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KR20240148569A - Bonding composition for low temperature sintering - Google Patents

Bonding composition for low temperature sintering Download PDF

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KR20240148569A
KR20240148569A KR1020230044122A KR20230044122A KR20240148569A KR 20240148569 A KR20240148569 A KR 20240148569A KR 1020230044122 A KR1020230044122 A KR 1020230044122A KR 20230044122 A KR20230044122 A KR 20230044122A KR 20240148569 A KR20240148569 A KR 20240148569A
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KR
South Korea
Prior art keywords
silver
low
bonding composition
temperature sintering
power semiconductor
Prior art date
Application number
KR1020230044122A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이태욱
윤치호
박지애
조승훈
Original Assignee
대주전자재료 주식회사
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Filing date
Publication date
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Abstract

본 발명은 저온 소결용 접합 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 유기은이 코팅된 은분말을 사용한 저온 소결용 접합 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 일 양태에 따른 저온 소결용 접합 조성물은 유기은으로 코팅된 은입자가 환원제를 포함하는 조성물 상태로 도포되어 가열 가압하여 접착하므로, 은입자의 표면의 유기은 성분이 환원되면서 동시에 용융이 되어 전체적으로 은 접착제층의 용융을 촉진시켜 상대적으로 낮은 용융온도, 310℃이하, 250℃이하, 230℃이하, 210℃이하, 200℃이하, 180℃이하, 예를 들면 180 ~ 310℃에서 용융되어 반도체를 기판상에 접착 가능한 새로운 형태의 저온 접착용 실버페이스트 조성물, 이를 이용하여 제조되는 접착층, 상기 접착층을 가지는 전력반도체를 제공할 수 있다.The present invention relates to a low-temperature sintering bonding composition. More specifically, the present invention relates to a low-temperature sintering bonding composition using silver powder coated with organic silver. According to one aspect of the present invention, a low-temperature sintering bonding composition is applied in the form of a composition containing a reducing agent to silver particles coated with organic silver, and then heated and pressurized to bond them, so that the organic silver component on the surface of the silver particles is reduced and melted at the same time, thereby promoting the melting of the silver adhesive layer as a whole, thereby melting at a relatively low melting temperature of 310°C or less, 250°C or less, 230°C or less, 210°C or less, 200°C or less, or 180°C or less, for example, 180 to 310°C, and capable of bonding a semiconductor to a substrate, an adhesive layer manufactured using the same, and a power semiconductor having the adhesive layer.

Description

저온 소결용 접합 조성물{Bonding composition for low temperature sintering}{Bonding composition for low temperature sintering}

본 발명은 저온 소결용 접합 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 유기은이 코팅된 은분말을 사용한 저온 소결용 접합 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a bonding composition for low-temperature sintering. More specifically, it relates to a bonding composition for low-temperature sintering using silver powder coated with organic silver.

친환경 전기자동차 및 신재생 에너지 시장이 증대됨에 따라 고출력 및 고효율 전력반도체의 수요가 증가하고 있는 추세이다. 이에 따라 탄화규소(SiC), 질화갈륨(GaN) 등을 기반으로 한 WBG(wide band gap) 화합물 반도체의 필요성이 강화되는 추세이다.As the eco-friendly electric vehicle and renewable energy markets grow, the demand for high-power and high-efficiency power semiconductors is increasing. Accordingly, the need for wide band gap (WBG) compound semiconductors based on silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN) is increasing.

이러한 전력반도체 소자는 더 높은 전력 밀도와 스위칭 주파수를 지원함과 동시에 고성능 전자 모듈의 신뢰성을 확보할 수 있어야 하는데 기존 무연솔더(Pb-free solder)를 이용하여 소결접합을 하는 경우는 지나친 고온에서 접착되므로 반도체소자의 손상을 가져오는 등 이러한 과제를 달성할 수 없는 한계가 있다.These power semiconductor devices must support higher power densities and switching frequencies while ensuring the reliability of high-performance electronic modules. However, there are limitations in achieving these goals when sintering with existing lead-free solders, as the bonding occurs at excessively high temperatures, which can damage the semiconductor devices.

이를 해결하고자 도전성 입자 기반 페이스트를 이용하여 접착을 하려는 연구들이 시도되고 있으나 도전성 입자 기반 페이스트는 유기 바인더를 포함하므로 소결 후 잔류탄소가 발생하고, 소결 시 유기 바인더의 흐름성으로 인해 전극의 퍼짐이 발생하는 경우가 있다. 특히, 350 ℃이하 소결에서 이러한 퍼짐과 잔류탄소가 발생하면 주변 패턴과 간섭을 일으키거나 전력 인가 시, 마이그레이션이 발생하여 신뢰성에 문제를 야기시킬 수 있다. In order to solve this problem, studies are being attempted to use conductive particle-based paste for bonding. However, conductive particle-based paste contains an organic binder, so residual carbon is generated after sintering, and there are cases where electrode spreading occurs due to the flowability of the organic binder during sintering. In particular, if such spreading and residual carbon occur during sintering below 350°C, it can cause interference with surrounding patterns or cause migration when power is applied, which can cause reliability problems.

따라서 유기 바인더를 사용하지 않으면서도 전기자동차용 전력반도체 등 이종접합 소자의 접착성이 우수하며, 저온에서 소결 가능한 접착제에 대한 요구가 있다.Therefore, there is a demand for an adhesive that has excellent adhesive properties for heterojunction devices such as power semiconductors for electric vehicles without using an organic binder and can be sintered at low temperatures.

한국 공개특허 제10-2016-0032613호(2016.03.24.)Korean Patent Publication No. 10-2016-0032613 (2016.03.24.)

본 발명자들은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는데 기술적인 과제가 있다.The inventors of the present invention have a technical challenge in solving the problems of the prior art.

본 발명의 일 과제는 기존의 무연 솔더 및 은입자를 사용한 접착제와 비교하여 낮은 접착온도에서 접착이 가능하며, 낮은 온도 및 낮은 압력 하에서도 용융이 되어 접착력이 높고, 접착면에서 보이드가 없으며, 우수한 열전도도 및 낮은 열팽창계수를 구현할 수 있어 전자모듈의 신뢰성(고내구성)을 확보할 수 있는 저온 소결용 접합 조성물을 제공하고자 한다.One object of the present invention is to provide a low-temperature sintering bonding composition that can bond at a low bonding temperature compared to conventional lead-free solder and adhesives using silver particles, has high bonding strength by melting even at low temperatures and low pressures, has no voids at the bonding surface, and can realize excellent thermal conductivity and a low coefficient of thermal expansion, thereby ensuring reliability (high durability) of electronic modules.

또한, 에폭시 수지, 아크릴 수지 등의 유기 바인더를 포함하지 않아 소결 시 잔류탄소를 최소화할 수 있으며, 실질적으로 탄화물이 거의 발생하지 않고, 전극의 퍼짐 현상이 개선될 수 있는 저온 소결용 접합 조성물을 제공하고자 한다.In addition, it is intended to provide a low-temperature sintering bonding composition that does not contain an organic binder such as epoxy resin or acrylic resin, thereby minimizing residual carbon during sintering, generating virtually no carbides, and improving the spreading phenomenon of electrodes.

또한, 스텐실 또는 스크린 인쇄 등에 적용이 가능하며, 인쇄 후 가열하여 반도체를 접착한 후에는 기판과의 부착력이 증가하여 2미터 이상의 높이에서 중력가속도로 떨어뜨리거나, 일반적인 성인 남성의 힘을 가해 바닥에 내리쳐도 접착면이 떨어지지 않는 전력 반도체용 저온 소결용 접합 조성물을 제공하고자 한다.In addition, it is possible to apply it to stencil or screen printing, etc., and after printing, heating, and bonding the semiconductor, the adhesive strength with the substrate increases, so that even when dropped from a height of 2 meters or more due to gravity or when hit on the floor with the force of a typical adult male, the bonding surface does not come off, and it is intended to provide a bonding composition for low-temperature sintering for power semiconductors.

상기 과제를 달성하기 위하여 고분자 바인더를 사용하지 않아 소결 시 탄화물이 발생하지 않는 접착 조성물을 개발하고자 연구하였으며, 또한 전력반도체 등에 적용이 가능하도록 저온 소결이 가능하며, 저온 소결됨에도 접착력이 매우 우수한 접착 조성물을 개발하기 위하여 연구하였다.In order to achieve the above task, research was conducted to develop an adhesive composition that does not generate carbides during sintering because it does not use a polymer binder, and also to develop an adhesive composition that can be sintered at low temperatures so that it can be applied to power semiconductors, etc., and that has excellent adhesive strength even when sintered at low temperatures.

그 결과, 은입자의 표면에 은전구체 화합물인 유기은을 코팅하고, 이를 환원제 및 용매와 혼합한 실버페이스트 조성물로 제조하여 상기 과제를 달성할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다. As a result, the present invention was completed by discovering that the above-mentioned task can be achieved by coating the surface of silver particles with organic silver, which is a silver precursor compound, and manufacturing a silver paste composition by mixing it with a reducing agent and a solvent.

구체적으로, 접착하고자 하는 대상에 상기 조성물을 도포 후 용매를 건조하는 과정에서 유기은이 환원제에 의해 환원이 되면서 상기 은입자의 표면에서 은 나노입자가 형성되면서 낮은 소성온도에서도 상기 은입자가 서로 접하여 형성되는 은접착층이 형성된다. 이는 명확하지 않지만, 은입자의 표면에 환원된 은 나노입자가 은접착층의 용융을 촉진시켜 상대적으로 낮은 용융온도, 310℃이하, 좋게는 300℃이하에서 접착 가능한 새로운 형태의 저온 접착용 실버페이스트 조성물을 제공함을 발견하였다.Specifically, when the composition is applied to an object to be bonded and the solvent is dried, the organic silver is reduced by a reducing agent, and silver nanoparticles are formed on the surface of the silver particles, and a silver adhesion layer is formed where the silver particles are in contact with each other even at a low firing temperature. Although this is not clear, it was found that the reduced silver nanoparticles on the surface of the silver particles promote melting of the silver adhesion layer, thereby providing a new type of low-temperature bonding silver paste composition capable of bonding at a relatively low melting temperature, 310°C or lower, preferably 300°C or lower.

본 발명의 일 양태는 은입자의 표면에 은전구체 화합물이 코팅된 표면코팅 은입자; 및 환원제를 포함하는 저온 소결용 접합 조성물을 제공한다.One aspect of the present invention provides a low-temperature sintering bonding composition comprising surface-coated silver particles having a silver precursor compound coated on the surface of the silver particles; and a reducing agent.

