JP6213897B2 - 接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面に酸化皮膜が存在する金属材料の接合方法に係り、さらに詳しくは、上記金属材料を大気中、低加圧、低温度で接合することができ、母材や周辺への熱や加圧力の影響を最小限に抑えることができ、しかも安定した接合強度が得られる接合方法と、このような方法により接合された半導体装置に関するものである。

例えば、アルミニウム系金属から成る材料の表面には、緻密で強固な酸化皮膜が生成されており、このような酸化皮膜の存在が障害となるため、これらアルミニウム系金属材料については、一般に、冶金的な接合が難しい。

このようなアルミニウム系金属材料との接合においては、Ａｌと共晶反応を生ずる金属として、例えばＺｎを含むインサート材を接合面間に介在させた状態で加圧、加熱し、アルミニウム系材料とインサート材との間に共晶反応を生じさせて接合することが知られている。
すなわち、アルミニウム系材料とインサート材との間に共晶反応を生じさせることによって、アルミニウム系材料表面の酸化皮膜を除去し、生じた共晶溶融物と共に接合面から排出することによって、酸化皮膜による接合品質への影響が解消され、健全な接合が可能になる。

このとき、アルミニウム系材料とインサート材との直接的な接触を促進し、共晶反応の起点を早期に形成して、上記接合プロセスをより円滑なものとするために、酸化皮膜を破壊するための応力集中手段として、凹凸構造（突起）を接合面に形成することが提案されている（引用文献１参照）。

特開２０１３−７８７９３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の方法においては、凹凸構造が微細であることから、高精度の凹凸構造を加工することが難しく、突起の高さなどがばらついた場合には、十分な接触領域が得られないことがあり、このような場合には接合強度が変動するという問題があった。また、接合面の電気伝導性や熱伝導性も損なわれることがあった。

本発明は、接合面に凹凸を設け、接合面間に介在させたインサート材と被接合材の間に生じる共晶反応を利用して接合面の酸化皮膜を除去する接合方法における上記のような課題に鑑みてなされたものである。そして、その目的とするところは、凹凸加工のばらつきによる接合強度や電気・熱の伝導性への影響を軽減することができる接合方法を提供することにある。また、このような接合方法を適用した接合部品として、半導体装置を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意検討を重ねた結果、接合面の凹凸構造を構成する突起を接合面に直立させることなく、非対称、すなわち突起の中心軸を接合面に対して傾斜した状態に形成することによって、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに到った。

すなわち、本発明は上記知見に基づくものであって、本発明の接合方法においては、少なくとも一方が表面に酸化皮膜を形成している２つの金属部材の間にインサート材を介在させた状態の被接合材を相対的に加圧しつつ加熱し、酸化皮膜を形成している金属とインサート材の間で共晶反応を発生させ、生じた共晶反応溶融物を酸化皮膜と共に接合面から排出して上記被接合材を接合するに際して、上記金属部材の接合面の少なくとも一方に、上記酸化皮膜を破壊するために複数の突起を設け、該突起の少なくとも６０％の中心線を接合面に対して傾けて形成するようにしたことを特徴としている。
また、本発明の半導体装置は、本発明の上記接合方法によって接合されていることを特徴とする。

本発明によれば、接合面に形成する凹凸構造の突起の６０％以上を接合面に対して傾けたものとしたため、接合時の加圧によって、突起が倒れ易く、変形し易くなることから、接合面における接触面積が増し、突起の加工精度のばらつきが吸収され、接合品質を安定化することができる。

（ａ）〜（ｅ）は本発明の接合方法における酸化皮膜の排除過程を概略的に示す工程図である。 は本発明の接合方法における凹凸構造の形成部位の例を示す説明図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の接合方法における突起の第１の形状例を示す説明図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の接合方法における突起の第２の形状例を示す説明図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の接合方法における突起の第３の形状例を示す説明図である。 本発明の接合方法により接合された部品の一例として半導体装置の構造を示す概略図である。 本発明の実施例における丸棒同士の突き合わせ接合の要領を示す斜視図である。 本発明の実施例における半導体装置の接合要領を示す斜視図である。

