JPWO2005095040A1 - 接合方法及び接合体 - Google Patents
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Abstract
被接合部材が、表面が酸化しやすい材料や原子の拡散を起しにくい金属、或いは非金属材料の場合であっても、被接合部材同士を、例えば十分な接合強さをもって接合することによって、高温はんだを使用した接合を代替出来るようにする。金属ナノ粒子（１０）から構成された金属核の周囲を有機物（１４）で被覆して保護した複合型金属ナノ粒子を含む接合材料（３４）を用意し、被接合部材（３０）の被接合面（３０ａ）に、大気中で高温に曝されても表面が酸化しにくい性質を有する金属材料（３２）を固定し、被接合部材（３０）の被接合面（３０ａ）間に接合材料（３４）を接触・介在させつつ、金属ナノ粒子を焼結する。
Description
本発明は、接合方法及び接合体に係り、特に複合型ナノ粒子（複合型金属ナノ粒子または複合型無機金属化合物ナノ粒子）を含む接合材料を使用して、被接合部材同しを十分な接合強さをもって強固に接合することによって、例えば、高温はんだを使用した接合の代替法として用いられる接合方法及び該接合方法によって接合された接合体に関する。
半導体装置や電気・電子部品の小型化に伴い、粒径が１００ｎｍ以下の金属粒子、所謂金属ナノ粒子の半導体装置等への応用可能性が注目を集めている。具体例として、金属ナノ粒子を含む微量液体ジェットを利用したＰＤＰ電極形成や、実装分野での導電性ペーストへの応用・試作等が挙げられる。
半導体装置の実装工程に於ける各種デバイスの基板への接合や、大電力の半導体装置の電極間接合等に広く用いられるＳｎ−Ｐｂ系はんだは、環境保全の観点等から、鉛を含まないもので代替することが強く求められている。Ｓｎ−Ｐｂ系はんだのうち、通常の６０％Ｓｎ−４０％Ｐｂ等の低温はんだは、主として、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の無鉛はんだによって、これを代替する技術がほぼ確立されている。しかしながら、融点が３００℃程度のＳｎ−９５％Ｐｂ系の高温はんだは、これを代替する無鉛組成のはんだ材料開発の目途が未だ立っていないのが現状である。そこで、Ｓｎ−９５％Ｐｂ系の高温はんだを、金属ナノ粒子または無機金属化合物ナノ粒子を核とした複合型ナノ粒子（複合型金属ナノ粒子または複合型無機金属化合物ナノ粒子）を主材とする接合材料で代替し、ナノ粒子自体が持つ低温焼結性に基づく接合を行うことによって、高温はんだの使用を全廃出来れば、その利点は著しく大きなものになると考えられる。
一般的に金属ナノ粒子は、その粒径が小さくなるにしたがって、バルクの材料とは異なる性質を帯びることが知られている。これは、金属ナノ粒子の場合、１個のナノ粒子に含まれる原子のうち表面に露出しているものの割合が、バルクの場合に比べて遙かに大きいためであると考えられる。この金属ナノ粒子の代表的な性質の一つとして、焼結の起る温度がある。表１は、２０〜５０ｎｍ程度の粒径の各種金属ナノ粒子の焼結開始温度を示す（一ノ瀬昇、尾崎義洽、賀集誠一郎、「超微粒子技術入門」（１９８８．７ オーム社）参照）。
表１から明らかなように、金属ナノ粒子は、通常、工業的に用いられる粉体よりも著しく低い温度で焼結を開始することがわかる。このような金属ナノ粒子の低温焼結性を利用して、低温での部材の接合に金属ナノ粒子を応用することによって、電気部品や半導体装置等の接合材料として多用されている鉛入りはんだを代替する可能性が大きいと考えられる。
一方、金属ナノ粒子は、一般に表面の活性が著しく高いので、常温でも金属ナノ粒子同しが接近して引合い、凝集してしまう傾向を持っている。そして、金属ナノ粒子が一旦凝集を起せば、粒子は粗大化してしまうので、金属ナノ粒子としてのユニークな特性は急速に失われる。このため、金属ナノ粒子を半導体装置の微細配線形成や極細径ビアの埋込み等に応用することは、一般に困難であると考えられていた。
このため、個々の金属ナノ粒子の周囲を有機物からなる被覆で囲んで保護するようにした複合型金属ナノ粒子が開発されている。この有機物で金属ナノ粒子の表面を被覆して保護する手段としては、従来、（１）物理的手段によって、金属ナノ粒子を形成する途中で、粒子同しが衝突して凝集を起す前に、個々の粒子表面に溶剤被覆膜を形成する方法、及び（２）液相系内に溶媒、金属塩、保護剤及び還元剤などを共存させ、これを加熱することによる方法、の２つが一般に知られている。
物理的手段による金属ナノ粒子生成を経由する方法（１）では、主としてガス中で、原料金属を蒸発させる必要があり、このため生産性が低く、コストの高いプロセスにつながりやすいという欠点がある。一方、液相法（２）では、大気圧下での粒子原料の液状化を伴いながら、複合型金属ナノ粒子を形成するので、方法（１）に比べ、安価で量産性のあるプロセスを容易に構成出来る利点がある。
方法（２）を使用したものとして、例えばステアリン酸銀を原料とし、これを窒素ガス雰囲気中で２５０℃に加熱することによって複合型銀ナノ粒子を生成するようにした方法が提案されている（特開平１０−１８３２０７号公報参照）。この場合、図１に示すように、例えば平均粒径ｄ１が５ｎｍ程度の金属（銀）ナノ粒子からなる金属核１０の周りを、厚さｈ１が１．５ｎｍ程度の有機物１２で被覆した複合型金属（銀）ナノ粒子１４が生成される。この複合型銀ナノ粒子１４を有機溶媒に分散しペースト化して接合材料に用いた場合、２５０℃以上に昇温して焼成すれば有機物の被覆が脱離して銀ナノ粒子が焼結現象を起して部材の接合が可能となる。
また、金属塩とアルコール系有機物とを共存させて、アルコール系有機物の分解開始温度（例えば、１４０℃）以上の加熱を行うことによって、前述と同様に、複合型金属（銀）ナノ粒子を生成することが提案されている（国際公開第０１／７０４３５号のパンフレット参照）。この場合、図１において、例えば、平均粒径ｄ１が７〜１０ｎｍ程度の金属（銀）ナノ粒子からなる金属核１０の周りを、厚さｈ１が１．５ｎｍ程度の有機物１２で被覆した複合型金属（銀）ナノ粒子１４が生成される。この複合型銀ナノ粒子１４を有機溶媒に分散しペースト化して接合材料に用いた場合も、前述と同様に、２５０℃以上に昇温して焼成すれば有機物は脱離し銀ナノ粒子が焼結現象を起すことによって部材の接合が可能となる。
なお、この接合のため、必要に応じ圧力、振動などのエネルギーを付与することもある。
