JP6795307B2 - 接合材、接合材の製造方法、接合構造体の作製方法 - Google Patents
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Description
本発明は、接合材、接合材の製造方法、接合構造体の作製方法に関する。
複数の部材を互いに接触させて接合することにより、複数の部材を一体化させることが知られている。例えば、半導体素子を基板に実装する際には、半導体素子と基板とが接合材によって接合される。
従来、接合材として鉛を含有した半田が広く用いられてきた。しかしながら、昨今、環境保護の問題から鉛を含有しない半田（鉛フリー半田）の研究が進められている。しかしながら、一般に鉛フリー半田は鉛を含有する半田と比べて融点が高いため、鉛フリー半田を用いて高温下で接合すると、熱応力によって接合対象物が破損したり、はんだ接合界面にボイドが生じることがある。
そこで、低融点の接合材として、金属ナノ粒子を含有するペーストが検討されている（例えば、特許文献１）。特許文献１には、ペーストを絶縁基板に塗布した後、ペーストに半導体チップを載せて加熱することにより、半導体チップを絶縁基板に接合する方法が開示されている。特許文献１では、ペーストは、金属ナノ粒子、有機分散材、分散剤捕捉材および揮発性有機成分を含有しており、加熱時に、ペーストからガスを揮発させている。
しかしながら、特許文献１の手法では、ペーストを調製する際に複数種の成分を混合させる必要があり、ペーストの調製が煩雑で、簡便に接合を行うことができない。また、特許文献１の手法では、コストが増大してしまうことになる。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、低温環境下であっても良好かつ容易に接合可能な接合材、接合材の製造方法、接合構造体の作製方法を提供することである。
本発明による接合材は、非晶質銀膜を含む。
ある実施形態において、前記接合材は、前記非晶質銀膜と接触する銀層をさらに含む。
ある実施形態において、前記銀層は、微細結晶、柱状晶、等軸晶または混粒構造を有している。
ある実施形態において、前記銀層の厚さは１０ｎｍ以上１ｍｍ以下である。
本発明による接合材の製造方法は、銀層を用意する工程と、前記銀層を加熱して前記銀層から非晶質銀膜を形成する工程とを包含する。
ある実施形態において、前記銀層を用意する工程は、支持部材上に、スパッタリング処理、めっき、化学気相成長または蒸着によって前記銀層を形成する工程を含む。
ある実施形態では、前記銀層を用意する工程において、前記銀層は、微細結晶、柱状晶、等軸晶または混粒構造を有している。
ある実施形態では、前記非晶質銀膜を形成する工程において、前記非晶質銀膜は、前記銀層の上に形成される。
ある実施形態において、前記非晶質銀膜を形成する工程は、前記銀層と対向する対向部材を配置する工程と、前記対向部材を配置した状態で前記銀層を加熱して前記対向部材上に前記非晶質銀膜を形成する工程とを含む。
本発明による接合構造体の作製方法は、第１接合対象物および第２接合対象物を用意する工程と、接合材を形成する工程と、積層体を形成する工程と、接合する工程とを包含する。前記接合材を形成する工程において、前記第１接合対象物および前記第２接合対象物のうちの少なくとも一方の接合対象物の表面に接合材を形成する。前記積層体を形成する工程において、前記第１接合対象物と前記第２接合対象物との間に前記接合材が配置するように前記第１接合対象物、前記接合材および前記第２接合対象物を積層した積層体を形成する。前記接合する工程において、前記積層体を加熱して前記接合材を介して前記第１接合対象物と前記第２接合対象物とを接合する。前記接合材を形成する工程は、銀層を用意する工程と、前記銀層を加熱して前記銀層から非晶質銀膜を形成する工程とを含む。
ある実施形態では、前記非晶質銀膜を形成する工程において、前記非晶質銀膜は前記積層体を加熱する前に形成される。
ある実施形態において、前記銀層を用意する工程は、前記少なくとも一方の接合対象物の表面に前記銀層を形成する工程を含み、前記非晶質銀膜を形成する工程において、前記非晶質銀膜は前記銀層の上に形成される。
ある実施形態において、前記銀層を用意する工程は、前記少なくとも一方の接合対象物とは別部材の表面に前記銀層を形成する工程を含み、前記非晶質銀膜を形成する工程は、前記銀層から、前記少なくとも一方の接合対象物の表面に前記非晶質銀膜を形成する工程を含む。
本発明によれば、低温環境下であっても良好かつ容易に接合可能な接合材、接合材の製造方法、接合構造体の作製方法を提供できる。
以下に、本発明に係る接合材、接合材の製造方法、および、接合構造体の作製方法の実施形態を説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、以下の実施形態を適宜変更してもよい。なお、冗長な説明を避けるために、重複する記載を適宜省略することがあるが、発明の要旨を限定するものではない。
図１を参照して本発明に係る接合材１０の実施形態を説明する。図１は、本実施形態の接合材１０の模式図を示す。接合材１０は接合対象物を接合するために用いられる。接合材１０は、典型的には薄膜状である。
接合材１０は非晶質銀膜１２を含む。非晶質銀膜１２は主成分として非晶質銀を含有する。ただし、非晶質銀膜１２は非晶質銀以外の不純物を含有してもよい。非晶質銀膜１２中の非晶質銀の割合は、５０質量％以上であることが好ましく、８０質量％以上であることがさらに好ましく、９０質量％以上であることがさらに好ましい。また、非晶質銀膜１２の厚さは、例えば１０ｎｍ以上１μｍ以下である。
典型的には、接合材１０は２つの主面を有している。図１では、接合材１０は、いずれの主面もいずれの部材とも接触することなく露出するように示されている。ただし、接合材１０を接合対象物と接触させる前に、接合材１０の２つの主面のうちの少なくとも一方の主面は何らかの部材と接触していてもよい。
一般に、非晶質銀は比較的不安定であることが知られている。本実施形態では、接合材１０を加熱すると、非晶質銀膜１２内の非晶質銀が結晶化して結晶性銀となり安定化する。本明細書において、非晶質銀膜１２内の非晶質銀を結晶化させた結晶性銀を含む膜を結晶性銀膜と記載することがある。
接合材１０と接合対象物とを接触させて加熱すると、非晶質銀膜１２内の非晶質銀が結晶化し、非晶質銀膜１２は結晶性銀膜に変化する。非晶質銀膜１２から結晶性銀膜に変化する際に接合材１０は接合対象物と結合する。したがって、本実施形態の接合材１０を利用して接合対象物を接合させた接合構造体を作製できる。
以下、図２を参照して本発明に係る接合構造体１００の実施形態を説明する。図２は、本実施形態の接合構造体１００の模式図を示す。
接合構造体１００は、接合材１０と、接合対象物１１０と、接合対象物１２０とを備える。接合材１０は薄膜状である。接合構造体１００では、接合対象物１１０、接合材１０および接合対象物１２０がこの順番に積層しており、接合材１０が、接合対象物１１０と接合対象物１２０とを接合している。ここでは、接合材１０は結晶性銀膜１２Ｌを含む。結晶性銀膜１２Ｌは、図１に示した非晶質銀膜１２を加熱して結晶化することによって形成される。なお、本明細書の以下の説明において、接合対象物１１０、接合対象物１２０をそれぞれ第１接合対象物１１０、第２接合対象物１２０と記載することがある。