以下に、本発明の接合方法について、さらに詳細、具体的に説明する。なお、本明細書において「％」は、特記しない限り、質量百分率を意味するものとする。

本発明の接合方法においては、上記したように、被接合材の間にインサート材を介在させ、接合材のうち、接合面に酸化皮膜を生成している金属とインサート材の間で共晶反応を生じさせ、生成した共晶反応溶融物を上記酸化皮膜と共に接合面から排出することによって、比較的低温度（共晶温度）で、新生面による接合が可能になる。
このとき、両接合面の少なくとも一方に、多数の突起を設け、これらの少なくとも６０％の突起を接合面に対して傾斜した状態に形成するようにしている。

したがって、上記突起によって接合面の酸化皮膜を低荷重で破壊して、インサート材と直接に接触させることによって、共晶反応の起点とすることができ、低加圧、低温度で接合することができ、被接合材や周辺部材への影響を最小限に抑えることができる。
また、突起を接合面に直立させることなく、接合面に対して予め傾斜させたため、接合時における相手接合面からの押圧によって、突起が変形して倒れ易くなり、接合面同士の接触面積が増す結果、突起の加工精度のばらつきを吸収して、接合品質が安定したものとなり、接合強度や電気伝導性、熱伝導性の向上が可能になる。

本発明の接合方法では、接合面に形成する凹凸構造を構成する複数の突起のすべてを必ずしも傾斜さなくてもよいが、全突起数の少なくとも６０％を傾斜構造としなければならない。
すなわち、直立した非傾斜突起がの占める割合が４０％を超えると、このような突起から成る凹凸構造全体としての変形能が不足し、上記のような効果が得られなくなることによる。

本発明の接合方法においては、まず、被接合材の少なくとも一方の接合面に、多数の突起から成る凹凸を形成しておく。なお、本発明においては、後述するように、この突起を接合面に対して傾けた状態に形成することを要する。
次いで、このような突起から成る凹凸構造を備えた接合面の間に、酸化皮膜を備えた被接合材を構成する金属と共晶反応を生じる元素を含むインサート材を介在させる。

そして、接合に際しては、両被接合材に相対的な荷重を付与し、接合面に形成された突起によって局所的な応力を増加させ、接合面の酸化皮膜を局所的に破壊する。
接合面の酸化皮膜が局部的、機械的に破壊され、新生面が露出し、共晶反応が発生する温度に到達すると、共晶反応が生じ、接合界面に被接合材中の元素とインサート材に含まれる元素との共晶反応による溶融物が生成する。

被接合材へのさらなる加圧によって、生じた共晶反応溶融物と共に接合面の酸化皮膜を接合界面から排出して、被接合材の接合面を直接接合するようにしている。
このとき、接合面には多数の突起から成る凹凸構造が形成されており、突起の先端が選択的に相手面に接触し、局所的に応力を増大させるため、低い荷重で酸化皮膜を局所破壊して、共晶反応を引き起こすことができ、低い荷重のもとに、新生面による強固な接合が可能となる。

図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の接合方法による酸化皮膜の排出プロセスをアルミニウム系金属材料同士の接合を例として、説明するための概略図である。

まず、図１（ａ）に示すように、被接合材としてアルミニウム合金材から成る被接合材１、１の間に、Ａｌと共晶反応を生じる材料として、Ｚｎ（亜鉛）を含有する材料、例えば亜鉛箔から成るインサート材２を挟んだ状態に重ねる。
このとき、被接合材１、１の表面、ここでは図中上側の被接合材１の接合面には、多数の突起１ｃから成る凹凸構造が形成されており、これら被接合材１、１の表面には、それぞれＡｌ_２Ｏ_３を主成分とする酸化皮膜１ａが生成している。

次に、図１（ｂ）に示すように両被接合材１、１を加圧して、これらをインサート材２を介して密着させ、さらに荷重を付加しながら加熱を開始する。すると、低荷重にもかかわらず、凹凸構造の突起１ｃの先端が接触した部位の応力が局所的に急激に上昇し、被接合材１の酸化被膜１ａが機械的に破壊され、図１（ｃ）に示すように、亀裂Ｃが入る。
亀裂Ｃを介して、被接合材１の新生面とインサート材２が直接的に接触した状態で、接合面の温度が共晶反応が発生する温度に到達すると、被接合材１中のＡｌとインサート材２のＺｎとの間に共晶反応を起こし、共晶溶融相が発生する。そして、図１（ｄ）に示すように、共晶溶融範囲が拡がり、破壊された酸化皮膜１ａの欠片が共晶溶融相中に分散する。