このように、複合型金属ナノ粒子を用いる接合は、例えば大気中で、たかだか３００℃程度の加熱・焼成という、極めて簡便・容易な条件で施工出来、半導体装置や電気部品の接合で従来多用される、はんだによる接合を不要に出来る可能性があるので、将来有望な方法として注目される。特に、前述のように、環境保全等の観点から、鉛不使用のはんだ開発の必要性が強く叫ばれているにも拘らず、現用高温はんだに替る無鉛はんだ開発の目途が全く立っていない状況にあっては、半導体装置の製造工程のうち、５％Ｓｎ−９５％Ｐｂの組成からなる高温はんだを用いて接合を行う部分で、複合型金属ナノ粒子を用いた接合を適用することの有用性が大きい。
半導体装置の実装工程に於ける各種デバイスの基板への接合や、大電力の半導体装置の電極間接合等に広く用いられるＳｎ−Ｐｂ系はんだは、環境保全の観点等から、鉛を含まないもので代替することが強く求められている。Ｓｎ−Ｐｂ系はんだのうち、通常の６０％Ｓｎ−４０％Ｐｂ等の低温はんだは、主として、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の無鉛はんだによって、これを代替する技術がほぼ確立されている。しかしながら、融点が３００℃程度のＳｎ−９５％Ｐｂ系の高温はんだは、これを代替する無鉛組成のはんだ材料開発の目途が未だ立っていないのが現状である。そこで、Ｓｎ−９５％Ｐｂ系の高温はんだを、金属ナノ粒子または無機金属化合物ナノ粒子を核とした複合型ナノ粒子（複合型金属ナノ粒子または複合型無機金属化合物ナノ粒子）を主材とする接合材料で代替し、ナノ粒子自体が持つ低温焼結性に基づく接合を行うことによって、高温はんだの使用を全廃出来れば、その利点は著しく大きなものになると考えられる。
一般的に金属ナノ粒子は、その粒径が小さくなるにしたがって、バルクの材料とは異なる性質を帯びることが知られている。これは、金属ナノ粒子の場合、１個のナノ粒子に含まれる原子のうち表面に露出しているものの割合が、バルクの場合に比べて遙かに大きいためであると考えられる。この金属ナノ粒子の代表的な性質の一つとして、焼結の起る温度がある。表１は、２０〜５０ｎｍ程度の粒径の各種金属ナノ粒子の焼結開始温度を示す（一ノ瀬昇、尾崎義洽、賀集誠一郎、「超微粒子技術入門」（１９８８．７ オーム社）参照）。
一方、金属ナノ粒子は、一般に表面の活性が著しく高いので、常温でも金属ナノ粒子同しが接近して引合い、凝集してしまう傾向を持っている。そして、金属ナノ粒子が一旦凝集を起せば、粒子は粗大化してしまうので、金属ナノ粒子としてのユニークな特性は急速に失われる。このため、金属ナノ粒子を半導体装置の微細配線形成や極細径ビアの埋込み等に応用することは、一般に困難であると考えられていた。
このため、個々の金属ナノ粒子の周囲を有機物からなる被覆で囲んで保護するようにした複合型金属ナノ粒子が開発されている。この有機物で金属ナノ粒子の表面を被覆して保護する手段としては、従来、（１）物理的手段によって、金属ナノ粒子を形成する途中で、粒子同しが衝突して凝集を起す前に、個々の粒子表面に溶剤被覆膜を形成する方法、及び（２）液相系内に溶媒、金属塩、保護剤及び還元剤などを共存させ、これを加熱することによる方法、の２つが一般に知られている。
物理的手段による金属ナノ粒子生成を経由する方法（１）では、主としてガス中で、原料金属を蒸発させる必要があり、このため生産性が低く、コストの高いプロセスにつながりやすいという欠点がある。一方、液相法（２）では、大気圧下での粒子原料の液状化を伴いながら、複合型金属ナノ粒子を形成するので、方法（１）に比べ、安価で量産性のあるプロセスを容易に構成出来る利点がある。
方法（２）を使用したものとして、例えばステアリン酸銀を原料とし、これを窒素ガス雰囲気中で２５０℃に加熱することによって複合型銀ナノ粒子を生成するようにした方法が提案されている（特開平１０−１８３２０７号公報参照）。この場合、図１に示すように、例えば平均粒径ｄ１が５ｎｍ程度の金属（銀）ナノ粒子からなる金属核１０の周りを、厚さｈ１が１．５ｎｍ程度の有機物１２で被覆した複合型金属（銀）ナノ粒子１４が生成される。この複合型銀ナノ粒子１４を有機溶媒に分散しペースト化して接合材料に用いた場合、２５０℃以上に昇温して焼成すれば有機物の被覆が脱離して銀ナノ粒子が焼結現象を起して部材の接合が可能となる。
また、金属塩とアルコール系有機物とを共存させて、アルコール系有機物の分解開始温度（例えば、１４０℃）以上の加熱を行うことによって、前述と同様に、複合型金属（銀）ナノ粒子を生成することが提案されている（国際公開第０１／７０４３５号のパンフレット参照）。この場合、図１において、例えば、平均粒径ｄ１が７〜１０ｎｍ程度の金属（銀）ナノ粒子からなる金属核１０の周りを、厚さｈ１が１．５ｎｍ程度の有機物１２で被覆した複合型金属（銀）ナノ粒子１４が生成される。この複合型銀ナノ粒子１４を有機溶媒に分散しペースト化して接合材料に用いた場合も、前述と同様に、２５０℃以上に昇温して焼成すれば有機物は脱離し銀ナノ粒子が焼結現象を起すことによって部材の接合が可能となる。
なお、この接合のため、必要に応じ圧力、振動などのエネルギーを付与することもある。
このように、複合型金属ナノ粒子を用いる接合は、例えば大気中で、たかだか３００℃程度の加熱・焼成という、極めて簡便・容易な条件で施工出来、半導体装置や電気部品の接合で従来多用される、はんだによる接合を不要に出来る可能性があるので、将来有望な方法として注目される。特に、前述のように、環境保全等の観点から、鉛不使用のはんだ開発の必要性が強く叫ばれているにも拘らず、現用高温はんだに替る無鉛はんだ開発の目途が全く立っていない状況にあっては、半導体装置の製造工程のうち、５％Ｓｎ−９５％Ｐｂの組成からなる高温はんだを用いて接合を行う部分で、複合型金属ナノ粒子を用いた接合を適用することの有用性が大きい。
一般に、接合を有効に行うためには、接合界面付近での原子の拡散を起すことが必須であると考えられる。しかしながら、前述の複合型金属（銀）ナノ粒子を含む接合材料を用い、加熱・焼成して被接合部材を接合した場合、被接合部材の材質によっては、被接合部材の被接合面に生じる不都合な酸化が障害となって、必要な接合強さが得られず、接合後の長期的信頼性が損なわれるという問題がある。また、被接合部材の材料が原子の拡散を起しにくい金属、或いはセラミックやプラスチックのような非金属材料の場合では、接合が非常に困難となる。
