JP2005311313A

JP2005311313A - 素子接合用基板およびその製造方法

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Publication number: JP2005311313A
Application number: JP2005063622A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Yokoyama; 浩樹横山
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2005-03-08
Publication date: 2005-11-04
Anticipated expiration: 2025-03-08
Also published as: JP4644007B2

Abstract

【課題】窒化アルミニウム等の基板上に形成されたＡｕ電極に、Ａｕ含有量１０重量％のＡｕ−Ｓｎ系ハンダのような低融点で柔らかいハンダ金属を用いて低温でハンダ付けを行ない、高接合強度で素子を接合する方法を提供すること。
【解決手段】表面にＡｕ電極層が形成されてなる基板の該Ａｕ電極層上に(i)Ｐｔ等の白金族金属層、(ii)Ｔｉ等の特定の遷移金属層及び(iii)Ａｇ、Ｃｕ、及びＮｉよりなる群より選ばれる少なくとも１種の金属からなるバリヤー金属層をこの順番で積層し、更にその上に(iv)錫リッチＡｕ−Ｓｎ系ハンダ等の低融点で柔らかいハンダの層を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、素子を接合・固定するための基板及びその製造方法に関する。

携帯電話や光通信などの普及に伴い高周波帯域で作動する高出力・高消費電力のＧａＡｓ系ＦＥＴ、Ｓｉ−Ｇｅ系ＨＢＴ、Ｓｉ系ＭＯＳＦＥＴあるいはＧａＮ系レーザーダイオードなどの半導体素子実装用基板としてセラミック基板が高周波の誘電損失が少ないため使用されている。このセラミック基板の中でも窒化アルミニウム焼結体基板は、熱伝導率が高く熱膨張係数が半導体素子に近い事から特に注目されている。

通常、窒化アルミニウム焼結体等のセラミック基板上に素子を接合する場合には、メタライゼーションによりセラミック基板に強固に接合した第一、及び第二下地金属層を形成した後、該下地金属層上にＡｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ等の貴金属からなる電極層を形成した後に、該貴金属電極層に素子をハンダ付けするのが一般的である。電極層については、導通抵抗が極めて小さい事、ワイヤボンディング性に優れている事からＡｕが好適に用いられている。このような素子のハンダ付け法としては、効率性の観点からリフロー法が採用されることが多く、そのために基板の電極層上には予め素子を接合するためのハンダ層パターンを形成しておく必要がある。このようなリフロー法用基板においては、半導体装置の高集積化に伴い基板上に形成されるハンダ層も薄膜技術を用いて微小領域に高精度に形成する必要があり、ハンダ層も溶融時に所期のハンダ組成となるように各種金属薄膜層を積層して形成するのが一般的である。なお、以下、このようなハンダを薄膜積層構造ハンダといい、電極層上に該薄膜積層構造ハンダパターンが形成されたセラミック基板を単にハンダ層付きセラミック基板ともいう。

このようなハンダ層付きセラミック基板におけるハンダ層としてはＡｕ−Ｓｎ系の薄膜積層構造ハンダを用いた基板（特許文献１および２参照）、融点が１８３℃のＳｎ−３７重量％Ｐｂ共晶ハンダ或いはこれに微量の異種金属を添加したハンダ（以下、総称してＳｎ−Ｐｂ共晶ハンダともいう）を与える薄膜積層構造ハンダを用いた基板等が知られている（特許文献３参照）。上記Ｓｎ−Ｐｂ共晶ハンダは、電子工業用ハンダとして最も一般的なもので広く普及しており、薄膜積層構造ハンダ（例えばＰｂ薄膜とＳｎ薄膜を交互に積層したハンダ）でも強い接合力で素子を接合することができる。

一方、近年、鉛の有害性が問題となり鉛成分を含まない所謂Ｐｂフリーハンダが用いられるようになってきている。Ｐｂフリーハンダとしては、Ｓｎ−Ｐｂ共晶ハンダの代替という観点から該ハンダと同等の融点を持つものが望まれており、そのようなＰｂフリーハンダとしては、前記特許文献１に示される錫リッチＡｕ−Ｓｎハンダ等が知られている。