続く加圧によって、図１（ｅ）に示すように、共晶反応溶融物が接合界面から排出され、この液相中に分散されていた酸化皮膜１ａの欠片も共晶溶融物と共に排出物Ｄとなって、同時に接合界面から押し出され、両被接合材１、１の新生面が互いに接合される。

上記突起１ｃの形成位置については、接合面の１箇所以上に形成すればよく、上記のように被接合材１、１の接合面の一方に形成するほか、図２に示すように、接合面の両方に設けることができる。両面に形成することによって、酸化皮膜の破壊起点をより多くすることができる。

また、凹凸構造を構成する突起１ｃは、接合面に対して傾斜させた状態に形成することが必要である。その形状としては、接合面に直立していることなく、傾いている限り、特に限定されるものではないが、例えば、図３〜図５に示すようなものを採用することができる。

すなわち、図３に示すように、先端部を点状とすること、つまり錐状突起とすることができる。ここでは、錐状突起の代表例として、四角錐状の例を示す。
この実施形態による凹凸構造は、図３（ａ）に示すように、接合面上に、ピッチｐで隙間なく縦横方向に並べられた無数の四角錐状の突起１ｃから構成されている。

それぞれの突起１ｃは、図３（ｂ）に拡大して示すように、正確な四角錐のように、対称形状ではなく、傾いた形状をなしており、頂点Ｔから、当該突起１ｃの底面に下ろした垂線は、底面の重心ＧからずれたＣの位置において、底面と交わる。

この頂点Ｔからの垂線と底面との交点Ｃと底面の重心Ｇとの位置関係については、図３（ｃ）及び（ｄ）に示すように、重心Ｇと交点Ｃとを結ぶ線分が底面と交差する点をそれぞれＥ１、Ｅ２とし、Ｅ１−Ｅ２間距離をＬ、重心Ｇと交点Ｃとの距離をｄとするとき、ｄ／Ｌの値が０．１以上であることが望ましい。
すなわち、ｄ／Ｌの値が０．１に満たない突起１ｃは、その形状を傾けたことにはならず、傾斜させたことによる本発明の効果が十分に得られないことがあることによる。

図４は、突起形状の他の形態例として、先端部が線状となるもの、つまり三角柱を横にして並列させた屋根型突起（鋸歯状断面）の例を示すものである。
この実施形態による凹凸構造は、図４（ａ）に示すように、接合面上に、ピッチｐで横方向に隙間なく平行に並べられた無数の三角柱状の突起１ｃから構成されている。

それぞれの突起１ｃは、図４（ｂ）に示すように、その断面は、２等辺三角形ではなく、非対称に傾いた形状をなしており、先端部である最頂線（稜線）の中点Ｍから、当該突起１ｃの底面に下ろした垂線は、上記した四角錐の場合と同様に、底面の重心ＧからずれたＣの位置において、底面と交わる。
この頂点Ｔからの垂線と底面との交点Ｃと底面の重心Ｇとの位置関係については、図４（ｃ）及び（ｄ）に示すように、上記四角錐の場合と同様に、重心Ｇと交点Ｃとを結ぶ線分が底面と交差する点をそれぞれＥ１、Ｅ２とし、Ｅ１−Ｅ２間距離をＬ、重心Ｇと交点Ｃとの距離をｄとするとき、ｄ／Ｌの値が０．１以上であることが望ましい。

さらに、図５に示すように、他の形態例として、先端部を面状をなすもの、つまり錐台状突起とすることも可能である。
この実施形態による凹凸構造は、図５（ａ）に示すように、接合面上に、ピッチｐで隙間なく縦横方向に並べられた無数の四角錐台状の突起１ｃから構成されている。

それぞれの突起１ｃは、図５（ｂ）に拡大して示すように、正確な四角錐台のような対称形状ではなく、傾いた形状を有しており、頂面の重心Ｇｔから、当該突起１ｃの底面に下ろした垂線は、四角錐の場合（第１形態）と同様に、底面の重心ＧからずれたＣの位置において、底面と交わる。

