专利名称：接合方法
技术领域：
本发明涉及通过当金属纳米粒子被保持在待接合构件之间
的预定位置时执行加热和烧结来将待接合构件接合在一起的接合方 法。
背景技术：
在现有技术中，诸如钎焊、接合、熔接等各种技术已经被用 作将构件接合在一起的技术。另一方面，近几年来，考虑到需要更多 关注环境污染并且存在这些传统的接合技术由于待接合构件的特性而 不适用的情况，已经开始使用不同于现有技术并且使用金属纳米粒子 的接合技术(例如，参考专利文献1 )。
专利文献1:公开号为JP-A-2004-130371的曰本专利申请。
发明内容
本发明要解决的问题使用金属纳米粒子的接合技术为这样的接合方法通过对待 接合构件及接合材料加热和加压，然后在包括粘结剂和涂敷了有机保 护膜的金属纳米粒子的接合材料涂在待接合构件中的每一个构件的预 定位置上的状态下烧结被接合构件以便接合材料保持在待接合构件之 间，从而将待接合构件接合在一起。
由于这里使用的金属纳米粒子涂敷了有机保护膜，此外，金 属纳米粒子与粘结剂及溶剂混合，由于所述接合材料呈浆状所以能够 在室温下进行上述混合处理。另外，当被接合构件被烧结时，有必要 加热待接合构件和接合材料，并且对接合材料加压。然而，因为被接
合构件的接合强度在所述外加压力过高或过低时被减小，所以在使用 金属纳米粒子的接合方法中存在压力条件的设定范围窄的难点。这种问 ^源于在接合材料的烧结过程中出现的构造。具体 来说，在呈浆状的接合材料中，溶剂和有机保护膜由于被加热而蒸发， 然后被接合材料由于金属纳米粒子和粘结剂而呈现出多孔结构。另外， 通过施加压力使这种多孔结构的空心部分(voidportion)塌陷，金属纳米 粒子高密度地接合，并且接合强度增加。然而，多孔结构的空心部分 起到用于气化的有机保护膜的脱气通道的作用。因此，过量的外加压 力传递到被接合材料，这封锁了脱气通道。另外，由于脱气通道的封 锁而失去溢出通道的气体突然从接合材料排出，并且粘结剂和金属纳 米粒子从接合表面排出(eject),这导致接合强度的降低。图4示意性的示出了通过剥离利用金属纳米粒子接合在一 起的构件而获得的断裂面。这里，(a)示出了在施加了适当压力的情 况下的正常断裂面，而(b)示出了在施加了过量压力的情况下的有缺 陷的断裂面。在(a)中所示的正常断裂面中，接合材料12均匀地散 布在被接合构件10的表面上，相反的是，在(b)中所示的有缺陷的 断裂面中，从气体排出凹坑(gas ejection pits ) 14可以了解到，接合材 津+ 12出5见了不平整(irregularities )。
鉴于上述问题，本发明的目的是在使用金属纳米粒子的接合 方法中，通过在接合材料的烧结期间施加适当的压力来稳定地获得必 要接合强度。
解决所述问题的方法为了解决上述问题，本发明的接合方法通过下述方法使得在 接合材料的加热和烧结期间气体排出能力和接合能力 一致通过将包 括粘结剂和涂敷了有机保护膜的金属纳米粒子的接合材料涂在待接合 构件中的每一个构件的接合表面上，将待接合构件重叠在一起，加热 接合材料以便达到其接合温度或更高温度，并且在接合过程的比较早 的阶段，设定压力条件以使来自接合材料的气体的排放顺利地执行，
停止时的时间点，设定外加压力条件以提高接合强度。 发明形式本发明的下列形式说明了本发明的结构，并且为了便于理解
本发明的各种结构，将以分部分的方式对本发明进行说明。另外，这 些部分并不限制本发明的技术范围。因此，尽管涉及执行本发明的最
的进一步添加都可以包括在本发明的技术范围中。 (1)提供了一种接合方法，其中通过在金属纳米粒子被保 持在待接合构件之间的预定位置的状态下执行加热和烧结来将待接合 构件接合在一起。在所述接合方法中，包括粘结剂和涂覆了有机保护 膜的金属纳米粒子的接合材料涂在待接合构件中的每一个构件的接合 表面上，待接合构件重叠在一起，在接合材料被加热以便达到其接合温度或更高温度的同时，待接合构件被比较低的外加压力压制在一起， 测量在待接合构件、接合材料和它们的环境气氛中的任何一个中发生 的预定的物理量变化，并且在当所述物理量变化已经达到一定量时的 时间点，将外加压力增加到比较高的压力。根据该部分描述的接合方法，在接合材料被涂在待接合构件 中的每一个构件的接合表面上的接合过程中，待接合构件重叠在一起， 接合材料被加热以便达到其接合温度或更高温度，并且在比较早的阶 段，待接合构件被比较低的外加压力压制在一起(放气过程)。在比较 低的外加压力条件下(放气过程)，有机保护膜由于接合材料被加热而