일 양태로, 상기 저온 소결용 접합 조성물은 310 ℃ 이하에서 소결 가능하며, 소결 후 접착강도가 50 MPa이상인 것일 수 있다.In one embodiment, the low-temperature sintering bonding composition can be sintered at 310°C or lower, and may have an adhesive strength of 50 MPa or higher after sintering.

일 양태로, 상기 저온 소결용 접합 조성물은 유기바인더를 포함하지 않는 것일 수 있다.In one embodiment, the low-temperature sintering bonding composition may not contain an organic binder.

일 양태로, 상기 은입자의 평균 입경은 0.5 내지 2 ㎛인 응집분말이며, 1차 입경이 45 내지 500 nm인 것일 수 있다.In one embodiment, the silver particles may be an aggregated powder having an average particle size of 0.5 to 2 ㎛ and a primary particle size of 45 to 500 nm.

일 양태로, 상기 은전구체 화합물은 말레산 은(silver maleate), 푸마릭산 은(silver fumarate), 글리옥실산 은(silver glyoxylate), 피루빅산 은(silver pyruvate), 숙신산 은(silver succinate), 글루탈산 은(silver glutalate), 글루콘산 은(silver gluconate), 피크릭산 은(silver picrate), 시트릭산 은(silver citrate), 이미노디아세트산 은(silver iminodiacetate), 니트릴로트리아세트산 은(silver nitrilotriacetate), 에틸렌디아민 테트라아세트산 은(silver ethylenediaminetetraacetate), 벤조산 은(silver benzoate), 네오데칸산 은(silver neodecanoate),라우릭산 은(Silver laurate), 스테아린산 은(silver stearate), 올레산 은(silver oleate), 리놀레산 은(silver linolate), 아비에트산 은(silver abietate), 은 알킬 암모늄 카바메이트(silver alkylammonium carbamates) 및 은 알킬 암모늄 카보네이트계 화합물(silver alkylammonium carbonates) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the silver precursor compound is silver maleate, silver fumarate, silver glyoxylate, silver pyruvate, silver succinate, silver glutalate, silver gluconate, silver picrate, silver citrate, silver iminodiacetate, silver nitrilotriacetate, silver ethylenediaminetetraacetate, silver benzoate, silver neodecanoate, silver laurate, silver stearate. The compound may be any one or a mixture of two or more selected from the group consisting of silver stearate, silver oleate, silver linolate, silver abietate, silver alkylammonium carbamates, and silver alkylammonium carbonates, but is not limited thereto.

일 양태로, 상기 환원제는 메틸아민, 에틸아민, 프로필아민, 부틸아민, 펜틸아민, 아닐린, 1,4-페닐디아민, 4-브로모아닐린, 3-아미노-1-프로판올, 알카놀아민, 과산화수소수, 포름산, 포름산암모늄, 포름산나트륨, 글리옥살, 히드로퀴논, 히드라진, 피로갈롤, 포도당, 갈산, 포르말린, 무수아황산나트륨, 설폭실산나트륨(rongalit), 포름알데히드, 아민류 화합물, 글리콜류 화합물, 글리세롤, 디메틸포름아미드, 탄닌산, 시트르산염, 글루코스, 아스코르브산, L(+)-아스코르브산, 이소아스콜빈산, 아스코르브산 유도체, 옥살산, 포름산, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 2-부텐-1,4-디올, 2,3-부탄디올, 펜탄디올, 헥산디올, 옥탄디올, 데카놀, 글리세롤, 1,1,1-트리히드록시메틸에탄, 2-에틸-2-히드록시메틸-1,3-프로판디올, 1,2,6-헥산트리올, 1,2,3-헥산트리올, 1,2,4-부탄트리올, 트레이톨, 에리트리톨, 펜타에리스리톨, 페녹시에탄올, 헥시톨 및 이미노디에탄올 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the reducing agent is selected from the group consisting of methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, pentylamine, aniline, 1,4-phenyldiamine, 4-bromoaniline, 3-amino-1-propanol, alkanolamine, hydrogen peroxide, formic acid, ammonium formate, sodium formate, glyoxal, hydroquinone, hydrazine, pyrogallol, glucose, gallic acid, formalin, anhydrous sodium bisulfite, sodium sulfoxylate (rongalit), formaldehyde, amine compounds, glycol compounds, glycerol, dimethylformamide, tannic acid, citrate, glucose, ascorbic acid, L(+)-ascorbic acid, isoascorbic acid, ascorbic acid derivatives, oxalic acid, formic acid, ethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,2-propanediol, It may be any one selected from the group consisting of 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2-butene-1,4-diol, 2,3-butanediol, pentanediol, hexanediol, octanediol, decanol, glycerol, 1,1,1-trihydroxymethylethane, 2-ethyl-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol, 1,2,6-hexanetriol, 1,2,3-hexanetriol, 1,2,4-butanetriol, threitol, erythritol, pentaerythritol, phenoxyethanol, hexitol, and iminodiethanol, but is not limited thereto.

본 발명의 또 다른 양태는 상기 일 양태에 따른 저온 소결용 접합 조성물을 전력반도체 기판 상에 도포하고, 건조하여 상기 은입자 표면에 환원된 은 나노입자가 형성되면서, 상기 은입자 및 은 나노입자가 서로 접하여 형성되는 은접착층을 가지는 접착제 도포층을 형성하는 단계; 및Another aspect of the present invention comprises the steps of applying a low-temperature sintering bonding composition according to the above aspect on a power semiconductor substrate, drying the same, and forming an adhesive coating layer having a silver adhesive layer formed by the silver particles and silver nanoparticles coming into contact with each other while reducing silver nanoparticles on the surface of the silver particles; and

상기 접착제 도포층 상에 반도체칩을 적층 후, 소결하여 접착층을 형성하는 단계;A step of forming an adhesive layer by stacking semiconductor chips on the adhesive coating layer and sintering them;

를 포함하는 전력반도체의 제조방법을 제공한다.A method for manufacturing a power semiconductor including:

일 양태로, 상기 은 나노입자는 상기 기판 상에도 형성되어 기판과 상기 은입자 간의 접착에 기여하는 것일 수 있다.In one aspect, the silver nanoparticles may also be formed on the substrate to contribute to adhesion between the substrate and the silver particles.

일 양태로, 상기 소결은 310 ℃ 이하에서 수행되는 것일 수 있다.In one embodiment, the sintering may be performed at 310° C. or lower.

일 양태로, 상기 소결에 의해 상기 은입자가 용융되어 접착되는 것일 수 있다.In one embodiment, the silver particles may be melted and bonded by the sintering.

일 양태로, 상기 환원은 가열에 의해 환원되는 것일 수 있다.In one embodiment, the reduction may be reduction by heating.

일 양태로, 상기 가열은 200 ℃이하에서 수행되는 것일 수 있다.In one embodiment, the heating may be performed at 200°C or lower.

일 양태로, 상기 소결 시 20 MPa 이하의 압력으로 가압을 동시에 수행하는 것일 수 있다.In one embodiment, pressurization may be performed simultaneously at a pressure of 20 MPa or less during the sintering.

일 양태로, 상기 접착층의 접착강도는 50 MPa 이상인 것일 수 있다.In one embodiment, the adhesive strength of the adhesive layer may be 50 MPa or more.

본 발명의 일 양태에 따른 저온 소결용 접합 조성물은 은입자의 표면에 도포된 유기은이 환원되면서 은접착층의 용융을 촉진시켜 상대적으로 낮은 용융온도, 310℃이하, 250℃이하, 230℃이하, 210℃이하, 200℃이하, 180℃이하, 예를 들면 180 ~ 310℃에서 용융되어 반도체를 기판상에 접착 가능한 새로운 형태의 저온 접착용 실버페이스트 조성물, 이를 이용하여 제조되는 접착층, 상기 접착층을 가지는 전력반도체를 제공할 수 있다.According to one aspect of the present invention, a low-temperature sintering bonding composition promotes melting of a silver bonding layer by reducing organic silver applied to the surface of silver particles, thereby melting at a relatively low melting temperature, for example, 310°C or less, 250°C or less, 230°C or less, 210°C or less, 200°C or less, or 180°C or less, and capable of bonding a semiconductor to a substrate, an adhesive layer manufactured using the same, and a power semiconductor having the adhesive layer can be provided.

즉, 은입자 표면에 코팅된 유기은이 환원되면서 은 나노입자를 형성함과 동시에 환원된 은 나노입자가 기 코어를 구성하는 모재인 은입자의 용융을 촉진시키는 것으로 생각된다. 즉, 상기 표면에 도포된 유기원의 환원에 의해 생성되는 은입자가 가압 가온 시 소결단계에서 모재인 은분말의 소결을 촉진시켜 소결조제의 역할을 하므로 모재인 은분말의 소결온도를 낮춰줄 수 있으며, 이에 따라 저온소결이 가능한 접합 조성물을 제공할 수 있다. That is, it is thought that the organic silver coated on the surface of the silver particles is reduced to form silver nanoparticles, and at the same time, the reduced silver nanoparticles promote the melting of the silver particles, which are the base material constituting the core. That is, the silver particles generated by the reduction of the organic source applied to the surface promote the sintering of the silver powder, which is the base material, in the sintering step during pressurized heating, and thus act as a sintering aid, so that the sintering temperature of the silver powder, which is the base material, can be lowered, and accordingly, a bonding composition capable of low-temperature sintering can be provided.

또한, 유기은을 코팅한 은분말을 사용하여, 유기은이 상온에서 페이스트 제조 시 또는 스텐실이나 스크린 인쇄 등의 인쇄 시 일반적으로 사용하는 에틸셀룰로오스, 아크릴 수지 등의 유기바인더를 대체하는 바인더 역할을 하고, 인쇄 후 건조단계를 마치면 기판과의 부착력이 증가되어 2미터 이상의 높이에서 중력가속도로 떨어뜨리거나, 일반적인 성인의 힘을 가해 바닥에 내리쳐도 전극이 떨어지지 않는 접합 조성물을 제공할 수 있다.In addition, by using silver powder coated with organic silver, the organic silver acts as a binder replacing organic binders such as ethyl cellulose and acrylic resin, which are generally used in paste manufacturing at room temperature or in printing such as stencil or screen printing, and after completing the drying step after printing, the adhesive strength with the substrate is increased, so that a bonding composition can be provided in which the electrode does not fall off even when dropped from a height of 2 meters or more due to gravitational acceleration or when hit on the floor with the force of a normal adult.