例えば、図２に示すように、共にアルミニウム製、チタン製及びニッケル製の円柱状の被接合部材（試料）２０，２０をそれぞれ用意し、この被接合部材２０，２０同しを、端面（被接合面）間に接触・介在させた接合材料に含まれる複合型金属ナノ粒子の金属ナノ粒子を焼結した接合部（焼結金属層）２２で接合した場合のせん断接合強さは、図３に示すようになる。この接合にあたっては、複合型金属ナノ粒子の金属種として銀を用い、被接合部材２０，２０を５ＭＰａで加圧しながら、作為的に酸化を起しやすい加熱温度として３００℃で保持時間５ｍｉｎの条件で接合材料を加熱・焼成して接合を行っている。
図３から、アルミニウム（Ａｌ）同しの接合にあっては０．５ＭＰａ程度、チタン（Ｔｉ）同しの接合にあっては３．５ＭＰａ程度、ニッケル（Ｎｉ）同しの接合にあっては１６ＭＰａ程度と極めて低いせん断接合強さしか得られていないことが判る。これは、電子部品の接合で用いる高温はんだ接合による基準強度の目安である１８ＭＰａを下回るレベルであり、高温はんだの代替として用いるには適さない。
このように、低いせん断接合強さを呈する機構は、被接合部材の材料として用いたＡｌ、Ｔｉ及びＮｉの表面が酸化しやすいことに起因している。
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、被接合部材が、例えばＡｌやＮｉ等の表面が酸化しやすい材料や原子の拡散を起しにくい金属、或いはセラミックやプラスチックのような非金属材料の場合であっても、被接合部材同しを十分な接合強さをもって強固に接合することによって、例えば高温はんだを使用した接合を代替することが出来るようにした接合方法及び該接合方法で接合した接合体を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の接合方法は、主として金属ナノ粒子から構成された金属核の周囲を有機物で被覆して保護した複合型金属ナノ粒子を含む接合材料を用意し、被接合部材の被接合面に、大気中で高温に曝されても表面が酸化しにくい性質を有する金属材料を固定し、被接合部材の被接合面間に前記接合材料を接触・介在させつつ、前記金属ナノ粒子を焼結する。
このように、被接合部材の被接合面に、大気中で高温に曝されても表面が酸化しにくい性質を有する金属材料を固定することによって、接合時の周囲雰囲気（大気中・高温）によって、被接合部材の被接合面が酸化することを防止し、接合界面での原子の活発な拡散を確保して、被接合部材同しを十分な接合強さで強固に接合することが出来る。
前記金属材料を、被接合部材の被接合面に層状に固定することが好ましい。
このように、金属材料を被接合部材の被接合面に層状に薄く固定することによって、接合後のマクロ的な形態やサイズを、該金属材料が介在しない場合と同様にすることが出来る。
被接合部材の被接合面に固定する前記金属材料の膜厚は、１原子層厚さ以上で１０μｍ未満の範囲内にあることが好ましい。
金属材料の膜厚は、原理的には、最低１原子層分あれば十分である。これは、該金属材料が被接合部材の被接合面に十分な強度で固定されていれば、接合強さは、金属材料の厚さには関係しないことがわかっていることによる。一方、金属材料の膜厚を１０μｍにも厚くすることは、金属材料の成膜等の工程に要する時間の無意味な増大を意味するのみで、それによる特性の改善効果は見られず、費用の上昇と工程所要時間の浪費という弊害を招く。したがって、金属材料の膜厚は、１原子層厚さ以上で１０μｍ未満の範囲内とするのが良い。
前記金属材料を、被接合部材の被接合面に成膜して皮膜状に固定することが好ましい。
例えば、常法による成膜を行うことによって、該金属材料を被接合部材の被接合面に十分薄く成膜（固定）することが出来る。
前記金属材料の成膜は、例えば乾式成膜法によって行われる。
乾式成膜法としては、例えば真空蒸着、スパッタリング成膜、イオンプレーティング、イオンビーム成膜及び化学気相蒸着が挙げられる。乾式成膜法を用いることによって、所望の厚さの皮膜を精度良く、しかも強い密着力で形成出来る。
前記金属材料の成膜を、湿式成膜法によって行うこともできる。
湿式成膜法としては、例えば電解めっき及び無電解めっきが挙げられる。湿式成膜法は、真空槽やラジカル源等のような煩雑で高価な装置や機構が一般に不要であって、元来安価に成膜出来る利点を持っている。
前記金属材料は、貴金属または貴金属の合金からなることが好ましい。
貴金属は、大気中で高温に曝されても酸化膜を生じることが無いか、または酸化膜の形成量が非常に少ない材料なので、後工程の接合にとって好適な性質を有している。
前記貴金属は、例えば金、銀及び白金族の元素のうちの少なくとも１つ以上からなる。
白金族の元素としては、ルテニウム（Ｒｕ），ロジウム（Ｒｈ），パラジウム（Ｐｄ），オスミウム（Ｏｓ），イリジウム（Ｉｒ）及び白金（Ｐｔ）が挙げられる。これらの貴金属は、いずれも大気中で高温に曝されても、酸化を起さないか、または酸化の度合が非常に少ない。
本発明の他の接合方法は、無機金属化合物を含む物質からなる中心部の周囲を有機物で被覆して保護した複合型無機金属化合物ナノ粒子を含む接合材料を用意し、被接合部材の被接合面に、大気中で高温に曝されても表面が酸化しにくい性質を有する金属材料を固定し、被接合部材の被接合面間に前記接合材料を接触・介在させつつ、前記複合型無機金属化合物ナノ粒子に含まれる金属成分を焼成する。
無機金属化合物を含む物質からなる中心部の周囲を有機物で被覆して保護した複合型無機金属化合物ナノ粒子は、金属塩とアルコール系有機物とを共存させつつ、比較的低温（〜１２０℃）で所定時間加熱することによって生成される。例えば炭酸銀とミリスチルアルコールとを７０℃以上、１４０℃未満の温度で所定時間、例えば１２０℃の温度で２ｈ加熱・保持することで、炭酸銀を含む物質からなる中心部の周囲を有機物で被覆した複合型炭酸銀ナノ粒子を生成することができる。
この場合、図４に示すように、金属成分（金属核）５４と該金属成分５４の周囲を包囲する無機金属化合物５６からなり、例えば平均粒径ｄ２が８〜１５ｎｍ程度の中心部５２の周りを有機物５８で被覆した複合型無機金属化合物ナノ粒子５０、図５に示すように、金属成分６４と無機金属化合物６６の混合物からなり、例えば平均粒径ｄ３が８〜１５ｎｍ程度の中心部６２の周りを有機物６８で被覆した複合型無機金属化合物ナノ粒子６０、または図６に示すように、無機金属化合物７６と該無機金属化合物７６の周囲を包囲する金属成分７４からなり、例えば平均粒径ｄ４が８〜１５ｎｍ程度の中心部７２の周りを有機物７８で被覆した複合型無機金属化合物ナノ粒子７０が生成される。