蒸发，并且由接合材料中的金属纳米粒子和粘结剂形成的多孔结构的 空心部分除非由于压力的必要否则不会塌陷。因此，多孔结构的空心
部分起到用于气化的有机保护膜的脱气通道的作用，并且气体可以从 待接合构件之间顺畅地释放。在该部分中，测量在待接合构件、接合材料和它们的环境气 氛中的任何一个中发生的预定的物理量变化，并且在当所述物理量变 化达到 一定量时的时间点，将外加压力从比较低的压力增加到比较高 的压力(增压过程)。另外，因为通过施加高压将待接合构件接合在一 起，所以提高了接合强度(接合过程)。在这种比较高的外加压力条件 下(接合过程)，多孔结构的空心部分由于外加压力而适当地塌陷并且 金属纳米粒子高密度地接合，因而增加了接合强度。 (2)提供了一种接合方法，其中通过在金属纳米粒子被保 持在待接合构件之间的预定位置的状态下执行加热和烧结来将所述待 接合构件接合在一起。在所述接合方法中，包括粘结剂和涂覆了有机 保护膜的金属纳米粒子的接合材料涂在待接合构件中的每一个构件的接合表面上，待接合构件重叠在一起，在接合材料被加热以便达到其 接合温度或更高温度的同时，待接合构件被比较低的外加压力压制在 一起，测量从所述加热开始所经过的时间，在经过一定时间后，将外 加压力增力口到比较高的压力。根据该部分描述的接合方法，在接合材料被涂在待接合构件
中的每一个构件的接合表面上的接合过程中，待接合构件重叠在一起， 接合材料被加热以便达到其接合温度或更高温度，并且在比较早的阶 段，待接合构件被比较低的外加压力压制在一起(放气过程)。在比较 低的外加压力条件下(放气过程)，有机保护膜由于接合材料被加热而
蒸发，并且由接合材料中的金属纳米粒子和粘结剂形成的多孔结构的 空心部分除非由于压力的必要否则不会塌陷。因此，多孔结构的空心
部分起到用于气化的有机保护膜的脱气通道的作用，并且气体可以从 待接合构件之间顺畅地释放。在该部分中，测量>^人加热开始所经过的时间，在经过一定时 间后，将外加压力从比较低的压力增加到比较高的压力(增压过程)。 另外，因为待接合构件被高外加压力接合在一起，所以增加了接合强 度(接合过程)。在这种比较高的外加压力条件下(接合过程)，多孔 结构的空心部分由于外加压力而适当地塌陷，金属纳米粒子高密度地 接合，因而增加了接合强度。 (3)提供了一种接合方法(权利要求1),其中通过在金属 纳米粒子被保持在待接合构件之间的预定位置的状态下执行加热和烧
结来将待接合构件接合在一起，其特征在于包括粘结剂和涂覆了有机 保护膜的金属纳米粒子的接合材料涂在待接合构件中的每一个构件的 接合表面上，待接合构件重叠在一起，在接合材料被加热以便达到其接合温度或更高温度的同时，待接合构件被比较低的外加压力压制在 一起，测量在待接合构件、接合材料和它们的环境气氛中的任何一个 中发生的预定的物理量变化或者从加热开始所经过的时间，并且在当 所述物理量变化已经达到一定量时的时间点或者在经过一定时间后， 将外加压力增加到比较高的压力。根据该部分描述的接合方法，在接合材料被涂在待接合构件 中的每一个构件的接合表面上的接合过程中，待接合构件重叠在一起，
接合材料被加热以便达到其接合温度或更高温度，并且在比较早的阶 段，待接合构件被比较低的外加压力压制在一起(放气过程)。在比较 低的外加压力条件下(放气过程)，有机保护膜由于接合材料被加热而
蒸发，并且由接合材料中的金属纳米粒子和粘结剂形成的多孔结构的 空心部分除非由于压力的必要否则不会塌陷。因此，多孔结构的空心