또한, 소결 시 유기 바인더가 없으므로 소결 후 잔류탄소를 최소화 할 수 있고, 소결 시 유기바인더의 흐름성으로 인한 전극의 퍼짐성을 최소화 할 수 있다.In addition, since there is no organic binder during sintering, residual carbon after sintering can be minimized, and the spreadability of the electrode due to the flowability of the organic binder during sintering can be minimized.

또한, 은분말과의 젖음성을 해치지 않으면서도 기판과 접촉각이 둔각인 용제들을 사용하여, 인쇄단계, 건조단계 및 소성단계에서 접합 조성물 및 이로부터 형성된 전극이 퍼지거나 각 단계에서 표면 확산이 일어나지 않는 전극을 형성할 수 있다.In addition, by using solvents having an obtuse contact angle with the substrate without damaging wettability with the silver powder, it is possible to form an electrode in which the bonding composition and the electrode formed therefrom do not spread or surface diffusion does not occur at each step during the printing step, drying step, and firing step.

본 발명의 일 양태에 따른 저온 소결용 접합 조성물은 전기자동차용 전력반도체, 항공우주, 풍력, 우주탐사, 석유 및 가스 심층 탐사 등의 분야에 필요한 전자장치의 접합에 적용이 가능하다. 또한, 고출력 LED 접합소재 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 등 기판에 적용이 가능하며, 310 ℃이하에서 소성, 구체적으로 공기하에서 200 내지 300 ℃에서 소성이 가능하고, 저저항 소결체에 적용이 가능하다. 또한 소결 시 무가압 또는 15 Mpa 이하, 좋게는 10 MPa 이하의 압력으로도 충분히 용융하여 접착 가능하다.The low-temperature sintering bonding composition according to one embodiment of the present invention can be applied to bonding of electronic devices required in the fields of power semiconductors for electric vehicles, aerospace, wind power, space exploration, and deep oil and gas exploration. In addition, it can be applied to substrates such as high-power LED bonding materials and polyethylene terephthalate films, and can be sintered at 310°C or lower, specifically, sintered at 200 to 300°C in air, and can be applied to low-resistance sintered bodies. In addition, it can sufficiently melt and bond without pressure during sintering or under a pressure of 15 MPa or lower, preferably 10 MPa or lower.

도 1은 본 발명의 표면코팅 은입자의 일 양태를 나타낸 단면도이다. Figure 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of the surface-coated silver particles of the present invention.

이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 구체예 또는 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail. However, the following specific examples or examples are only a reference for describing the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.

또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. Also, unless otherwise defined, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used in the description of this invention is only for the purpose of effectively describing particular embodiments and is not intended to be limiting of the invention.

또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다. Additionally, the singular forms used in the specification and the appended claims are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly dictates otherwise.

또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Additionally, when a part is said to "include" a component, this does not mean that it excludes other components, but rather that it may include other components, unless otherwise specifically stated.

또한 본 발명에서 특별한 정의가 없는 한, 어떤 층 또는 부재가 다른 층 또는 부재와“상에”위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 층 또는 부재가 다른 층 또는 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 층 또는 두 부재 사이에 또 다른 층 또는 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. Additionally, unless otherwise specifically defined in the present invention, when a layer or member is said to be located “on” another layer or member, this includes not only cases where a layer or member is in contact with another layer or member, but also cases where another layer or member exists between the two layers or two members.

또한 본 명세서에서 사용되는 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위하여 사용된다.In addition, the terms “about,” “substantially,” etc. used in this specification are used in a meaning that is at or close to the numerical value when manufacturing and material tolerances inherent in the meanings mentioned are presented, and are used to prevent unscrupulous infringers from unfairly utilizing the disclosure contents in which exact or absolute numerical values are mentioned to aid understanding of the present invention.

본 발명의 일 양태는 은입자의 표면에 은전구체(‘유기은’이라고도 명명함) 화합물이 코팅된 표면코팅 은입자; 및 환원제를 포함하는 저온 소결용 접합 조성물, 즉 저온 소결용 실버페이스트 조성물을 제공한다.One aspect of the present invention provides a low-temperature sintering bonding composition, i.e., a low-temperature sintering silver paste composition, comprising surface-coated silver particles in which a silver precursor (also referred to as ‘organic silver’) compound is coated on the surface of the silver particles; and a reducing agent.

본 발명의 또 다른 양태는 은입자의 표면에 은전구체(‘유기은’이라고도 명명함) 화합물이 코팅된 표면코팅 은입자; 환원제; 및 용매;를 포함하는 저온 소결용 접합 조성물, 즉 저온 소결용 실버페이스트 조성물을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a low-temperature sintering bonding composition, i.e., a low-temperature sintering silver paste composition, comprising: surface-coated silver particles having a silver precursor (also referred to as ‘organic silver’) compound coated on the surface of the silver particles; a reducing agent; and a solvent.

일 양태로, 상기 은입자는 통상적으로 해당 분야에 사용되는 것이라면 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 구형, 플레이크형 등 그 형태 역시 한정되지 않는다. 또한 은입자는 습식법, 건식법 등 통상의 제조방법에 의해 제조된 것일 수 있다.In one aspect, the silver particles may be used without limitation as long as they are commonly used in the relevant field, and their shapes, such as spherical or flake-shaped, are also not limited. In addition, the silver particles may be manufactured by a common manufacturing method, such as a wet method or a dry method.

상기 은입자는 1차 입자이거나, 또는 1차 입자가 응집된 2차 입자인 것일 수 있으며, 제한되는 것은 아니지만 평균입경이 0.5 내지 2 ㎛인 응집분말이며, 1차 입경이 45 내지 500 nm인 것일 수 있다. 상기 범위에서 저온소결 및 접착강도를 발현하기에 유리하므로 바람직하지만 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 상기의 은입자의 형태는 제한되지 않지만 예를 들면, 구형, 플레이크형, 응집형 등인 것일 수 있으며, 이들 중 하나이상의 형태를 가진 은입자의 혼합물일 수 있으며, 응집된 2차 입자를 포함한 복수의 은입자를 사용할 수도 있다.The above silver particles may be primary particles or secondary particles formed by agglomeration of primary particles, and although not limited thereto, may be an agglomerated powder having an average particle diameter of 0.5 to 2 ㎛ and a primary particle diameter of 45 to 500 nm. Although it is preferable in the above range because it is advantageous for exhibiting low-temperature sintering and adhesive strength, it is not limited thereto. In addition, the shape of the above silver particles is not limited thereto, and may be, for example, a sphere, a flake, an agglomerated shape, etc., and may be a mixture of silver particles having one or more of these shapes, and a plurality of silver particles including agglomerated secondary particles may be used.

일 양태로, 상기 은전구체 화합물은 상기 은입자의 표면에 코팅되었다가, 상기 접합 조성물의 용매를 건조하기 위하여 가열하는 과정에서 환원제에 의해 은 금속으로 환원이 되는 물질이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. In one embodiment, the silver precursor compound may be used without limitation as long as it is a substance that is coated on the surface of the silver particle and then reduced to silver metal by a reducing agent during the heating process to dry the solvent of the bonding composition.

상기 은전구체 화합물은 유기은이 사용될 수 있으며, 상기 유기은을 사용함으로써 별도의 고분자 바인더를 사용하지 않고도 접착층의 저온 소결 및 접착강도를 발현하는데 기여할 수 있다.The above silver precursor compound can be an organic silver, and by using the organic silver, it can contribute to low-temperature sintering and expression of adhesive strength of the adhesive layer without using a separate polymer binder.

상기 유기은의 일 양태로는 구체적으로 예를 들면, 말레산 은(silver maleate), 푸마릭산 은(silver fumarate), 글리옥실산 은(silver glyoxylate), 피루빅산 은(silver pyruvate), 숙신산 은(silver succinate), 글루탈산 은(silver glutalate), 글루콘산 은(silver gluconate), 피크릭산 은(silver picrate), 시트릭산 은(silver citrate), 이미노디아세트산 은(silver iminodiacetate), 니트릴로트리아세트산 은(silver nitrilotriacetate), 에틸렌디아민 테트라아세트산 은(silver ethylenediaminetetraacetate), 벤조산 은(silver benzoate), 네오데칸산 은(silver neodecanoate), 라우릭산 은(Silver laurate), 스테아린산 은(silver stearate), 올레산 은(silver oleate), 리놀레산 은(silver linolate), 아비에트산 은(silver abietate), 은 알킬 암모늄 카바메이트(silver alkylammonium carbamates) 및 은 알킬 암모늄 카보네이트계 화합물(silver alkylammonium carbonates) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.Specific examples of the organic silver include silver maleate, silver fumarate, silver glyoxylate, silver pyruvate, silver succinate, silver glutalate, silver gluconate, silver picrate, silver citrate, silver iminodiacetate, silver nitrilotriacetate, silver ethylenediaminetetraacetate, silver benzoate, silver neodecanoate, silver laurate, and silver stearate. The compound may be any one or a mixture of two or more selected from the group consisting of silver stearate, silver oleate, silver linolate, silver abietate, silver alkylammonium carbamates, and silver alkylammonium carbonates, but is not limited thereto.

보다 바람직하게는 네오데칸산 은(silver neodecanoate), 라우릭산 은(Silver laurate), 스테아린산 은(silver stearate), 올레산 은(silver oleate), 리놀레산 은(silver linolate) 등을 사용하는 것일 수 있으며, 이를 사용함으로써 분산 안정성이 좋고, 용매의 건조 온도에서 환원제와의 반응성이 좋으며, 접합 조성물의 용매 내에서 장기 저장 안정성이 우수하므로 바람직할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.More preferably, silver neodecanoate, silver laurate, silver stearate, silver oleate, silver linolate, etc. may be used, and by using these, dispersion stability is good, reactivity with a reducing agent at the drying temperature of the solvent is good, and long-term storage stability in the solvent of the bonding composition is excellent, so it may be preferable, but is not limited thereto.

상기 은전구체 화합물은 상기 은입자의 표면에 1 nm 내지 60 nm의 두께로 코팅된 것일 수 있으며, 상기 범위에서 장기 저장안정성이 우수하며, 접착강도가 우수하므로 바람직할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 코팅여부는 GC-MS 등을 이용하여 확인할 수 있다.The above silver precursor compound may be coated on the surface of the silver particle with a thickness of 1 nm to 60 nm, and may be preferable because it has excellent long-term storage stability and excellent adhesive strength within the above range, but is not limited thereto. The presence or absence of the coating may be confirmed using GC-MS, etc.