特開２００２−３７３９６０号公報特開平１１−１９２５８１号公報特開平５−１８６８８４号公報

しかしながら、前記特許文献１に示されるハンダ層付きセラミック基板、具体的にはＡｕ電極層上にＡｇ、Ｃｕ及びＮｉの群より選ばれる少なくとも１種類の金属（以後バリヤー金属層と呼ぶ）を配置した上にＳｎ又はＩｎを主成分として含有するハンダからなる層、特にＳｎ又はＩｎを主成分として含有し、且つＡｕの含有量が２０重量％未満である金属を配置した構成のハンダ層を有するセラミック基板に素子をハンダ付けした場合、初期の接合強度は優れるが、信頼性試験（具体的にはこれら接合体を−５５℃と１２５℃に繰り返し暴露したヒートサイクル試験）後に接合強度が若干低下するという問題があることが明らかとなった。

そこで本発明は、Ｐｂフリーの薄膜積層構造ハンダを有するハンダ層付きセラミック基板であって、接合強度の信頼性の高いハンダ層付きセラミック基板を提供することを目的とする。

本発明者は前記特許文献１に開示されたハンダ層付きセラミック基板における信頼性試験後の接合強度低下の原因は、信頼性試験後におけるＡｕ電極層とバリヤー金属層との密着強度の低下にあるのではないかと考え、両層の密着性を改良するために接着性金属として知られているＴｉ層を配置することを試みた。しかしながら、この場合にはハンダ層付きセラミック基板と半導体素子を接合した際にＴｉ層が開裂してしまい、開裂部においてＡｕ電極層とバリヤー金属層が直接接触するようになるために、期待した効果を得ることができなかった。

そこで、本発明者は上記課題を解決すべく更に検討を行なった結果、Ａｕ電極層上に白金族元素を配置し、その上に接着性金属であるＴｉ等の遷移金属層を配置し、更にその上にバリヤー金属層及びＰｂフリーハンダ層を配置した場合には、低温で素子のハンダ付けを行なうことができ、しかもその時の接合強度は高く、密着層の開裂も無く、信頼性試験後の接合強度の低下が無いという知見を得るに至った。そして、該知見に基づき更に検討を行なった結果、このような効果は錫リッチＡｕ−Ｓｎ系ハンダを用いた時に限らず、Ｉｎ系のハンダにおいても奏され、特にＡｕの含有量が２０重量％未満であるＳｎまたはＩｎ系ハンダを用いた場合に顕著であることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、第一の本発明は、表面にＡｕ電極層が形成されてなる基板の該Ａｕ電極層上に(i)白金族元素からなる層、(ii)Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ及びＣｏからなる群より選ばれる少なくとも１種の遷移金属元素からなる層、(iii)Ａｇ、Ｃｕ、及びＮｉよりなる群より選ばれる少なくとも１種の金属からなるバリヤー金属の層並びに(iv)Ｓｎ又はＩｎを主成分として含有するハンダからなるハンダ層がこの順番で積層されてなることを特徴とする素子接合用基板である。ここで、特にハンダ層(iv)は、Ｓｎ又はＩｎを主成分として含有し且つＡｕの含有量が２０重量％未満であるハンダからなることが好ましい。

本発明の素子接合用基板の中でも、表面にＡｕ電極層が形成されてなる基板として、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック基板上に、Ｔｉを主成分とする第一下地層金属層、Ｐｔを主成分とする第二下地金属層、及びＡｕからなる電極層がこの順番で積層されたメタライズ基板を用いたものは、素子を接合して使用した時の高周波の誘電損失が少ないばかりでなくその時に発生する熱を放熱する機能が高いという特徴を有する。

また、第二の本発明は、表面にＡｕ電極層が形成されてなる基板の該Ａｕ電極層上に(i)白金族元素からなる層、(ii)Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ及びＣｏからなる群より選ばれる少なくとも１種の遷移金属元素からなる層、(iii)Ａｇ、Ｃｕ、及びＮｉよりなる群より選ばれる少なくとも１種の金属からなるバリヤー金属層並びに(iv)Ｓｎ又はＩｎを主成分として含有するハンダからなるハンダ層を順次（この順番で）形成することを特徴とする素子接合用基板の製造法である。ここで、特にハンダ層(iv)は、Ｓｎ又はＩｎを主成分として含有し且つＡｕの含有量が２０重量％未満であるハンダからなることが好ましい。