第１接合対象物１１０は任意の部材であってもよい。例えば、接合対象物１１０は基板である。基板は、金属基板であってもよく、絶縁基板であってもよい。
金属基板を構成する物質は、例えば、銅、亜鉛、金、パラジウム、アルミニウム、ニッケル、コバルト、鉄、アルミナ、タングステン、ニオブ、モリブデン、チタン、ステンレス鋼、イオンバー合金（鉄、ニッケル、マンガンおよび炭素を構成成分とする合金）、またはコバール合金（鉄、ニッケル、コバルト、マンガンおよびシリコンを構成成分とする合金）である。また、絶縁基板を構成する物質は、例えば、ガラス、シリカガラス、シリコン、炭素、セラミックス、シリコンカーバイド、ガリウムナイトライド、シリコン上に形成したガリウムナイトライド、シリコンナイトライドまたはアルミニウムナイトライドである。
また、第２接合対象物１２０は任意の部材であってもよい。例えば、接合対象物１２０は、基板は、金属基板であってもよく、絶縁基板であってもよい。第２接合対象物１２０を構成する材質としては、例えば、上記の接合対象物１１０を構成する材質と同様のものが挙げられる。
あるいは、第２接合対象物１２０は、半導体素子または配線であってもよい。半導体素子を構成する材質は、例えば、シリコン、炭素、シリコンカーバイド、ガリウムナイトライド、シリコン上に形成したガリウムナイトライド、シリコンナイトライド、または、アルミニウムナイトライドである。配線を構成する物質は、例えば、銅、亜鉛、金、パラジウム、アルミニウム、ニオブ、ニッケル、コバルト、モリブデン、タングステン、チタン、または、鉄である。汎用性およびコストパフォーマンスに優れ、接合材１０との接着を容易にするために、配線を構成する金属は銅または鉄であることが好ましい。
本実施形態の接合構造体１００において、接合材１０は、非晶質銀膜１２の結晶化した結晶性銀膜１２Ｌを含んでおり、接合材１０は接合対象物１１０と接合対象物１２０とを接合する。なお、接合対象物１１０は、接合材１０と接する面に非晶質膜を有していることが好ましい。また、接合対象物１２０は、接合材１０と接する面に非晶質膜を有していることが好ましい。
上述したように、結晶性銀膜１２Ｌは、非晶質銀膜１２の結晶化によって形成される。非晶質銀膜１２は、例えば、銀層から形成される。一例として、非晶質銀膜１２は、銀層の表面上に銀層から形成される。あるいは、非晶質銀膜１２は、銀層とは異なる部材の表面上に銀層から形成されてもよい。
本実施形態の接合構造体１００では、上述したように、非晶質銀膜１２を含む接合材１０を利用して第１接合対象物１１０と第２接合対象物１２０とを接合している。非晶質銀膜１２の結晶化は、一般的な焼結温度よりも低い温度で進行するため、本実施形態の接合構造体１００は、低温環境下であっても良好な接合を実現できる。また、第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０のいずれかの耐熱性が比較的低い場合でも、第１接合対象物１１０と第２接合対象物１２０を良好に接合できる。また、加熱炉などの大規模な装置を必要としないので、簡便なプロセスで低コストに接合を行うことができる。さらに、汎用性のある金属を利用して簡便に接合を行うことができる。
ここで、図３を参照して本実施形態による接合構造体１００の作製方法の一例を説明する。接合構造体１００は、上述した接合材１０、接合対象物１１０、１２０を備えており、冗長を避けるために重複する記載を省略する。
図３（ａ）に示すように、第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０を用意する。
図３（ｂ）に示すように、第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０のうちの少なくとも一方の接合対象物に接合材１０を形成する。ここでは、第１接合対象物１１０の表面に接合材１０を形成する。接合材１０は薄膜状である。接合材１０は、主面１０ａと、主面１０ｂとを有している。ここでは、接合材１０の主面１０ａは第１接合対象物１１０と接触しており、接合材１０の主面１０ｂは露出している。
接合材１０は非晶質銀膜１２を含む。非晶質銀膜１２は接合材１０の主面１０ｂから露出している。なお、非晶質銀膜１２は、第１接合対象物１１０と直接接触してもよい。
また、非晶質銀膜１２は、第１接合対象物１１０と別の層を介して間接的に接触してもよい。例えば、非晶質銀膜１２と第１接合対象物１１０との間に接着層を設けてもよい。接着層を構成する材質は、例えば、チタンまたはチタンナイトライドである。接着層の厚さは、例えば、０．０１μｍ以上０．０５μｍ以下である。あるいは、後述するように、非晶質銀膜１２と第１接合対象物１１０との間に銀層が設けられてもよい。
なお、第１接合対象物１１０の表面に接合材１０を形成した後、必要に応じて、第１接合対象物１１０および接合材１０を酸素雰囲気に暴露させてもよい。
図３（ｃ）に示すように、第１接合対象物１１０と第２接合対象物１２０との間に接合材１０を配置した積層体Ｌを形成する。第２接合対象物１２０は接合材１０の主面１０ｂと接触している。積層体Ｌでは、接合材１０の非晶質銀膜１２が第２接合対象物１２０と接触しており、積層体Ｌでは、第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０が接合材１０を介して積層している。
図３（ｄ）に示すように、積層体Ｌを加熱して接合材１０の非晶質銀膜１２から結晶性銀膜１２Ｌを形成し、接合構造体１００を作製する。積層体Ｌの加熱は、例えば、ホットプレート、加熱炉または急速加熱処理（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ：ＲＴＡ）で行われる。
積層体Ｌを加熱するための加熱温度は、１００℃以上４００℃以下であることが好ましく、１５０℃以上３００℃以下であることがさらに好ましい。例えば、積層体Ｌの加熱時間は、１５分以上５時間以下であることが好ましく、３０分以上３時間以下であることがさらに好ましい。
積層体Ｌの加熱は、大気圧中で行われてもよいし、真空中で行われてもよい。あるいは、積層体Ｌの加熱は、不活性ガスまたは還元ガス（例えば、アルゴン、窒素、水素またはギ酸ガス）雰囲気で行われてもよい。
積層体Ｌを加熱することにより、非晶質銀膜１２の結晶化が進行して非晶質銀膜１２から結晶性銀膜１２Ｌが形成される。接合材１０の非晶質銀膜１２が結晶性銀膜１２Ｌに変化すると、接合材１０の結晶性銀膜１２Ｌと第２接合対象物１２０との界面が結合し、接合材１０が第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０を接合する。これにより、接合構造体１００が作製される。
なお、第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０の接合は、積層体Ｌに圧力を印加して行ってもよい。ただし、本実施形態において、接合構造体１００は、非晶質銀膜１２を含む接合材１０を利用するため、比較的低い圧力で接合を行うことができる。例えば、接合は、無加圧または１ＭＰａ以下の圧力で行うことができる。
