活化劑選自草酸、丙ニ酸、丁ニ酸、戊ニ酸、己ニ酸、庚ニ酸、順式-丁烯ニ酸(馬來(lái)酸)、反式-丁烯ニ酸(富馬酸)、順式-2-戊烯酸、反式-2-戊烯酸和ニ甲基丙ニ酸。根據(jù)ー個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案，該活化劑選自草酸、丙ニ酸、馬來(lái)酸和ニ甲基丙ニ酸。根據(jù)ー個(gè)更特別優(yōu)選的實(shí)施方案，該活化劑選自草酸、丙ニ酸、馬來(lái)酸和ニ甲基丙ニ酸。相對(duì)于膏的總重量，活化劑的百分比優(yōu)選為至少0.1重量％，更優(yōu)選至少0. 3重量％，再更優(yōu)選至少0. 5重量％,特別優(yōu)選至少I重量％,更特別優(yōu)選至少2重量％。相對(duì)于膏的總重量，活化劑的百分比優(yōu)選不大于30重量％，更優(yōu)選不大于20重量％，再更優(yōu)選不大于10重量％，特別優(yōu)選不大于7重量％，更特別優(yōu)選不大于5重量％。因此，相對(duì)于膏的總重量，活化劑的百分比為0.1 - 30重量％，更優(yōu)選0.3 - 20重量％，再更優(yōu)選0. 5 - 10重量％，特別優(yōu)選1- 7重量％，更特別優(yōu)選2 - 5重量％。 此外，本發(fā)明的膏含有分散介質(zhì)(C)。金屬顆粒(a)優(yōu)選可分散在分散介質(zhì)(C)中。所述至少ー種活化劑(b)也可分散在分散介質(zhì)(C)中。但是，活化劑(b)同樣也可溶解在分散介質(zhì)(C)中。該分散介質(zhì)可以是此領(lǐng)域中常見(jiàn)的分散介質(zhì)。因此，該分散介質(zhì)可含有ー種或多種溶剤。有機(jī)化合物例如是在這方面可想到的溶劑。所述有機(jī)化合物優(yōu)選含有5 - 50個(gè)碳原子,更優(yōu)選8 - 32個(gè)碳原子,再更優(yōu)選18 - 32個(gè)碳原子。該有機(jī)化合物可以是支化或非支化的。該有機(jī)化合物同樣可以是環(huán)狀化合物。該有機(jī)化合物也可以是脂族或芳族性質(zhì)的。此外，用作溶劑的有機(jī)化合物可以是飽和或單-或多-不飽和的化合物。該有機(jī)化合物還可包含雜原子，特別是氧原子或氮原子。所述雜原子可以是官能團(tuán)的一部分。可想到的官能團(tuán)包括，例如，羧酸基團(tuán)、酷基團(tuán)、酮基(keto group)、醛基、羥基、氨基、酰胺基團(tuán)、偶氮基團(tuán)、酰亞胺基團(tuán)、氰基或腈基。因此，例如，Ct -職品醇((R) - (+) - a -職品醇、(S) _ _ a -職品醇或外消旋物)、^ -萜品醇、、-萜品醇、S -萜品醇、前述萜品醇的混合物、N-甲基-2-吡咯烷酮、こニ醇、ニ甲基こ酰胺、醇，特別是包含具有5-9個(gè)碳原子的直鏈或支鏈的那些、1-己醇、1-辛醇、1-十二烷醇、1-十三烷醇、2-十三烷醇、3-十三烷醇、4-十三烷醇、5-十三烷醇、6-十三烷醇、異十三烷醇、ニ元酸酯(優(yōu)選為戊ニ酸、己ニ酸或丁ニ酸的ニ甲酯或其混合物)、甘油、ニこニ醇、三こニ醇或其混合物可用作溶剤。根據(jù)另ー優(yōu)選實(shí)施方案，該分散介質(zhì)含有至少ー種非質(zhì)子溶剤。相對(duì)于在25°C的溫度和1. 1013巴的壓カ下為液體的膏的所有組分的總重量，所述至少一種非質(zhì)子溶劑的百分比也可有利地為至少70重量％，更優(yōu)選至少80重量％，再更優(yōu)選至少90重量％，特別優(yōu)選至少95重量％，更特別優(yōu)選至少99重量％。該非質(zhì)子溶劑優(yōu)選選自脂族烴化合物、羧酸酯和醚。根據(jù)ー個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案，該分散介質(zhì)含有至少ー種脂族烴化合物。所述脂族烴化合物優(yōu)選包含5 - 50個(gè)碳原子，更優(yōu)選8 - 32個(gè)碳原子，再更優(yōu)選18 - 32個(gè)碳原子。
因此，該脂族烴化合物同樣可以是石蠟。相對(duì)于膏的總重量，分散介質(zhì)的百分比優(yōu)選為至少5重量％，更優(yōu)選至少8重量％，再更優(yōu)選至少10重量％。相對(duì)于膏的總重量，分散介質(zhì)的百分比優(yōu)選不大于40重量％，更優(yōu)選不大于30重量％，再更優(yōu)選不大于20重量％，特別優(yōu)選不大于15重量％。因此，相對(duì)于膏的總重量，分散介質(zhì)的百分比優(yōu)選為5 - 40重量％，更優(yōu)選8 - 30重量％，再更優(yōu)選10 -