部分起到用于气化的有机保护膜的脱气通道的作用，并且气体可以从 待接合构件之间顺畅地释放。在该部分中，测量在待接合构件、接合材料和它们的环境气 氛中的任何一个中发生的预定的物理量变化或者从加热开始所经过的 时间，并且在当所述物理量变化已经达到一定量时的时间点或者在经 过一定时间后，将外加压力从比较低的压力增加到比较高的压力(增 压过程)。另外，因为待接合构件被高外加压力接合在一起，所以增加 了接合强度(接合过程)。在这种比较高的外加压力条件下(接合过程)， 多孔结构的空心部分由于外加压力而适当地塌陷，金属纳米粒子高密 度地接合，因而提高了接合强度。 (4)提供了一种基于上述部分(3)的接合方法(权利要求 2)，其中，在测试过程中，预先掌握待接合构件或接合材料从待接合构件和接合材料的加热开始到当有机保护膜的热解完成时的时间点的 温度变化，以及在和测试过程的加热条件相同的加热条件下，加热待 接合构件和接合材料，测量待接合构件或接合材料从待接合构件和接 合材料的加热开始的温度变化，并且在当该温度达到与当有机保护膜 的热解完成时的时间点相对应的温度时的时间点，将外加压力从比较 低的压力增加到比较高的压力。根据该部分描述的接合方法，在测试过程中，在待接合构件 和接合材料的加热开始之后，预先掌握待接合构件或接合材料在有机 保护膜的热解完成时的时间点的温度。在和测试过程的加热条件相同 的加热条件下，加热待接合构件和接合材料。因此，基于在加热和加 压开始后的温度准确地测量从放气过程到增压过程的切换时机。结果， 放气操作和接合操作都可靠地被执行。 (5)提供了基于上述部分(3)的一种接合方法(权利要求 3)，其中，在测试过程中，预先掌握从待接合构件和接合材料的加热 开始到当有机保护膜的热解完成时的时间点的重量减少量，以及在和 测试过程的加热条件相同的加热条件下，加热待接合构件和接合材料， 测量接合材料从待接合构件和接合材料的加热开始的重量减少量，并 且在当该减少量达到与当有机保护膜的热解完成时的时间点相对应的 减少量时的时间点，将外加压力从比较低的压力增加到比较高的压力。根据该部分描述的接合方法，在测试过程中，预先掌握从待 接合构件和接合材料的加热开始到当有机保护膜的热解完成时的时间 点的重量减少量。在和测试过程的加热条件相同的加热条件下，加热 待接合构件和接合材料。因此，基于接合材料的重量减少量准确地测量从放气过程到增压过程的切换时机。结果，放气操作和接合操作都 被可靠地执行。 (6)提供了基于上述部分(3)的一种接合方法(权利要求
4) ，其中，在测试过程中，预先掌握从待接合构件和接合材料的加热 开始到当有机保护膜的热解完成时的时间点所经过的时间，以及在和 测试过程的加热条件相同的加热条件下，加热待接合构件和接合材料， 并且在当加热时间达到与经过的时间相对应的时间时的时间点，将外 加压力从比较低的压力增加到比较高的压力。根据该部分描述的接合方法，在测试过程中，预先掌握从待 接合构件和接合材料的加热开始到当有机保护膜的热解完成时的时间 点所经过的时间。在和测试过程的加热条件相同的加热条件下，加热 待接合构件和接合材料。因此，基于从加热和加压开始所经过的时间 精确地测量从放气过程到增压过程的切换时机。结果，放气操作和接 合操作都被可靠地执行。 (7)提供了基于上述部分(3)的一种接合方法(权利要求
5) ，其中，在测试过程中，预先掌握接合材料的厚度从待接合构件和 接合材料的加热开始到当有机保护膜的热解完成时的时间点的减少 量，以及在和测试过程的加热条件相同的加热条件下，加热待接合构 件和接合材料，并且在接合材料的厚度从待接合构件和接合材料的加 热开始的减少量达到与当有机保护膜的热解完成时的时间点相对应的 减少量时的时间点，将外加压力从比较低的压力增加到比较高的压力。根据该部分描述的接合方法，预先掌握接合材料的厚度从待 接合构件和接合材料的加热开始到当有机保护膜的热解完成时的时间点的减少量。在和测试过程的加热条件相同的加热条件下，加热待接 合构件和接合材料。因此，基于接合材料厚度的减少量准确地测量从 放气过程到增压过程的切换时机。结果，放气操作和接合操作都可靠 地被执行。 (8)提供了基于上述部分(3)的一种接合方法(权利要求 6)，其中，在测试过程中，预先掌握存在于待接合构件和接合材料的 环境气氛中的有机保护膜的分解气体浓度从待接合构件和接合材料的 加热开始到当有机保护膜的热解完成时的时间点的增加量，以及在和 测试过程的加热条件相同的加热条件下，加热待接合构件和接合材料， 并且在当存在于待接合构件或接合材料的环境气氛中的有机保护膜的 分解气体浓度从待接合构件和接合材料的加热开始的增加量达到与当 有机保护膜的热解完成时的时间点相对应的增加量时的时间点，将外 加压力从比较低的压力增加到比较高的压力。