상기 은전구체의 함량은 표면코팅 은입자 100중량부에 대하여, 0.01 내지 10.0 중량부, 0.05 내지 5.0 중량부, 0.1 내지 3.0 중량부 또는 0.5 내지 2.0 중량부를 사용할 수 있지만 이에 한정하는 것은 아니다. The content of the above silver precursor may be 0.01 to 10.0 parts by weight, 0.05 to 5.0 parts by weight, 0.1 to 3.0 parts by weight, or 0.5 to 2.0 parts by weight, relative to 100 parts by weight of the surface-coating silver particles, but is not limited thereto.

일 양태로, 상기 표면 코팅된 은입자를 제조하는 방법은 은입자를 은전구체 화합물이 분산되어 있는 용액에 첨가하여 건조를 통하여 코팅하는 방법 또는 은입자를 용매에 분산 후 그 상태에서 은 이온을 포함하는 용액을 첨가하고 지방산 및 pH 조절제를 혼합하여 은전구체 화합물을 합성하면서 은입자의 표면에 코팅할 수 있다. 상기 은 전구체 화합물 용액은 은 전구체 화합물을 포함하는 수성 분산액인 것일 수 있다.In one embodiment, the method for manufacturing the surface-coated silver particles includes a method of adding silver particles to a solution in which a silver precursor compound is dispersed and coating the particles through drying, or a method of dispersing silver particles in a solvent, adding a solution containing silver ions to the dispersed silver particles, and mixing a fatty acid and a pH regulator to synthesize a silver precursor compound, thereby coating the surface of the silver particles. The silver precursor compound solution may be an aqueous dispersion containing a silver precursor compound.

또 다른 방법으로 은 전구체 화합물을 은 입자와 물리적으로 혼합하여 표면 처리된 은 입자를 얻을 수 있다. 상기 혼합하는 장치의 예로는 플래너터리 믹서, 텀블러 믹서, 헨셀 믹서, 인텐시브 믹서 등을 들 수 있으며, 그 외에도 물리적으로 은 전구체 화합물을 은입자의 표면에 흡착 시킬 수 있는 장치라면 특별히 한정되지 않는다. 고상의 은 전구체 화합물을 흡착시키기 위해서는 액상화하여 모든 입자가 고르게 처리되는 것이 유리하나 은 전구체의 경우 액상화를 진행할 때 환원되어 은입자로 석출될 수 있기 때문에 액상화를 진행하지 않고 왁스와 같은 상태로 표면처리 장치를 이용하여 표면에 흡착시킬 수 있다. 이외에, 상기 특징적인 공정을 제외하고 은 전구체를 입자의 표면에 흡착 시킬 수 있는 방법을 적절히 채용할 수 있다. Another method is to physically mix a silver precursor compound with silver particles to obtain surface-treated silver particles. Examples of the mixing device include a planetary mixer, a tumbler mixer, a Henschel mixer, an intensive mixer, etc., and any other device that can physically adsorb the silver precursor compound onto the surface of the silver particles is not particularly limited. In order to adsorb a solid silver precursor compound, it is advantageous to liquefy so that all particles are evenly treated. However, in the case of a silver precursor, it can be reduced and precipitated as silver particles when liquefying, and therefore it can be adsorbed onto the surface in a wax-like state using a surface treatment device without liquefying. In addition, any method capable of adsorbing the silver precursor onto the surface of the particles can be appropriately employed excluding the above-mentioned characteristic process.

일 양태로, 상기 환원제는 상기 조성물을 도포한 후, 건조하여 박막으로 제조하는 과정에서 가열에 의해 은전구체 화합물을 환원시키는 물질이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. In one embodiment, the reducing agent may be used without limitation as long as it is a substance that reduces a silver precursor compound by heating during the process of applying the composition and then drying it to form a thin film.

구체적으로, 상기 환원제의 예를 들면, 메틸아민, 에틸아민, 프로필아민, 부틸아민, 펜틸아민, 아닐린, 1,4-페닐디아민, 4-브로모아닐린, 3-아미노-1-프로판올, 알카놀아민, 과산화수소수, 포름산, 포름산암모늄, 포름산나트륨, 글리옥살, 히드로퀴논, 히드라진, 피로갈롤, 포도당, 갈산, 포르말린, 무수아황산나트륨, 설폭실산나트륨(rongalit), 포름알데히드, 아민류 화합물, 글리콜류 화합물, 글리세롤, 디메틸포름아미드, 탄닌산, 시트르산염, 글루코스, 아스코르브산, L(+)-아스코르브산, 이소아스콜빈산, 아스코르브산 유도체, 옥살산, 포름산, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 2-부텐-1,4-디올, 2,3-부탄디올, 펜탄디올, 헥산디올, 옥탄디올, 데카놀, 글리세롤, 1,1,1-트리히드록시메틸에탄, 2-에틸-2-히드록시메틸-1,3-프로판디올, 1,2,6-헥산트리올, 1,2,3-헥산트리올, 1,2,4-부탄트리올, 트레이톨, 에리트리톨, 펜타에리스리톨, 페녹시에탄올, 헥시톨 및 이미노디에탄올 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. Specifically, examples of the reducing agent include methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, pentylamine, aniline, 1,4-phenyldiamine, 4-bromoaniline, 3-amino-1-propanol, alkanolamine, hydrogen peroxide, formic acid, ammonium formate, sodium formate, glyoxal, hydroquinone, hydrazine, pyrogallol, glucose, gallic acid, formalin, sodium bisulfite anhydrous, sodium sulfoxylate (rongalit), formaldehyde, amine compounds, glycol compounds, glycerol, dimethylformamide, tannic acid, citrate, glucose, ascorbic acid, L(+)-ascorbic acid, isoascorbic acid, ascorbic acid derivatives, oxalic acid, formic acid, ethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,2-propanediol, It may be any one selected from, or a mixture of two or more selected from, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2-butene-1,4-diol, 2,3-butanediol, pentanediol, hexanediol, octanediol, decanol, glycerol, 1,1,1-trihydroxymethylethane, 2-ethyl-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol, 1,2,6-hexanetriol, 1,2,3-hexanetriol, 1,2,4-butanetriol, threitol, erythritol, pentaerythritol, phenoxyethanol, hexitol, and iminodiethanol, but is not limited thereto.

구체적으로, 상기 환원제는 데카놀, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 1,3-프로판디올, 다이에틸렌 글리콜 및 트리에틸렌 글리콜 등에서 선택되는 알코올계 화합물을 사용할 수 있다.Specifically, the reducing agent may be an alcohol compound selected from decanol, ethylene glycol, propylene glycol, 1,3-propanediol, diethylene glycol, and triethylene glycol.

상기 환원제는 은 입자 100중량부에 대해 1 중량부 이상으로 사용하는 것이 석출되는 은 분말의 수율 면에서 바람직하고, 상기 알코올계 화합물과 같은 환원력이 상대적으로 약한 환원제를 사용할 경우 환원제의 사용량을 더 늘리는 것이 좋다. 예를 들어, 상기 환원제는 사용되는 종류에 따라 그 함량을 조절하여 사용할 수 있으며, 구체적으로 예를 들어 알코올계 화합물을 환원제로 사용하는 경우 은입자 100중량부에 대해, 2 중량부 내지 100 중량부, 10 내지 70 중량부, 또는 20 내지 60 중량부로 사용할 수 있다.The reducing agent is preferably used in an amount of 1 part by weight or more per 100 parts by weight of silver particles in terms of the yield of the precipitated silver powder. When using a reducing agent having a relatively weak reducing power, such as the alcohol-based compound, it is better to further increase the amount of the reducing agent used. For example, the reducing agent can be used by adjusting the content depending on the type used. Specifically, for example, when using an alcohol-based compound as the reducing agent, it can be used in an amount of 2 parts by weight to 100 parts by weight, 10 parts by weight to 70 parts by weight, or 20 parts by weight to 60 parts by weight, per 100 parts by weight of silver particles.

또한, 환원제로 비점이 100 내지 200 ℃인 용매를 포함하는 것이 건조 시 유리할 수 있으며, 그 함량은 10 내지 50 중량부를 포함하는 것일 수 있다.In addition, it may be advantageous during drying to include a solvent having a boiling point of 100 to 200°C as a reducing agent, and its content may include 10 to 50 parts by weight.

일 양태로, 본 발명의 저온 소결용 접합 조성물은 상기 환원제로 알코올계 화합물, 예를 들어, 데카놀, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 1,3-프로판디올, 다이에틸렌 글리콜 및 트리에틸렌 글리콜 등을 사용할 수 있으며, 이러한 알코올계 화합물을 환원제로 사용하는 경우 별도의 용매를 필요로 하지 않을 수 있다. 하지만, 필요에 따라 도포성 및 건조성을 더욱 향상시키기 위하여 별도의 용매를 더 첨가할 수 있다. 또한, 상기 환원제로 알코올계 화합물을 사용하지 않고 다른 물질을 사용하는 경우는 용매로써 알코올계 용매를 사용할 수 있다.In one embodiment, the low-temperature sintering bonding composition of the present invention may use an alcohol-based compound, such as decanol, ethylene glycol, propylene glycol, 1,3-propanediol, diethylene glycol, and triethylene glycol, as the reducing agent, and when such an alcohol-based compound is used as the reducing agent, a separate solvent may not be required. However, a separate solvent may be further added in order to further improve the coatability and drying property, if necessary. In addition, when a different substance is used instead of an alcohol-based compound as the reducing agent, an alcohol-based solvent may be used as the solvent.

일 양태로, 상기 용매는 은입자와 젖음성이 우수하면서, 기판과의 접촉각이 둔각이고, 조성물의 도포, 건조 및 소결 단계에서 전극 페이스트가 퍼지거나 각 단계에서 표면 확산이 일어나지 않는 전극을 형성할 수 있는 용매를 사용하는 것이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 구체적으로, 비점이 100 내지 290 ℃인 용매라면 제한되지 않고 사용될 수 있다.In one embodiment, the solvent may be used without limitation as long as it has excellent wettability with silver particles, an obtuse contact angle with a substrate, and can form an electrode in which the electrode paste does not spread or surface diffusion does not occur at each stage during the application, drying, and sintering stages of the composition. Specifically, the solvent may be used without limitation as long as it has a boiling point of 100 to 290° C.

