本公开涉及接合结构及其制造方法。
背景技术
以往，作为接合结构，有专利文献1所记载的接合结构。该接合结构包括含发热元件的发热结构体及含石墨层的散热结构体，发热结构体通过焊锡层与散热结构体接合。该接合结构通过焊锡层将发热元件发生的热向石墨层散热，由此抑制电子部件的误工作，实现制品的长寿命化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-28352号公报
技术实现要素：
发明要解决的课题
近年来，伴随着电子设备的小型化及高性能化，发热元件的高密度的统合化在发展。而且，为了实现高密度的发热元件的统合化，希望提高来自发热元件的热的散热性。
在这样的背景下，如果替代焊锡层而采用通过接合同种的多个金属纳米粒子而成的纳米粒子接合层，则能够提高散热性。可是，该纳米粒子接合层因与焊锡层相比比较硬而且应力弱，所以接合结构如果采用上述纳米粒子接合层则容易损伤。
因此，本发明的目的在于提供能够提高散热性、并能够抑制损伤的接合结构及其制造方法。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本公开的接合结构具备：第1接合构件及第2接合构件；第1金属粒子层，其与第1接合构件接合，且含有接合了的多个第1金属纳米粒子；第2金属粒子层，其与第2接合构件接合，且含有接合了的多个第2金属纳米粒子；第3金属粒子层，其介于第1金属粒子层与第2金属粒子层之间，与第1金属粒子层及第2金属粒子层接合，且含有接合了的多个第3金属纳米粒子；第3金属纳米粒子的粒径大于第1金属纳米粒子及第2金属纳米粒子双方的粒径。
此外，本公开的接合结构的制造方法包含：第1纳米糊剂形成工序，其在用有机保护膜被覆了多个第1金属纳米粒子后，使其分散在溶剂中，形成第1金属纳米糊剂；第2纳米糊剂形成工序，其在用有机保护膜被覆了多个第2金属纳米粒子后，使其分散在溶剂中，形成第2金属纳米糊剂；第3纳米糊剂形成工序，其在用有机保护膜被覆了多个第3金属纳米粒子后，使其分散在溶剂中，形成第3金属纳米糊剂，各第3金属纳米粒子的粒径大于第1金属纳米粒子的粒径及第2金属纳米粒子的粒径双方；和接合工序，其通过烧结使第1金属纳米糊剂、第2金属纳米糊剂及第3金属纳米糊剂各自的有机保护膜及溶剂分解并挥发，由此以按以下顺序层叠的状态接合第1接合构件、由多个第1金属纳米粒子接合而成的第1金属粒子层、由多个第3金属纳米粒子接合而成的第3金属粒子层、由多个第2金属纳米粒子接合而成的第2金属粒子层、及第2接合构件。
再者，本说明书中，将纳米粒子定义为粒子直径为100nm以下的粒子。
发明效果
根据本公开，接合结构能够提高散热性，并能够抑制损伤。
附图说明
附图并非作为限制，仅仅作为示例，表示本公开的一个或多个实施方式。在附图中，同样的附图标记表示相同或类似的要素。
图1是从侧面看本公开的第1实施方式涉及的接合结构时的示意图。
图2是从侧面看本公开的第2实施方式涉及的接合结构时的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开涉及的实施方式详细地进行说明。以下在包含多个实施方式及变形例等时，从最初就设想通过适宜组合它们的特征部分来构筑新的实施方式。
图1是从侧面看本公开的第1实施方式涉及的接合结构时的示意图。如图1所示的那样，接合结构1具备：作为第1接合构件的一个例子的绝缘基板2、安装在绝缘基板2上的发光二极管芯片(以下称为led芯片)3、配置在led芯片3的表侧的荧光体4、作为第1金属粒子层的一个例子的第1银粒子层5、作为第2金属粒子层的一个例子的第2银粒子层6、作为第3金属粒子层的一个例子的铜粒子层8及作为第2接合构件的一个例子的散热基板9。