根据该部分描述的接合方法，预先掌握存在于待接合构件和 接合材料的环境气氛中的有机保护膜的分解气体浓度从待接合构件和 接合材料的加热开始到当有机保护膜的热解完成时的时间点的增加 量。在和测试过程的加热条件相同的加热条件下，加热待接合构件和 接合材料。因此，基于有机保护膜的分解气体浓度的增加量准确地测 量从放气过程到增压过程的切换时机。结果，放气操作和接合操作都 被可靠地执行。 (9)提供了基于上述部分(1)至(8)中任一部分的一种 接合方法(权利要求7)，其中基于由于待接合构件和接合材料的加热 而产生的接合材料的重量的变化率，来执行在所述测试过程中当有机 保护膜的热解完成时的时间点的掌握。
根据该部分描述的接合方法，基于由于待接合构件和接合材 料的加热而产生的接合材料的重量的变化率，即基于由有机保护膜从 接合材料的蒸发引起的重量的变化率，来准确地掌握在测试过程中当 有机保护膜的热解完成时的时间点。 (10)提供了基于上述部分(1)至(8)中任一部分的一种 接合方法(权利要求8)，其中依赖于接合材料的组成来设定当待接合 构件被压制在一起时的比较低的外加压力和比较高的外加压力的值， 以及当外加压力从比较低的压力向比较高的压力增加时的每单位时间 的增加率。根据该部分描述的接合方法，在依赖于所使用的接合材料的 组成已经设定了最佳的最大和最小外加压力以及增压过程中的增加率 之后，执行接合。因此，放气操作和接合操作都被可靠地执行。 (11)提供了一种接合方法，其中在当根据上述部分(3) 至(6)的预定的物理量变化或所经过的时间中至少两个达到一定量或 一定时间时的时间点，外加压力从比较低的压力增加到比较高的压力。根据该部分描述的接合方法，通过利用根据上述部分(3) 至(6)的多个物理量变化或经过的时间作为判定基准来更准确地掌握 当有机保护膜的热解完成时的时间点。
发明效果由于本发明如上所述构造，因此在使用金属纳米粒子的接合 方法中能够稳定地获得必要的接合强度。
图1为示出根据本发明的实施例的通过使用金属纳米粒子 将待接合构件接合在一起的接合程序的示意图2为示出通过热分析(TG)获得的接合材料的加热特性的实例 的曲线图3为示出在接合过程中施加到待接合构件上的外加压力与待接 合构件的接合强度之间的关系的图4示意性地示出了通过剥离利用金属纳米粒子接合在一起的构 件而获得的断裂面，这里(a)表示施加了适当的外加压力的情况下的 正常的断裂面，而(b)表示施加了过量外加压力的情况下的有缺陷的 断裂面。
附图标记说明
10, 10A, 10B:待接合构件
12: 接合材料
16: 有机保护膜
18: 金属纳米粒子
20: 粘结剂
22: 溶剂
具体实施方式
在下文中，将参考附图来说明执行本发明的最佳形式。应当 注意的是，与背景技术相同或一致的部分由相同的附图标记表示，并 且省略对其详细的iJt明。图1示意性地示出了根据本发明的实施例的接合程序，其中 通过使用金属纳米粒子将待接合构件接合在一起。另外，图1示出了 接合材料在每个过程中的状态，必要时以放大的方式示出。 ( i )涂敷过程接合材料12被涂在待接合构件10 ( 10A) 的接合表面上，所述接合材料12是粘结剂20、溶剂22和涂敷了有机 保护膜16的金属纳米粒子18的混合物。应当注意的是，在图示实例 中，铜板用作待接合构件IO，银纳米粒子用作金属纳米粒子18,用于 钎焊的流脂用作粘结剂20，并且酒精用作溶剂22。- ( ii )干燥过程在干燥过程中，已经被涂在待接合构件 10的接合表面上的接合材料12被干燥，并且溶剂20从接合材料12蒸 发。 (iii)组装过程待接合构件10 ( 10B )和已经涂了接合材 料12的待接合构件10 ( 10A)重叠在一起，并且接合材料12被夹在 两个待接合构件10 ( 10A, 10B)之间。 ( iv )加热-加压过程(放气过程)在接合材料12被加热 以便达到其接合温度或更高温度的同时，待接合构件10(10A， 10B) 被比较低的外加压力压制在一起。 ( v )加热-加压过程(增压过程)测量在待接合构件10 (IOA， IOB)、接合材料12和它们的环境气氛中的任何一个中发生的 预定的物理量变化或者从加热开始所经过的时间，并且在当物理量变化已经达到 一定量时的时间点或者在经过一定时间后，将外加压力从 比较低的压力增加到比较高的压力。 ( vi)接合过程(接合完成过程)当接合材料12被维持在 其接合温度或更高的温度的同时，通过施加压力将待接合构件IO( IOA， IOB)接合在一起，来获得待接合构件10 ( IOA， 10B)的必要接合强 度。在上述过程中，准确地测量从(iv)加热-加压过程(放气 过程)到(vi)接合过程(接合完成过程)的增压时机是很重要的， 并且在本发明的实施例中，通过下面的操作来准确地计算出该时机。图2示出了通过利用热分析(TG )等得出的接合材料12的 热特性的实例。这里，横坐标表示加热所经过时间t (s)，而纵坐标表 示接合材料12的重量m ( g)和温度T ( 。C )。另外，在从加热开始的 一定时间内，接合材料12的重量m是常数ml，但是当温度T超过预 定温度T1时，重量开始减小，并且当温度超过温度T2时，重量的减 小停止并且达到常数m2。这种现象是由溶剂22已经从其上蒸发的接 合材料12进一步被加热因而有机保护膜16从接合材料12蒸发而引起 的。另外，温度T1为接合材料12中所含的有机保护膜16的分解开始 温度，而温度T2为接合材料12中所含的有机保护膜16基本完成分解 时的分解完成温度。应当注意的是，在使得温度T的升高速度为常数的情况下， 从加热开始t0到(有机保护膜16的)分解开始温度Tl所经过的时间 tl与到相同的分解完成温度T2所经过的时间t2二者密切关联。另夕卜， 在有机保护膜16的热解期间，接合材料的厚度也发生了变化(减小)。此外，在有机保护膜16的热解期间，存在于待接合构件10或接合材 料12的环境气氛中的有机保护膜的分解气体浓度也发生了变化(增 加)。另外，图3示出了从图1所示的(iv )加热-加压过程(放 气过程)到(vi)接合过程(接合完成过程)施加到待接合构件10上 的外加压力P (MPa)与待接合构件10的接合强度I (MPa)之间的关 系。这里，通过利用拉伸剪切测试(测试设备由Shimazu制造的自 动绘图仪；最大牵引力，10kN;测试速度，6.0m/min)来得出接合强 度I。在图3中，在降到外加压力Pl以下的外加压力的条件下，由于 外加压力不足而不可能获得必要接合强度，并且在超过外加压力P2的 外加压力的条件下，由于放气缺陷而不可能获得必要接合强度。因此，在本发明的实施例中，预先掌握用于所使用的每个接 合材料的外加压力Pl和P2的这些值，在(iv )加热-加压过程(放气 过程)中，比较低的外加压力被设定为Pl (例如，Pl《10MPa)，并且 在(v )加热-加压过程(增压过程)中，外加压力被增加到P2 (例如， P2>30MPa)。另外，根据使用的接合材料的组成适当地设定(v )力口 热-加压过程(增压过程)中的增压率。利用上述内容作为基础，在本发明的实施例中，为了准确地 计算增压时机，可以利用各种方法诸如下面描述的那些方法。方法1 (温度用作基准的方法)在测试过程中，在待接合 构件10和接合材料12的加热开始后，预先掌握当覆盖金属纳米粒子 18的有机保护膜16的热解完成时的时间点的温度T2。另外，在(iv) 加热-加压过程(;改气过程)中，在和测试过程的加热条件相同的加热条件下，加热待接合构件10和接合材料12,并且在当待接合构件10 和接合材料12的温度达到与当有机保护膜16的热解完成时的时间点 相对应的温度T2时的时间点，过程进行到(v )加热-加压过程(增 压过程)，并且压力从比较低的外加压力Pl增加到比较高的外加压力 P2。应当注意的是，在热压力焊操作中使用压模的情况下，在测 试过程或实际压力焊过程中，通过测量与待接合构件接触的部分附近 的压模的温度，能够准确地掌握待接合构件10和接合材料12的温度。 可选择地，可以通过使用诸如热电偶的常用温度测量装置来掌握待接 合构件IO的温度。