상기 용매의 종류는 비점이 100 내지 290 ℃인 용매라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜모노부틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노에틸에테르, 디프로필렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디프로필렌글리콜디메틸에테르 등의 에테르계 용매; 터피네올, 터피네올아세테이트, 디하이드로터피네올, 디하이드로터피닐아세테이트 등의 테르펜계 용제; 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 2-부텐-1,4-디올, 2,3-부탄디올, 펜탄디올, 헥산디올, 옥탄디올, 데카놀, 글리세롤, 1,1,1-트리히드록시메틸에탄, 2-에틸-2-히드록시메틸-1,3-프로판디올, 1,2,6-헥산트리올, 1,2,3-헥산트리올, 1,2,4-부탄트리올, 트레이톨, 에리트리톨, 펜타에리스리톨, 페녹시에탄올, 헥시톨 및 이미노디에탄올 등의 알코올계 용제;로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 용매를 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The type of the solvent is not limited as long as it is a solvent having a boiling point of 100 to 290° C. Specifically, for example, ether solvents such as ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, and dipropylene glycol dimethyl ether; terpene solvents such as terpineol, terpineol acetate, dihydroterpineol, and dihydroterpineyl acetate; A solvent selected from the group consisting of alcohol solvents such as ethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2-butene-1,4-diol, 2,3-butanediol, pentanediol, hexanediol, octanediol, decanol, glycerol, 1,1,1-trihydroxymethylethane, 2-ethyl-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol, 1,2,6-hexanetriol, 1,2,3-hexanetriol, 1,2,4-butanetriol, threitol, erythritol, pentaerythritol, phenoxyethanol, hexitol and iminodiethanol; may be used, but is not limited to:

일 양태로, 상기 저온 소결용 접합 조성물은 고형분 함량이 30 내지 90 중량%인 것일 수 있으며, 상기 조성물의 점도는 30 Pa.s 내지 150 Pa.s (브룩필드사 DVII, SCR 14 spindle @ 25℃, 10 rpm)인 것일 수 있으며, 상기 범위에서 스텐실 또는 스크린 인쇄가 가능할 수 있어서 대량 생산이 가능하므로 바람직하지만 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the low-temperature sintering bonding composition may have a solid content of 30 to 90 wt%, and the viscosity of the composition may be 30 to 150 Pa.s (Brookfield DVII, SCR 14 spindle @ 25°C, 10 rpm), and although it is preferable and not limited thereto, mass production is possible because stencil or screen printing is possible within the above range.

본 발명의 또 다른 양태는 상기 일 양태에 따른 저온 소결용 접합 조성물을 전력반도체 기판 상에 도포하고, 건조하여 상기 은입자 표면에 환원된 은 나노입자가 형성되면서, 상기 은입자 및 은 나노입자가 서로 접하여 형성되는 은접착층을 가지는 접착제 도포층을 형성하는 단계; 및Another aspect of the present invention comprises the steps of applying a low-temperature sintering bonding composition according to the above aspect on a power semiconductor substrate, drying the same, and forming an adhesive coating layer having a silver adhesive layer formed by the silver particles and silver nanoparticles coming into contact with each other while reducing silver nanoparticles on the surface of the silver particles; and

상기 접착제 도포층 상에 반도체 칩을 적층 후, 소결하여 접착층을 형성하는 단계;를 포함하는 유기바인더를 사용하지 않는 전력반도체의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method for manufacturing a power semiconductor without using an organic binder, including the step of forming an adhesive layer by stacking a semiconductor chip on the adhesive coating layer and then sintering the semiconductor chip.

상기 제조방법에 사용된 저온 소결용 접합 조성물에 대해서는 앞서 기재한바와 동일하므로 중복 설명은 생략한다.The low-temperature sintering bonding composition used in the above manufacturing method is the same as that described above, so a duplicate description is omitted.

일 양태로, 상기 저온 소결용 접합 조성물을 전력반도체 기판 상에 도포하는 단계는 롤러, 붓, 스프레이 도포 등 제한되지 않으며, 스텐실 또는 스크린 인쇄가 가능하다. In one embodiment, the step of applying the low-temperature sintering bonding composition onto the power semiconductor substrate is not limited to roller, brush, spray application, etc., and stencil or screen printing is possible.

일 양태로, 상기 건조는 상기 저온 소결용 접합 조성물에 사용된 용매의 건조와 함께 은 입자의 재배치가 일어남과 동시에 환원제가 은전구체 화합물과 반응하여 환원을 하는 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 환원은 상기 건조 온도에서 가열에 의해 환원이 되는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 가열은 70 ℃ 이상에서 수행되는 것일 수 있으며, 70 내지 200℃인 것일 수 있다. 또는 100 내지 150 ℃인 것일 수 있다.In one embodiment, the drying is preferably performed at a temperature at which the rearrangement of silver particles occurs along with drying of the solvent used in the low-temperature sintering bonding composition, and at the same time, the reducing agent reacts with the silver precursor compound to cause reduction. That is, the reduction may be performed by heating at the drying temperature. Specifically, the heating may be performed at 70° C. or higher, and may be from 70 to 200° C. Or, it may be from 100 to 150° C.

상기 건조에 의해 환원이 되면서 상기 은 입자의 표면에서 환원되어 생성되는 은 나노입자에 의해 상기 은 입자 및 은 나노입자가 서로 접하여 형성되는 은 접착층을 형성하게 된다. As the reduction occurs through the drying, a silver adhesion layer is formed by the silver particles and silver nanoparticles coming into contact with each other due to the silver nanoparticles that are reduced and generated on the surface of the silver particles.

일 양태로, 상기 소결에 의해 상기 은 입자가 용융되어 접착되는 것일 수 있다. 상기 소결은 상기 은입자를 소결하는 온도에서 수행되는 것일 수 있으며, 본 발명의 제조방법에 따르면 상기 환원에 의해 은입자의 표면 및 기판과 은입자 사이에 형성된 은 나노입자에 의해 소결 단계에서 은분말의 소결을 촉진하여 은분말의 원래 소결온도에 비하여 소결온도를 낮출 수 있다. 또한 별도의 고분자 바인더를 사용하지 않으므로 탄화물이 발생하지 않는다.In one embodiment, the silver particles may be melted and bonded by the sintering. The sintering may be performed at a temperature for sintering the silver particles, and according to the manufacturing method of the present invention, the sintering of the silver powder can be promoted in the sintering step by the silver nanoparticles formed on the surface of the silver particles and between the substrate and the silver particles by the reduction, thereby lowering the sintering temperature compared to the original sintering temperature of the silver powder. In addition, since a separate polymer binder is not used, carbides are not generated.

구체적으로 예를 들면, 상기 소결은 310 ℃ 이하에서 수행되는 것일 수 있으며, 더욱 구체적으로 300℃이하, 250℃이하, 230℃이하, 200℃이하, 180℃이하, 예를 들면 180 ~ 310℃에서 수행되는 것일 수 있다. 또한, 상기 소결 시 무가압 또는 15 Mpa 이하, 좋게는 10 MPa 이하의 압력으로도 충분히 용융하여 접착 가능하다.Specifically, for example, the sintering may be performed at 310°C or lower, and more specifically, at 300°C or lower, 250°C or lower, 230°C or lower, 200°C or lower, or 180°C or lower, for example, 180 to 310°C. In addition, during the sintering, sufficient melting and bonding are possible even under no pressure or under a pressure of 15 MPa or lower, preferably 10 MPa or lower.

본 발명의 일 양태에 따라 제조된 접착층은 접착강도가 매우 우수하여 2미터 이상의 높이에서 중력가속도로 떨어뜨리거나, 일반적인 성인 남성의 힘을 가해 바닥에 내리쳐도 전극이 떨어지지 않는 효과를 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 접착강도가 50 MPa 이상, 50 내지 150 MPa인 것인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The adhesive layer manufactured according to one embodiment of the present invention has excellent adhesive strength, so that the electrode does not fall off even when dropped from a height of 2 meters or more due to gravitational acceleration or when struck on the floor with the force of a typical adult male. More specifically, the adhesive strength may be 50 MPa or more, or 50 to 150 MPa, but is not limited thereto.

이하 실시예 및 비교예를 바탕으로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 비교예에 의해 제한되는 것은 아니다. The present invention will be described in more detail based on the following examples and comparative examples. However, the following examples and comparative examples are only examples for describing the present invention in more detail, and the present invention is not limited by the following examples and comparative examples.

이하 물성은 다음과 같이 평가하였다.The following physical properties were evaluated as follows.

1) 도포성1) Application

실시예 및 비교예에서 제조된 접합 조성물을 메탈 스텐실 마스크에 인쇄하여 은이 도금된 구리기판에 0.6×0.6 mm 10개, 1.0×1.0 mm 10 개, 3.0×3.0 mm 10개, 5.0×5.0 mm 10개 패턴에 200㎛ 인쇄두께로 도포 후, 인쇄 불량이 발생하는 개수를 평가하였다. The bonding compositions manufactured in the examples and comparative examples were printed on a metal stencil mask and applied to a silver-plated copper substrate in patterns of 10 each of 0.6×0.6 mm, 10 each of 1.0×1.0 mm, 10 each of 3.0×3.0 mm, and 10 each of 5.0×5.0 mm at a printing thickness of 200 μm, and then the number of printing defects was evaluated.

우수는 2개 이하의 불량이 발생하는 경우이고, 불량은 3개를 초과하여 불량이 발생하는 경우이다. Excellent is when there are two or fewer defects, and defective is when there are three or more defects.

2) 건조부착력2) Dry adhesion

실시예 및 비교예에서 제조된 접합 조성물을 은이 도금된 구리기판에 상기 도포성 평가와 동일하게 200 ㎛ 인쇄 두께로 도포된 기판을 130 ℃열풍으로 30분간 건조 후, 1 m 높이에서 떨어뜨렸을 때 파손되거나 탈락된 패턴의 개수를 평가하였다.The bonding compositions manufactured in the examples and comparative examples were applied to a silver-plated copper substrate with a printing thickness of 200 μm in the same manner as in the applicability evaluation, and the substrate was dried for 30 minutes with hot air at 130° C., and then dropped from a height of 1 m, to evaluate the number of patterns that were broken or removed.

여기서 각 패턴에서 일부라도 탈락된 상태는 그 패턴은 탈락된 것으로 간주하였다. 평가 기준으로는 파손이 없는 패턴의 개수가 39개 내지 40개의 경우 밀착성 우수(PASS)로 하고, 그 이하의 개수는 밀착성 불량(NG)이라 평가하였다. Here, if any part of each pattern is missing, the pattern is considered to be missing. As for the evaluation criteria, if the number of patterns without damage is 39 to 40, the adhesion is considered excellent (PASS), and if the number is less than that, the adhesion is considered poor (NG).