绝缘基板2为用于搭载led芯片3的底座，具有作为基板(submount)的功能。作为绝缘基板2，为了抑制由热膨胀系数差造成的应力或应变等，优选使用由陶瓷形成的绝缘基板，例如，优选使用热膨胀系数与led芯片3的基板材料接近且导热性良好的aln(氮化铝)基板及sic(碳化硅)基板。
led芯片3例如经由焊料层接合在绝缘基板2上。作为该焊料层，例如可使用以au为主要材料的ausn焊料。此外，将结晶性良好且发光的氧化物混合在树脂等中，然后涂布在led芯片3的出射面上。如此，将荧光体4形成在led芯片3的出射侧。
第1银粒子层5接合在绝缘基板2上的led芯片3搭载侧的相反侧。第1银粒子层5含有接合了的多个银纳米粒子。该接合了的多个银纳米粒子为接合了的多个第1金属纳米粒子的一个例子。
第2银粒子层6与散热基板9的表面接合。更详细地讲，散热基板9包含由金属构成的金属部91、和与该金属部91一体地构成且以围着该金属部91周围的方式配设的印制电路布线基板92。换句话讲，散热基板9由在中央部埋入了由铜等金属构成的金属部91的印制电路布线基板92构成。第2银粒子层6与散热基板9的金属部91接合。第2银粒子层6含有接合了的多个银纳米粒子。该接合了的多个银纳米粒子为接合了的多个第2金属纳米粒子的一个例子。散热基板9由于包含耐热温度比绝缘基板2低的印制电路布线基板92，所以耐热温度比绝缘基板2低。
铜粒子层8以介于第1银粒子层5与第2银粒子层6之间的方式与第1银粒子层5及第2银粒子层6接合。铜粒子层8含有接合了的多个铜纳米粒子。该接合了的多个铜纳米粒子为接合了的多个第3金属纳米粒子的一个例子。铜粒子层8所含的铜纳米粒子的粒径(直径)大于第1银粒子层5所含的银纳米粒子的粒径，并大于第2银粒子层6所含的银纳米粒子的粒径。此外，led芯片3和印制在印制电路布线基板92上的未图示的电路通过布线用金属丝15而电连接。
该接合结构1例如可按以下步骤形成。首先，进行第1、第2及第3纳米糊剂形成工序。在第1纳米糊剂形成工序中，在用有机保护膜被覆了多个第1银纳米粒子后，将其分散在溶剂中，形成第1银纳米糊剂。此外，在第2纳米糊剂形成工序中，在用有机保护膜被覆了多个第2银纳米粒子后，将其分散在溶剂中，形成第2银纳米糊剂。此外，在第3纳米糊剂形成工序中，准备多个粒径比第1及第2银纳米粒子大的铜纳米粒子。之后，在通过有机保护膜被覆了该多个铜纳米粒子后将其分散在溶剂中，形成铜纳米糊剂。第1银纳米糊剂为第1金属纳米糊剂的一个例子，第2银纳米糊剂为第2金属纳米糊剂的一个例子。此外，铜纳米糊剂为第3金属纳米糊剂的一个例子。再者，第1～第3纳米糊剂的形成也可以按任何顺序实行，2个以上的纳米糊剂的形成时间的至少一部分也可以重叠，第1～第3纳米糊剂的形成也可以同时实行。
接着，进行第1烧结工序。在第1烧结工序中，在绝缘基板2的背面依次配置(层叠)了第1银纳米糊剂和铜纳米糊剂后，在第1温度下烧结第1规定时间。在该烧结中，使第1金属纳米糊剂的有机保护膜及溶剂分解并挥发，同时使第3金属纳米糊剂的有机保护膜及溶剂分解并挥发。然后，在绝缘基板2的背面上依次形成接合了多个第1银纳米粒子的第1银粒子层5和接合了多个铜纳米粒子的铜粒子层8，形成一体地接合了绝缘基板2、第1银粒子层5及铜粒子层8的统合体。
在第1烧结工序后，进行第2烧结工序。在第2烧结工序中，在散热基板9中位于中央的金属部91上，依次配置(层叠)上述第2金属糊剂、和含在上述统合体中的铜粒子层8。然后，通过在比所述第1温度低的第2温度下烧结第2规定时间，使上述第2金属纳米糊剂的有机保护膜及溶剂分解并挥发。如此，在金属部91上形成接合了多个第2银纳米粒子的第2银粒子层6，同时接合第2银粒子层6和铜粒子层8。