本実施形態によれば、非晶質銀膜１２を含む接合材１０を利用して第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０を接合するため、比較的低い加熱温度でも、良好に接合することができる。したがって、加熱時の熱による第１接合対象物１１０および／または第２接合対象物１２０の破損、または、第１接合対象物１１０と第２接合対象物１２０との接合部付近におけるボイドの発生を抑制できる。
なお、積層体Ｌを加熱すると非晶質銀膜１２が厚くなることがある。その後、積層体Ｌをさらに加熱すると、非晶質銀膜１２が結晶性銀膜１２Ｌに変化してもよい。
また、上述した説明では、第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０のうちの第１接合対象物１１０に接合材１０を形成したが、本発明はこれに限定されない。第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０のうちの第２接合対象物１２０に接合材１０を形成してもよい。ただし、第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０のうちの一方の接合対象物に接合材１０を形成する場合、第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０のうちのより大きな接合対象物に接合材１０を形成することが好ましい。
あるいは、接合材１０を第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０の両方に形成してもよい。
ここで、図４を参照して本実施形態による接合構造体１００の作製方法の一例を説明する。図４を参照して説明する本実施形態の作製方法は、第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０の両方に接合材を形成する点を除いて図３を参照して上述した接合構造体１００の作製方法と同様であり、冗長を避けるために重複する記載を省略する。
図４（ａ）に示すように、第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０を用意する。
図４（ｂ）に示すように、第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０の両方に接合材を形成する。ここでは、第１接合対象物１１０の表面に接合材１０Ａを形成し、第２接合対象物１２０の表面に接合材１０Ｂを形成する。接合材１０Ａは非晶質銀膜１２ａを含み、接合材１０Ｂは非晶質銀膜１２ｂを含む。
接合材１０Ａにおいて、非晶質銀膜１２ａは露出している。なお、非晶質銀膜１２ａは、第１接合対象物１１０と直接接触してもよく、別の層を介して間接的に接触してもよい。例えば、非晶質銀膜１２ａと第１接合対象物１１０との間に接着層を設けてもよい。接着層を構成する材質は、例えば、チタンまたはチタンナイトライドである。また、接着層の厚さは、例えば、０．０１μｍ以上０．０５μｍ以下である。あるいは、後述するように、非晶質銀膜１２ａと第１接合対象物１１０との間に銀層が設けられてもよい。
また、接合材１０Ｂにおいて、非晶質銀膜１２ｂは露出している。なお、非晶質銀膜１２ｂは、第２接合対象物１２０と直接接触してもよく、別の層を介して間接的に接触してもよい。また、非晶質銀膜１２ｂと第２接合対象物１２０との間に接着層を設けてもよい。あるいは、後述するように、非晶質銀膜１２ｂと第２接合対象物１２０との間に銀層が設けられてもよい。
なお、第１接合対象物１１０の表面に接合材１０Ａを形成した後、必要に応じて、第１接合対象物１１０および接合材１０Ａを酸素雰囲気に暴露させてもよい。同様に、第２接合対象物１２０の表面に接合材１０Ｂを形成した後、必要に応じて、第２接合対象物１２０および接合材１０Ｂを酸素雰囲気に暴露させてもよい。
図４（ｃ）に示すように、第１接合対象物１１０と第２接合対象物１２０との間に接合材１０Ａ、１０Ｂを配置した積層体Ｌを形成する。積層体Ｌでは、接合材１０Ａが接合材１０Ｂと向かい合っており、非晶質銀膜１２ａは非晶質銀膜１２ｂと接触している。積層体Ｌでは、第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０が接合材１０Ａ、１０Ｂを介して積層している。
図４（ｄ）に示すように、積層体Ｌを加熱して接合材１０Ａ、１０Ｂの非晶質銀膜１２ａ、１２ｂから結晶性銀膜１２Ｌを形成し接合構造体１００を作製する。積層体Ｌを加熱することにより、非晶質銀膜１２ａ、１２ｂの結晶化が進行して非晶質銀膜１２ａ、１２ｂの界面が消失し非晶質銀膜１２ａ、１２ｂから結晶性銀膜１２Ｌが形成される。
接合材１０の非晶質銀膜１２ａ、１２ｂが結晶性銀膜１２Ｌに変化すると、接合材１０Ａ、１０Ｂの一体化された接合材１０が形成され、接合材１０が第１接合対象物１１０と第２接合対象物１２０とを接合する。これにより、接合構造体１００が作製される。なお、加熱後の接合材１０において、接合材１０Ａ、１０Ｂに由来する２つの層の界面は、明確に特定可能であってもよく、あるいは、特定可能でなくてもよい。
積層体Ｌの加熱は、例えば、ホットプレート、加熱炉または急速加熱処理で行われる。積層体Ｌを加熱するための加熱温度は、１００℃以上４００℃以下であることが好ましく、１５０℃以上３００℃以下であることがさらに好ましい。
また、積層体Ｌの加熱は、大気圧中で行われてもよいし、真空中で行われてもよい。あるいは、積層体Ｌの加熱は、不活性ガスまたは還元ガス（例えば、アルゴン、窒素、水素またはギ酸ガス）雰囲気で行われてもよい。
なお、第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０の接合は、積層体Ｌに圧力を印加して行ってもよい。ただし、本実施形態の製造方法は、非晶質銀膜１２ａ、１２ｂを含む接合材１０Ａ、１０Ｂを利用するため、比較的低い圧力で接合を行うことができる。例えば、接合は、無加圧または１ＭＰａ以下の圧力で行うことができる。
本実施形態によれば、非晶質銀膜１２ａ、１２ｂを含む接合材１０Ａ、１０Ｂを利用して第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０を接合するため、比較的低い加熱温度でも良好に接合することができる。したがって、加熱時の熱による第１接合対象物１１０および／または第２接合対象物１２０の破損、または、第１接合対象物１１０と第２接合対象物１２０との接合部付近におけるボイドの発生を抑制できる。
なお、図３（ｂ）および図４（ｂ）を参照した上述の説明では、第１接合対象物１１０および／または第２接合対象物１２０に接合材１０、１０Ａ、１０Ｂを形成した。上述したように、本実施形態において、接合材１０の非晶質銀膜１２、１２ａ、１２ｂは銀層から形成できる。
以下、図５および図６を参照して本実施形態の接合材１０の製造方法の一例を説明する。
図５（ａ）に示すように、支持部材Ｓ上に銀層１１を形成する。例えば、銀層１１は支持部材Ｓに支持される。
