(57)【要約】接合材（１０）は、表面加工された銀表面（１１ａ、１１ｂ）を備える。
2018155633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面加工された銀表面を備える、接合材。
【請求項２】
前記銀表面には、圧縮応力が付与されている、請求項１に記載の接合材。
【請求項３】
前記銀表面において、銀の粒子の粒界が、１μｍあたりに１０個以上ある、請求項１または請求項２に記載の接合材。
【請求項４】
前記銀表面において、銀の粒子の大きさは、１μｍ以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の接合材。
【請求項５】
前記接合材の厚さが５０μｍ以上３００μｍ以下である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の接合材。
【請求項６】
前記銀表面は圧延されている、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の接合材。
【請求項７】
前記銀表面は研削されている、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の接合材。
【請求項８】
前記銀表面は、表面加工された多孔質銀シートの表面の一部である、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の接合材。
【請求項９】
銀層を用意する工程と、
前記銀層の表面を加工する加工工程と
を包含する、接合材の製造方法。
【請求項１０】
前記加工工程において、前記銀層を圧延またはプレスして前記銀層の表面を加工する、請求項９に記載の接合材の製造方法。
【請求項１１】
前記加工工程において、前記銀層の表面を研削して前記銀層の表面を加工する、請求項９に記載の接合材の製造方法。
【請求項１２】
前記加工工程において、前記銀層の表面における銀の粒子の粒界が、加工前と比べて多くなるように、前記銀層の表面を加工する、請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の接合材の製造方法。
【請求項１３】
前記銀層は、孔を有する多孔質銀シートである、請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載の接合材の製造方法。
【請求項１４】
前記加工工程において、前記銀層の表面における前記孔の数が加工前と比べて少なくなるように、前記銀層の表面を加工する、請求項１３に記載の接合材の製造方法。
【請求項１５】
第１接合対象物と第２接合対象物と接合材とを用意する工程と、
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、
前記接合材を用意する工程において、前記接合材は、表面加工された銀表面を備える、接合構造体の作製方法。
【請求項１６】
前記用意する工程において、前記接合材は、前記第１接合対象物および前記第２接合対象物と分離している、請求項１５に記載の接合構造体の作製方法。
【請求項１７】
前記用意する工程において、前記第１接合対象物と前記第２接合対象物との少なくとも一方に、前記接合材が予め形成されている、請求項１５に記載の接合構造体の作製方法。
【請求項１８】
前記接合する工程において、前記積層体を加熱する温度は、１５０℃以上３５０℃以下である、請求項１５から請求項１７のいずれか１項に記載の接合構造体の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合材、接合材の製造方法および接合構造体の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１０７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の手法では、せん断強度が小さいため、接合対象物に対して良好な接合を行うことができない。特に、大きな面積の接合対象物を接合する場合、良好な接合を行うことができない。【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、接合対象物に対して良好な接合を行うことができる接合材、接合材の製造方法および接合構造体の作製方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る接合材は、表面加工された銀表面を備える。【０００９】
ある実施形態では、前記銀表面には、圧縮応力が付与されている。【００１０】
ある実施形態では、前記銀表面において、銀の粒子の粒界が、１μｍあたりに１０個以上ある。【００１１】
ある実施形態では、前記銀表面において、銀の粒子の大きさは、１μｍ以下である。【００１２】
ある実施形態では、前記接合材の厚さが５０μｍ以上３００μｍ以下である。【００１３】
ある実施形態では、前記銀表面は圧延されている。【００１４】
ある実施形態では、前記銀表面は研削されている。【００１５】
ある実施形態では、前記銀表面は、表面加工された多孔質銀シートの表面の一部である。【００１６】
本発明に係る接合材の製造方法は、銀層を用意する工程と、前記銀層の表面を加工する加工工程とを包含する。【００１７】
ある実施形態では、前記加工工程において、前記銀層を圧延またはプレスして前記銀層の表面を加工する。【００１８】
ある実施形態では、前記加工工程において、前記銀層の表面を研削して前記銀層の表面を加工する。【００１９】
ある実施形態では、前記加工工程において、前記銀層の表面における銀の粒子の粒界が、加工前と比べて多くなるように、前記銀層の表面を加工する。【００２０】
ある実施形態では、前記銀層は、孔を有する多孔質銀シートである。【００２１】
ある実施形態では、前記加工工程において、前記銀層の表面における前記孔の数が加工前と比べて少なくなるように、前記銀層の表面を加工する。【００２２】
本発明に係る接合構造体の作製方法は、第１接合対象物と第２接合対象物と接合材とを用意する工程と、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する。前記接合材を用意する工程において、前記接合材は、表面加工された銀表面を備える。【００２３】
ある実施形態では、前記用意する工程において、前記接合材は、前記第１接合対象物および前記第２接合対象物と分離している。【００２４】
ある実施形態では、前記用意する工程において、前記第１接合対象物と前記第２接合対象物との少なくとも一方に、前記接合材が予め形成されている。【００２５】