この突起頂面の重心Ｇｔから下ろした垂線と底面との交点Ｃと底面の重心Ｇとの位置関係については、上記第１及び第２の形態例と変わるところはない。
すなわち、図５（ｃ）及び（ｄ）に示すように、重心Ｇと交点Ｃとを結ぶ線分が底面と交差する点をそれぞれＥ１、Ｅ２とし、Ｅ１−Ｅ２間距離をＬ、重心Ｇ−交点Ｃ間距離をｄとするとき、ｄ／Ｌの値が０．１以上であることが望ましい。

上記突起１ｃの形状としては、応力を集中させて、酸化皮膜の破壊を促進させる機能さえあれば、数や形状的な制限はなく、上記の他には、波形やかまぼこ形、半球状など凸部先端を曲面とすることも可能である。なお、当該曲面の曲率半径は小さいほど、応力集中が顕著なものとなって、酸化皮膜が破壊し易くなることは言うまでもない。

突起１ｃの形状については、アスペクト比が０．００１以上、ピッチが１μｍ以上であることが好ましく、さらにはアスペクト比０．１以上、ピッチ１０μｍ以上であることが望ましい。すなわち、アスペクト比が０．００１未満、ピッチが１μｍ未満の場合には、十分に応力を集中させることができず、酸化皮膜の破壊が困難となることがあることによる。

上記突起１ｃは、切削加工、研削加工、塑性加工（ローラ加工）、レーザ加工、放電加工、エッチング加工、リソグラフィーなどによって形成することができ、その形成方法としては、特に限定されるものではない。しかし、塑性加工によれば、非常に低コストで形成が可能である。

上記したように、アルミニウム系金属材料を亜鉛箔から成るインサート材を用いて接合する例について説明した。このように、本発明の接合方法における被接合材としては、強固な酸化皮膜を形成するアルミニウム系やマグネシウム系の金属材料が対象となるが、少なくとも一方の被接合材が表面に酸化皮膜を形成している限り、本発明方法の接合対象となり得る。
すなわち、酸化皮膜が形成されない金（Ａｕ）同士の接合を除き、すべての実用金属、例えば、銅及び銅合金、ニッケル及びニッケル合金、鉄鋼材料などに適用することが可能である。また、同種材料のみならず、異種材料間の接合にも適用することができる。

ここで、インサート材としては、上記したようなアルミニウム系金属材料の接合の場合には、Ａｌとの間に共晶反応を生じる金属材料であればよく、亜鉛箔の他には、マグネシウム（Ｍｇ）箔、錫（Ｓｎ）箔や、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓｎ、あるいはこれらを主成分とする合金、さらにはこれら金属とＡｌとの合金を用いることも可能である。
なお、「主成分」とは上記金属の含有量が８０％以上のものを言うものとする。具体的には、Ｚｎ，Ｍｇ，Ｓｎ，Ｚｎ＋Ｍｇ，Ｚｎ＋Ｓｎ，Ｍｇ＋Ｓｎ，Ｚｎ＋Ｍｇ＋Ｓｎ，Ｚｎ＋Ａｌ，Ｍｇ＋Ａｌ，Ｓｎ＋Ａｌ，Ｚｎ＋Ｍｇ＋Ａｌ，Ｚｎ＋Ｓｎ＋Ａｌ，Ｍｇ＋Ｓｎ＋Ａｌ，Ｚｎ＋Ｍｇ＋Ｓｎ＋Ａｌを８０％以上含有する金属（純金属又は合金）を意味する。

また、Ａｌとの間に共晶反応を生じる金属として、Ｃｕ（銅）を用いることもできるが、Ｃｕの融点はＡｌの融点よりも高いことから、インサート材としては、予めＡｌを合金化することによって、その融点をアルミニウム合金母材の融点より低くなるように成分調整したＣｕ−Ａｌ合金を用いる必要がある。

さらに、被接合材としてもアルミニウム系金属材料に限定されることはなく、上記したように、例えば銅及び銅合金、マグネシウム及びマグネシウム合金、ニッケル及びニッケル基合金、鉄系材料の接合に適用することができる。