20重量％。任選地，除金屬顆粒(a)、所述至少ー種活化劑(b)和分散介質(zhì)(C)タト，本發(fā)明的膏還可含有其它物質(zhì)。可想到的其它物質(zhì)是此領(lǐng)域中常見(jiàn)的稀釋劑、增稠劑和穩(wěn)定劑。優(yōu)選地，相對(duì)于膏的總重量，除(a)金屬顆粒、(b)所述至少ー種在分子中帶有至少兩個(gè)羧酸單元的活化劑和(c)分散介質(zhì)外的物質(zhì)的百分比不大于20重量％，更優(yōu)選不大 于15重量％，再更優(yōu)選不大于10重量％，特別優(yōu)選不大于5重量％，再更特別優(yōu)選不大于3重量％，特別是不大于I重量％。本發(fā)明的膏可通過(guò)此領(lǐng)域中常見(jiàn)的方式制造。可以例如通過(guò)金屬顆粒(a)、所述至少ー種在分子中帶有兩個(gè)羧酸単元的活化劑
(b)和分散介質(zhì)(C)的混合制造膏。根據(jù)ー個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案，在多個(gè)步驟中制造膏。在這方面，所述至少ー種活化劑(b)在第一步驟中研制。研制可以在磨機(jī)中進(jìn)行并用于改進(jìn)活化劑在分散介質(zhì)(C)中的可分散性。研制的活化劑(b)可隨后在第二步驟中與分散介質(zhì)(C)合井。在此步驟中通常產(chǎn)生活化劑(b)在分散介質(zhì)(C)中的均勻懸浮液。為了制造所述均勻懸浮液，任選地，可以用混合器，例如Ultraturax混合器處理該混合物。最后，來(lái)自第二步驟的懸浮液可以在第三步驟中與金屬顆粒(a)合井。隨后，任選地，所得混合物例如手動(dòng)均化。隨后，該混合物可以反復(fù)輸送通過(guò)輥磨機(jī)，及任選地，進(jìn)ー步均化。所得膏隨后可用于預(yù)期用途。本發(fā)明的膏優(yōu)選用于將至少ー個(gè)電子部件連接到至少ー個(gè)基板。在這種方法中，優(yōu)選將所述至少一個(gè)電子部件固定在基板上。通過(guò)燒結(jié)實(shí)現(xiàn)所述固定。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，燒結(jié)被理解為是指通過(guò)加熱(但不產(chǎn)生液相)連接兩個(gè)或更多個(gè)部件。因此，燒結(jié)優(yōu)選產(chǎn)生所述至少一個(gè)電子部件與基板之間的牢固粘合的連接。如該領(lǐng)域中常見(jiàn)的那樣，電子部件被理解為是可作為電子裝置的一部分的物體。根據(jù)ー個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，電子部件被理解為是指不能進(jìn)ー步拆開(kāi)并可充當(dāng)電子電路的部件的單個(gè)部件。任選地，作為ー個(gè)単元，該電子部件可以由多個(gè)部件構(gòu)成。該電子部件可以例如是有源元件或無(wú)源元件。根據(jù)具體實(shí)施方案，該電子部件用在高功率電子裝置中。該電子部件優(yōu)選選自ニ極管(例如LED，發(fā)光二級(jí)管)、晶體管(例如IGBT，絕緣柵雙極晶體管，具有絕緣柵極的雙極晶體管)、集成電路、半導(dǎo)體芯片、裸片(dies)、電阻器、傳感器、電容器、線圈和散熱器。通常，基板被理解為是指可連接到電子部件上的物體。根據(jù)ー個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，基板選自引線框、DCB基板(直接覆銅基板)和陶瓷基板。