ある実施形態では、前記接合する工程において、前記積層体を加熱する温度は、１５０℃以上３５０℃以下である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、接合対象物に対して良好な接合が行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態の接合材の模式図を示す。
【図２】本実施形態の接合構造体の模式図を示す。
【図３】（ａ）は、銀層を示す模式図である。（ｂ）は、銀層の表面のＳＥＭ写真である。（ｃ）は、本発明に係る接合材を示す模式図である。（ｄ）は、本発明に係る接合材の表面のＳＥＭ写真である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の接合構造体の作製方法を示す模式図である。
【図５】（ａ）は、第２接合対象物を示す模式図である。（ｂ）は、第１接合対象物を示す模式図である。
【図６】（ａ）は、積層体を示す模式図である。（ｂ）は、接合構造体の作製方法における接合する工程の模式図を示す。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態の接合構造体の作製方法を示す模式図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態の接合構造体の作製方法を示す模式図である。
【図９】（ａ）は、本実施形態の接合材の模式図を示す。（ｂ）および（ｃ）は、本実施形態の接合構造体の作製方法を示す模式図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は、圧延前の銀層の断面のＳＥＭ写真である。（ｃ）および（ｄ）は、圧延後の接合材の断面のＳＥＭ写真である。
【図１１】（ａ）および（ｂ）は、圧延前の銀層の断面のＳＥＭ写真である。（ｃ）および（ｄ）は、圧延後の接合材の断面のＳＥＭ写真である。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は、圧延前の銀層の断面のＳＥＭ写真である。（ｃ）および（ｄ）は、圧延後の接合材の断面のＳＥＭ写真である。
【図１３】（ａ）は、圧延前の銀層のＥＢＳＤの測定結果を示す。（ｂ）は、圧延後の接合材のＥＢＳＤの測定結果を示す。
【図１４】銀の粒子の大きさと、頻度との関係を示すグラフである。
【図１５】（ａ）〜（ｃ）は、接合材の表面のＳＥＭ写真である。
【図１６】（ａ）〜（ｃ）は、接合材の表面のＳＥＭ写真である。
【図１７】（ａ）〜（ｃ）は、接合材の表面のＳＥＭ写真である。
【図１８】接合構造体のせん断強度を示すグラフである。
【図１９】接合構造体の接合温度とせん断強度とを示すグラフである。
【図２０】接合構造体の接合圧力とせん断強度とを示すグラフである。
【図２１】接合構造体のせん断強度を示すグラフである。
【図２２】（ａ）は、銀層の表面のＳＥＭ写真である。（ａ）は、接合材を示す模式図である。
【図２３】（ａ）〜（ｃ）は、圧延後の接合材の表面のＳＥＭ写真である。
【図２４】（ａ）〜（ｃ）は、圧延後の接合材の圧延方向に直交する方向の断面のＳＥＭ写真である。
【図２５】（ａ）〜（ｃ）は、圧延後の接合材の圧延方向の断面のＳＥＭ写真である。
【図２６】接合材の表面のＳＥＭ写真である。
【図２７】加熱温度と、せん断強度との関係を示すグラフである。
【図２８】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る接合構造体の作製方法を示す模式図である。
【図２９】図２８（ａ）〜（ｄ）に対応する断面のＳＥＭ写真を示す。
【図３０】（ａ）〜（ｃ）は、接合材および接合材の界面近傍の断面のＳＥＭ写真を示す。
【図３１】（ａ）は、加熱時間とせん断強度との関係を示すグラフである。（ｂ）は、加熱温度とせん断強度との関係を示すグラフである。
【図３２】ボンディングエリアとせん断強度との関係を示すグラフである。
【図３３】（ａ）および（ｂ）は、接合材および接合材の界面近傍の断面のＳＥＭ写真である。（ｃ）および（ｄ）は、比較例の接合材および接合材の界面近傍の断面のＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図中、同一または相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【００２９】
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。
【００３０】
接合材１０は、例えば、銀から形成されている。接合材１０は、銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂを備える。銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂは、物理的に力を加えられている。詳しくは、銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂは、物理的に力を加えられることによって表面加工されている。より詳しくは、銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂは、表面加工されることによって塑性変形が行われている。銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂが表面加工されることによって、銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂには、多数の細かい粒界または結晶欠陥が形成されている。粒界は銀の粒子と銀の粒子との境界を示す。接合材１０の厚さは、例えば、１００ｎｍ以上である。接合材の厚さは、５０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、接合材の厚さは、１００μｍ以上２００μｍ以下である。
【００３１】
さらに、銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂが表面加工されることによって、銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂには、圧縮応力が付与されている。すなわち、銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂの残留応力は、負の値を示す。