この複合型無機金属化合物ナノ粒子を有機溶媒に分散し、ペースト化して接合材料に用いた場合も、２００℃以上に昇温すれば、有機物は脱離し、同時に、無機金属化合物は急速に分解して金属に還元する。この還元によって生じた金属部分は焼結現象を起し、これによって部材の接合が可能となる。
本発明の接合体は、大気中で高温に曝されても表面が酸化しにくい性質を有する金属材料を被接合面に層状に固定した被接合部材同しを、該被接合部材の被接合面間に接触・介在させた接合材料に含まれる複合型金属ナノ粒子の金属ナノ粒子を焼結した焼結金属層で接合されている。
前述のように、金属材料を被接合部材の被接合面に固定することで、焼結金属層を介して、被接合部材同しを強固に接合することが出来る。
本発明の他の接合体は、大気中で高温に曝されても表面が酸化しにくい性質を有する金属材料を被接合面に層状に固定した被接合部材同しを、該被接合部材の被接合面間に接触・介在させた接合材料に含まれる複合型無機金属化合物ナノ粒子の金属成分を焼結した焼結金属層で接合されている。
例えば、図２に示すように、共にアルミニウム製、チタン製及びニッケル製の円柱状の被接合部材（試料）２０，２０をそれぞれ用意し、この被接合部材２０，２０同しを、端面（被接合面）間に接触・介在させた接合材料に含まれる複合型金属ナノ粒子の金属ナノ粒子を焼結した接合部（焼結金属層）２２で接合した場合のせん断接合強さは、図３に示すようになる。この接合にあたっては、複合型金属ナノ粒子の金属種として銀を用い、被接合部材２０，２０を５ＭＰａで加圧しながら、作為的に酸化を起しやすい加熱温度として３００℃で保持時間５ｍｉｎの条件で接合材料を加熱・焼成して接合を行っている。
図３から、アルミニウム（Ａｌ）同しの接合にあっては０．５ＭＰａ程度、チタン（Ｔｉ）同しの接合にあっては３．５ＭＰａ程度、ニッケル（Ｎｉ）同しの接合にあっては１６ＭＰａ程度と極めて低いせん断接合強さしか得られていないことが判る。これは、電子部品の接合で用いる高温はんだ接合による基準強度の目安である１８ＭＰａを下回るレベルであり、高温はんだの代替として用いるには適さない。
このように、低いせん断接合強さを呈する機構は、被接合部材の材料として用いたＡｌ、Ｔｉ及びＮｉの表面が酸化しやすいことに起因している。
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、被接合部材が、例えばＡｌやＮｉ等の表面が酸化しやすい材料や原子の拡散を起しにくい金属、或いはセラミックやプラスチックのような非金属材料の場合であっても、被接合部材同しを十分な接合強さをもって強固に接合することによって、例えば高温はんだを使用した接合を代替することが出来るようにした接合方法及び該接合方法で接合した接合体を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の接合方法は、主として金属ナノ粒子から構成された金属核の周囲を有機物で被覆して保護した複合型金属ナノ粒子を含む接合材料を用意し、被接合部材の被接合面に、大気中で高温に曝されても表面が酸化しにくい性質を有する金属材料を固定し、被接合部材の被接合面間に前記接合材料を接触・介在させつつ、前記金属ナノ粒子を焼結する。
このように、被接合部材の被接合面に、大気中で高温に曝されても表面が酸化しにくい性質を有する金属材料を固定することによって、接合時の周囲雰囲気（大気中・高温）によって、被接合部材の被接合面が酸化することを防止し、接合界面での原子の活発な拡散を確保して、被接合部材同しを十分な接合強さで強固に接合することが出来る。
前記金属材料を、被接合部材の被接合面に層状に固定することが好ましい。
このように、金属材料を被接合部材の被接合面に層状に薄く固定することによって、接合後のマクロ的な形態やサイズを、該金属材料が介在しない場合と同様にすることが出来る。
被接合部材の被接合面に固定する前記金属材料の膜厚は、１原子層厚さ以上で１０μｍ未満の範囲内にあることが好ましい。
金属材料の膜厚は、原理的には、最低１原子層分あれば十分である。これは、該金属材料が被接合部材の被接合面に十分な強度で固定されていれば、接合強さは、金属材料の厚さには関係しないことがわかっていることによる。一方、金属材料の膜厚を１０μｍにも厚くすることは、金属材料の成膜等の工程に要する時間の無意味な増大を意味するのみで、それによる特性の改善効果は見られず、費用の上昇と工程所要時間の浪費という弊害を招く。したがって、金属材料の膜厚は、１原子層厚さ以上で１０μｍ未満の範囲内とするのが良い。
前記金属材料を、被接合部材の被接合面に成膜して皮膜状に固定することが好ましい。
例えば、常法による成膜を行うことによって、該金属材料を被接合部材の被接合面に十分薄く成膜（固定）することが出来る。
前記金属材料の成膜は、例えば乾式成膜法によって行われる。
乾式成膜法としては、例えば真空蒸着、スパッタリング成膜、イオンプレーティング、イオンビーム成膜及び化学気相蒸着が挙げられる。乾式成膜法を用いることによって、所望の厚さの皮膜を精度良く、しかも強い密着力で形成出来る。
前記金属材料の成膜を、湿式成膜法によって行うこともできる。
湿式成膜法としては、例えば電解めっき及び無電解めっきが挙げられる。湿式成膜法は、真空槽やラジカル源等のような煩雑で高価な装置や機構が一般に不要であって、元来安価に成膜出来る利点を持っている。
前記金属材料は、貴金属または貴金属の合金からなることが好ましい。
貴金属は、大気中で高温に曝されても酸化膜を生じることが無いか、または酸化膜の形成量が非常に少ない材料なので、後工程の接合にとって好適な性質を有している。
前記貴金属は、例えば金、銀及び白金族の元素のうちの少なくとも１つ以上からなる。
白金族の元素としては、ルテニウム（Ｒｕ），ロジウム（Ｒｈ），パラジウム（Ｐｄ），オスミウム（Ｏｓ），イリジウム（Ｉｒ）及び白金（Ｐｔ）が挙げられる。これらの貴金属は、いずれも大気中で高温に曝されても、酸化を起さないか、または酸化の度合が非常に少ない。
本発明の他の接合方法は、無機金属化合物を含む物質からなる中心部の周囲を有機物で被覆して保護した複合型無機金属化合物ナノ粒子を含む接合材料を用意し、被接合部材の被接合面に、大気中で高温に曝されても表面が酸化しにくい性質を有する金属材料を固定し、被接合部材の被接合面間に前記接合材料を接触・介在させつつ、前記複合型無機金属化合物ナノ粒子に含まれる金属成分を焼成する。