方法2 (重量用作基准的方法)在测试过程中，预先掌握 从待接合构件IO和接合材料12的加热开始到当覆盖金属纳米粒子18 的有机保护膜16的热解完成时的时间点的重量减少量。另外，在(iv ) 加热-加压过程(放气过程)中，在和测试过程的加热条件相同的加热 条件下，加热待接合构件10和接合材料12，测量接合材料12从待接 合构件10和接合材料12的加热开始的重量减少量，在当该减少量达 到与当有机保护膜16的热解完成时的时间点相对应的减少量(ml-m2 ) 时的时间点，过程进行到(v )加热-加压过程(增压过程)，并且压 力从比较低的外加压力Pl增加到比较高的外加压力P2。应当注意的是，在这种方法中，优选地，涂在实际被接合的 待接合构件上的接合材料12的涂敷量与在测试过程中接合材料12的 涂敷量应当尽可能精确地匹配。
方法3 (所经过的时间用作基准的方法)在测试过程中， 预先掌握从待接合构件10和接合材料12的加热开始到覆盖金属纳米 粒子18的有积』保护膜16的热解完成时的时间点所经过的时间(t2-t0)。 另夕卜，在(iv)加热-加压过程(放气过程)中，在和测试过程的加热 条件相同的加热条件下，加热待接合构件10和接合材料12，在当加热 时间达到所经过的时间(t2-t0)时的时间点，过程进行到(v )加热-加压过程(增压过程)，并且压力从比较低的外加压力Pl增加到比较 高的外加压力P2。方法4 (厚度的减小量用作基准的方法)在测试过程中， 预先掌握接合材料12的厚度从待接合构件10和接合材料12的加热开 始到当覆盖金属纳米粒子18的有机保护膜16的热解完成时的时间点 的减少量。另外，在(iv)加热-加压过程(放气过程)中，在和测试 过程的加热条件相同的加热条件下，加热待接合构件IO和接合材料12, 并且在接合材料12的厚度从待接合构件10和接合材料12的加热开始 的减少量达到与当有机保护膜的热解完成时的时间点相对应的减少量 时的时间点，过程进行到(v )加热-加压过程(增压过程)，并且压 力从比较低的外加压力Pl增加到比较高的外加压力P2。应当注意的是，在这种方法中，优选地，涂在实际被接合的 待接合构件上的接合材料12的厚度与在测试过程中接合材料12的厚 度应当尽可能精确地匹配。方法5 (有机保护膜的分解气体浓度用作基准的方法)在 测试过程中，预先掌握存在于待接合构件10或接合材料12的环境气 氛中的有机保护膜16的分解气体浓度从待接合构件10和接合材料12 的加热开始到当覆盖金属纳米粒子18的有机保护膜16的热解完成时的时间点的增加量。另外，在和(iv)加热-加压过程(;故气过程)的测试过程的加热条件相同的加热条件下，加热待接合构件IO和接合材料12，并且在当存在于待接合构件10或接合材料12的环境气氛中的有机保护膜16的分解气体浓度从待接合构件10和接合材料12的加热开始的增加量达到与当有机保护膜16的热解完成时的时间点相对应的增加量时的时间点，过程进行到(v )加热-加压过程(增压过程)，并且压力从比较低的外加压力Pl增加到比较高的外加压力P2。应当注意的是，在这种方法中，优选地，涂在实际被接合的待接合构件上的接合材料12的涂敷量与在测试过程中接合材料12的涂敷量应当尽可能精确地匹配。以下是具有上述结构的本发明的实施例能够获得的操作效果。具体来说，在根据本发明的实施例的接合方法中，在接合材料12被加热以便达到其接合温度或更高温度的接合过程中，接合材料12被涂在待接合构件10的接合表面上，待接合构件IOA、 10B重叠，并且在比较早的阶段，通过比较低的外加压力Pl将待接合构件IOA、10B压制在一起((iv)加热-加压过程(放气过程))。在比较低的外加压力的条件下(放气过程)，有机保护膜16由于接合材料12被加热而蒸发，并且由接合材料12的金属纳米粒子18和粘结剂20形成的多孔结构的空心部分除非由于外加压力的必要否则不会塌陷。因此，多孔材料的空心部分起到气化的有机保护膜16的脱气通道的作用，并且气体从待接合构件IOA、 IOB之间顺畅地释放。