銅や銅系合金の接合におけるインサート材としては、例えばＡｌ、Ａｇ（銀）、Ｓｎや、これらの合金を上記した要領で用いることができる。
なお、Ｃｕとの間に共晶反応を生じる金属としては、上記の他に、Ｔｉ（チタン）を挙げることができるが、Ｔｉの融点はＣｕの融点よりも高いことから、上記同様に、Ｔｉに予めＣｕを合金化したＣｕよりも低融点の合金をインサート材として使用することが必要となる。

また、マグネシウムやマグネシウム系合金の接合に用いるインサート材としては、例えばＡｌ、Ｚｎや、これらの合金を上記同様の要領で使用することができる。
なお、Ｓｉ（ケイ素）もＭｇとの間に共晶反応を生じる元素であるが、Ｓｉの融点はＭｇの融点よりも高いため、上記同様に、予めＭｇを合金化したＭｇよりも低融点の合金をインサート材として使用することが必要となる。また、上記Ａｌについても、Ｍｇの融点に近いことから、同様にＭｇを合金化したインサート材を用いることが望ましい。

さらに、ニッケルやニッケル基合金の接合に使用するインサート材としては、例えばＣｕや、これらの合金を同様の要領で用いることができる。
また、Ｃｕの他に、Ｎｉとの間に共晶反応を生じる金属として、Ｔｉ，Ｎｂ（ニオブ），Ｃｒ（クロム）を挙げることができるが、これら金属の融点は何れもＮｉの融点よりも高いため、予めＮｉを合金化することによって、上記同様にＮｉよりも低融点化した合金をインサート材として使用する必要がある。

そして、鉄系材料の接合には、ＦｅにＣ、ＮあるいはＣｒを合金化することによって、母材よりも低融点化した材料をインサート材として用いることができる。

このようなインサート材の形状や両被接合材の間に介在させる方法としては、組成や形状（厚さ）などに関する選択の自由度が高いことから、箔の形態で両材料の間に挟み込むことが望ましい。
また、めっきやパウダーデポジション法によって、両材料の一方あるいは両方の接合面にインサート材を予め被覆しておくことも可能である。

本発明の接合方法は、不活性ガス雰囲気で行うこともできるが、大気中でも何ら支障はなく行うことができる。
もちろん、真空中で行うことも可能であるが、真空設備が必要となるばかりでなく、インサート材の溶融により真空計やゲートバルブを損傷する可能性があるので、大気中で行うことがコスト的にも有利である。

本発明の接合方法において、接合部を上記温度範囲に加熱し、維持するための手段としては、特に限定されることはなく、例えば、抵抗加熱や高周波加熱、赤外線加熱、あるいはこれらを組み合わせた方法を採用することができる。
また、接合温度については、高過ぎると、母材が溶け込むために液相が過剰に発生し、液相が過多になると接合界面に残存し、強度が得られなくなる傾向がある。具体的には、共晶点以上、共晶点＋１００℃までの温度範囲が好ましい。

上記接合温度への昇温速度については、遅い場合には、界面が酸化されて溶融物の排出性が低下して、強度が低下する原因となることがあるため、速い方が望ましい。特に大気中の接合の場合には、この傾向がある。具体的には、３℃／秒以上、１０℃／秒以上がより望ましく、２５℃／秒以上であることがさらに望ましい。

また、本発明の接合方法における接合時の加圧力としては、３０ＭＰａ以下の低い加圧力で接合することができ、付加荷重を低減して、被接合材の損傷を防止できると共に、加圧システムが簡素化でき、エネルギー消費を抑えることができ、コストの低減が可能になる。

本発明の接合方法は、上記したように、酸化皮膜を備えた種々の金属の接合に適用することができるが、その代表例として半導体装置を挙げることができる。
図６は、半導体チップを上記接合方法により絶縁基板上に接合して成る半導体装置の構造を示す概略断面図である。

すなわち、図に示す半導体装置は、ヒートシンク１１上に固定された絶縁基板１２を備え、当該基板１２の表面上に配置された配線金属１３にシリコンチップ１４が接合された構造を備えている。
上記配線金属１３はアルミニウム合金から成るものであり、シリコンチップ１４の接合面には、予めアルミニウムによるコーティングが施してあり、これらアルミニウム系金属同士が本発明方法によって接合されている。