無機金属化合物を含む物質からなる中心部の周囲を有機物で被覆して保護した複合型無機金属化合物ナノ粒子は、金属塩とアルコール系有機物とを共存させつつ、比較的低温（〜１２０℃）で所定時間加熱することによって生成される。例えば炭酸銀とミリスチルアルコールとを７０℃以上、１４０℃未満の温度で所定時間、例えば１２０℃の温度で２ｈ加熱・保持することで、炭酸銀を含む物質からなる中心部の周囲を有機物で被覆した複合型炭酸銀ナノ粒子を生成することができる。
この場合、図４に示すように、金属成分（金属核）５４と該金属成分５４の周囲を包囲する無機金属化合物５６からなり、例えば平均粒径ｄ２が８〜１５ｎｍ程度の中心部５２の周りを有機物５８で被覆した複合型無機金属化合物ナノ粒子５０、図５に示すように、金属成分６４と無機金属化合物６６の混合物からなり、例えば平均粒径ｄ３が８〜１５ｎｍ程度の中心部６２の周りを有機物６８で被覆した複合型無機金属化合物ナノ粒子６０、または図６に示すように、無機金属化合物７６と該無機金属化合物７６の周囲を包囲する金属成分７４からなり、例えば平均粒径ｄ４が８〜１５ｎｍ程度の中心部７２の周りを有機物７８で被覆した複合型無機金属化合物ナノ粒子７０が生成される。
この複合型無機金属化合物ナノ粒子を有機溶媒に分散し、ペースト化して接合材料に用いた場合も、２００℃以上に昇温すれば、有機物は脱離し、同時に、無機金属化合物は急速に分解して金属に還元する。この還元によって生じた金属部分は焼結現象を起し、これによって部材の接合が可能となる。
本発明の接合体は、大気中で高温に曝されても表面が酸化しにくい性質を有する金属材料を被接合面に層状に固定した被接合部材同しを、該被接合部材の被接合面間に接触・介在させた接合材料に含まれる複合型金属ナノ粒子の金属ナノ粒子を焼結した焼結金属層で接合されている。
前述のように、金属材料を被接合部材の被接合面に固定することで、焼結金属層を介して、被接合部材同しを強固に接合することが出来る。
本発明の他の接合体は、大気中で高温に曝されても表面が酸化しにくい性質を有する金属材料を被接合面に層状に固定した被接合部材同しを、該被接合部材の被接合面間に接触・介在させた接合材料に含まれる複合型無機金属化合物ナノ粒子の金属成分を焼結した焼結金属層で接合されている。
図１は、本発明に使用される複合型金属ナノ粒子を模式的に示す図である。
図２は、各種金属材料製の被接合部材同しを直接接合した時のせん断接合強さを測定する状態を示す図である。
図３は、図２における被接合部材の材料とせん断接合強さの関係を示すグラフである。
図４は、本発明に使用される複合型無機金属化合物ナノ粒子を模式的に示す図である。
図５は、本発明に使用される他の複合型無機金属化合物ナノ粒子を模式的に示す図である。
図６は、本発明に使用される更に他の複合型無機金属化合物ナノ粒子を模式的に示す図である。
図７Ａ〜７Ｃは、本発明の実施の形態における接合方法を工程順に示す図である。
図８は、各種金属材料製の被接合部材同しを、被接合面に皮膜（金属材料）を成膜して接合した時のせん断接合強さを測定する状態を示す図である。
図９は、図８における被接合部材の材料とせん断接合強さの関係を、被接合面に皮膜（金属材料）を成膜することなく接合した時と対比して示すグラフである。
図２は、各種金属材料製の被接合部材同しを直接接合した時のせん断接合強さを測定する状態を示す図である。
図３は、図２における被接合部材の材料とせん断接合強さの関係を示すグラフである。
図４は、本発明に使用される複合型無機金属化合物ナノ粒子を模式的に示す図である。
図５は、本発明に使用される他の複合型無機金属化合物ナノ粒子を模式的に示す図である。
図６は、本発明に使用される更に他の複合型無機金属化合物ナノ粒子を模式的に示す図である。
図７Ａ〜７Ｃは、本発明の実施の形態における接合方法を工程順に示す図である。
図８は、各種金属材料製の被接合部材同しを、被接合面に皮膜（金属材料）を成膜して接合した時のせん断接合強さを測定する状態を示す図である。
図９は、図８における被接合部材の材料とせん断接合強さの関係を、被接合面に皮膜（金属材料）を成膜することなく接合した時と対比して示すグラフである。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。以下の例では、複合型金属ナノ粒子として、金属ナノ粒子が単体の銀からなる複合型銀ナノ粒子を、複合型無機化合物ナノ粒子として、中心部に炭酸銀を有する複合型炭酸銀ナノ粒子をそれぞれ使用した例を示しているが、例えば金、パラジウムまたは銅等の他の金属を有する複合型ナノ粒子（複合型金属ナノ粒子または複合型無機金属化合物ナノ粒子）を使用してもよい。
先ず、前述のようにして、図１に示す、金属（銀）ナノ粒子からなる金属核１０の周りを有機物１２で被覆した複合型金属（銀）ナノ粒子１４を生成し、この複合型銀ナノ粒子１４を、例えば、トルエン、エチレングリコール等の有機溶媒に混合、または分散してペースト化した接合材料を作製する。
または、図４（図５または図６）に示す、金属（銀）成分５４（６４または７４）と無機金属化合物（炭酸銀）５６（６６または７６）からなる中心部５２（６２または７２）の周りを有機物５８（６８または７８）で被覆した複合型無機金属化合物（炭酸銀）ナノ粒子５０（６０または７０）を生成し、この複合型無機金属化合物（炭酸銀）ナノ粒子５０（６０または７０）を、例えば、トルエン、エチレングリコール等の有機溶媒に混合、または分散してペースト化した接合材料を作製する。
このような、銀ナノ粒子からなる金属核１０の周囲を有機物１２で被覆して保護した複合型銀ナノ粒子１４や、金属成分５４（６４または７４）と炭酸銀５６（６６または７６）からなる中心部５２（６２または７２）の周りを有機物５８（６８または７８）で被覆した複合型炭酸銀ナノ粒子５０（６０または７０）は、互いに凝集することなく安定であり、例えばトルエン、エチレングリコール等の有機溶媒を付与してペースト化すると、互いに凝集することなく、安定した状態で溶媒中に均一に混ざり合う。
金属ナノ粒子の焼結開始温度は、粒径が小さくなると低下することが知られているが、その効果が現れ始めるのは１００ｎｍ以下である。２０ｎｍ以下になるとその効果が顕著となり、特に１０ｎｍ以下になると焼結開始温度が大きく低下する。したがって、利用面を考えると、複合型銀ナノ粒子１４の金属核１０の平均粒径ｄ１は、１〜２０ｎｍであるのが好ましく、５〜１５ｎｍであるのが特に好ましい。
複合型炭酸銀ナノ粒子５０（６０または７０）にあっても同様に、この中心部５２（６２または７２）の平均粒径ｄ２（ｄ３，またはｄ４）は、１〜２０ｎｍであるのが好ましく、５〜１５ｎｍであるのが特に好ましい。