然后，在绝缘基板2的表面上通过未图示的焊料层安装led芯片3，在led芯片3的表面上形成荧光体4。然后，通过布线用金属丝15电连接led芯片3和印制电路布线基板92的电路，形成接合结构1。
再者，第2金属糊剂形成工序也可以在进行第2烧结工序前的任何时机实行。此外，第1烧结工序例如可在220～320℃的范围的温度下实行40～80分钟的范围中的任一时间，第2烧结工序例如可在180～210℃的范围的温度下实行40～80分钟的范围中的任一时间。但是，并不局限于此，只要实行第1烧结工序的温度高于实行第2烧结工序的温度即可。
根据上述接合结构1，接合结构1具备：绝缘基板2及散热基板9、与绝缘基板2接合且含有接合了的多个第1银纳米粒子的第1银粒子层5、和与散热基板9接合且含有接合了的多个第2银纳米粒子的第2银粒子层6。此外，接合结构1具备铜粒子层8，该铜粒子层8介于第1银粒子层5与第2银粒子层6之间，与第1银粒子层5及第2银粒子层6接合，且含有接合了的多个铜纳米粒子。此外，铜纳米粒子的粒径大于第1银纳米粒子及第2银纳米粒子双方的粒径。即，可在安装发热元件即led芯片3的绝缘基板2的附近，设置紧密地配置了粒径小的第1银粒子的致密的第1银粒子层5。此外，在作为散热部的金属部91的附近，也可设置紧密地配置了粒径小的第2银粒子的致密的第2银粒子层6。所以，能够使从绝缘基板2向第1银粒子层5的导热和从第2银粒子层6向金属部91的导热良好，能够使对散热性的好坏有大的影响的发热侧附近和散热侧附近的导热良好。因而，接合结构1能够提高散热性。
此外，在粒径小且致密的第1银粒子层5与粒径小且致密的第2银粒子层6之间配设粒径大的铜粒子，在第1银粒子层5与第2银粒子层6之间设置粒子间隙比第1银粒子层5及第2银粒子层6大的铜粒子层8。所以，能够用配置了该大粒径的粒子的低密度的铜粒子层8来吸收缓和起因于线膨胀差的应力(应变)。因此，还能够抑制接合结构1的损伤。
另外，在印制电路布线基板92的中央埋入了金属的散热基板(例如铜镶嵌基板等)9市售，可廉价地供应，但另一方面，印制电路布线基板92存在耐热性低、不能在250℃左右的高温下烧结的问题。另一方面，在通过烧结接合多个金属纳米粒子而形成金属粒子层时，烧结温度越高，越能更紧密地配置粒子，越能使该金属粒子层的导热性变得优异。在这样的背景下，在第1实施方式中，在第1烧结工序中烧结绝缘基板2、第1银粒子层5及铜粒子层8，而不在第1烧结工序中烧结包含耐热温度低的印制电路布线基板92的散热基板9。然后，在第1烧结工序后，在通过第1烧结工序统合的统合体上通过低温的第2烧结工序烧结包含印制电路布线基板92的散热基板9。所以，能够提高第1烧结工序的烧结温度，能够使配置在绝缘基板2附近的第1银粒子层5的导热性优异，进而还能够使用包含廉价的印制电路布线基板92的散热基板9。
此外，本公开并不局限于上述第1实施方式及其变形例，可在本申请的权利要求所记载的事项及其均等的范围内进行多种改良及变更。
例如，在上述第1实施方式中，led芯片3在通过接合使绝缘基板2、第1银粒子层5、铜粒子层8、第2银粒子层6及散热基板9统合后，形成在绝缘基板2的第1银粒子层5侧的相反侧。但是，led芯片也可以在实行第1烧结工序之前设在绝缘基板上。此外，发热元件也可以不是led芯片，例如也可以是cpu及ic等，也可以是其以外的任何发热元件。