また、第三の本発明は、前記した本発明の素子接合用基板のハンダ層上に電極を有する素子を当該電極が前記ハンダ層に接触するように載置した後にリフローハンダ付けすることを特徴とする素子接合基板の製造方法であり、第四の本発明は、該方法で製造された素子接合基板である。上記第三の本発明の製法によれば、例えば２８０℃未満という低温で素子を精度よく効率的にハンダ付けすることが出来、このようにして製造される第四の本発明の素子接合基板は、長期間安定に使用することができる。

本発明の素子接合用基板を用いることにより、表面にＡｕ電極が形成された基板のＡｕ電極上に、錫リッチＡｕ−Ｓｎ系ハンダのような融点が低く柔らかいハンダを用いて半導体素子を低温で高接合強度にハンダ付けすることが可能となる。そして、このようにして接合された本発明の素子接合基板は、使用時における温度差が大きくなっても接合部位が破壊され難く長期間安定して使用することが可能である。特に基板として表面にＡｕ電極が形成された窒化アルミニウムを主成分とするセラミック基板を用いたものは、このような特長に加えて高周波の誘電損失が少ないばかりでなく、使用時に発生する熱を放熱する放熱特性が良好であるという特長を併せ持つ非常に優れた素子接合基板である。

本発明の素子接合用基板は、表面にＡｕ電極層が形成されてなる基板の該Ａｕ電極層上に(i)白金族元素からなる層（以下、白金族金属層ともいう）、(ii)Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ及びＣｏからなる群より選ばれる少なくとも１種の遷移金属元素からなる層（以下、特定遷移金属層ともいう。）、(iii)Ａｇ、Ｃｕ、及びＮｉよりなる群より選ばれる少なくとも１種の金属からなるバリヤー金属層（以下、単にバリヤー層ともいう。）並びに(iv)Ｓｎ又はＩｎを主成分として含有するハンダからなるハンダ層がこの順番で積層されてなる。ここで、素子とは他の電気的な配線に直接接続できる端子を有する抵抗やキャパシタ等の電気的な部品及び半導体素子を意味する。

本発明の素子接合用基板に用いる“表面にＡｕ電極層が形成されてなる基板”は、その表面の一部又は全面に電極として機能するＡｕからなる層が形成された基板であれば特に限定されないが、半導体素子を接合して使用した時の高周波の誘電損失が少ないという観点から、窒化アルミニウム、アルミナ、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄等のセラミック基板上あるいはＳｉ基板上にメタライゼーションによりＡｕ電極を形成したメタライズ基板を用いるのが好適である。なお、これらメタライズ基板においては、前記したようにＡｕ電極層は、セラミックス基板に強固に接合した下地金属層上に直接又は間接的に形成されるのが一般的であり、例えばアルミナ基板においてはアルミナグリーンシート上にタングステン又はモリブデン等の高融点金属ペーストからなる電極パターンを印刷し、該パターンをグリーンシートと同時焼結した後に、必要に応じて高融点金属層上にニッケル層を形成し、更にその上にＡｕ電極を形成したものが好適に使用できる。また、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック基板においては、窒化アルミニウム粉末に焼結助剤を添加して成形した後に焼結した基板の表面にスパッタリング法等により基本的に電極パターンと同一形状のＴｉを主成分とする第一下地金属層を形成した後に該第一下地金属層上に同じくスパッタリング法等によりＰｔを主成分とする第二下地金属層を形成し、さらにその上にスパッタリング法等によりＡｕ電極層を形成して得たメタライズ基板が好適に使用できる。本発明の素子結合用基板においては、素子を接合して使用した時に発生する熱を放熱する放熱特性が良好であるという観点から、上記の様にして得られる窒化アルミニウム系メタライズ基板を用いるのが特に好適である。