3) 소결성3) Sinterability

실시예 및 비교예에서 제조된 접합 조성물을 은이 도금된 구리기판에 2.8×2.8 mm크기의 6개 패턴으로 도포 후, 130℃ 열풍으로 30분간 건조하여 전극 패턴을 얻었다. 상기 도포 및 건조된 전극 패턴 위에 3×3×2 mm의 은이 도금된 구리블럭을 올려놓고, 10 MPa으로 가압하면서 상온에서 실측온도 310 ℃(설정온도 300℃)까지 약 180초 동안 승온속도 95 ℃/min로 승온하면서 소결하였다. 소결성은 소결면을 필드 방사 주사형 전자 현미경(FE-SEM)으로 관찰하였으며, 공극률이 19% 이하일 때 매우우수, 공극률이 25% 이하일 때 우수, 공극률이 30% 이하일 때 양호로 판단하였다.The bonding compositions manufactured in the Examples and Comparative Examples were applied to six patterns each measuring 2.8 × 2.8 mm on a silver-plated copper substrate, and then dried with hot air at 130°C for 30 minutes to obtain electrode patterns. A silver-plated copper block measuring 3 × 3 × 2 mm was placed on the applied and dried electrode patterns, and sintered at a heating rate of 95°C/min for about 180 seconds from room temperature to the actual temperature of 310°C (set temperature 300°C) while applying a pressure of 10 MPa. The sintering performance was observed on the sintered surface using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM), and was judged as very good when the porosity was 19% or less, excellent when the porosity was 25% or less, and good when the porosity was 30% or less.

4) 접착강도4) Adhesive strength

상기 3)항목의 소결성 평가와 동일하게 소결한 후 접착강도를 측정하였다. After sintering, the adhesive strength was measured in the same manner as the sinterability evaluation of item 3) above.

접착층의 접착강도는 DAGE4000 DS200Kg 장비를 사용하여 Die Shear 값을 AMIL-STD-883 방법 번호 2019 다이 전단 강도에 따라 측정하였다.The bonding strength of the adhesive layer was measured using a DAGE4000 DS200Kg equipment according to the Die Shear value of AMIL-STD-883 Method No. 2019 Die Shear Strength.

평가 기준으로는 접착강도가 60 MPa이상의 경우 매우우수, 50 MPa이상의 경우 접착강도 양호(PASS), 50 MPa 미만의 접착강도는 불량(NG)이라 평가하였다.As for the evaluation criteria, if the bonding strength is 60 MPa or higher, it is evaluated as very good (PASS), if it is 50 MPa or higher, it is evaluated as good (PASS), and if it is less than 50 MPa, it is evaluated as poor (NG).

5) BLT 평가5) BLT Evaluation

상기 3)항목의 소결성 평가와 동일하게 소결한 후 BLT(Bonded Line Thickness, [㎛])를 측정하였다. After sintering, BLT (Bonded Line Thickness, [㎛]) was measured in the same manner as the sinterability evaluation of item 3) above.

BLT의 측정은 소결이 완료된 시료의 파단면을 SEM 관찰을 행하여 BLT두께를 측정하였다. 평가 기준으로는 BLT가 50 ㎛ 이하의 경우 BLT 양호(PASS), 그 이상의 BLT는 불량(NG)이라 평가하였다. The BLT was measured by observing the cross-section of the sintered sample using an SEM to measure the BLT thickness. As an evaluation criterion, a BLT of 50 ㎛ or less was evaluated as BLT Good (PASS), and a BLT of more than that was evaluated as BLT Bad (NG).

6) 잔류탄소의 유무6) Presence or absence of residual carbon

열중량 시차열분석기 (TA Instruments Ltd., 모델명 SDT Q600)를 사용하여, 상온(약 25℃)에서 600 ℃ 까지 10 ℃/분의 승온 속도로 가열하여 조성물의 온도에 따른 중량손실을 측정하였다. 250 ℃ 이하에서 용매의 완전한 증발 및 금속-유기 전구체의 분해를 보여주었다. 더욱이, 250 ℃이하에서 시차열분석의 발열 피크가 발생하므로, 대부분의 유기물이 250 ℃이하에서 전부 산화된 것을 확인하였다. 250 ℃에서의 총 중량 손실은 가열 시 250 ℃의 금속성 겔에서, 유기 부분은 원소 은으로부터 완전히 분리되고 증발되어 탄소 잔류물은 남기지 않고 벌크 은 금속만 남게 된다. 따라서 은 전구체의 열분해는 탄소 잔류물이 없는 순수한 은 금속만을 증착시킨다. 250 ℃ 이상의 온도에서 TGA에서 잔류 백분율은 은 입자의 이론적인 은 중량 백분율에 가깝다. 이것은 입자의 열분해가 완전히 일어났다는 것을 분명히 나타낸다. 소결이 완료된 각 시료의 잔류탄소 함량의 값은 CS분석기 (LECO社, 모델명 CS744)로 측정하였으며, 실시예 1의 값을 기준으로 상대 비교하였다.A thermogravimetric differential thermal analyzer (TA Instruments Ltd., model number SDT Q600) was used to measure the temperature-dependent weight loss of the composition by heating from room temperature (approximately 25°C) to 600°C at a heating rate of 10°C/min. It showed complete evaporation of the solvent and decomposition of the metal-organic precursor below 250°C. Furthermore, since the exothermic peak of the differential thermal analysis occurred below 250°C, it was confirmed that most of the organic compounds were completely oxidized below 250°C. The total weight loss at 250°C means that in the metallic gel at 250°C when heated, the organic fraction is completely separated from elemental silver and evaporated, leaving only bulk silver metal without carbon residue. Therefore, the thermal decomposition of the silver precursor deposits only pure silver metal without carbon residue. The residue percentage in TGA at temperatures above 250°C is close to the theoretical silver weight percentage of the silver particles. This clearly indicates that the thermal decomposition of the particles has occurred completely. The value of the residual carbon content of each sample after sintering was measured using a CS analyzer (LECO, Model Number CS744) and was compared relative to the value of Example 1.

[실시예 1][Example 1]

1) 유기은이 코팅된 은입자의 제조1) Preparation of silver particles coated with organic silver

평균 입경이 1.7 ㎛인 응집분말이며, 1차 은 입자의 평균입경이 70 nm인 은 입자를 사용하였다.The average particle size of the agglomerated powder was 1.7 ㎛, and the average particle size of the primary silver particles was 70 nm.

인텐시브 믹서에 상기 은입자를 투입하고, 상기 은입자 100 중량부에 대하여, 유기은으로 라우릭산 은 0.5 중량부를 순차적으로 투입하고 1500 rpm으로 180분 동안 교반을 수행하여 코팅된 은입자(하기 표 1에 ‘유기은코팅 은입자(1)’이라 함)를 제조하였다. The above silver particles were placed in an intensive mixer, and 0.5 weight part of silver laurate as organic silver was sequentially added to 100 weight parts of the silver particles, and stirring was performed at 1500 rpm for 180 minutes to produce coated silver particles (referred to as ‘organic silver-coated silver particles (1)’ in Table 1 below).

2) 은 페이스트 조성물 제조2) Preparation of silver paste composition

상기 제조한 표면코팅 은입자 100중량부에 대하여, 환원제로 프로필렌 글리콜 10 중량부, 1,3-프로판디올 30 중량부 및 용매로 터피네올 30중량부를 혼합하여 저온 소결용 접합 조성물을 제조하였다. 저온 소결용 접합 조성물의 물성을 평가하여 표 1,2에 나타내었다.A low-temperature sintering bonding composition was prepared by mixing 10 parts by weight of propylene glycol as a reducing agent, 30 parts by weight of 1,3-propanediol, and 30 parts by weight of terpineol as a solvent with respect to 100 parts by weight of the surface-coated silver particles manufactured above. The properties of the low-temperature sintering bonding composition were evaluated and are shown in Tables 1 and 2.

3)전력반도체 소결시편의 제조 및 평가3) Manufacture and evaluation of power semiconductor sintered specimens

제조된 저온 소결용 접합 조성물을 DBC(은 도금 구리) 기판 상에 8개의 패턴으로 도포하고, 130℃ 열풍으로 30분간 건조 후, 상기 인쇄 및 건조된 전극 패턴들 위에 3x3 mm의 구리블럭(은 도금 구리)을 각각 올려 놓고, 10 MPa으로 가압하면서 310 ℃에서 가압소성을 수행하였다. 가압소성한 시편들의 각각의 접착강도를 측정하였고, 최대 최소를 제외한 값들의 평균을 각 시료의 접착강도 값으로 하였다. 그 결과 접착강도가 63.9 MPa으로 접착력이 매우 우수함을 확인하였다. 평가 결과를 도 1에 기재하였다.The manufactured low-temperature sintering bonding composition was applied in eight patterns on a DBC (silver-plated copper) substrate and dried with hot air at 130°C for 30 minutes. Then, 3x3 mm copper blocks (silver-plated copper) were placed on each of the printed and dried electrode patterns, and pressure firing was performed at 310°C while applying a pressure of 10 MPa. The adhesive strength of each of the pressure-fired specimens was measured, and the average of the values excluding the maximum and minimum was used as the adhesive strength value of each sample. As a result, it was confirmed that the adhesive strength was 63.9 MPa, indicating excellent adhesion. The evaluation results are shown in Fig. 1.

[실시예 2][Example 2]

상기 실시예 1에서, 환원제의 함량을 하기 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 평가 결과를 도 1에 기재하였다.In the above Example 1, the same procedure as Example 1 was carried out except that the content of the reducing agent was changed as shown in Table 1 below. The evaluation results are shown in Figure 1.

[실시예 3][Example 3]

상기 실시예 2에서, 코팅된 은입자를 변경한 것을 제외하고 실시예 2와 동일하게 실시하였다.In the above Example 2, the same procedure as Example 2 was performed except that the coated silver particles were changed.

표면코팅된 은입자로 실시예 1의 은입자와 동일하게 제조하되 유기은인 라우릭산 은의 함량을 2 중량부로 변경하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 코팅된 은입자(하기 표 1에‘유기은 코팅 은입자(2)’이라 함)를 제조하였다. 평가 결과를 도 1에 기재하였다.Silver particles coated in the same manner as in Example 1 were manufactured using surface-coated silver particles, except that the content of organic silver, silver lauric acid, was changed to 2 parts by weight, and silver particles coated in the same manner as in Example 1 (referred to as ‘organic silver-coated silver particles (2)’ in Table 1 below) were manufactured. The evaluation results are shown in Fig. 1.