銀層１１は、スパッタリング処理、めっき、化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）または蒸着によって支持部材Ｓ上に形成される。なお、スパッタリング処理の手法は特に限定されず、例えば、ＲＦ（高周波）スパッタリングまたはＤＣ（直流）スパッタリングのいずれでもよい。また、めっきの手法は特に限定されず、例えば、電解めっきまたは無電解めっきのいずれでもよい。あるいは、蒸着の手法は、特に限定されず、例えば、抵抗加熱を用いた真空蒸着であってもよい。
支持部材Ｓは、例えば、基板状である。また、支持部材Ｓを構成する材質の熱膨張率は銀の熱膨張率よりも小さいことが好ましい。なお、支持部材Ｓは、図２を参照して上述した接合構造体１００における接合対象物１１０、１２０のうちの一方であることが好ましい。
銀層１１は、微細結晶（サブミクロンを単位とする程度の微結晶状態）、柱状晶、等軸晶または混粒構造であることが好ましい。また、銀層１１の厚さは、１０ｎｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、１００ｎｍ以上３０μｍ以下であることがさらに好ましい。
図５（ｂ）に示すように、銀層１１を加熱して銀層１１から非晶質銀膜１２を形成し、接合材１０を製造する。ここでは、銀層１１の加熱により、銀層１１の表面に非晶質銀膜１２が形成される。
銀層１１の加熱は、例えば、ホットプレート、加熱炉または急速加熱処理で行われる。また、銀層１１の加熱は、大気圧下、真空下、超高真空、減圧下または酸素雰囲気下で行ってもよい。
例えば、銀層１１の加熱時間は１ミリ秒以上１時間以下であることが好ましく、銀層１１の加熱時間は１分以上４５分以下であることがさらに好ましい。銀層１１の加熱時間は、図３（ｄ）および図４（ｄ）を参照して上述した積層体Ｌの加熱時間よりも短いことが好ましい。
また、例えば、銀層１１の加熱温度は２００℃以上５００℃以下である。なお、銀層１１の加熱温度は、図３（ｄ）および図４（ｄ）を参照して上述した積層体Ｌの加熱温度よりも高いことが好ましい。
銀層１１を加熱すると、銀層１１の応力が緩和されて銀層１１から非晶質銀膜１２が形成される。非晶質銀膜１２の厚さは、例えば１０ｎｍ以上１μｍ以下である。なお、図３（ｄ）および図４（ｄ）を参照して上述したように、接合材１０を別の部材と接触させて加熱を行うと、非晶質銀膜１２の結晶化が進行し、その結果、接合が形成される。
図６は、本実施形態の接合材１０を示す。ここでは、厚さ約１μｍの銀層１１を２５０℃で５分間加熱することにより、銀層１１の上に非晶質銀膜１２を形成した。非晶質銀膜１２の厚さは約３０ｎｍであった。
図６において非晶質銀膜１２内に存在する黒い点は微小な種結晶を示している。銀層１１の加熱時間が長くなると、非晶質銀膜１２の厚さの増大および／または非晶質銀膜１２の結晶化が進行する。
以上のようにして、銀層１１から非晶質銀膜１２を形成する。本実施形態によれば、非晶質銀膜１２を含む接合材１０を製造できる。なお、接合対象物を接合する接合材１０として、非晶質銀膜１２だけでなく銀層１１を用いてもよい。あるいは、接合材１０として、非晶質銀膜１２および銀層１１だけでなく支持部材Ｓを用いてもよい。
典型的には、非晶質銀膜１２は銀層１１よりも薄い。このため、接合材１０が非晶質銀膜１２および銀層１１を含む場合、見掛け上、銀層１１単独で接合対象物と結合しているように見えることがあるが、実際には、非晶質銀膜１２の結晶化した結晶性銀膜１２Ｌが接合に大きく寄与している。
また、銀層１１を加熱すると、銀層１１から非晶質銀膜１２が形成される。ただし、銀層１１の加熱時間は長すぎないことが好ましい。加熱時間が長すぎると、非晶質銀膜１２の結晶化が進行してしまい、接合材１０の接合機能が低下してしまうことがある。また、同様の理由で、銀層１１の加熱温度は高すぎないことが好ましい。
接合材１０を製造する際に、典型的には、銀層１１は支持部材Ｓに支持される。例えば、支持部材Ｓは絶縁性材料または導線性材料から形成される。なお、支持部材Ｓの熱膨張率は銀の熱膨張率よりも小さいことが好ましい。例えば、支持部材Ｓを構成する材質の熱膨張率に対する銀の熱膨張率の比（銀の熱膨張率／支持部材Ｓを構成する材質の熱膨張率）は２．０以上であることが好ましい。
銀の熱膨張率は１８．９×１０-6である。なお、ここでは、熱膨張率は線膨張率であり、熱膨張率の単位は「１／Ｋ」である。
以下、支持部材Ｓを構成する材質の熱膨張率の一例を示す。なお、ここでは、熱膨張率は線膨張率であり、熱膨張率の単位は「１／Ｋ」である。
シリコン：２．６×１０-6
シリコンカーバイド：３．７×１０-6
ガリウムナイトライド：３．０×１０-6
シリコンナイトライド：３．０×１０-6
アルミニウムナイトライド：５．０×１０-6
アルミナ：７．２×１０-6
アルミニウム：２３．０×１０-6
鉄：１２．０×１０-6
コバルト：１３．０×１０-6
ニッケル：１２．８×１０-6
金：１４．３×１０-6
銅：１６．８×１０-6
パラジウム：１１．８×１０-6
タングステン：４．５×１０-6
モリブデン：４．８×１０-6
ニオブ：８．０×１０-6
チタン：１１×１０-6
シリコン：２．６×１０-6
シリコンカーバイド：３．７×１０-6
ガリウムナイトライド：３．０×１０-6
シリコンナイトライド：３．０×１０-6
アルミニウムナイトライド：５．０×１０-6
アルミナ：７．２×１０-6
アルミニウム：２３．０×１０-6
鉄：１２．０×１０-6
コバルト：１３．０×１０-6
ニッケル：１２．８×１０-6
金：１４．３×１０-6
銅：１６．８×１０-6
パラジウム：１１．８×１０-6
タングステン：４．５×１０-6
モリブデン：４．８×１０-6
ニオブ：８．０×１０-6
チタン：１１×１０-6
上述したように、銀層１１を加熱すると、銀層１１から非晶質銀膜１２が形成される。非晶質銀膜１２の形成メカニズムは以下のように考えられる。以下、図７を参照して非晶質銀膜１２の形成するメカニズムを説明する。
図７（ａ）に示すように、支持部材Ｓの上に銀層１１を形成する。ここでは、銀層１１は、微細結晶、柱状晶、等軸晶または混粒構造である。例えば、銀層１１はスパッタリング処理、めっき、化学気相成長、または、蒸着によって形成される。
図７（ｂ）に示すように、銀層１１を加熱して銀層１１の上に薄い非晶質銀膜１２を形成する。例えば、銀層１１の加熱温度は２００℃以上５００℃以下である。非晶質銀膜１２は銀層１１から以下のように形成されると考えられる。
一般に、酸化銀の融点は銀の融点よりもはるかに低いため、銀層１１を加熱すると、銀層１１内において銀層１１に含まれる酸化銀が融解する。融解した液状の酸化銀は、図７（ｂ）の矢印に示すように、銀層１１内の粒界を通って銀層１１の表面に移動する。酸化銀が銀層１１の表面に到達すると、酸化銀は還元されて銀および酸素に分離する。なお、酸化銀の溶解・移動によって銀層１１内の応力が緩和するため、液状の酸化銀が通過した後の経路は隣接する銀結晶によって塞がれる。
銀層１１の内部から銀層１１の表面に向かって移動する液状の酸化銀は、表面において還元され、気化される。このため、銀層１１から対向部材ＣＳに向かって気化された銀が噴出する。しかしながら、銀が弱く噴出されると、銀は銀層１１の上に落下して非晶質状態で堆積する。以上のように、銀層１１を加熱することにより、銀層１１から離れた対向部材ＣＳの上に非晶質銀膜１２を形成できる。