根據(jù)ー個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，下列電子部件和基板對(duì)相互連接LED/引線框、LED/陶瓷基板、裸片/引線框、裸片/陶瓷基板、裸片/DCB基板、ニ極管/引線框、ニ極管/陶瓷基板、ニ極管/DCB基板、IGBT/引線框、IGBT/陶瓷基板、IGBT/DCB基板、集成電路/引線框、集成電路/陶瓷基板、集成電路/DCB基板、傳感器/引線框、傳感器/陶瓷基板、散熱器(優(yōu)選銅或鋁散熱器)/DCB、散熱器(優(yōu)選銅或鋁散熱器)/陶瓷基板、散熱器/引線框、電容器(優(yōu)選鉭電容器，更優(yōu)選在未包封狀態(tài)下)/引線框。根據(jù)另ー優(yōu)選實(shí)施方案，多個(gè)電子部件可連接到基板上。此外，優(yōu)選在基板的相反面上布置電子部件。無(wú)論如何，電子部件和基板都包含至少ー個(gè)接觸區(qū)。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，接觸區(qū)被理解為是指基板通過(guò)本發(fā)明的膏接觸的電子部件區(qū)或電子部件通過(guò)本發(fā)明的膏接觸的基板區(qū)。因此，電子部件的接觸區(qū)優(yōu)選包含一旦基板連接到其上就被基板覆蓋的接觸表面。同樣地，基板的接觸區(qū)優(yōu)選包含一旦電子部件連接到其上就被電子部件覆蓋的接觸表面。優(yōu)選地，電子部件的接觸區(qū)具有由電子部件的接觸區(qū)的接觸表面(通過(guò)接觸表面的寬度和長(zhǎng)度限定)和50納米厚度限定的體積。同樣地，基板的接觸區(qū)優(yōu)選具有由基板的接觸區(qū)的接觸表面(通過(guò)接觸表面的寬度和長(zhǎng)度限定)和50納米厚度限定的體積。電子部件和基板的接觸區(qū)的所述體積具有一定重量?？梢岳缤ㄟ^(guò)借助俄歇能譜法經(jīng)濺射除去接觸區(qū)、然后測(cè)定除去的區(qū)域的重量來(lái)測(cè)定所述重量。該接觸區(qū)可以是施加到電子部件上或施加到基板上的區(qū)域。例如，在許多情況下，對(duì)要連接的電子部件的表面施加金屬化(metallisation)。所述金屬化在許多情況下占100-400納米的厚度。這種類型的金屬化或其區(qū)域可代表本發(fā)明的接觸區(qū)。另ー方面，該接觸區(qū)同樣可以是電子部件或基板的整體部件。例如，根據(jù)本發(fā)明，由銅制成的引線框可用作基板。這種引線框可具有幾毫米的厚度。在這種情況中，所述引線框的區(qū)域(其不必在物質(zhì)或結(jié)構(gòu)方面不同于所述引線框的其它區(qū)域)可代表本發(fā)明的接觸區(qū)。電子部件和基板的至少ー個(gè)接觸區(qū)含有至少ー種非貴金屬。根據(jù)ー個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，電子部件和基板的至少ー個(gè)包含非貴金屬的接觸區(qū)含有
(i)至少ー種選自銅、鋁、鋅和鎳的元素、(ii)包含至少ー種選自銅、鋁、鋅和鎳的元素的合金和(iii)包含至少ー種選自銅、鋁、鋅和鎳的元素的金屬間相。相對(duì)于包含非貴金屬的接觸區(qū)的重量，所述至少一種非貴金屬，例如選自銅、鋁、鋅和鎳的非貴金屬的百分比優(yōu)選為至少5重量％，更優(yōu)選至少7重量％，再更優(yōu)選至少10重量％，特別優(yōu)選至少15重量％，再更特別優(yōu)選至少50重量％，特別是至少90重量％。優(yōu)選地，非貴金屬，更優(yōu)選選自銅、鋁、鋅和鎳的非貴金屬是接觸區(qū)的主要成分。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，接觸區(qū)的主要成分被理解為是指以比所述接觸區(qū)中存在的任何其它元素大的比例存在于所述接觸區(qū)中的元素。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，所述包含非貴金屬的接觸區(qū)還可包含其它元素，特別包括貴金屬。當(dāng)所述包含非貴金屬的接觸區(qū)含有包含至少ー種選自銅、鋁、鋅和鎳的元素的合金時(shí)，該合金可以例如是基本由銅、鎳、鋅和常見(jiàn)雜質(zhì)構(gòu)成的合金或基本由錫、金和常見(jiàn)雜質(zhì)構(gòu)成的合金。
在本發(fā)明的方法的第一步驟中，提供具有第一接觸區(qū)的基板和具有第二接觸區(qū)的電子部件，其中至少ー個(gè)所述接觸區(qū)含有非貴金屬。相應(yīng)地，基板的接觸區(qū)、電子部件的接觸區(qū)、或基板的接觸區(qū)和電子部件的接觸區(qū)