これら配線金属１３とシリコンチップ１４の接合に際しては、予め、アルミニウム合金製の配線金属１３の接合面に、無数の突起から成る凹凸構造を塑性加工あるいは切削加工によって形成しておく。
そして、これら配線金属１３とシリコンチップ１４間に、厚さ２５μｍのＡｌ−Ｓｎ−Ｚｎ合金の急冷箔帯をインサート材として配置し、治具を用いて、常時１５ＭＰａ以下の加圧力が掛かるように固定される。

そして、例えばろう付け炉内にこの状態で収納し、４００℃に１分間保持することによって、配線金属１３とシリコンチップ１４を接合することができる。
この方法によれば、Ｐｂ（鉛）フリーであることに加えて、低温度、短時間で接合が完了することから、半導体チップへの熱影響を最小限のものとすることができ、部品の歪みや性能劣化を防止することができる。また、複数のチップを同時に接合することができる。なお、半導体チップとしては、上記したシリコンチップ以外にも、種々のもの、例えばＳｉＣやＧａＮなどを用いることができる。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。なお、本発明はこのような実施例によって何ら限定されない。

〔１〕実施例１
（発明例１）
図７に示すように、ＪＩＳ Ｈ ４０００に、Ａ１０７０として規定される工業用純アルミニウム（９９．９９％Ａｌ）から成る長さ１５ｍｍ、径５ｍｍの丸棒３と、長さ２５ｍｍ、径１０ｍｍの丸棒４を用意した。
このとき、径１０ｍｍの丸棒４の接合面には、図３に示したような角錐状の突起１ｃ（ａ＝０．１ｍｍ、ｈ＝０．１ｍｍ、ｐ＝０．１ｍｍ、ｄ／Ｌ＝０．３５）から成る凹凸構造をダイヤモンド工具を用いた切削加工によって形成した。

そして、上記丸棒３と丸棒４の接合面間に、急冷単ロール方によって作製したＺｎ−３．５％Ａｌ−２．５％Ｍｇ合金から成る厚さ０．１ｍｍの箔帯をインサート材２として挟んだ。
そして、大気中において接合部の周囲に配置した高周波加熱コイルＳによって４００℃に加熱し、５ＭＰａで加圧した状態に１分間保持することによって、上記丸棒３、４を接合した。

（発明例２）
丸棒４の接合面に、図４に示したような三角柱を並列させた鋸歯状断面を有する突起１ｃ（ａ＝０．１ｍｍ、ｈ＝０．１ｍｍ、ｐ＝０．１ｍｍ、ｄ／Ｌ＝０．３５）から成る凹凸構造を形成したこと以外は、上記発明例１と同様の操作を繰り返すことによって、丸棒３、４を接合し、発明例２とした。

（発明例３）
丸棒４の接合面に、図５に示したような角錐台状の突起１ｃ（ａ＝０．１ｍｍ、ｈ＝０．１ｍｍ、ｐ＝０．１ｍｍ、ｗ＝０．０２ｍｍ、ｄ／Ｌ＝０．３５）から成る凹凸構造を形成したこと以外は、上記発明例１と同様の操作を繰り返すことによって、丸棒３、４を接合し、発明例３とした。

（発明例４）
丸棒３及び丸棒４をＡＳＴＭ（アメリカ材料試験協会）にＡＺ９１として規定されるマグネシウム合金（９％Ａｌ）から成るものとしたことの他は、上記発明例１と同様の操作を繰り返すことによって、丸棒３、４を接合し、発明例４とした。

（発明例５）
丸棒３及び丸棒４を無酸素銅から成るものとしたことの他は、上記発明例１と同様の操作を繰り返すことによって、丸棒３、４を接合し、発明例５とした。

（比較例１）
インサート材を用いることなく、上記発明例１と同様の操作を繰り返すことによって、丸棒３、４を接合し、比較例１とした。

（比較例２）
インサート材を用いることなく、上記発明例２と同様の操作を繰り返すことによって、丸棒３、４を接合し、比較例２とした。

（比較例３）
インサート材を用いることなく、上記発明例３と同様の操作を繰り返すことによって、丸棒３、４を接合し、比較例３とした。

（比較例４）
丸棒４の接合面に、対称形状をなす角錐状突起（ａ＝０．１ｍｍ、ｈ＝０．１ｍｍ、ｐ＝０．１ｍｍ、ｄ／Ｌ＝０）を直立させてなる凹凸構造を形成したこと以外は、上記比較例１（インサート材なし）と同様の操作を繰り返すことによって、丸棒３、４を接合し、比較例４とした。