銀層１１の結晶状態が柱状晶であると、銀層１１の表面で分離された銀が銀層１１の表面または結晶粒界に沿って拡散する。このため、銀層１１の表面において非晶質銀をより容易に生成できる。以上のように、銀層１１を加熱することにより、銀層１１の上に非晶質銀膜１２を形成できる。
なお、図５〜図７を参照した上述の説明では、非晶質銀膜１２は、非晶質銀膜１２の由来となる銀層１１の上に形成されたが、本発明はこれに限定されない。非晶質銀膜１２は、銀層１１とは異なる部材上に形成してもよい。例えば、銀層１１と対向する対向部材を配置した状態で、銀層１１を加熱して対向部材上に非晶質銀膜１２を形成してもよい。
以下、図８を参照して本実施形態の接合材１０の製造方法の別の一例を説明する。なお、図８を参照した製造方法は、対向部材上に非晶質銀膜１２を形成する点を除いて図５〜図７を参照して上述した製造方法と同様であり、冗長を避けるために重複する記載を省略する。
図８（ａ）に示すように、支持部材Ｓの上に銀層１１を形成する。ここでは、銀層１１は、微細結晶、柱状晶、等軸晶または混粒構造である。例えば、銀層１１はスパッタリング処理、めっき、化学気相成長、または、蒸着によって形成される。銀層１１の厚さは、１０ｎｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、１００ｎｍ以上３０μｍ以下であることがさらに好ましい。
図８（ｂ）に示すように、銀層１１から離れた位置に銀層１１と対向するように対向部材ＣＳを配置する。例えば、対向部材ＣＳと銀層１１との間の距離は、１００ｎｍ以上２０ｃｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１０ｃｍ以下であることがさらに好ましい。
対向部材ＣＳを構成する材質は、図７を参照して上述した支持部材Ｓと同様に、銀の熱膨張率よりも小さいことが好ましい。例えば、対向部材ＣＳを構成する材質の熱膨張率に対する銀の熱膨張率の比（銀の熱膨張率／対向部材ＣＳを構成する材質の熱膨張率）は２．０以上であることが好ましい。例えば、対向部材ＣＳは金属基板である。一例として、対向部材ＣＳは、金、銅またはニッケルから構成される。なお、対向部材ＣＳは、図２を参照して上述した接合構造体１００における接合対象物１１０、１２０のうちの一方であることが好ましい。
図８（ｃ）に示すように、銀層１１を加熱して対向部材ＣＳ上に非晶質銀膜１２を形成し、接合材１０を製造する。銀層１１を加熱することにより、銀層１１から生成された非晶質銀の微粒子が対向部材ＣＳに向かって噴出し、対向部材ＣＳ上に非晶質銀膜１２が形成される。
銀層１１の加熱は、例えば、ホットプレート、加熱炉または急速加熱処理で行われる。また、銀層１１の加熱は、大気圧下、真空下、超高真空、減圧下または酸素雰囲気下で行ってもよい。
例えば、銀層１１の加熱時間は１ミリ秒以上１時間以下であることが好ましく、銀層１１の加熱時間は１分以上４５分以下であることがさらに好ましい。銀層１１の加熱時間は、図３（ｄ）および図４（ｄ）を参照して上述した積層体Ｌの加熱時間よりも短いことが好ましい。
また、例えば、銀層１１の加熱温度は２００℃以上５００℃以下である。なお、銀層１１の加熱温度は、図３（ｄ）および図４（ｄ）を参照して上述した積層体Ｌの加熱温度よりも高いことが好ましい。
このように、銀層１１を加熱すると、銀層１１から離れた対向部材ＣＳ上に非晶質銀膜１２を形成できる。非晶質銀膜１２の形成メカニズムは以下のように考えられる。以下、図９を参照して非晶質銀膜１２の形成メカニズムを説明する。
図９（ａ）に示すように、支持部材Ｓの上に銀層１１を形成する。ここでは、銀層１１は、微細結晶、柱状晶、等軸晶または混粒構造である。さらに、図９（ａ）に示すように、銀層１１から離れた位置に対向部材ＣＳを配置する。
図９（ｂ）に示すように、銀層１１を加熱して対向部材ＣＳ上に非晶質銀膜１２を形成する。例えば、銀層１１の加熱温度は２００℃以上５００℃以下である。非晶質銀膜１２は銀層１１から以下のように形成されると考えられる。
一般に、酸化銀の融点は銀の融点よりもはるかに低いため、銀層１１を加熱すると、銀層１１内において銀層１１に含まれる酸化銀が融解する。融解した液状の酸化銀は、図９（ｂ）の矢印に示すように、銀層１１内の粒界を通って表面に移動する。銀層１１の表面において酸化銀は銀および酸素に分離する。なお、酸化銀の溶解・移動によって銀層１１内の応力が緩和するため、液状の酸化銀が通過した後の経路は隣接する銀結晶によって塞がれる。
銀層１１の内部から銀層１１の表面に向かって移動する液状の酸化銀は、表面において還元され、気化される。このため、銀層１１から対向部材ＣＳに向かって気化された銀が噴出する。対向部材ＣＳに到達した銀は冷却され非晶質状態で堆積する。以上のように、銀層１１を加熱することにより、銀層１１から離れた対向部材ＣＳの上に非晶質銀膜１２を形成できる。
図５〜図９を参照して上述したように、銀層１１から非晶質銀膜１２を形成する場合、非晶質銀膜１２は、銀層１１の上または銀層１１から離れた対向部材ＣＳ上の形成できる。なお、非晶質銀膜１２の形成場所は、銀層１１を加熱する際の雰囲気および／または銀層１１の向きに応じて制御できる。
例えば、銀層１１の加熱時に銀層１１の周囲の圧力が比較的低いと、銀は、銀層１１から勢いよく噴出し、銀層１１から対向部材ＣＳに到達するまで飛行する。あるいは、銀層１１の加熱時に銀層１１の周囲の圧力が比較的高いと、銀は、銀層１１から噴出しないか、または、弱く噴出し、銀層１１の上に堆積する。
また、銀層１１の加熱時に銀層１１の加熱時に銀層１１が下方向（鉛直方向に沿って下向きの方向）に向いていると、非晶質銀は銀層１１から勢いよく噴出し、銀層１１から対向部材ＣＳに到達するまで飛行する。あるいは、銀層１１が上方向（鉛直方向に沿って上向きの方向）に向いていると、非晶質銀は、銀層１１から噴出しないか、または、弱く噴出し、銀層１１の上に堆積する。
なお、図３（ｄ）および図４（ｄ）を参照して上述した説明では、接合材１０の非晶質銀膜１２は加熱によって結晶化させたが、実際には、接合材１０において、非晶質銀膜１２を室温に長時間放置しただけで、非晶質銀膜１２の結晶化が進行してしまうことがある。このため、非晶質銀膜１２を含む接合材１０を製造した後、接合材１０を用いた接合をできるだけ早く開始することが好ましい。また、非晶質銀膜１２を形成した後に接合材１０を保管する場合は、接合材１０は室温以下の環境下で保管することが好ましい。
また、上述した説明では、加熱時に銀層１１内の酸化銀が溶解し、液体状の酸化銀が銀層１１内の結晶粒界を通過して銀層１１の表面にまで移動して気化すると記載したが、銀層１１内の酸化銀または銀の移動メカニズムはこれに限定されない。銀層１１内における酸化銀は銀層１１内の粒界を通過して銀層１１の表面上にまで気化することなく移動してもよい。いずれにしても、銀層１１が加熱されると、銀層１１の応力が緩和されて、銀層１１内部の一部の微粒子が表面に移動する。このように、非晶質銀膜１２はストレスマイグレーションに伴って形成される。