例えばＮｉからなる被接合部材３０，３０の端面を互いに接合する場合にあっては、先ず図７Ａに示すように、被接合部材３０，３０の端面（被接合面）３０ａ，３０ａに、大気中で高温に曝されても表面が酸化しにくい性質を有する金属材料３２，３２を層状に固定する。このように、金属材料３２を被接合部材３０の被接合面３０ａに層状に薄く固定することによって、接合後のマクロ的な形態やサイズを、該金属材料３２が介在しない場合と同様にすることが出来る。
この金属材料３２としては、例えば、金、銀及び白金族の元素、つまりルテニウム（Ｒｕ），ロジウム（Ｒｈ），パラジウム（Ｐｄ），オスミウム（Ｏｓ），イリジウム（Ｉｒ）及び白金（Ｐｔ）の少なくとも１種以上からなる貴金属または貴金属の合金が挙げられる。これらの貴金属は、いずれも大気中で高温に曝されても、酸化を起さないか、または酸化の度合が非常に少ない。
金属材料３２の膜厚ｔは、例えば５０ｎｍであり、常法の成膜技術によって皮膜状に固定（成膜）される。この金属材料３２の膜厚ｔは、原理的には、最低１原子層分あれば十分である。これは、金属材料３２が被接合部材３０の被接合面３０ａに十分な強度で固定されていれば、下記の接合後の接合強さは、その厚さには関係しないことによる。一方、金属材料３２の膜厚ｔを１０μｍにも厚くすることは、成膜等に要する時間の無意味な増大を意味するのみで、それによる特性の改善効果は見られず、費用の上昇と工程所要時間の浪費という弊害を招く。したがって、金属材料３２の膜厚ｔは、１原子層厚さ以上で１０μｍ未満の範囲内とするのが良い。
また、例えば、常法による成膜を行うことによって、金属材料３２を被接合部材３０の被接合面３０ａに十分薄く成膜（固定）することが出来る。この金属材料３２の成膜は、例えば真空蒸着、スパッタリング成膜、イオンプレーティング、イオンビーム成膜及び化学気相蒸着等の乾式成膜法で行っても、例えば電解めっき及び無電解めっき等の湿式成膜法で行ってもよい。乾式成膜法によると膜厚精度が良く、密着性の高い膜が形成出来る。湿式成膜法は、真空槽やラジカル源等のような煩雑・高価な装置や機構が一般に不要で、元来安価に成膜出来る利点を持っており、このため、コストダウンを図る上で好ましい。
次に、図７Ｂに示すように、被接合部材３０，３０を、その端面（被接合面）３０ａ，３０ａに予め固定した金属材料３２，３２を互いに対峙させ、この金属材料３２，３２の間に、前述のようにして予め用意した、複合型ナノ粒子（複合型銀ナノ粒子１４または複合型炭酸銀ナノ粒子５０（６０または７０））を含む接合材料３４を接触・介在させる。この状態で、被接合部材３０，３０を、例えば５ＭＰａで加圧しながら、３００℃に加熱し５ｍｉｎ保持して接合材料３４を焼成する。これによって、複合型銀ナノ粒子１４の金属核（銀ナノ粒子）１０または複合型炭酸銀ナノ粒子５０（６０または７０）の金属成分（銀）を焼結して、図７Ｃに示すように、銀からなる接合部（焼結金属層）３６を介して、被接合部材３０，３０同しを接合する。
このように、被接合部材３０，３０の被接合面３０ａ，３０ａに、大気中で高温に曝されても表面が酸化しにくい性質を有する金属材料３２，３２を固定することによって、接合時の周囲雰囲気（大気中・高温）によって、被接合部材３０，３０の被接合面３０ａ，３０ａが酸化することを防止し、接合界面での原子の活発な拡散を可能として、被接合部材３０，３０同しを十分な接合強さで接合することが出来る。
なお、被接合部材がセラミックやプラスチック等のような非金属材料からなる場合、前述のように、通常接合界面での原子の拡散が妨げられるため、一般に接合性が著しく低下する。この場合でも、前述とほぼ同様に、貴金属等の酸化しにくい金属材料を被接合部材の被接合面に予め固定しておくことによって、複合型ナノ粒子（複合型金属ナノ粒子または複合型無機金属化合物ナノ粒子）を含む接合材料を用いた、十分な接合強度を有する接合を容易に行うことが出来る。
図８に示すように、共にニッケル製及び銅製の円柱状の被接合部材（試料）４０，４０をそれぞれ用意し、この被接合部材４０，４０の端面（被接合面）に銀または金からなる皮膜（金属材料）４２，４２を成膜した後、端面（被接合面）間に複合型金属ナノ粒子を含む接合材料を接触・介在させ、複合型金属ナノ粒子の金属ナノ粒子を焼結した接合部（焼結金属層）４４で被接合部材４０，４０同しを接合した場合のせん断接合強さを図９に示す。この接合にあたっては、複合型金属ナノ粒子の金属種として銀を用い、被接合部材４０，４０を５ＭＰａで加圧しながら、作為的に酸化を起しやすい条件として、３００℃で５ｍｉｎ間保持することによって接合材料を加熱・焼成して接合を行っている。
なお、図９には、共にアルミニウム製、チタン製、ニッケル製及び銅製の被接合部材（試験片）同しを、それらの被接合面（端面）に銀や金等を成膜することなく、複合型金属ナノ粒子を含む接合材料を用いて直接接合した場合のせん断接合強さを対比して示している。
図９から明らかなように、被接合部材の材料が銅の場合、本発明の実施によるせん断接合強さの改善効果は殆ど無いが、被接合部材がニッケルからなる場合、少なくとも２．５倍にせん断接合強さが増加しており、著しいせん断接合強さの改善効果を示すことが判る。これは、ニッケルは大気中の３００℃の加熱で容易に酸化を生じるが、予めＡｕやＡｇ等をニッケルの表面に成膜しておけば、金属（ニッケル）表面の有害な酸化が回避され、被接合面付近は、金属の状態を保つためである。一方、同一の加熱温度・保持時間で被接合部材の材料が銅の場合、接合にとって不都合な表面酸化を生じることが元来殆ど無いので、そのままで、高いせん断接合強さが発現している。そこで本発明の方法によって、被接合面に予めＡｇ，Ａｕ等を成膜してから接合したとしてもそれによる効果は少ない。
このことは、被接合部材の端面（被接合面）に銀または金からなる皮膜（金属材料）を成膜した後、端面（被接合面）間に複合型無機金属化合物ナノ粒子を含む接合材料を接触・介在させ、複合型無機金属化合物ナノ粒子の金属成分を焼結した接合部（焼結金属層）で被接合部材同しを接合した場合も同様である。
本発明によれば、被接合部材が、例えばＡｌやＮｉ等の表面が酸化しやすい材料や原子の拡散を起しにくい金属、或いはセラミックやプラスチックのような非金属材料の場合であっても、被接合部材の被接合面に、大気中で高温に曝されても表面が酸化しにくい性質を有する金属材料を固定し、接合時の周囲雰囲気（大気中・高温）によって、被接合部材の被接合面が酸化することを防止し、接合界面での原子の拡散を可能とすることによって、被接合部材同しを十分な接合強さで強固に接合するが出来る。これによって、例えば高温はんだを使用した接合を代替することが出来る。