[비교예 1] [Comparative Example 1]

상기 실시예 1에서 표면코팅 은입자를 사용하지 않고, 1차 입경이 45 nm인 은 입자가 응집된 평균입경 200 nm의 응집분말인 은 입자를 사용하였다. 즉, 평균입경이 200 nm인 표면 코팅되지 않은 은 입자(하기 표 1에‘무코팅 은입자(3)’이라 함)와 하기 표 1에 기재된 함량으로 환원제 및 용매를 혼합하여 조성물을 제조하였다. 제조된 조성물을 전력반도체 기판 상에 도포하고, 130℃ 열풍으로 30분간 건조 후, 상기 인쇄 및 건조된 전극 패턴들 위에 3×3 mm의 구리 블럭을 각각 올려놓고, 10 MPa으로 가압하면서 310 ℃에서 가압소성을 수행하였다. 평가된 시편들 각각의 접착강도를 측정하였고, 최대 최소를 제외한 값들의 평균을 각 시료의 접착강도 값으로 하였다. 그 결과 접착강도가 49.2 MPa의 접착력으로 실시예 1에 비하여 낮은 것을 확인하였다. 또한, 소결 온도 역시 300 ℃ 이상으로 높은 온도에서 소결이 됨을 확인하였다. 평가 결과를 도 1에 기재하였다.In the above Example 1, instead of using surface-coated silver particles, silver particles in the form of aggregated powder having an average particle diameter of 200 nm, in which silver particles having a primary particle diameter of 45 nm are aggregated, were used. That is, a composition was prepared by mixing non-surface-coated silver particles having an average particle diameter of 200 nm (referred to as “non-coated silver particles (3)” in Table 1 below) with a reducing agent and a solvent in the contents described in Table 1 below. The prepared composition was applied on a power semiconductor substrate and dried with hot air at 130° C. for 30 minutes, and then copper blocks measuring 3 × 3 mm were each placed on the printed and dried electrode patterns, and pressure firing was performed at 310° C. while applying a pressure of 10 MPa. The adhesive strength of each of the evaluated specimens was measured, and the average of the values excluding the maximum and minimum was used as the adhesive strength value of each sample. As a result, it was confirmed that the adhesive strength was 49.2 MPa, which was lower than that of Example 1. In addition, it was confirmed that sintering was performed at a high temperature of 300℃ or higher. The evaluation results are shown in Fig. 1.

[비교예 2] [Comparative Example 2]

상기 실시예 1에서 표면코팅 은입자로 아래와 같이 지방산이 코팅된 입자를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 표면코팅 은입자 제조하였다. Surface-coated silver particles were manufactured in the same manner as in Example 1, except that particles coated with fatty acids were used as the surface-coated silver particles as shown below.

또한, 제조된 표면코팅 은입자를 사용하여 실시예 1과 동일하게 저온 소결용 접합 조성물을 제조하고, 전력반도체에 접착층을 형성하였다. 그 결과 접착강도가 10.2 MPa으로 실시예 1에 비하여 접착력이 낮은 것을 확인하였다. 심지어, 6개 접착물 중 1개는 기판에서 떨어져 나갔다.In addition, a low-temperature sintering bonding composition was manufactured using the manufactured surface-coated silver particles in the same manner as in Example 1, and an adhesive layer was formed on a power semiconductor. As a result, it was confirmed that the adhesive strength was 10.2 MPa, which was lower than that of Example 1. In fact, one out of six adhesives fell off from the substrate.

1차 입경이 45 nm이며, 평균입경이 200 nm인 응집분말인 은 입자를 사용하였다.Silver particles were used as agglomerated powder with a primary particle size of 45 nm and an average particle size of 200 nm.

상기 은입자 100 중량부에 대하여, 지방산으로 라우릭산 0.5중량부를 인텐시브 믹서에 은입자와 라우릭산을 순차적으로 계량 투입하고 1500 rpm으로 180분 동안 교반을 수행하여 코팅된 은입자(하기 표 1에 ‘지방산 코팅 은입자(4)’이라 함)를 제조하였다. 평가 결과를 도 1에 기재하였다.For 100 parts by weight of the above silver particles, 0.5 parts by weight of lauric acid as a fatty acid was sequentially weighed and added to an intensive mixer, and the silver particles and lauric acid were stirred at 1500 rpm for 180 minutes to produce coated silver particles (referred to as ‘fatty acid-coated silver particles (4)’ in Table 1 below). The evaluation results are shown in Fig. 1.

[비교예 3][Comparative Example 3]

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 바인더 수지를 더 포함하여 조성물을 제조하였다.A composition was prepared in the same manner as in Example 1, but further including a binder resin.

상기 실시예 1과 동일한 표면코팅 은입자를 사용하고, 유기은 코팅 은입자(1) 100중량부에 대하여, 환원제로 프로필렌 글리콜 10 중량부, 1,3-프로판디올 30 중량부, 용제로 터피네올 30 중량부 및 바인더 수지로서 에틸셀룰로오스 수지(DOW社 ETHOCEL STD 4)를 0.4 중량부로 혼합하여, 저온 소결용 접합 조성물을 제조하였다. 제조된 저온 소결용 접합 조성물을 전력반도체 기판 상에 도포할 때, 도포물이 끌리는 현상이 발생하였다. Using the same surface-coated silver particles as in Example 1, and with respect to 100 parts by weight of the organic silver-coated silver particles (1), 10 parts by weight of propylene glycol as a reducing agent, 30 parts by weight of 1,3-propanediol, 30 parts by weight of terpineol as a solvent, and 0.4 parts by weight of ethyl cellulose resin (DOW ETHOCEL STD 4) as a binder resin were mixed to prepare a low-temperature sintering bonding composition. When the prepared low-temperature sintering bonding composition was applied onto a power semiconductor substrate, a phenomenon in which the applied material was dragged occurred.

실시예 1과 동일한 방법으로 성능평가한 결과 접착강도가 50.3 MPa으로 접착강도는 양호하나, 실시예 1에 비하여 접착력이 낮은 것을 확인하였다. 이것은, 시차중량분석기로 측정결과 DT발열피크가 250℃초과에서 발현되고, 탄소함량이 206 ppm으로 검출되는 것으로 보아, 소결 후에도 잔류탄소인 탄화물이 잔존하여 은의 계면 접합력을 방해했을 거라 평가된다. 평가 결과를 도 1에 기재하였다.As a result of the performance evaluation using the same method as Example 1, the adhesive strength was found to be good at 50.3 MPa, but it was confirmed that the adhesive strength was lower than that of Example 1. This is because, as a result of the measurement using a differential gravimetric analyzer, the DT exothermic peak occurred above 250°C and the carbon content was detected as 206 ppm, so it is estimated that carbides, which are residual carbon, remained after sintering and interfered with the interfacial bonding strength of silver. The evaluation results are shown in Fig. 1.

[비교예 4][Comparative Example 4]

표면 개질된 은입자를 사용하지 않고, 은전구체와 환원제를 조성물에 혼합하여 사용하였다.Instead of using surface-modified silver particles, a silver precursor and a reducing agent were mixed into the composition and used.

1차 입경이 45 nm인 은 입자가 응집된 평균입경 200 nm의 응집분말인 은 입자를 사용하였다. 즉, 평균입경이 200 nm인 표면 코팅되지 않은 은 입자(하기 표 1에‘무코팅 은입자(3)’100 중량부에 대하여, 유기은으로 라우릭산 은 0.5 중량부 및 하기 표 1에 기재된 함량으로 환원제 및 용제를 혼합하여 저온 소결용 접합 조성물을 제조하였다.Silver particles having a primary particle size of 45 nm were used as agglomerated powder having an average particle size of 200 nm. That is, for 100 parts by weight of uncoated silver particles having an average particle size of 200 nm (‘uncoated silver particles (3)’ in Table 1 below), 0.5 parts by weight of silver lauric acid as organic silver and a reducing agent and solvent were mixed in the contents described in Table 1 below to prepare a bonding composition for low-temperature sintering.

제조된 저온 소결용 접합 조성물을 전력반도체 기판 상에 도포하고, 130℃ 열풍으로 30분간 건조 후, 상기 인쇄 및 건조된 전극 패턴들 위에 3x3 mm의 구리블럭(은 도금 구리)을 각각 올려놓고, 10 MPa으로 가압하면서 310 ℃에서 가압소성을 수행하였다. 평가된 시편들의 각각의 접착강도를 측정하였고, 최대 최소를 제외한 값들의 평균을 각 시료의 접착강도 값으로 하였다. The manufactured low-temperature sintering bonding composition was applied onto a power semiconductor substrate and dried with hot air at 130°C for 30 minutes. Then, 3x3 mm copper blocks (silver-plated copper) were placed on each of the printed and dried electrode patterns, and pressure firing was performed at 310°C while applying a pressure of 10 MPa. The adhesive strength of each of the evaluated specimens was measured, and the average of the values excluding the maximum and minimum was used as the adhesive strength value of each sample.

그 결과 접착강도가 38.4 MPa으로 실시예 1에 비하여 접착력이 낮은 것을 확인하였다. 또한, 유기은을 조성물에 혼합하여 도포한 경우 본 발명과 같이 코팅한 입자를 사용하는 것에 비하여 젖음성이 낮고, 소결부착력이 낮음을 알 수 있었다. 평가 결과를 도 1에 기재하였다.As a result, it was confirmed that the adhesive strength was 38.4 MPa, which was lower than that of Example 1. In addition, when organic silver was mixed into the composition and applied, it was found that the wettability was lower and the sintering adhesion was lower than when the coated particles were used as in the present invention. The evaluation results are shown in Fig. 1.