なお、一般に、ストレスマイグレーションは、欠陥（例えば、ボイドまたはクラック）を生じさせることがあり、半導体デバイス等の故障原因になることが知られている。また、銀層１１上の非晶質銀膜１２を結晶化した結晶性銀膜は一般にヒロックと呼ばれることもある。
なお、図１〜図９を参照して上述した説明では、２つの接合対象物が同一の接合材、または、一体化された１つの接合材を介して接合されたが、本発明はこれに限定されない。
以下に、図１０を参照して本実施形態に係る接合構造体２００を説明する。図１０は、本実施形態の接合構造体２００の模式図である。
接合構造体２００は、接合対象物２１０と、接合材１０Ｆと、熱応力吸収材２３０と、接合材１０Ｓと、接合対象物２２０とを備える。接合構造体２００において、接合対象物２１０、接合材１０Ｆ、熱応力吸収材２３０、接合材１０Ｓおよび接合対象物２２０はこの順番に積層している。なお、本明細書の以下の説明において、接合対象物２１０、接合対象物２２０をそれぞれ、第１接合対象物２１０、第２接合対象物２２０と記載することがある。また、本明細書の以下の説明において、接合材１０Ｆ、接合材１０Ｓをそれぞれ、第１接合材１０Ｆ、第２接合材１０Ｓと記載することがある。
第１接合材１０Ｆは、結晶性銀膜１２Ｌｆを含む。第１接合材１０Ｆは、第１接合対象物２１０および熱応力吸収材２３０と接着している。
また、第２接合材１０Ｓは、結晶性銀膜１２Ｌｓを含む。第２接合材１０Ｓは、熱応力吸収材２３０および第２接合対象物２２０と接着している。接合構造体２００では、第１接合対象物２１０および第２接合対象物２２０が第１接合材１０Ｆ、熱応力吸収材２３０、第２接合材１０Ｓを介して接合されている。
第１接合対象物２１０および第２接合対象物２２０は任意の部材であってもよい。例えば、第１接合対象物２１０および第２接合対象物２２０を構成する材質としては、上述の第１接合対象物１１０、１２０を構成する材質として上記に例示されたものが挙げられる。一例として、接合対象物２１０および／または第２接合対象物２２０は基板である。基板は、金属基板であってもよく、絶縁基板であってもよい。
第１接合対象物２１０を構成する材質の熱膨張率（線膨張率）は銀の熱膨張率よりも低いことが好ましい。同様に、第２接合対象物２２０を構成する材質の熱膨張率（線膨張率）は銀の熱膨張率よりも低いことが好ましい。
特に、接合対象物２１０、２２０を構成する材質の熱膨張率に対する銀の熱膨張率の比（銀の熱膨張率／接合対象物２１０、２２０を構成する材質の熱膨張率）は２．０以上であることが好ましい。ただし、接合対象物２１０、２２０を構成する材質の熱膨張率は、必ずしも、銀の熱膨張率よりも低くなくてもよく、接合対象物２１０、２２０は、熱膨張率の比較的高い材質から構成されてもよい。
本実施形態の接合構造体２００は、熱応力吸収材２３０を備えることにより、加熱時の熱衝撃を抑えることができ、良好な接合を実現できる。熱応力吸収材２３０を構成する材質としては、例えば、上記の接合対象物２１０、２２０を構成する材質と同様のものが挙げられる。熱応力吸収材２３０を構成する材質として、例えば、モリブデン、タングステン、ニオブ、チタン、シリコン、炭素、グラファイト、シリコンカーバイド、シリコンナイトライド、アルミニウムナイトライド、アルミナ、またはインバー合金を用いてもよい。
熱応力吸収材２３０を構成する材質の熱膨張率（線膨張率）は銀の熱膨張率（線膨張率）よりも低いことが好ましい。例えば、熱応力吸収材２３０を構成する材質の熱膨張率は０．１×１０-6以上１０．０×１０-6未満である。特に、熱応力吸収材２３０を構成する材質の熱膨張率に対する銀の熱膨張率の比（銀の熱膨張率／熱応力吸収材２３０を構成する材質の熱膨張率）は２．０以上であることが好ましい。
また、熱応力吸収材２３０の表面の少なくとも一部は金属膜で被覆されていることが好ましい。熱応力吸収材２３０を金属膜で被覆することにより、良好に接合できる。例えば、熱応力吸収材２３０の表面を銀で被覆してもよい。
本実施形態の接合構造体２００は、結晶性銀膜１２Ｌｆ、１２Ｌｓを含む接合材１０Ｆ、１０Ｓを用いて良好な接合を実現する。本実施形態では、第１接合対象物２１０および第２接合対象物２２０の大きさに関わらず、第１接合対象物２１０および第２接合対象物２２０を良好に接合できる。
以下、図１１を参照して本実施形態の接合構造体２００の製造方法を説明する。
図１１（ａ）に示すように、第１接合対象物２１０の表面に接合材１０Ｆａを形成する。接合材１０Ｆａは非晶質銀膜１２ｆａを有する。接合材１０Ｆａは、例えば、図５〜図９を参照して上述したように製造される。
図１１（ｂ）に示すように、第２接合対象物２２０の表面に接合材１０Ｓａを形成する。接合材１０Ｓａは非晶質銀膜１２ｓａを有する。接合材１０Ｓａは、例えば、図５〜図９を参照して上述したように製造される。
図１１（ｃ）に示すように、熱応力吸収材２３０の両面に接合材１０Ｆｂ、１０Ｓｂを形成する。接合材１０Ｆｂ、１０Ｓｂは非晶質銀膜１２ｆｂ、１２ｓｂを有する。接合材１０Ｆｂ、１０Ｓｂは、例えば、図５〜図９を参照して上述したように製造される。
図１１（ｄ）に示すように、第１接合対象物２１０上の接合材１０Ｆａが熱応力吸収材２３０上の接合材１０Ｆｂと接触するように第１接合対象物２１０に熱応力吸収材２３０を積層させ、また、熱応力吸収材２３０上の接合材１０Ｓｂが第２接合対象物２２０上の接合材１０Ｓａと接触するように熱応力吸収材２３０に第１接合対象物２１０を積層させる。以上のようにして、第１接合対象物２１０、接合材１０Ｆａ、１０Ｆｂ、熱応力吸収材２３０、接合材１０Ｓｂ、１０Ｓａおよび第２接合対象物２２０が積層した積層体Ｌを作製する。
次に、図１１（ｅ）に示すように、積層体Ｌを加熱して接合構造体２００を作製する。積層体Ｌの加熱により、接合材１０Ｆａ、１０Ｆｂの非晶質銀膜１２ｆａ、１２ｆｂから結晶性銀膜１２Ｌｆを形成し、接合材１０Ｓａ、１０Ｓｂの非晶質銀膜１２ｓａ、１２ｓｂから結晶性銀膜１２Ｌｓを形成する。
積層体Ｌを加熱すると、非晶質銀膜１２ｆａ、１２ｆｂの結晶化が進行して非晶質銀膜１２ｆａ、１２ｆｂの界面が消失し非晶質銀膜１２ｆａ、１２ｆｂから結晶性銀膜１２Ｌｆが形成される。接合材１０Ｆａ、１０Ｆｂの非晶質銀膜１２ｆａ、１２ｆｂが結晶性銀膜１２Ｌｆに変化すると、接合材１０Ｆａ、１０Ｆｂが一体化して接合材１０Ｆが形成される。なお、加熱後の接合材１０Ｆにおいて、接合材１０Ｆａ、１０Ｆｂに由来する２つの層の界面は、明確に特定可能であってもよく、あるいは、特定可能でなくてもよい。
同様に、積層体Ｌを加熱すると、非晶質銀膜１２ｓａ、１２ｓｂの結晶化が進行して非晶質銀膜１２ｓａ、１２ｓｂの界面が消失し非晶質銀膜１２ｓａ、１２ｓｂから結晶性銀膜１２Ｌｓが形成される。接合材１０Ｓａ、１０Ｓｂの非晶質銀膜１２ｓａ、１２ｓｂが結晶性銀膜１２Ｌｓに変化すると、接合材１０Ｓａ、１０Ｓｂが一体化して接合材１０Ｓが形成される。なお、加熱後の接合材１０Ｓにおいて、接合材１０Ｓａ、１０Ｓｂに由来する２つの層の界面は、明確に特定可能であってもよく、あるいは、特定可能でなくてもよい。以上により、接合構造体２００が作製される。