本発明の素子接合用基板は、上記Ａｕ電極層上に(i)白金族金属層、(ii)特定遷移金属層及び(iii)バリヤー金属層がこの順番で積層された積層構造を有する。このような層構造を形成することにより、その上に錫リッチＡｕ−Ｓｎ系ハンダ等の低融点で柔らかいハンダの層を形成してハンダ付けを行なった場合に、低温で高接合強度のハンダ付けを行なうことが可能となり、しかもその接合性はヒートサイクルにも耐え得る信頼性の高いものとなる。なお、後述するように、製膜時にきれいな膜が形成された場合でもその上に別の金属層を形成するときに下地となる金属層の形態が変わることがある。本発明で言う積層又は積層構造とは、図１に示すような理想的なもののみを指すものではなく、このような製膜時の形態変化により部分的な乱れが生じたものをも含む概念である（少なくとも一部において積層又は積層構造があればよい）。

(i)白金族金属層とは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及び白金からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素、好適には白金及び／又はパラジウム、最も好適には白金で構成される層を意味する。該層を設けることにより、ハンダ付け時において(ii)特定遷移金属層に開裂が発生してもバリヤー金属と電極のＡｕが直接接合することがなくなり、(ii)特定遷移金属層の密着金属層としての効果が十分に発揮されるようになる。該層の厚さは０．１〜５μm、特に０．２〜３μmであるのが好適である。該層の厚さが０．１μm未満だと効果が低く、また５μm以上としてもその効果は０．２〜３μmのときと殆ど変わらない。該層はＡｕ電極表面の全面を被覆するのが好適であるが、上に形成される各種金属層が直接Ａｕ電極層と接触しなければ必ずしもＡｕ電極層の全面を覆う必要はない。なお、該層の上に他の金属層を形成する際の製膜条件により上部の層を形成した後に該層の形態が変化する（膜の均一性が変化したり、一部合金化したりする）こともあるが、該層の製膜時に目視で確認できるような重大な欠陥がなければ、効果に影響はない。

(ii)特定遷移金属層は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ及びＣｏからなる群より選ばれる少なくとも１種の遷移金属元素で構成される層であれば特に限定されないが、接合強度の信頼性の観点から、Ｔｉ及び／又はＣｒ、特にＴｉからなる層であるのが好適である。該層を設けることにより素子をハンダ付けしたときの接合性を向上させることができ、接合の信頼性が高くなる。該層の厚さは、０．０１〜１μm、特に０．０３〜０．５μmであるのが好適である。該層の厚さが０．０１μm未満だと効果が低く、また１μm以上としてもその効果は０．０３〜０．５μmのときと殆ど変わらない。なお、該層の上に他の金属層を形成する際の製膜条件により上部の層を形成した後に該層の形態が変化する（膜の均一性が変化し、穴があいて上層の金属と下層の金属が接触したり、一部合金化したりする）こともあるが、該層の製膜時に目視で確認できるような重大な欠陥がなければ、効果に影響はない。

(iii)バリヤー金属層は、Ａｇ、Ｃｕ及びＮｉよりなる群より選ばれる少なくとも１種の金属からなるものであれば特に限定されないが、効果の観点からはＡｇからなるのが最も好適である。該バリヤー金属層の厚さは、０．２〜５μm、特に１〜３μmであるのが好適である。該層の厚さが０．２μm未満だと効果が低く、また５μm以上としてもその効果は１〜３μmのときと殆ど変わらない。

前記Ａｕ電極層上に前記(i)乃至(iii)の各種金属層を形成する方法は特に限定されず、例えば、スパッタリング法、イオンプレーティング法、蒸着法、ＣＶＤ法、メッキ法により好適に行なうことができる。

前記(i)〜(iii)の各種金属層を形成した基板は、ハンダ付け時にハンダを供給して素子と接合することもできるが、本発明では、所定の位置に精度良く素子を接合するために、バリヤー金属層上、好ましくは素子の接合予定部位のみに(iv)ハンダの層を形成する。このような基板（ハンダ層付き基板）とすることにより、素子の搭載位置を精密に制御でき、自動化も容易であるリフローハンダ付けを容易に行なうことが可能となる。この時、バリヤー金属層上に形成するハンダ層用のハンダとしては、前記バリヤー金属層の効果が特に高く、それ自体が比較的柔らかく低温でのハンダ付けができることから「Ｓｎ又はＩｎを主成分として含有するハンダ」を用い、好ましくは「Ｓｎ又はＩｎを主成分として含有し且つＡｕの含有量が２０重量％未満、特に１０重量％以下である金属から成るハンダ」を用いる。このようなハンダを具体的に例示すれば、前記した錫リッチＡｕ−Ｓｎ系ハンダ、Ｓｎ１００％ハンダ、Ｓｎ−Ａｇハンダ、Ｓｎ−Ｂｉハンダ、Ｓｎ−Ｓｂハンダ、Ｓｎ−Ｉｎハンダ、Ｉｎ１００％ハンダ、Ｉｎ−Ａｕハンダ（但しＡｕの含有量が２０重量％未満のもの）、Ｉｎ−Ａｇハンダ、Ｉｎ−Ｂｉハンダ、Ｉｎ−Ｓｂハンダ、Ｉｎ−Ｚｎハンダ、及びこれらを任意に組み合わせたハンダ等が例示される。なお、素子をハンダ付けする際にハンダ層は下地の金属（例えばバリヤー層のＡｇ）と反応（合金化）したり相互拡散したりするため、厳密な意味でのハンダ層組成を決定することは困難である。そこで、本発明では便宜上(iv)層として形成される金属をハンダ金属として扱う。