另外，测量在待接合构件IO、接合材料12和它们的环境气氛中的任何一个中发生的预定的物理量变化或者从加热开始所经过的时间，并且在当物理量变化已经达到一定量时的时间点或者在经过一定时间后，压力从比较低的外加压力Pl增加到比较高的外加压力P2(增压过程)，并且通过以外加压力P2将待接合构件IOA、 IOB接合在一起(接合过程)来增加了接合强度。在比较高的外加压力P2的条件下，多孔结构的空心部分由于外加压力而适当地塌陷，金属纳米粒子高密度地接合，因而增加了接合强度。另外，在测试过程中，预先掌握待接合构件10和接合材料12从待接合构件10和接合材料12的加热开始到当有机保护膜16的热解完成时的时间点的温度变化(T2-T1)。在和测试过程的加热条件相同的加热条件下，加热待接合构件IO和接合材料12，并且基于加热和加压开始后的温度T2准确地测量从放气过程(iv)到增压过程(v )的切换时机。因此，能够可靠地执行放气操作和接合操作。另外，在测试过程中，预先掌握从待接合构件10和接合材料的加热开始到当有机保护膜16的热解完成时的时间点的重量减少量(ml-m2 )。在和测试过程的加热条件相同的加热条件下，加热待4矣合构件10和接合材料12，并且基于接合材料12的重量减少量(ml-m2 )准确地测量从放气过程(iv)到增压过程(v )的切换时机。因此，能够可靠地执行放气操作和接合操作。另外，在测试过程中，预先掌握从待接合构件10和接合材料12的加热开始到当有机保护膜16的热解完成时的时间点所经过的时间(t2-t0)。在和测试过程的加热条件相同的加热条件下，加热祠4妄合构件10和接合材料12，并且基于从加热和加压开始所经过的时间(t2-t0)准确地测量/人^L气过程(iv)到增压过程(v )的切换时才几。
因此，能够可靠地执行放气操作和接合操作。另外，在测试过程中，预先掌握接合材料12的厚度从待接合构件10和接合材料12的加热开始到当有机保护膜16的热解完成时的时间点的减少量。在和测试过程的加热条件相同的加热条件下，加热待接合构件10和接合材料12,并且基于接合材料12的厚度的减少量准确地测量/人放气过程(iv)到增压过程(v )的切换时机。因此，能够可靠地执行^L气搡作和接合操作。另外，在测试过程中，预先掌握存在于待接合构件10或接合材料12的环境气氛中的有机保护膜16的分解气体浓度从待接合构件10和接合材料12的加热开始到当有机保护膜16的热解完成时的时间点的增加量。在和测试过程的加热条件相同的加热条件下，加热待接合构件10和接合材料12，并且基于有机保护膜16的分解气体浓度的增加量准确地测量/人放气过程(iv )到增压过程(v )的切换时才几。因此，能够可靠地执行放气操作和接合操作。应当注意的是，基于由于待接合构件IO和接合材料12的加热而产生的接合材料12的重量的变化率，即由于有机保护膜16从接合材料12蒸发而引起的重量的变化率(图2中为(m2-ml )/(t2-tl )),能够准确地掌握在测试过程中当有机保护膜16的热解完成时的时间点。另外，在依赖于所使用的接合材料12的组成来设定最佳的最大和最小外加压力(P2， Pl)和设定增压过程中的增压率之后，执行接合。因此，能够可靠地执行放气操作和接合操作。
应当注意的是，在本发明的实施例中，通过将基于多个物理
量的变化或所经过的时间的判定相组合以形成复杂的判定，能够更精确地掌握在测试过程中有机保护膜的热解完成时的时间点。
权利要求
1、一种接合方法，其中通过在金属纳米粒子被保持在待接合构件之间的预定位置的状态下执行加热和烧结来将所述待接合构件接合在一起，所述接合方法的特征在于包括粘结剂和涂覆了有机保护膜的金属纳米粒子的接合材料涂在所述待接合构件中的每一个构件的接合表面上，所述待接合构件重叠在一起，在所述接合材料被加热以便达到其接合温度或更高温度的同时，所述待接合构件被比较低的外加压力压制在一起，测量在所述待接合构件、所述接合材料和它们的环境气氛中的任何一个中发生的预定的物理量变化或者从所述加热开始所经过的时间，并且在当所述物理量变化已经达到一定量时的时间点或者在经过一定时间后，将所述外加压力增加到比较高的压力。