【００３２】
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。
【００３３】
接合材１０と接合対象物とを接触させて加熱すると、大気中の酸素が粒界や欠陥に吸収され、銀が酸化反応で液状の酸化銀となる。液状の酸化銀は、銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂに移動し、銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂから噴き出る。さらに、銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂには、圧縮応力が付与されているため、液状の酸化銀の銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂへの移動を促進することができる。その結果、液状の酸化銀が、接合対象物の凹凸に起因する界面の空隙を埋めて一体化させ、同時に還元され金属銀へと変わり接合対象物を良好に接合する。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。
【００３４】
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。
【００３５】
接合構造体１００は、接合材１０と、第１接合対象物１１０と、第２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、第１接合対象物１１０、接合材１０および第２接合対象物１２０がこの順番に積層しており、接合材１０が、第１接合対象物１１０と第２接合対象物１２０とを接合している。ここでは、接合材１０は銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂを備える。
【００３６】
第１接合対象物１１０は任意の部材であってもよい。例えば、第１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、メタライズされた絶縁基板であってもよい。
【００３７】
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。
【００３８】
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、第２接合対象物１２０は、基板である。基板は、金属基板であってもよく、メタライズされた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、上記の第１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。銀との接合性を得るために、予め表面に銀層を形成させることが望ましい。
【００３９】
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表面に銀を形成した銅または鉄であることが好ましい。
【００４０】
本実施形態の接合構造体１００では、上述したように、液状の酸化銀が、接合対象物の凹凸に起因する界面の空隙を埋めて金属銀に変化し一体化させて第１接合対象物１１０と第２接合対象物１２０とを接合している。一般に、銀結晶内の酸化銀の溶融は、一般的な金属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と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。
【００４１】
以下、図３を参照して本発明に係る接合材１０の製造方法の一例を説明する。図３（ａ）は、銀層５を示す模式図である。図３（ｂ）は、銀層５の表面のＳＥＭ写真である。図３（ｃ）は、本発明に係る接合材１０を示す模式図である。図３（ｄ）は、本発明に係る接合材１０の表面のＳＥＭ写真である。本実施形態の接合材１０の製造方法は、用意する工程と、加工工程とを包含する。
【００４２】
まず、図３（ａ）に示すように、銀層５を用意する（用意する工程）。
【００４３】
図３（ｂ）に示すように、銀層５は、複数の銀の粒子１２から構成されている。銀の粒子１２と銀の粒子１２との境界には、粒界１４が形成されている。
【００４４】
次に、銀層５の表面に物理的に力を加えることによって銀層５の表面を加工する（加工工程）詳しくは、銀層５の表面に物理的に力を加えることによって銀層５の表面を塑性変形するように加工する。例えば、加工工程において、銀層５を圧延またはプレスして銀層５の表面に物理的に力を加えることによって銀層５の表面を加工する。あるいは、加工工程において、銀層５の表面を研削して銀層５の表面に物理的に力を加えることによって銀層５の表面を加工してもよい。銀層５の表面の研削は、例えば、機械的に研削してもよいし、人の手によって研削（研磨）してもよい。あるいは、銀層５の表面の研削は、ＦＳＷ（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｓｔｉｒ  Ｗｅｌｄｉｎｇ）によって行ってもよい。あるいは、加工工程において、銀層５の表面をショットスピーニング処理し、銀層５の表面に物理的に力を加えることによって銀層５の表面を加工してもよい。
【００４５】
図３（ｃ）に示すように、接合材１０は、複数の銀の粒子１２から構成されている。銀の粒子１２と銀の粒子１２との境界には、粒界１４が形成されている。
【００４６】
図３（ｄ）に示すように、粒界１４は、図３（ｂ）に示す加工前と比べて多くなっている。例えば、銀表面において、銀の粒子の粒界は、１μｍあたりに１０個以上ある。また、銀表面において、銀の粒子１２の大きさは、加工前と比べて小さくなっている。例えば、加工前の銀の粒子１２の大きさが、２μｍ以上１０μｍ以下であるのに対し、加工後の銀の粒子１２は、１μｍ以下である。
【００４７】
このように、接合材１０の製造方法では、加工工程において、接合材１０の表面における銀の粒子１２の粒界１４が、加工前と比べて多くなるように、銀層５の表面に物理的に力を加えることによって表面加工する。
【００４８】
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（ａ）〜図４（ｃ）は、本実施形態の接合構造体１００の作製方法を示す模式図である。接合構造体１００は、上述した接合材１０と、第１接合対象物１１０と、第２接合対象物１２０とを備えており、冗長を避けるために重複する記載を省略する。