（比較例５）
丸棒４の接合面に、二等辺三角形断面を有する屋根型の突起１ｃ（ａ＝０．１ｍｍ、ｈ＝０．１ｍｍ、ｐ＝０．１ｍｍ、ｄ／Ｌ＝０）を直立させてなる凹凸構造を形成したこと以外は、上記比較例２（インサート材なし）と同様の操作を繰り返すことによって、丸棒３、４を接合し、比較例５とした。

（比較例６）
丸棒４の接合面に、対称形状をなす角錐台状突起（ａ＝０．１ｍｍ、ｈ＝０．１ｍｍ、ｐ＝０．１ｍｍ、ｗ＝０．０２ｍｍ、ｄ／Ｌ＝０）を直立させてなる凹凸構造を形成したこと以外は、上記比較例３（インサート材なし）と同様の操作を繰り返すことによって、丸棒３、４を接合し、比較例４とした。

（比較例７）
丸棒４の接合面に、対称形状をなす角錐状突起（ａ＝０．１ｍｍ、ｈ＝０．１ｍｍ、ｐ＝０．１ｍｍ、ｄ／Ｌ＝０）を直立させてなる凹凸構造を形成したこと以外は、上記発明例１（インサート材あり）と同様の操作を繰り返すことによって、丸棒３、４を接合し、比較例７とした。

（比較例８）
丸棒４の接合面に、二等辺三角形断面を有する屋根型の突起１ｃ（ａ＝０．１ｍｍ、ｈ＝０．１ｍｍ、ｐ＝０．１ｍｍ、ｄ／Ｌ＝０）を直立させてなる凹凸構造を形成したこと以外は、上記発明例２と同様の操作を繰り返すことによって、丸棒３、４を接合し、比較例８とした。

（比較例９）
丸棒４の接合面に、対称形状をなす角錐台状突起（ａ＝０．１ｍｍ、ｈ＝０．１ｍｍ、ｐ＝０．１ｍｍ、ｗ＝０．０２ｍｍ、ｄ／Ｌ＝０）を直立させてなる凹凸構造を形成したこと以外は、上記発明例３と同様の操作を繰り返すことによって、丸棒３、４を接合し、比較例９とした。

（比較例１０）
丸棒４の接合面に、対称形状をなす角錐状突起（ａ＝０．１ｍｍ、ｈ＝０．１ｍｍ、ｐ＝０．１ｍｍ、ｄ／Ｌ＝０）を直立させてなる凹凸構造を形成したこと以外は、上記発明例４（マグネシウム合金から成る被接合材）と同様の操作を繰り返すことによって、丸棒３、４を接合し、比較例１０とした。

（比較例１１）
丸棒４の接合面に、対称形状をなす角錐状突起（ａ＝０．１ｍｍ、ｈ＝０．１ｍｍ、ｐ＝０．１ｍｍ、ｄ／Ｌ＝０）を直立させてなる凹凸構造を形成したこと以外は、上記発明例５（無酸素銅から成る被接合材）と同様の操作を繰り返すことによって、丸棒３、４を接合し、比較例１１とした。

（評価方法）
上記によって得られた丸棒３と丸棒４との各接合体の接合強度を万能試験器による引張試験（引張速度：１ｍｍ／分）によって評価した。なお、試験の繰り返し数は５回とし、その平均値をもって接合強度とすると共に、標準偏差をばらつきの指標として求めた。
また、丸棒３、４の端部にワイヤを溶接して、四点端子法により接合界面の電気抵抗を求めると共に、レーザフラッシュ法により接合界面の熱伝導度を求めた。これらの結果を表１に纏めて示す。