2、 根据权利要求1所述的接合方法，其特征在于，在测试过程中，预先掌握所述待接合构件或所述接合材料从所述 待接合构件和所述接合材料的所述加热开始到当所述有^U呆护膜的热 解完成时的时间点的温度变化，以及在和所述测试过程的加热条件相同的加热条件下，加热所述待接 合构件和所述接合材料，测量所述待接合构件或所述接合材料从所述 待接合构件和所述接合材料的所述加热开始的温度变化，并且在当该 温度达到与当所述有机保护膜的所述热解完成时的所述时间点相对应 的温度时的时间点，将所述外加压力从比较低的压力增加到比较高的 压力。
3、 根据权利要求1所述的接合方法，其特征在于，在测试过程中，预先掌握从所述待接合构件和所述接合材料的所 述加热开始到当所述有机保护膜的热解完成时的时间点的重量减少 量，以及在和所述测试过程的加热条件相同的加热条件下，加热所述待接 合构件和所述接合材料，测量所述接合材料从所述待接合构件和所述 接合材料的所述加热开始的重量减少量，并且在当该减少量达到与当 所述有机保护膜的所述热解完成时的所述时间点相对应的减少量时的 时间点，将所述外加压力从比较低的压力增加到比较高的压力。
4、 根据权利要求1所述的接合方法，其特征在于，在测试过程中，预先掌握从所述待接合构件和所述接合材料的所 述加热开始到当所述有机保护膜的热解完成时的时间点所经过的时 间，以及在和所述测试过程的加热条件相同的加热条件下，加热所述待接 合构件和所述接合材料，并且在当所述加热时间达到与所述经过的时 间相对应的时间时的时间点，将所述外加压力从比较低的压力增加到 比專支高的压力。
5、 根据权利要求1所述的接合方法，其特征在于，在测试过程中，预先掌握所述接合材料的厚度从所述待接合构件 和所述接合材料的所述加热开始到当所述有机保护膜的热解完成时的 时间点的减少量，以及在和所述测试过程的加热条件相同的加热条件下，力口热所述待接 合构件和所述接合材料，并且在所述接合材料的厚度从所述待接合构件和所述接合材料的所述加热开始的所述减少量达到与当所述有机保 护膜的所述热解完成时的时间点相对应的减少量时的时间点，将所述 外加压力从比较低的压力增加到比较高的压力。
6、 根据权利要求1所述的接合方法，其特征在于，在测试过程中，预先掌握存在于所述待接合构件和所述接合材料 的环境气氛中的所述有机保护膜的分解气体浓度从所述待接合构件和 所述接合材料的所述加热开始到当所述有机保护膜的热解完成时的时 间点的增加量，以及在和所述测试过程的加热条件相同的加热条件下，加热所述待接 合构件和所述接合材料，并且在当存在于所述待接合构件或所述接合 材料的所述环境气氛中的所述有机保护膜的所述分解气体浓度从所述 待接合构件和所述接合材料的所述加热开始的增加量达到与当所述有 机保护膜的所述热解完成时的时间点相对应的增加量时的时间点，将 所述外加压力从比较低的压力增加到比较高的压力。
7、 根据权利要求2至6中任一项所述的接合方法，其特征在于， 基于由于所述待接合构件和所述接合材料的所述加热而产生的所述接 合材料的重量的变化率，来执行在所述测试过程中当所述有机保护膜 的所述热解完成时的所述时间点的掌握。
8、 根据权利要求1至7中任一项所述的接合方法，其特征在于，的比较低的外加压力和比较高的外加压力的值，以及当所述外加压力 从所述比较低的压力向所述比较高的压力增加时的每单位时间的增加率。
全文摘要
在比较早的阶段，通过为比较低的压力P1的外加压力将待接合构件10A和10B压制在一起。在比较低的压力P1的外加压力条件下(放气过程)，有机保护膜16由于加热接合材料12而蒸发，并且由接合材料12中的金属纳米粒子18和粘结剂20形成的多孔结构的空心部分除非由于外加压力的必要否则不会塌陷。因此，多孔结构的空心部分起到用于气化的有机保护膜16的脱气通道的作用，并且气体从待接合构件10A和10B之间顺畅地释放。在当接合材料12的温度达到预定温度时的时间点，外加压力从比较低的压力P1增加到比较高的压力P2(增压过程)。此外，通过施加比较高的压力P2而将待接合构件10A和10B接合在一起来增加接合强度(接合过程)。
文档编号B23K20/00GK101541466SQ20088000044
公开日2009年9月23日 申请日期2008年2月5日 优先权日2007年2月8日
发明者一柳辉好, 柴田义范, 石川善统 申请人:丰田自动车株式会社