【００４９】
図４（ａ）に示すように、第１接合対象物１１０と、第２接合対象物１２０と、接合材１０とを用意する（用意する工程）。接合材１０は薄膜状である。接合材１０は、銀表面１１ａと、銀表面１１ｂとを備える。銀表面１１ａと、銀表面１１ｂとは、物理的に力を加えられている。詳しくは、銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂは、物理的に力を加えられることによって表面加工されている。より詳しくは、銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂは、表面加工されることによって塑性変形が行われている。本実施形態では、用意する工程において、接合材１０は、第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０と分離している。したがって、銀表面１１ａと、銀表面１１ｂとは露出している。
【００５０】
図４（ｂ）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（積層体を形成する工程）。第１接合対象物１１０は接合材１０の銀表面１１ａと接触している。第２接合対象物１２０は接合材１０の銀表面１１ｂ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１０を介して積層している。
【００５１】
また、接合材１０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、接合材１０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、接合材１０と第１接合対象物１１０との間に銀層が設けられてもよい。同様に、接合材１０は、第２接合対象物１２０と別の層を介して間接的に接触してもよい。あるいは、後述するように、接合材１０と第２接合対象物１２０との間に銀層が設けられてもよい。
【００５２】
図４（ｃ）に示すように、積層体Ｌを加熱して液状の酸化銀を、銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂに移動させ、接合材１０が第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０を接合することによって、接合構造体１００を作製する（接合する工程）。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。
【００５３】
積層体Ｌを加熱するための加熱温度は、１５０℃以上３５０℃以下であることが好ましい。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。
【００５４】
積層体Ｌを加熱することにより、液状の酸化銀は、銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂに移動し、銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂから噴き出る。液状の酸化銀は、銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂに到達すると、酸化銀が還元されて銀および酸素に分離する。分離した銀が、接合対象物の凹凸に起因する界面の空隙を埋めて一体化させ、接合材１０の銀表面１１ａと第１接合対象物１１０との界面が結合する。また、接合材１０の銀表面１１ｂと第２接合対象物１２０との界面が結合する。したがって、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。
【００５５】
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、物理的に力を加えられることによって表面加工された銀表面を備える接合材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。
【００５６】
本実施形態によれば、物理的に力を加えられることによって表面加工された銀表面を備える接合材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。
【００５７】
以上、図４を参照して説明したように、接合構造体１００の作製方法によれば、接合材１０を用意する工程において、接合材１０は、物理的に力を加えられることによって表面加工された銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂを備える。したがって、銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂには、多数の細かい粒界が形成されている。このため、接合する工程において、大気中の酸素を粒界や欠陥から多く取り込むことができる。したがって、接合する工程において、液状の酸化銀の生成を促進することができる。さらに、銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂには、圧縮応力が付与されている。したがって、液状の酸化銀の銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂへの移動を促進することができる。このため、液状の酸化銀の銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂへの移動を促進することができる。その結果、第１接合対象物１１０と第２接合対象物１２０とを良好に接合することができる。
【００５８】
図５および図６を参照して、本実施形態の接合構造体１００の作製方法について、さらに説明する。図５（ａ）は、第２接合対象物１２０を示す模式図である。図５（ｂ）は、第１接合対象物１１０を示す模式図である。図６（ａ）は、積層体Ｌを示す模式図である。図６（ｂ）は、接合構造体１００の作製方法における接合する工程の模式図を示す。
【００５９】
図５（ａ）に示すように、用意する工程において、第２接合対象物１２０を用意する。第２接合対象物１２０は、シリコン基板である。シリコン基板のサイズは、縦が３ｍｍ、横が３ｍｍ、厚さが０．５ｍｍである。
【００６０】
そして、第２接合対象物１２０の表面にスパッタリングで接着層１３０Ｂを形成した。接着層１３０Ｂを構成する材質は、チタンである。接着層１３０Ｂの厚さは、１００ｎｍである。
【００６１】