此外，对第1金属粒子层为第1银粒子层5、第2金属粒子层为第2银粒子层6、第3金属粒子层为铜粒子层8的情况进行了说明。但是，第1～第3金属粒子层也可以各自是含有多个接合了的铜纳米粒子的铜纳米粒子层，也可以是含有多个接合了的银纳米粒子的银纳米粒子层，或者也可以是含有多个接合了的金纳米粒子的金纳米粒子层。或者，第1～第3金属粒子层也可以各自是含有多个接合了的稀有金属纳米粒子的纳米粒子层。
此外，对散热基板9具有在印制电路布线基板92的中央埋入了铜等金属部的构成的情况进行了说明。但是，如以下采用图2说明的第2实施方式那样，散热基板109也可以通过将印制电路布线基板192从后接合在包含铜等金属的金属基板191上来形成。
图2是第2实施方式的接合结构101中的与图1对应的示意图。再者，在第2实施方式中，对于与第1实施方式相同的构成标记同一符号，并将说明省略，对于与第1实施方式相同的作用效果及变形例也将说明省略。
如图2所示的那样，在第2实施方式的接合结构101中，散热基板109包含表侧的一部分具有薄壁部(凹部)180的由铜等构成的金属基板191。然后，在该金属基板191的薄壁部180上以后接的方式接合印制电路布线基板192。
详细地讲，在第2实施方式中，与第1实施方式同样，在实行了第1～第3纳米糊剂形成工序后，将绝缘基板2、第1银纳米糊剂、铜纳米糊剂、第2银纳米糊剂、金属基板191按此顺序层叠。然后，通过在高温下烧结一次，分别从第1银纳米糊剂、铜纳米糊剂及第2银纳米糊剂使有机保护膜及所述溶剂通过烧结分解并挥发，将各层彼此接合。如此，形成绝缘基板2、第1银粒子层5、铜粒子层8及第2银粒子层6以及金属基板191一体地统合的结构。
然后，在金属基板191的薄壁部180的表面上，通过接合手段例如粘接剂、焊接等接合印制电路布线基板192。然后，与第1实施方式同样地，在绝缘基板2的表面上形成led芯片3及荧光体4，通过布线用金属丝115电连接led芯片3和印制在印制电路布线基板192上的未图示的电路，形成接合结构101。再者，将led芯片3及荧光体4形成在绝缘基板2的表面的工序也可以与第1实施方式同样地在任一时机实行。在第2实施方式中，第1接合构件由绝缘基板2构成，第2接合构件由金属基板191构成。在第2实施方式中，绝缘基板2的耐热温度也可以大于金属基板191的耐热温度，也可以在金属基板191的耐热温度以下。
根据第2实施方式，通过烧结使第1银纳米糊剂、第2银纳米糊剂及铜纳米糊剂的各自的有机保护膜及溶剂分解并挥发。然后，将绝缘基板2、接合了多个第1银纳米粒子的第1银粒子层5、接合了多个铜纳米粒子的铜粒子层8、接合了多个第2银纳米粒子的第2银粒子层6及金属基板191以按此顺序层叠的状态统合。在绝缘基板2、第1银粒子层5、铜粒子层8及第2银粒子层6以及金属基板191一体地统合后，将耐热性低的印制电路布线基板192安装在该一体化的接合体(统合体)上。所以，能够与耐热性低的印制电路布线基板192无关系地通过烧结统合上述接合体。因而，能够在高温下通过烧结一次形成包含第1银粒子层5、铜粒子层8及第2银粒子层6的接合体，能够使该接合体的各层间的导热性优异。
以上，对认为是最良方式及/或其他方式的实施方式进行了说明，但理解对于它们可以进行各种变形。本说明书中公开的主题可以以各种方式及例子来实施，它们可适用于多种用途，其中仅几个记载于本说明书中。通过以下的权利要求书，意图请求保护进入本发明公开的真正范围内的任意的和全部的修正及变形。
符号说明
1、101接合结构，2绝缘基板，3led芯片，5第1银粒子层，6第2银粒子层，8铜粒子层，9、109散热基板，91金属部，92、192印制电路布线基板，191金属基板。