これらの中でも、素子と接合した後のダイシェア試験の接合強度が最も高いという理由から、Ａｕ−Ｓｎ系ハンダが特に好適に使用できる。また、本発明においては、上記したようなＳｎ又はＩｎを主成分として含有し且つＡｕの含有量が２０重量％未満である金属から成るハンダの中でも、前記したような素子を接合して使用した時の温度変化による接合部位の破壊が起り難いという観点から、融点２８０℃未満で且つヤング率が５０ＧＰａ未満（ａｔ２５℃）の金属からなるハンダを用いるのが最も好適である。

本発明の素子接合用基板における上記ハンダ層は、単一金属又は単一組成の合金からなる１層から成っていてもよく、また、各層が溶融して混合した時に前記したような条件を満足するような組成となるように、異なる種類の金属（または合金）からなる複数の層の積層体から成っていてもよい。但し、該ハンダ層全体の厚さは、１〜１０μm、さらに２〜６μm、特に好ましくは３〜６μｍとするのが好適である。該層の厚さが１μm未満ではハンダの絶対量が少ないために十分な接合強度が得られない傾向があり、逆に１０μmを越える厚さとした時はハンダ量が多すぎるために接合後にハンダが素子の側面や上面（半導体素子においては発光面ともなる）を遮る不具合が生じたりすることがある。

前記バリヤー金属層上に上記のようなハンダ層を形成する方法は特に限定されず、例えば、スパッタリング法、イオンプレーティング法、蒸着法、ＣＶＤ法、メッキ法により好適に行なうことができる。

本発明の素子接合用基板に半導体素子等の素子を接合する方法は特に限定されず、公知のハンダ付け法が限定なく採用できるが、精度よい接合を効率的に行なうことができるという理由より、ハンダ付き基板である本発明の素子接合用基板のハンダ層上に電極を有する素子を当該電極が前記ハンダ層に接触するように載置した後にリフローハンダ付けするのが好適である。なお、リフローハンダ付け（リフローソルダリング）とは、基板の所定のランド上、又は部品電極、あるいはその両方に予めハンダを供給しておき、部品を基板上の所定の位置に固定した後に、ハンダを溶かし（フローさせ）て、部品と基板との接合を行なう方法である。上記方法において、ハンダをリフローさせる方法は特に限定されずリフローコンベヤを利用する方法、熱板用をいる方法、ベーパーリフロー法等が採用できる。また、加熱温度や加熱時間は用いるハンダの種類に応じて適宜決定すればよいが、本発明の素子接合用基板を用いた場合には、用いたハンダの特性が損なわれないので、例えば錫リッチＡｕ−Ｓｎ系ハンダを用いた場合には、２８０℃未満の低温で良好なハンダ付けを行なうことが可能である。

なお、ハンダ付けする素子は、ハンダにより接合可能な金属から成る電極を有するものであれば特にされない。一般的な半導体素子においては、上記電極はＡｕで構成されているものが多い。このようなＡｕ電極を有する素子をハンダ付けする際には、Ａｕ電極のＡｕ原子がハンダに拡散すると考えられるが、後述する実施例に示されるように、Ａｕ電極を有する素子をハンダ付けした場合にも高い接合強度が得られることからこの時に起る拡散は接合強度に重大な影響を及ぼさないと思われる。しかしながら、このような拡散が防止できることから、ハンダと接触し得る電極表面がＡｇ、Ｃｕ、及びＮｉよりなる群より選ばれる少なくとも１種の金属、特にＡｇで被覆された電極を有する素子を使用するのが好適である。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