そして、接着層１３０Ｂの表面に、銀層１４０Ｂを形成した。銀層１４０Ｂを構成する材質は、銀である。銀層１４０Ｂの厚さは、１μｍである。
【００６２】
図５（ｂ）に示すように、用意する工程において、第１接合対象物１１０を用意する。第１接合対象物１１０は、銅基板である。銅基板のサイズは、縦が８ｍｍ、横が１４ｍｍ、厚さが０．８ｍｍである。
【００６３】
そして、第１接合対象物１１０の表面にスパッタリングで接着層１３０Ａを形成した。接着層１３０Ａを構成する材質は、チタンである。接着層１３０Ａの厚さは、１００ｎｍである。
【００６４】
そして、接着層１３０Ａの表面に、銀層１４０Ａを形成した。銀層１４０Ａを構成する材質は、銀である。銀層１４０Ａ厚さは、１μｍである。
【００６５】
図６（ａ）に示すように、積層体Ｌを形成する工程において、図５（ｂ）に示した第１接合対象物１１０と、図５（ａ）に示した第２接合対象物１２０との間に接合材１０が配置するように、第１接合対象物１１０、接合材１０および第２接合対象物１２０を形成する。
【００６６】
接合材１０は、銀シートを圧延して製造される。圧延は、例えば、２つのローラーを回転させ、ローラーとローラーとの間に銀シートを通すことによって行われる。本実施形態では、圧延前の銀シートの厚さが０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍの銀シートを、厚さ０．１ｍｍに圧延することによって接合材１０を製造している。圧延前の銀シートの厚さが０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍの銀シートの圧下率は、それぞれ、６６％、８０％、９０％である。圧延された接合材１０を、第２接合対象物１２０よりも少し大きいサイズに切断した。
【００６７】
本実施形態では、第１接合対象物１１０の上に、２つの第２接合対象物１２０が配置される。
【００６８】
図６（ｂ）に示すように、接合する工程において、図６（ａ）に示した積層体Ｌをホットプレート２１０に載置し、積層体Ｌを加熱する。加熱温度は、１５０℃以上３５０℃以下である。また、接合する工程において、セラミックプレート２２０を介して、重り２３０で積層体Ｌを加圧している。
【００６９】
図４を参照して説明した接合構造体１００の作製方法では、用意する工程において、接合材１０は、第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０と分離していたが、用意する工程において、第１接合対象物１１０と第２接合対象物１２０との少なくとも一方に、接合材１０が予め形成されていてもよい。
【００７０】
ここで、図７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７（ａ）〜図７（ｄ）は、本実施形態の接合構造体１００の作製方法を示す模式図である。図７を参照して説明する本実施形態の作製方法は、用意する工程において、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１０を予め形成する点を除いて図４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。
【００７１】
図７（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（用意する工程）。
【００７２】
図７（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。このように、本実施形態では、用意する工程において、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１０を予め形成する。
【００７３】
接合材１０Ａにおいて、銀表面１１ｃは露出している。なお、接合材１０Ａ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、接合材１０Ａ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、接合材１０Ａと第１接合対象物１１０との間に銀層が設けられてもよい。
【００７４】
また、接合材１０Ｂにおいて、銀表面１１ｄは露出している。なお、接合材１０Ｂ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、接合材１０Ｂ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、接合材１０Ｂと第２接合対象物１２０との間に銀層が設けられてもよい。
【００７５】
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。
【００７６】
図７（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（積層体を形成する工程）。積層体Ｌでは、接合材１０Ａが接合材１０Ｂと向かい合っており、銀表面１１ｃは銀表面１１ｄ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。
【００７７】
図７（ｄ）に示すように、積層体Ｌを加熱して液状の酸化銀を、銀表面１１ｃおよび銀表面１１ｄに移動させ、接合材１０が第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０を接合することによって、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、液状の酸化銀が銀表面へ移動する。
【００７８】
液状の酸化銀が、銀表面１１ｃおよび銀表面１１ｄに移動すると、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。
【００７９】
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、１５０℃以上３５０℃以下であることが好ましい。
【００８０】
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、物理的に力を加えられることによって表面加工された銀表面を備える接合材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。
【００８１】
本実施形態によれば、物理的に力を加えられることによって表面加工された銀表面を備える接合材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。