先ず、前述のようにして、図１に示す、金属（銀）ナノ粒子からなる金属核１０の周りを有機物１２で被覆した複合型金属（銀）ナノ粒子１４を生成し、この複合型銀ナノ粒子１４を、例えば、トルエン、エチレングリコール等の有機溶媒に混合、または分散してペースト化した接合材料を作製する。
または、図４（図５または図６）に示す、金属（銀）成分５４（６４または７４）と無機金属化合物（炭酸銀）５６（６６または７６）からなる中心部５２（６２または７２）の周りを有機物５８（６８または７８）で被覆した複合型無機金属化合物（炭酸銀）ナノ粒子５０（６０または７０）を生成し、この複合型無機金属化合物（炭酸銀）ナノ粒子５０（６０または７０）を、例えば、トルエン、エチレングリコール等の有機溶媒に混合、または分散してペースト化した接合材料を作製する。
このような、銀ナノ粒子からなる金属核１０の周囲を有機物１２で被覆して保護した複合型銀ナノ粒子１４や、金属成分５４（６４または７４）と炭酸銀５６（６６または７６）からなる中心部５２（６２または７２）の周りを有機物５８（６８または７８）で被覆した複合型炭酸銀ナノ粒子５０（６０または７０）は、互いに凝集することなく安定であり、例えばトルエン、エチレングリコール等の有機溶媒を付与してペースト化すると、互いに凝集することなく、安定した状態で溶媒中に均一に混ざり合う。
金属ナノ粒子の焼結開始温度は、粒径が小さくなると低下することが知られているが、その効果が現れ始めるのは１００ｎｍ以下である。２０ｎｍ以下になるとその効果が顕著となり、特に１０ｎｍ以下になると焼結開始温度が大きく低下する。したがって、利用面を考えると、複合型銀ナノ粒子１４の金属核１０の平均粒径ｄ１は、１〜２０ｎｍであるのが好ましく、５〜１５ｎｍであるのが特に好ましい。
複合型炭酸銀ナノ粒子５０（６０または７０）にあっても同様に、この中心部５２（６２または７２）の平均粒径ｄ２（ｄ３，またはｄ４）は、１〜２０ｎｍであるのが好ましく、５〜１５ｎｍであるのが特に好ましい。
例えばＮｉからなる被接合部材３０，３０の端面を互いに接合する場合にあっては、先ず図７Ａに示すように、被接合部材３０，３０の端面（被接合面）３０ａ，３０ａに、大気中で高温に曝されても表面が酸化しにくい性質を有する金属材料３２，３２を層状に固定する。このように、金属材料３２を被接合部材３０の被接合面３０ａに層状に薄く固定することによって、接合後のマクロ的な形態やサイズを、該金属材料３２が介在しない場合と同様にすることが出来る。
この金属材料３２としては、例えば、金、銀及び白金族の元素、つまりルテニウム（Ｒｕ），ロジウム（Ｒｈ），パラジウム（Ｐｄ），オスミウム（Ｏｓ），イリジウム（Ｉｒ）及び白金（Ｐｔ）の少なくとも１種以上からなる貴金属または貴金属の合金が挙げられる。これらの貴金属は、いずれも大気中で高温に曝されても、酸化を起さないか、または酸化の度合が非常に少ない。
金属材料３２の膜厚ｔは、例えば５０ｎｍであり、常法の成膜技術によって皮膜状に固定（成膜）される。この金属材料３２の膜厚ｔは、原理的には、最低１原子層分あれば十分である。これは、金属材料３２が被接合部材３０の被接合面３０ａに十分な強度で固定されていれば、下記の接合後の接合強さは、その厚さには関係しないことによる。一方、金属材料３２の膜厚ｔを１０μｍにも厚くすることは、成膜等に要する時間の無意味な増大を意味するのみで、それによる特性の改善効果は見られず、費用の上昇と工程所要時間の浪費という弊害を招く。したがって、金属材料３２の膜厚ｔは、１原子層厚さ以上で１０μｍ未満の範囲内とするのが良い。
また、例えば、常法による成膜を行うことによって、金属材料３２を被接合部材３０の被接合面３０ａに十分薄く成膜（固定）することが出来る。この金属材料３２の成膜は、例えば真空蒸着、スパッタリング成膜、イオンプレーティング、イオンビーム成膜及び化学気相蒸着等の乾式成膜法で行っても、例えば電解めっき及び無電解めっき等の湿式成膜法で行ってもよい。乾式成膜法によると膜厚精度が良く、密着性の高い膜が形成出来る。湿式成膜法は、真空槽やラジカル源等のような煩雑・高価な装置や機構が一般に不要で、元来安価に成膜出来る利点を持っており、このため、コストダウンを図る上で好ましい。
次に、図７Ｂに示すように、被接合部材３０，３０を、その端面（被接合面）３０ａ，３０ａに予め固定した金属材料３２，３２を互いに対峙させ、この金属材料３２，３２の間に、前述のようにして予め用意した、複合型ナノ粒子（複合型銀ナノ粒子１４または複合型炭酸銀ナノ粒子５０（６０または７０））を含む接合材料３４を接触・介在させる。この状態で、被接合部材３０，３０を、例えば５ＭＰａで加圧しながら、３００℃に加熱し５ｍｉｎ保持して接合材料３４を焼成する。これによって、複合型銀ナノ粒子１４の金属核（銀ナノ粒子）１０または複合型炭酸銀ナノ粒子５０（６０または７０）の金属成分（銀）を焼結して、図７Ｃに示すように、銀からなる接合部（焼結金属層）３６を介して、被接合部材３０，３０同しを接合する。
このように、被接合部材３０，３０の被接合面３０ａ，３０ａに、大気中で高温に曝されても表面が酸化しにくい性質を有する金属材料３２，３２を固定することによって、接合時の周囲雰囲気（大気中・高温）によって、被接合部材３０，３０の被接合面３０ａ，３０ａが酸化することを防止し、接合界面での原子の活発な拡散を可能として、被接合部材３０，３０同しを十分な接合強さで接合することが出来る。
なお、被接合部材がセラミックやプラスチック等のような非金属材料からなる場合、前述のように、通常接合界面での原子の拡散が妨げられるため、一般に接合性が著しく低下する。この場合でも、前述とほぼ同様に、貴金属等の酸化しにくい金属材料を被接合部材の被接合面に予め固定しておくことによって、複合型ナノ粒子（複合型金属ナノ粒子または複合型無機金属化合物ナノ粒子）を含む接合材料を用いた、十分な接合強度を有する接合を容易に行うことが出来る。
図８に示すように、共にニッケル製及び銅製の円柱状の被接合部材（試料）４０，４０をそれぞれ用意し、この被接合部材４０，４０の端面（被接合面）に銀または金からなる皮膜（金属材料）４２，４２を成膜した後、端面（被接合面）間に複合型金属ナノ粒子を含む接合材料を接触・介在させ、複合型金属ナノ粒子の金属ナノ粒子を焼結した接合部（焼結金属層）４４で被接合部材４０，４０同しを接合した場合のせん断接合強さを図９に示す。この接合にあたっては、複合型金属ナノ粒子の金属種として銀を用い、被接合部材４０，４０を５ＭＰａで加圧しながら、作為的に酸化を起しやすい条件として、３００℃で５ｍｉｎ間保持することによって接合材料を加熱・焼成して接合を行っている。