可含有非貴金屬。根據(jù)定義，基板包含第一接觸區(qū)且電子部件包含第二接觸區(qū)。此外，任選地，基板或電子部件可包含另外的接觸區(qū)。當(dāng)例如使用引線框作為基板時(shí)，所述引線框通常含有旨在連接至多個(gè)電子部件以形成子配件(subassembly)的多個(gè)(相鄰)接觸區(qū)。在本發(fā)明的方法的下ー步驟中，提供根據(jù)上文提供的定義的膏。 因此，所述膏含有(a)金屬顆粒、(b)至少ー種在分子中帶有至少兩個(gè)羧酸單元的活化劑和(C)分散介質(zhì)。在本發(fā)明的方法的進(jìn)ー步步驟中形成結(jié)構(gòu)。所述結(jié)構(gòu)含有至少基板、電子部件和膏。在這方面，所述膏位于基板的第一接觸區(qū)與電子部件的第二接觸區(qū)之間。因此，基板的第一表面經(jīng)由膏接觸電子部件的第二表面?？梢岳缤ㄟ^(guò)將該膏施加到基板的第一接觸區(qū)的接觸表面上并將電子部件經(jīng)第ニ接觸區(qū)的接觸表面放置在施加的膏上來(lái)形成該結(jié)構(gòu)。通常地，也可以例如通過(guò)將該膏施加到電子部件的第二接觸區(qū)的接觸表面上并將基板經(jīng)第一接觸區(qū)的接觸表面放置在施加的膏上來(lái)形成該結(jié)構(gòu)。膏的施加可優(yōu)選借助此領(lǐng)域中常見(jiàn)的施加技術(shù)，例如借助印刷法(例如絲網(wǎng)印刷或模板印刷)、分配技術(shù)、噴涂技木、針板轉(zhuǎn)移或浸潰進(jìn)行。在剛形成該結(jié)構(gòu)后，基板的第一表面與電子部件的第二表面之間的距離(其基本取決于該膏的厚度)優(yōu)選為20 - 200微米，更優(yōu)選50 - 100微米。一旦形成該結(jié)構(gòu)，任選地，可將其干燥。該結(jié)構(gòu)優(yōu)選在80 - 200°C的溫度下，更優(yōu)選在100 - 150°C的溫度下干燥。干燥優(yōu)選進(jìn)行2 - 20分鐘，更優(yōu)選5 - 10分鐘。任選地，或者或另外，也可以在形成該結(jié)構(gòu)的同時(shí)(例如在將電子部件置于施加在基板上的膏上之前或在將基板置于施加在電子部件上的膏上之前)優(yōu)選在上述條件下進(jìn)行干燥。在本發(fā)明的方法的進(jìn)ー步步驟中，對(duì)含有基板、電子部件和膏的結(jié)構(gòu)施以燒結(jié)。在燒結(jié)時(shí)，膏中存在的金屬顆粒與至少一部分接觸區(qū)烘烤在一起。膏中存在的其余組分通常在此過(guò)程中從膏中除去，例如通過(guò)蒸發(fā)它們，任選地，在發(fā)生化學(xué)轉(zhuǎn)化后除去。該燒結(jié)基于擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)行，其中膏的金屬顆粒中存在的元素?cái)U(kuò)散到接觸區(qū)中，接觸區(qū)中存在的元素?cái)U(kuò)散到由膏的金屬顆粒形成的居間空間中。由于這ー過(guò)程中主導(dǎo)的溫度和擴(kuò)散速率，形成穩(wěn)定的牢固粘合的連接。優(yōu)選通過(guò)加熱至至少150°C的溫度，更優(yōu)選至少175°C的溫度，再更優(yōu)選至少200°C的溫度實(shí)施該結(jié)構(gòu)的燒結(jié)。優(yōu)選通過(guò)加熱至不大于350°C的溫度，再更優(yōu)選不大于300°C的溫度實(shí)施該結(jié)構(gòu)的燒結(jié)。因此，優(yōu)選將該結(jié)構(gòu)加熱至150°C - 350°C的溫度，更優(yōu)選1500C - 300°C的溫度，再更優(yōu)選175°C - 300°C的溫度，特別優(yōu)選200°C - 300°C的溫度。該加熱優(yōu)選在不施加任何エ藝壓力的情況下，即在0 kbar的エ藝壓カ下進(jìn)行，但同樣可以在升高的エ藝壓力下，例如在I kbar或更大的エ藝壓カ下進(jìn)行。該加熱優(yōu)選進(jìn)行1- 60分鐘，更優(yōu)選2-45分鐘。對(duì)實(shí)施加熱時(shí)的氣氛沒(méi)有限制。但是，優(yōu)選在含氧氣氛中進(jìn)行加熱。在此領(lǐng)域中常見(jiàn)的并在其中優(yōu)選可設(shè)定上述エ藝參數(shù)的合適的燒結(jié)用裝置中進(jìn)行燒結(jié)。在燒結(jié)后，獲得包含至少通過(guò)燒結(jié)膏相互連接的基板和電子部件的模件。