실시예1Example 1 실시예2Example 2 실시예3Example 3 비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 비교예3Comparative Example 3 비교예4Comparative Example 4 은입자 종류/함량(중량부)Silver particle type/content (weight part) 유기은 코팅 은입자(1)/
100
Organic silver coated silver particles (1)/
100
유기은 코팅 은입자(1)/
100
Organic silver coated silver particles (1)/
100
유기은 코팅 은입자(2)/
100
Organic silver coated silver particles (2)/
100
무코팅 은입자(3)/
100
Uncoated silver particles (3)/
100
지방산 코팅 은입자(4)/
100
Fatty acid coated silver particles (4)/
100
유기은 코팅 은입자(1)/
100
Organic silver coated silver particles (1)/
100
무코팅 은입자(3)/
100
Uncoated silver particles (3)/
100
프로필렌글리콜
(중량부)
Propylene glycol
(weight)
1010 2020 2020 1010 1010 1010 1010
1,3-프로판디올
(중량부)
1,3-propanediol
(weight)
3030 2020 2020 3030 3030 3030 3030
터피네올
(중량부)
Terpineol
(weight)
3030 3030 3030 3030 3030 3030 3030
바인더
(중량부)
bookbinder
(weight)
-- -- -- -- -- 0.40.4 --
유기은
(중량부)
Organic silver
(weight)
-- -- -- -- -- -- 0.50.5
도포성Application 우수excellence 우수excellence 우수excellence 불량error 불량error 불량error 우수excellence 건조부착력Dry adhesion 우수excellence 우수excellence 우수excellence 불량error 불량error 양호Good 우수excellence 소결성Sinterability 매우우수Very good 매우우수Very good 매우우수Very good 양호Good 불량error 불량error 우수excellence 접착강도Adhesive strength 매우우수Very good 우수excellence 우수excellence 우수excellence 불량error 우수excellence 불량error 잔류탄소
(ppm)
Residual carbon
(ppm)
00 00 00 256256 00 206206 193193
BLTBLT 양호
(48.7㎛)
Good
(48.7㎛)
양호
(48.7㎛)
Good
(48.7㎛)
양호
(48.3㎛)
Good
(48.3㎛)
양호
(48.7㎛)
Good
(48.7㎛)
불량
(60.4㎛)
error
(60.4㎛)
불량
(50.4㎛)
error
(50.4㎛)
양호
(46.4㎛)
Good
(46.4㎛)

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. Although the present invention has been described through specific matters and limited examples as described above, these have been provided only to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above examples, and those skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications and variations from this description.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the idea of the present invention should not be limited to the described embodiments, and all things that are equivalent or equivalent to the claims described below as well as the same are included in the scope of the idea of the present invention.

10 : 은입자
20 : 은전구체 화합물 코팅층
100 : 표면코팅 은입자
10 : Silver particles
20: Silver precursor compound coating layer
100: Surface coating silver particles

Claims (14)

은입자의 표면에 은전구체 화합물이 코팅된 표면코팅 은입자; 및 환원제를 포함하는 저온 소결용 접합 조성물.A low-temperature sintering bonding composition comprising surface-coated silver particles, wherein a silver precursor compound is coated on the surface of the silver particles; and a reducing agent. 제 1항에 있어서,
상기 저온 소결용 접합 조성물은 310 ℃ 이하에서 소결 가능하며, 소결 후 접착강도가 50 MPa이상인 저온 소결용 접합 조성물.
In paragraph 1,
The above low-temperature sintering bonding composition can be sintered at 310°C or lower, and has an adhesive strength of 50 MPa or higher after sintering.
제 1항에 있어서,
상기 저온 소결용 접합 조성물은 유기바인더를 포함하지 않는 것인 저온 소결용 접합 조성물.
In paragraph 1,
A low-temperature sintering bonding composition, wherein the low-temperature sintering bonding composition does not contain an organic binder.
제 1항에 있어서,
상기 은입자의 평균 입경은 0.5 내지 2 ㎛인 응집분말을 포함하며, 1차 입경이 45 내지 500 nm인 저온 소결용 접합 조성물.
In paragraph 1,
A low-temperature sintering bonding composition comprising an aggregated powder having an average particle size of 0.5 to 2 ㎛ and a primary particle size of 45 to 500 nm.
제 1항에 있어서,
상기 은전구체 화합물은 말레산 은(silver maleate), 푸마릭산 은(silver fumarate), 글리옥실산 은(silver glyoxylate), 피루빅산 은(silver pyruvate), 숙신산 은(silver succinate), 글루탈산 은(silver glutalate), 글루콘산 은(silver gluconate), 피크릭산 은(silver picrate), 시트릭산 은(silver citrate), 이미노디아세트산 은(silver iminodiacetate), 니트릴로트리아세트산 은(silver nitrilotriacetate), 에틸렌디아민 테트라아세트산 은(silver ethylenediaminetetraacetate), 벤조산 은(silver benzoate), 네오데칸산 은(silver neodecanoate), 라우릭산 은(silver laurate), 스테아린산 은(silver stearate), 올레산 은(silver oleate), 리놀레산 은(silver linolate), 아비에트산 은(silver abietate), 은 알킬 암모늄 카바메이트(silver alkylammonium carbamates) 및 은 알킬 암모늄 카보네이트계 화합물(silver alkylammonium carbonates)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 저온 소결용 접합 조성물.
In paragraph 1,
The above silver precursor compounds are silver maleate, silver fumarate, silver glyoxylate, silver pyruvate, silver succinate, silver glutalate, silver gluconate, silver picrate, silver citrate, silver iminodiacetate, silver nitrilotriacetate, silver ethylenediaminetetraacetate, silver benzoate, silver neodecanoate, silver laurate, silver stearate, and oleic acid. A low-temperature sintering bonding composition, wherein the bonding composition comprises one or a mixture of two or more selected from the group consisting of silver oleate, silver linolate, silver abietate, silver alkylammonium carbamates and silver alkylammonium carbonates.
제 1항에 있어서,
상기 환원제는 메틸아민, 에틸아민, 프로필아민, 부틸아민, 펜틸아민, 아닐린, 1,4-페닐디아민, 4-브로모아닐린, 3-아미노-1-프로판올, 알카놀아민, 과산화수소수, 포름산, 포름산암모늄, 포름산나트륨, 글리옥살, 히드로퀴논, 히드라진, 피로갈롤, 포도당, 갈산, 포르말린, 무수아황산나트륨, 설폭실산나트륨(rongalit), 포름알데히드, 아민류 화합물, 글리콜류 화합물, 글리세롤, 디메틸포름아미드, 탄닌산, 시트르산염, 글루코스, 아스코르브산, L(+)-아스코르브산, 이소아스콜빈산, 아스코르브산 유도체, 옥살산, 포름산, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 2-부텐-1,4-디올, 2,3-부탄디올, 펜탄디올, 헥산디올, 옥탄디올, 데카놀, 글리세롤, 1,1,1-트리히드록시메틸에탄, 2-에틸-2-히드록시메틸-1,3-프로판디올, 1,2,6-헥산트리올, 1,2,3-헥산트리올, 1,2,4-부탄트리올, 트레이톨, 에리트리톨, 펜타에리스리톨, 페녹시에탄올, 헥시톨 및 이미노디에탄올로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 저온 소결용 접합 조성물.
In paragraph 1,
The above reducing agent is methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, pentylamine, aniline, 1,4-phenyldiamine, 4-bromoaniline, 3-amino-1-propanol, alkanolamine, hydrogen peroxide, formic acid, ammonium formate, sodium formate, glyoxal, hydroquinone, hydrazine, pyrogallol, glucose, gallic acid, formalin, anhydrous sodium bisulfite, sodium sulfoxylate (rongalit), formaldehyde, amine compounds, glycol compounds, glycerol, dimethylformamide, tannic acid, citrate, glucose, ascorbic acid, L(+)-ascorbic acid, isoascorbic acid, ascorbic acid derivatives, oxalic acid, formic acid, ethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,2-propanediol, A low-temperature sintering bonding composition, wherein the composition is one or a mixture of two or more selected from the group consisting of 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2-butene-1,4-diol, 2,3-butanediol, pentanediol, hexanediol, octanediol, decanol, glycerol, 1,1,1-trihydroxymethylethane, 2-ethyl-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol, 1,2,6-hexanetriol, 1,2,3-hexanetriol, 1,2,4-butanetriol, threitol, erythritol, pentaerythritol, phenoxyethanol, hexitol, and iminodiethanol.
제 1항 내지 제 6항에서 선택되는 어느 한 항의 저온 소결용 접합 조성물을 전력반도체 기판 상에 도포하고, 건조하여 상기 은입자 표면에 환원된 은 나노입자가 형성되면서, 상기 은입자 및 은 나노입자가 서로 접하여 형성되는 은접착층을 가지는 접착제 도포층을 형성하는 단계; 및
상기 접착제 도포층 상에 반도체칩을 적층 후, 소결하여 접착층을 형성하는 단계;
를 포함하는 전력반도체의 제조방법.
A step of applying a low-temperature sintering bonding composition selected from any one of claims 1 to 6 onto a power semiconductor substrate and drying the same to form a reduced silver nanoparticle on the surface of the silver particle, thereby forming an adhesive coating layer having a silver adhesive layer formed by the silver particles and silver nanoparticles coming into contact with each other; and
A step of forming an adhesive layer by stacking semiconductor chips on the adhesive coating layer and sintering them;
A method for manufacturing a power semiconductor including:
제 7항에 있어서,
상기 은 나노입자는 상기 기판 상에도 형성되어 기판과 상기 은입자 간의 접착에 기여하는 것인 전력반도체의 제조방법.
In Article 7,
A method for manufacturing a power semiconductor, wherein the silver nanoparticles are also formed on the substrate and contribute to adhesion between the substrate and the silver particles.
제 7항에 있어서,
상기 소결은 310 ℃ 이하에서 수행되는 것인 전력반도체의 제조방법.
In Article 7,
A method for manufacturing a power semiconductor, wherein the above sintering is performed at 310°C or lower.
제 7항에 있어서,
상기 소결에 의해 상기 은입자가 용융되어 접착되는 것인 전력반도체의 제조방법.
In Article 7,
A method for manufacturing a power semiconductor, wherein the silver particles are melted and bonded by the above sintering.
제 7항에 있어서,
상기 환원은 가열에 의해 환원되는 것인 전력반도체의 제조방법.
In Article 7,
A method for manufacturing a power semiconductor, wherein the above reduction is performed by heating.
제 11항에 있어서,
상기 가열은 200 ℃이하에서 수행되는 전력반도체의 제조방법.
In Article 11,
A method for manufacturing a power semiconductor, wherein the above heating is performed at a temperature of 200°C or less.
제 9항에 있어서,
상기 소결 시 20 MPa 이하의 압력으로 가압을 동시에 수행하는 것인 전력반도체의 제조방법.
In Article 9,
A method for manufacturing a power semiconductor, wherein pressurization is simultaneously performed at a pressure of 20 MPa or less during the above sintering.
제 7항에 있어서,
상기 접착층의 접착강도는 50 MPa 이상인 것인 전력반도체의 제조방법.
In Article 7,
A method for manufacturing a power semiconductor, wherein the adhesive strength of the adhesive layer is 50 MPa or more.
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