〔２〕実施例２
（発明例６）
図８に示すように、１５ｍｍ×１５ｍｍ×０．６３５ｍｍのＡｌＮから成るセラミックス板５の両面に、１２ｍｍ×１２ｍｍ×０．５ｍｍの純アルミニウムから成る板材６、６を貼り付けたセラミックス基板の上に、Ｓｉから成る半導体チップ７を接合した。
接合に際して、半導体チップ７の接合面には純アルミニウムをスパッタリングする一方、図中上側のアルミニウム板材６の表面には、図４に示したような鋸歯状断面を有する突起１ｃ（ａ＝０．１ｍｍ、ｈ＝０．１ｍｍ、ｐ＝０．１ｍｍ、ｄ／Ｌ＝０．３５）から成る凹凸構造をダイヤモンド工具を用いた切削加工によって形成した。

次に、上記アルミニウム板材６と半導体チップ７の接合面間に、急冷単ロール方によって作製したＺｎ−３．５％Ａｌ−２．５％Ｍｇ合金から成る厚さ０．１ｍｍの箔帯をインサート材２として挟んだ。そして、この状態で、赤外線加熱方式の拡散接合装置により、５ＭＰａの加圧力の下で、４００℃に１分間保持することによって、半導体チップ７をセラミックス基板上のアルミニウム板材６に接合した。

（比較例１２）
アルミニウム板材６の接合面に、二等辺三角形断面を有する屋根型の突起１ｃ（ａ＝０．１ｍｍ、ｈ＝０．１ｍｍ、ｐ＝０．１ｍｍ、ｄ／Ｌ＝０）を直立させてなる凹凸構造を形成したこと以外は、上記発明例６と同様の操作を繰り返すことによって、半導体チップ７をセラミックス基板上のアルミニウム板材６に接合した。

（評価方法）
上記によって得られた半導体装置の接合強度をダイシェア試験（シェア速度：１００μｍ／秒）によって評価した。このとき、試験の繰り返し数を５回とし、その平均値をもって接合強度とすると共に、標準偏差をばらつきの指標として求めた。
また、得られた半導体装置を簡易回路に組み込んで、接合界面の電気抵抗を求めると共に、レーザフラッシュ法によって接合界面の熱伝導度を求めた。
これらの結果を表２に示す。

１ 被接合材
１ａ 酸化皮膜
１ｃ 突起
２ インサート材

Claims (3)

1. 少なくとも一方が表面に酸化皮膜を形成している２つの金属部材の間にインサート材を介在させた状態の被接合材を相対的に加圧しつつ加熱し、酸化皮膜を形成している金属とインサート材の間で共晶反応を発生させ、生じた共晶反応溶融物を酸化皮膜と共に接合面から排出して上記被接合材を接合するに際して、
   上記金属部材の接合面の少なくとも一方に、上記酸化皮膜を破壊するために複数の突起を設け、
   上記微細突起の先端部が点状をなし、６０％以上を占める微細突起の頂点から当該突起の底面に下ろした垂線と底面との交点が底面の重心からずれていることを特徴とする接合方法。
2. 少なくとも一方が表面に酸化皮膜を形成している２つの金属部材の間にインサート材を介在させた状態の被接合材を相対的に加圧しつつ加熱し、酸化皮膜を形成している金属とインサート材の間で共晶反応を発生させ、生じた共晶反応溶融物を酸化皮膜と共に接合面から排出して上記被接合材を接合するに際して、
   上記金属部材の接合面の少なくとも一方に、上記酸化皮膜を破壊するために複数の突起を設け、
   上記微細突起の先端部が線状をなし、６０％以上を占める微細突起の最頂線の中点から当該突起の底面に下ろした垂線と底面との交点が底面の重心からずれていることを特徴とする接合方法。
3. 少なくとも一方が表面に酸化皮膜を形成している２つの金属部材の間にインサート材を介在させた状態の被接合材を相対的に加圧しつつ加熱し、酸化皮膜を形成している金属とインサート材の間で共晶反応を発生させ、生じた共晶反応溶融物を酸化皮膜と共に接合面から排出して上記被接合材を接合するに際して、
   上記金属部材の接合面の少なくとも一方に、上記酸化皮膜を破壊するために複数の突起を設け、
   上記微細突起の先端部が面状をなし、６０％以上を占める微細突起の頂面の重心から当該突起の底面に下ろした垂線と底面との交点が底面の重心からずれていることを特徴とする接合方法。

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