根據(jù)ー個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案，用于將至少ー個(gè)電子部件連接到至少ー個(gè)基板的本發(fā)明的方法通過(guò)接觸區(qū)進(jìn)行，其中至少ー個(gè)所述接觸區(qū)含有銅作為非貴金屬。使用含有(a)金屬顆粒、(b)作為活化劑的至少ー種選自丙ニ酸、馬來(lái)酸和草酸的化合物和(C)分散介質(zhì)的膏在這種情況中經(jīng)證實(shí)特別有利。根據(jù)另ー特別優(yōu)選的實(shí)施方案，用于將至少ー個(gè)電子部件連接到至少ー個(gè)基板的本發(fā)明的方法通過(guò)接觸區(qū)進(jìn)行，其中至少ー個(gè)所述接觸區(qū)含有鎳作為非貴金屬。使用含有(a)金屬顆粒、(b)作為活化劑的至少ー種選自ニ甲基丙ニ酸和草酸的化合物和(C)分散介質(zhì)的膏在這種情況中經(jīng)證實(shí)特別有利。下面基于不限制本發(fā)明的范圍的實(shí)施例例證本發(fā)明。實(shí)施例
如下以根據(jù)下表I的組成制備根據(jù)本發(fā)明的膏1- 3和參比膏1- 3 :
權(quán)利要求
1.膏，所述膏含有(a)金屬顆粒；(b)至少一種在分子中帶有至少兩個(gè)羧酸單元的活化劑；和 (C)分散介質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的膏，其特征在于所述金屬顆粒是銀顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的膏，其特征在于所述活化劑具有100-300°C的分解點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的膏，其特征在于所述活化劑選自二羧酸和絡(luò)合二羧酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的膏，其特征在于所述活化劑選自丙二酸、馬來(lái)酸、二甲基丙二酸和草酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的膏，其特征在于所述分散介質(zhì)含有脂族烴化合物。
7.通過(guò)接觸區(qū)將至少一個(gè)電子部件連接到至少一個(gè)基板的方法，其中至少一個(gè)所述接觸區(qū)含有非貴金屬，所述方法包括以下步驟(i)提供具有第一接觸區(qū)的基板和具有第二接觸區(qū)的電子部件，其中至少一個(gè)所述接觸區(qū)含有非貴金屬；( )提供膏，其含有(a)金屬顆粒；(b)至少一種在分子中帶有至少兩個(gè)羧酸單元的活化劑；和 (C)分散介質(zhì)；(iii)形成結(jié)構(gòu)，其中所述基板的第一接觸區(qū)通過(guò)該膏接觸所述電子部件的第二接觸區(qū)；和(iv)燒結(jié)所述結(jié)構(gòu)，同時(shí)產(chǎn)生包含至少通過(guò)該燒結(jié)膏相互連接的所述基板和所述電子部件的模件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于至少一個(gè)所述接觸區(qū)是所述電子部件或所述基板的整體部件。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的方法，其特征在于所述非貴金屬是銅且所述活化劑選自丙二酸、馬來(lái)酸和草酸。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8的方法，其特征在于所述非貴金屬是鎳且所述活化劑選自二甲基丙二酸和草酸。
全文摘要
本發(fā)明提供可用于通過(guò)接觸區(qū)將至少一個(gè)電子部件連接到至少一個(gè)基板上的膏，由此至少一個(gè)所述接觸區(qū)含有非貴金屬。所述膏含有(a)金屬顆粒、(b)至少一種在分子中帶有至少兩個(gè)羧酸單元的活化劑和(c)分散介質(zhì)。
文檔編號(hào)B23K1/00GK103008910SQ20121035097
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者M.舍費(fèi)爾, W.施密特, A.海爾曼, J.納赫賴納 申請(qǐng)人:賀利氏材料工藝有限責(zé)任兩合公司