なお、積層体Ｌの加熱は、例えば、ホットプレート、加熱炉または急速加熱処理で行われる。積層体Ｌを加熱するための加熱温度は、１００℃以上４００℃以下であることが好ましく、１５０℃以上３００℃以下であることがさらに好ましい。また、積層体Ｌの加熱は、大気圧中で行われてもよいし、真空中で行われてもよい。あるいは、積層体Ｌの加熱は、不活性ガスまたは還元ガス（例えば、アルゴン、窒素、水素またはギ酸ガス）雰囲気で行われてもよい。
なお、図３および図４を参照して上述したのと同様に、接合構造体２００においても、第１接合対象物２１０と非晶質銀膜１２ｆａとの間、非晶質銀膜１２ｆｂと熱応力吸収材２３０との間、熱応力吸収材２３０と非晶質銀膜１２ｓｂとの間、および／または、非晶質銀膜１２ｓａと第２接合対象物２２０との間に、接着層を形成してもよい。接着層により、第１接合対象物２１０と第１接合材１０Ｆとの間の接着、第１接合材１０Ｆと熱応力吸収材２３０との間の接着、熱応力吸収材２３０と第２接合材１０Ｓとの間の接着、および／または、第２接合材１０Ｓと第２接合対象物２２０との間の接着を強固にすることができる。接着層を構成する材質は、例えばチタンまたはチタンナイトライドである。接着層の厚さは、例えば、０．０１μｍ以上０．０５μｍ以下である。
あるいは、図５〜図９を参照して上述したのと同様に、第１接合対象物２１０と非晶質銀膜１２ｆａとの間、非晶質銀膜１２ｆｂと熱応力吸収材２３０との間、熱応力吸収材２３０と非晶質銀膜１２ｓｂとの間、および／または、非晶質銀膜１２ｓａと第２接合対象物２２０との間に、銀層が設けられてもよい。
本実施形態の製造方法は、非晶質銀膜１２ｆａ、１２ｆｂ、１２ｓａ、１２ｓｂを有する接合材１０Ｆａ、１０Ｆｂ、１０Ｓａ、１０Ｓｂを利用するため、比較的低い圧力で接合を行うことができる。例えば、無加圧または１ＭＰａ以下の圧力で接合を行うことができる。
なお、図１１（ｃ）を参照したように、熱応力吸収材２３０の両面に接合材１０Ｆｂ、１０Ｓｂを形成する場合、接合材１０Ｆｂ、１０Ｓｂは、熱応力吸収材２３０の両面に同時に形成することが好ましい。接合材１０Ｆｂ、１０Ｓｂの形成は加熱条件下において行われることがあるが、接合材１０Ｆｂ、１０Ｓｂを順番に形成する場合、先に形成された接合材による接着強度が低下してしまうことがあるからである。
また、図１１を参照した上述の説明では、第１接合対象物２１０上に接合材１０Ｆａに形成し、熱応力吸収材２３０上に接合材１０Ｆｂに形成した上で、接合材１０Ｆａおよび接合材１０Ｆｂから接合材１０Ｆを形成したが、本発明はこれに限定されない。接合材１０Ｆａおよび接合材１０Ｆｂの一方のみを形成し、形成した接合材によって第１接合対象物２１０および熱応力吸収材２３０を接着してもよい。
同様に、図１１を参照した上述の説明では、第２接合対象物２２０上に接合材１０Ｓａに形成し、熱応力吸収材２３０上に接合材１０Ｓｂに形成した上で、接合材１０Ｓａおよび接合材１０Ｓｂから接合材１０Ｓを形成したが、本発明はこれに限定されない。接合材１０Ｓａおよび接合材１０Ｓｂの一方のみを形成し、形成した接合材によって熱応力吸収材２３０および第２接合対象物２２０を接着してもよい。
以下、実施例を用いて本発明の実施形態をさらに具体的に説明する。なお、本発明は実施例に何ら限定されるものではない。
（サンプル１）
シリコン基板上にスパッタリングで銀層を形成した。次に、銀層を２５０℃で５分間加熱してサンプル１を作製した。サンプル１のＳＥＭ写真を撮像した。
シリコン基板上にスパッタリングで銀層を形成した。次に、銀層を２５０℃で５分間加熱してサンプル１を作製した。サンプル１のＳＥＭ写真を撮像した。
図１２は、サンプル１を示す図であり、図１３は図１２の領域Ａを拡大した図である。図１２および図１３は、銀層１１の上に非晶質銀膜１２が形成されていることを示している。図１３の点Ｐ１〜点Ｐ４について真空下において蛍光Ｘ線分析を行った。図１３において、点Ｐ１は非晶質銀膜１２内に位置しており、点Ｐ２は銀層１１内に位置しており、点Ｐ３はサンプル１を貼り付けるために用いた接着剤内に位置しており、点Ｐ４は真空領域に位置している。蛍光Ｘ線分析において、スポットサイズは２５ｎｍに設定し、ビームを最小に絞った状態でＬｉｖｅＴｉｍｅを１００秒に設定して測定した。
図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は、図１３の点Ｐ１〜Ｐ４における蛍光Ｘ線分析結果をそれぞれ示すグラフである。図１４（ｂ）における３．０ｅＶ付近のピークは、銀層１１に銀が存在していることを示している。また、図１４（ｂ）における２．０〜２．５ｅＶ付近のピークは、銀層１１に不純物としてシリコンおよびモリブデンが存在していることを示している。
また、図１４（ａ）における３．０ｅＶ付近のピークは、非晶質銀膜１２に銀が存在していることを示している。また、図１４（ａ）における２．０〜２．５ｅＶ付近のピークは、非晶質銀膜１２にも不純物としてシリコンおよびモリブデンが存在していることを示している。以上から、非晶質銀膜１２の成分は銀層に由来していることがわかる。
なお、図１４（ｃ）に示されたスペクトルは、接着剤に不純物としてシリコンが存在している一方、銀は存在していないことを示している。同様に、図１４（ｄ）に示されたスペクトルは、真空中に不純物としてシリコンが存在している一方、銀は存在していないことを示している。
図１５（ａ）は図１３の一部を拡大した図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）の領域Ｂを拡大した図であり、図１５（ｃ）は図１５（ｂ）の一部を拡大した図である。銀層１１の厚さが約３００ｎｍであったのに対して、非晶質銀膜１２の厚さは約３０ｎｍであった。
図１５（ｂ）および図１５（ｃ）に、非晶質銀膜１２内には多数の黒い点が確認された。この黒い点は種結晶と考えられる。
以上のように、サンプル１から、銀層１１の上に非晶質銀膜１２が形成されることが分かった。
（サンプル２）
薄板上のシリコン基板を用意した。シリコン基板の外径は縦横いずれも約８ｍｍであった。次に、シリコン膜上に銀層を形成した。銀層の外径は、縦横いずれも約７ｍｍであった。
薄板上のシリコン基板を用意した。シリコン基板の外径は縦横いずれも約８ｍｍであった。次に、シリコン膜上に銀層を形成した。銀層の外径は、縦横いずれも約７ｍｍであった。
また、銅板を用意した。銅板の外径は縦横いずれも約７ｍｍであった。銅板の中央付近に２列の文字列の孔の空けることによって銅マスクを形成した。銅マスクにおいて、第１列の文字は「ＩＳＩＲ」であり、第２列の文字は「ＮＣＫＵ」であった。１つの文字の長さは縦約６００μｍおよび横約３００μｍであった。
次に、銀層から離れて銀層に対向するように銅マスクを配置した。大気中において２５０℃で５分間加熱してサンプル２を作製した。次に、サンプル２の光学顕微鏡写真を撮像した。
図１６（ａ）はサンプル２を示す図である。また、図１６（ｂ）は図１６（ａ）の一部を拡大した図であり、図１６（ｃ）は図１６（ｂ）の一部を拡大した図である。
図１６（ａ）〜図１６（ｃ）において、明るい部分（白い部分）は非結晶銀膜が存在していることを示しており、暗い部分（黒い部分）は非結晶銀膜が存在していないことを示している。図１６（ａ）〜図１６（ｃ）は、銅マスクのうち、板の存在している領域に対応して非結晶銀膜が形成される一方で、孔の空いた領域に対応して非結晶銀膜が形成されなかったことを示している。