実施例１
図１に示すような構造の素子接合用基板を以下の様にして作製した。なお、図１は、代表的な本発明の素子接合用基板１００の断面を示す概念図であり、窒化アルミニウム焼結体基板２０１上に、Ｔｉを主成分とする第１下地金属層２０２、Ｐｔを主成分とする第２下地金属層２０３、及びＡｕ電極層２０４がこの順番で積層された基板２００のＡｕ電極層上に、(i)白金族金属層３００、(ii)特定遷移金属層４００を順番に積層し、その上に(iii)バリヤー金属層５００、及び(iv)Ｓｎ系あるいはＩｎ系であってかつＡｕの含有量が２０重量％未満である金属からなるハンダ層６００が積層された構造を有する。

先ず、窒化アルミニウム焼結体基板｛５０．８ｍｍ×５０．８ｍｍ×ｔ０．３ｍｍ（株）トクヤマ製｝の表面にスパッタリング装置を用いてスパッタリング法により厚さ０．０６μmのＴｉを主成分とする第１下地金属層、厚さ０．２μmのＰｔを主成分とする第２下地金属層、及び厚さ０．６μmのＡｕ電極層を順次形成した後にパターニングを行なった。次いで、上記Ａｕ電極層上に厚さ０．２５μmの白金族金属Ｐｔを形成し、パターニングした後、真空蒸着装置を用いて上記Ｐｔ上に厚さ０．０６μmのＴｉ及び２μmのＡｇからなるバリヤー層を形成した。その後引続いて、ターゲットとしてＡｕ及びＳｎを用いた同時蒸着法により、Ａｕ含有量が１０重量％のＡｕ−Ｓｎ合金｛融点２１７℃及びヤング率４５．０ＧＰａ（ａｔ２５℃）｝から成る厚さ５μmのハンダ層を上記バリヤー層上に形成し、本発明の素子接合用基板を作製した。次に、このようにして作製した素子接合用基板のハンダ層上にＡｕ電極を有する半導体素子を載置し、ダイボンダー装置を用いて２５０℃で３０秒接合し、素子接合基板を作製した。同様にして４０個の素子接合基板を作製し、そのうち１０個をダイシェアテスタ（ＩＭＡＤＡ社製）により接合強度を測定したところ、平均接合強度は２．８ｋｇｆ／ｍｍ^２であった。その後、ＴＡＢＡＩ社ＴＨＥＲＭＡＬ−ＳＨＯＣＫ−ＣＨＡＭＢＥＲ（ＴＳＶ−４０Ｓ）を用いて、残り３０個の接合体を−５５℃と１２５℃に繰り返し暴露したヒートサイクル試験を行い、暴露回数が各々１００回後、５００回後、１０００回後に１０個ずつ接合体を取り出し、接合強度を測定した。その結果を表１に示す。

実施例２
ターゲットとしてＩｎ｛融点１５６℃、ヤング率１２．７ＧＰａ（ａｔ２５℃）｝を用いた蒸着法により厚さ５μmのハンダ層を形成する以外は実施例１と同様にして、素子接合用基板を作製し、接合温度を２１０℃とする他は実施例１と同様にして素子接合基板を作製した。同様にして４０個の素子接合基板を作製し、実施例１と同様にして接合強度を測定したところ、平均接合強度は２．５ｋｇｆ／ｍｍ^２であった。また、ヒートサイクル試験後の結果を表１に示す。

実施例３
実施例１において、バリヤー層の材質をＡｇから表１に示す金属に変える他は同様にして、素子接合用基板及び素子接合基板を作製し、実施例１と同様にして接合強度を測定した。その結果を併せて表１に示す。

実施例４
実施例１において、ハンダ層の膜厚を表１に示す膜厚に変える他は同様にして、素子接合用基板及び素子接合基板を作製し、実施例１と同様にして接合強度を測定した。その結果を併せて表１に示す。