なお、図９には、共にアルミニウム製、チタン製、ニッケル製及び銅製の被接合部材（試験片）同しを、それらの被接合面（端面）に銀や金等を成膜することなく、複合型金属ナノ粒子を含む接合材料を用いて直接接合した場合のせん断接合強さを対比して示している。
図９から明らかなように、被接合部材の材料が銅の場合、本発明の実施によるせん断接合強さの改善効果は殆ど無いが、被接合部材がニッケルからなる場合、少なくとも２．５倍にせん断接合強さが増加しており、著しいせん断接合強さの改善効果を示すことが判る。これは、ニッケルは大気中の３００℃の加熱で容易に酸化を生じるが、予めＡｕやＡｇ等をニッケルの表面に成膜しておけば、金属（ニッケル）表面の有害な酸化が回避され、被接合面付近は、金属の状態を保つためである。一方、同一の加熱温度・保持時間で被接合部材の材料が銅の場合、接合にとって不都合な表面酸化を生じることが元来殆ど無いので、そのままで、高いせん断接合強さが発現している。そこで本発明の方法によって、被接合面に予めＡｇ，Ａｕ等を成膜してから接合したとしてもそれによる効果は少ない。
このことは、被接合部材の端面（被接合面）に銀または金からなる皮膜（金属材料）を成膜した後、端面（被接合面）間に複合型無機金属化合物ナノ粒子を含む接合材料を接触・介在させ、複合型無機金属化合物ナノ粒子の金属成分を焼結した接合部（焼結金属層）で被接合部材同しを接合した場合も同様である。
本発明によれば、被接合部材が、例えばＡｌやＮｉ等の表面が酸化しやすい材料や原子の拡散を起しにくい金属、或いはセラミックやプラスチックのような非金属材料の場合であっても、被接合部材の被接合面に、大気中で高温に曝されても表面が酸化しにくい性質を有する金属材料を固定し、接合時の周囲雰囲気（大気中・高温）によって、被接合部材の被接合面が酸化することを防止し、接合界面での原子の拡散を可能とすることによって、被接合部材同しを十分な接合強さで強固に接合するが出来る。これによって、例えば高温はんだを使用した接合を代替することが出来る。
本発明は、複合型ナノ粒子（複合型金属ナノ粒子または複合型無機金属化合物ナノ粒子）を含む接合材料を使用して、被接合部材同しを十分な接合強さをもって強固に接合することによって、例えば、高温はんだを使用した接合の代替法として用いられる接合方法及び該接合方法によって接合された接合体に利用可能である。
Claims (24)
- 金属ナノ粒子から構成された金属核の周囲を有機物で被覆して保護した複合型金属ナノ粒子を含む接合材料を用意し、
被接合部材の被接合面に、大気中で高温に曝されても表面が酸化しにくい性質を有する金属材料を固定し、
被接合部材の被接合面間に前記接合材料を接触・介在させつつ、前記金属ナノ粒子を焼成することを特徴とする接合方法。 - 前記金属材料を、被接合部材の被接合面に層状に固定することを特徴とする請求項１記載の接合方法。
- 被接合部材の被接合面に固定する前記金属材料の膜厚は、１原子層厚さ以上で１０μｍ未満の範囲内にあることを特徴とする請求項２記載の接合方法。
- 前記金属材料を、被接合部材の被接合面に成膜して皮膜状に固定することを特徴とする請求項２記載の接合方法。
- 前記金属材料の成膜を、乾式成膜法によって行うことを特徴とする請求項４記載の接合方法。
- 前記金属材料の成膜を、湿式成膜法によって行うことを特徴とする請求項４記載の接合方法。
- 前記金属材料は、貴金属または貴金属の合金からなることを特徴とする請求項１記載の接合方法。
- 前記貴金属は、金、銀及び白金族の元素のうちの少なくとも１つ以上からなることを特徴とする請求項７記載の接合方法。
- 無機金属化合物を含む物質からなる中心部の周囲を有機物で被覆して保護した複合型無機金属化合物ナノ粒子を含む接合材料を用意し、
被接合部材の被接合面に、大気中で高温に曝されても表面が酸化しにくい性質を有する金属材料を固定し、
被接合部材の被接合面間に前記接合材料を接触・介在させつつ、前記複合型無機金属化合物ナノ粒子に含まれる金属成分を焼成することを特徴とする接合方法。 - 前記金属材料を、被接合部材の被接合面に層状に固定することを特徴とする請求項９記載の接合方法。
- 被接合部材の被接合面に固定する前記金属材料の膜厚は、１原子層厚さ以上で１０μｍ未満の範囲内にあることを特徴とする請求項１０記載の接合方法。
- 前記金属材料を、被接合部材の被接合面に成膜して皮膜状に固定することを特徴とする請求項９記載の接合方法。
- 前記金属材料の成膜を、乾式成膜法によって行うことを特徴とする請求項１２記載の接合方法。
- 前記金属材料の成膜を、湿式成膜法によって行うことを特徴とする請求項１２記載の接合方法。
- 前記金属材料は、貴金属または貴金属の合金からなることを特徴とする請求項９記載の接合方法。
- 前記貴金属は、金、銀及び白金族の元素のうちの少なくとも１つ以上からなることを特徴とする請求項１５記載の接合方法。
- 大気中で高温に曝されても表面が酸化しにくい性質を有する金属材料を被接合面に層状に固定した被接合部材同しを、該被接合部材の被接合面間に接触・介在させた接合材料に含まれる複合型金属ナノ粒子の金属ナノ粒子を焼結した焼結金属層で接合したことを特徴とする接合体。
- 被接合部材の被接合面に固定した前記金属材料の膜厚は、１原子層厚さ以上で１０μｍ未満の範囲内にあることを特徴とする請求項１７記載の接合体。
- 前記金属材料は、貴金属または貴金属の合金からなることを特徴とする請求項１７記載の接合体。
- 前記貴金属は、金、銀及び白金族の元素のうちの少なくとも１つ以上からなることを特徴とする請求項１９記載の接合体。
- 大気中で高温に曝されても表面が酸化しにくい性質を有する金属材料を被接合面に層状に固定した被接合部材同しを、該被接合部材の被接合面間に接触・介在させた接合材料に含まれる複合型無機金属化合物ナノ粒子の金属成分を焼結した焼結金属層で接合したことを特徴とする接合体。
- 被接合部材の被接合面に固定した前記金属材料の膜厚は、１原子層厚さ以上で１０μｍ未満の範囲内にあることを特徴とする請求項２１記載の接合体。
- 前記金属材料は、貴金属または貴金属の合金からなることを特徴とする請求項２１記載の接合体。
- 前記貴金属は、金、銀及び白金族の元素のうちの少なくとも１つ以上からなることを特徴とする請求項２３記載の接合体。
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