大気中下では、気化した銀は、銀層から噴出しても、板に衝突した後、大気圧の力で下方の銀層の方に戻り、銀層上に堆積したと考えられる。一方、大気中下では、気化した銀は、銀層から噴出しても、板に衝突しなければ、銀層に戻ることなく飛行したと考えられる。
以上のように、サンプル２から、大気下で銀層を加熱すると、銀層から銀が弱く噴出されることが分かった。
（サンプル３）
薄板上のシリコン基板を用意した。シリコン基板の外径は縦横いずれも約８ｍｍであった。次に、シリコン膜上に銀層を形成した。銀層の外径は、縦横いずれも約７ｍｍであった。
薄板上のシリコン基板を用意した。シリコン基板の外径は縦横いずれも約８ｍｍであった。次に、シリコン膜上に銀層を形成した。銀層の外径は、縦横いずれも約７ｍｍであった。
また、銅板を用意した。銅板の中央付近に１列の文字列の孔の空けることによって銅マスクを形成した。銅マスクにおいて、文字列は「ＮＣＫＵ」であった。１つの文字の長さは縦約６００μｍおよび横約３００μｍであった。
次に、銀層から離れて銀層に対向するように銅マスクを配置した。真空下において２５０℃で５分間加熱してサンプル３を作製した。次に、サンプル３の光学顕微鏡写真を撮像した。
図１７（ａ）はサンプル３を示す図であり、図１７（ｂ）は図１７（ａ）の囲まれた領域の拡大図である。
図１７（ａ）および図１７（ｂ）において、明るい部分（白い部分）は非結晶銀膜が存在していることを示しており、暗い部分（黒い部分）は非結晶銀膜が存在していないことを示している。図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、銅マスクのうち、板の存在している領域に対応して非結晶銀膜が形成されなかった一方で、孔の空いた領域に対応して非結晶銀膜が形成されたことを示している。
真空下では、気化した銀は、銀層から噴出して板に衝突した後でも、四方に散乱し、銀層に戻ることなく飛行したと考えられる。一方、真空下では、気化した銀は、銀層から噴出した後に銅マスクの孔の境界に衝突すると、下方の銀層の方に戻り、銀層上に堆積したと考えられる。
以上のように、サンプル３から、真空中で銀層を加熱すると、銀層から銀が強く噴出されることが分かった。
以上、図面を参照しながら本発明の実施形態および実施例を説明した。ただし、本発明は、上記の実施形態および実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。また、図面は、理解を容易にするために、必要に応じてそれぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の厚さ、長さ、個数等は、図面作成の観点から実際とは異なる場合がある。また、上記の実施形態および実施例で示す各構成要素の形状、寸法等は一例であって、特に限定されるものではなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
本発明に係る接合材は、複数の部材を接合するために好適に用いられる。
１０ 接合材
１１ 銀層
１２ 非晶質銀膜
１００ 接合構造体
１１０ 接合対象物
１２０ 接合対象物
２００ 接合構造体
２１０ 接合対象物
２２０ 接合対象物
１１ 銀層
１２ 非晶質銀膜
１００ 接合構造体
１１０ 接合対象物
１２０ 接合対象物
２００ 接合構造体
２１０ 接合対象物
２２０ 接合対象物
Claims (11)
- 非晶質銀膜と、
前記非晶質銀膜と接触する銀層とを含み、
前記非晶質銀膜の厚さは１０ｎｍ以上１μｍ以下であり、
前記非晶質銀膜中の非晶質銀の割合は５０質量％以上である、接合材。 - 前記銀層は、微細結晶、柱状晶、等軸晶または混粒構造を有している、請求項１に記載の接合材。
- 銀層を用意する工程と、
大気圧雰囲気、真空雰囲気、超高真空雰囲気、減圧雰囲気および酸素雰囲気のいずれかにおいて、２００℃以上５００℃以下の加熱温度および１ミリ秒以上１時間以下の加熱時間で前記銀層を加熱して前記銀層から非晶質銀膜を形成する工程と
を包含し、
前記非晶質銀膜を形成する工程において、前記非晶質銀膜の厚さは１０ｎｍ以上１μｍ以下であり、前記非晶質銀膜中の非晶質銀の割合は５０質量％以上である、接合材の製造方法。 - 前記銀層を用意する工程は、支持部材上に、スパッタリング処理、めっき、化学気相成長または蒸着によって前記銀層を形成する工程を含む、請求項３に記載の接合材の製造方法。
- 前記銀層を用意する工程において、前記銀層は、微細結晶、柱状晶、等軸晶または混粒構造を有している、請求項３または４に記載の接合材の製造方法。
- 前記非晶質銀膜を形成する工程において、前記非晶質銀膜は、前記銀層の上に形成される、請求項３から５のいずれかに記載の接合材の製造方法。
- 前記非晶質銀膜を形成する工程は、
前記銀層と対向する対向部材を配置する工程と、
前記対向部材を配置した状態で前記銀層を加熱して前記対向部材上に前記非晶質銀膜を形成する工程とを含む、請求項３から５のいずれかに記載の接合材の製造方法。 - 第１接合対象物および第２接合対象物を用意する工程と、
前記第１接合対象物および前記第２接合対象物のうちの少なくとも一方の接合対象物の表面に接合材を形成する工程と、
前記第１接合対象物と前記第２接合対象物との間に前記接合材が配置するように前記第１接合対象物、前記接合材および前記第２接合対象物を積層した積層体を形成する工程と、
前記積層体を加熱して前記接合材を介して前記第１接合対象物と前記第２接合対象物とを接合する工程と
を包含し、
前記接合材を形成する工程は、
銀層を用意する工程と、
大気圧雰囲気、真空雰囲気、超高真空雰囲気、減圧雰囲気および酸素雰囲気のいずれかにおいて、２００℃以上５００℃以下の加熱温度および１ミリ秒以上１時間以下の加熱時間で前記銀層を加熱して前記銀層から非晶質銀膜を形成する工程と
を含み、
前記非晶質銀膜を形成する工程において、前記非晶質銀膜の厚さは１０ｎｍ以上１μｍ以下であり、前記非晶質銀膜中の非晶質銀の割合は５０質量％以上であり、
前記第１接合対象物と前記第２接合対象物とを接合する工程は、大気圧雰囲気、真空雰囲気、不活性ガス雰囲気および還元ガス雰囲気のいずれかにおいて、１００℃以上４００℃以下の加熱温度および１５分以上５時間以下の加熱時間で前記積層体を加熱する工程を含む、接合構造体の作製方法。 - 前記非晶質銀膜を形成する工程において、前記非晶質銀膜は前記積層体を加熱する前に形成される、請求項８に記載の接合構造体の作製方法。
- 前記銀層を用意する工程は、前記少なくとも一方の接合対象物の表面に前記銀層を形成する工程を含み、
前記非晶質銀膜を形成する工程において、前記非晶質銀膜は前記銀層の上に形成される、請求項８または９に記載の接合構造体の作製方法。 - 前記銀層を用意する工程は、前記少なくとも一方の接合対象物とは異なる部材の表面に前記銀層を形成する工程を含み、
前記非晶質銀膜を形成する工程は、前記銀層から、前記少なくとも一方の接合対象物の表面に前記非晶質銀膜を形成する工程を含む、請求項８または９に記載の接合構造体の作製方法。
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