実施例５
実施例１において、バリヤー層の膜厚を表１に示す膜厚に変える他は同様にして、素子接合用基板及び素子接合基板を作製し、実施例１と同様にして接合強度を測定した。その結果を併せて表１に示す。

実施例６
実施例１において、白金族金属層あるいは特定遷移金属層の材質を表１に示す金属に変える他は同様にして、素子接合用基板及び素子接合基板を作製し、実施例１と同様にして接合強度を測定した。その結果を併せて表１に示す。

比較例１
実施例１において、白金族金属層及び特定遷移金属層を設けない他は同様にして、素子接合用基板及び素子接合基板を作製し実施例１と同様にして接合強度を測定した。また同じ構成でハンダ層の膜厚を変化させた場合についても評価を行った。その結果を併せて表１に示す。表１に示されるように、白金族金属層及び特定遷移金属層を設けない場合には、信頼性試験後の接合強度に若干の低下が見られた。

比較例２
実施例１において、白金族金属層を設けない他は同様にして、素子接合用基板及び素子接合基板を作製し実施例１と同様にして接合強度を測定した。その結果を併せて表１に示す。表１に示されるように、白金族金属層を設けない場合にも、信頼性試験後の接合強度に若干の低下が見られた。その原因は図２に示されるように、素子接合用基板のハンダを溶融した際に遷移金属元素Ｔｉが開裂し、開裂部においてＡｕ電極層とバリヤー金属層が直接接するため比較例１と大差が無いためと考えられる。

本図は、代表的な本発明の素子接合用基板の断面の模式図である。本図は、比較例２（ハンダ層厚み５μｍ）においてハンダ溶融後における基板断面のＳＥＭ写真（組成像）である。

符号の説明

１００：素子接合用基板
２００：表面にＡｕ電極層が形成されてなる基板
２０１：窒化アルミニウム焼結体基板
２０２：Ｔｉを主成分とする第１下地金属層
２０３：Ｐｔを主成分とする第２下地金属層
２０４：Ａｕ電極層
３００：白金族金属層
４００：特定遷移金属層
５００：バリヤー金属層
６００：Ｓｎ又はＩｎを主成分として含有し且つＡｕの含有量が２０重量％未満である金属からなるハンダ層

Claims

表面にＡｕ電極層が形成されてなる基板の該Ａｕ電極層上に(i)白金族元素からなる層、(ii)Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ及びＣｏからなる群より選ばれる少なくとも１種の遷移金属元素からなる層、(iii)Ａｇ、Ｃｕ、及びＮｉよりなる群より選ばれる少なくとも１種の金属からなるバリヤー金属層並びに(iv)Ｓｎ又はＩｎを主成分として含有するハンダからなるハンダ層がこの順番で積層されてなることを特徴とする素子接合用基板。
ハンダ層(iv)がＳｎまたはＩｎを主成分として含有し且つＡｕの含有量が２０重量％未満であるハンダからなる請求項１に記載の素子接合用基板。
表面にＡｕ電極層が形成されてなる基板が、窒化アルミニウムを主成分とするセラミックス基板上に、Ｔｉを主成分とする第一下地金属層、Ｐｔを主成分とする第二下地金属層、及びＡｕからなる電極層がこの順番で積層されたメタライズ基板である請求項１または２に記載の素子接合用基板。
表面にＡｕ電極層が形成されてなる基板の該Ａｕ電極層上に(i)白金族元素からなる層、(ii)Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ及びＣｏからなる群より選ばれる少なくとも１種の遷移金属元素からなる層、(iii)Ａｇ、Ｃｕ、及びＮｉよりなる群より選ばれる少なくとも１種の金属からなるバリヤー金属層並びに(iv)Ｓｎ又はＩｎを主成分として含有するハンダからなるハンダ層を順次形成することを特徴とする素子接合用基板の製造方法。
ハンダ層(iv)がＳｎまたはＩｎを主成分として含有し且つＡｕの含有量が２０重量％未満であるハンダからなる請求項４に記載の素子接合用基板の製造方法。
請求項４または５に記載の製法で製造される素子接合用基板。
請求項１に記載の素子接合用基板のハンダ層上に電極を有する素子を当該電極が前記ハンダ層に接触するように載置した後にリフローハンダ付けすることを特徴とする素子接合基板の製造方法。
請求項７に記載の方法で製造される素子接合基板。