【００８２】
なお、第１接合対象物１１０と第２接合対象物１２０との少なくとも一方に、接合材１０Ａ、１０Ｂを予め形成したうえで、第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０と分離している接合材１０Ｃを用いて接合構造体１００を作製してもよい。
【００８３】
ここで、図８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８（ａ）〜図８（ｄ）は、本実施形態の接合構造体１００の作製方法を示す模式図である。図８を参照して説明する本実施形態の作製方法は、用意する工程において、第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０の両方に接合材を予め形成したうえで、第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０と分離している接合材を用意する点を除いて図７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。
【００８４】
図８（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（用意する工程）。
【００８５】
図８（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。このように、本実施形態では、用意する工程において、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１０を予め形成する。
【００８６】
接合材１０Ａにおいて、銀表面１１ｃは露出している。なお、接合材１０Ａ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、接合材１０Ａ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、接合材１０Ａと第１接合対象物１１０との間に銀層が設けられてもよい。
【００８７】
また、接合材１０Ｂにおいて、銀表面１１ｄは露出している。なお、接合材１０Ｂ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、接合材１０Ｂ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、接合材１０Ｂと第２接合対象物１２０との間に銀層が設けられてもよい。
【００８８】
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。
【００８９】
本実施形態では、第１接合対象物１１０と、第２接合対象物１２０と、接合材１０Ａ、接合材１０Ｂとに加えて、さらに、接合材１０Ｃを用意する。接合材１０Ｃは薄膜状である。接合材１０Ｃは、銀表面１１ａと、銀表面１１ｂとを備える。本実施形態では、用意する工程において、接合材１０Ｃは、第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０と分離している。したがって、銀表面１１ａと、銀表面１１ｂとは露出している。
【００９０】
図８（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、１０Ｃ、１０Ｂを配置した積層体Ｌを形成する（積層体を形成する工程）。積層体Ｌでは、接合材１０Ａが接合材１０Ｃと向かい合っており、銀表面１１ｃは銀表面１１ａと接触している。また、積層体Ｌでは、接合材１０Ｂが接合材１０Ｃと向かい合っており、銀表面１１ｄは銀表面１１ｂ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、１０Ｃ、１０Ｂを介して積層している。
【００９１】
図８（ｄ）に示すように、積層体Ｌを加熱して液状の酸化銀を、銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂに移動させ、接合材１０が第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０を接合することによって、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、液状の酸化銀が銀表面へ移動する。
【００９２】
液状の酸化銀が、銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂに移動すると、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。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、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。
【００９３】
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、２５０℃以上３５０℃以下であることが好ましい。
【００９４】
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、物理的に力を加えられることによって表面加工された銀表面を備える接合材１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ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。
【００９５】
本実施形態によれば、物理的に力を加えられることによって表面加工された銀表面を備える接合材１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ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。
【００９６】
なお、接合材１０は、ポリマーに銀粒子が分散されていてもよい。
【００９７】
図９（ａ）〜図９（ｃ）を参照して、本発明に係る接合材１０および接合構造体１００の実施形態を説明する。図９（ａ）は、本実施形態の接合材１０の模式図を示す。図９（ｂ）および図９（ｃ）は、本実施形態の接合構造体１００の作製方法を示す模式図である。
【００９８】
まず、図９（ａ）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９（ａ）に示すように、接合材１０は、銀粒子１７とポリマー１８とを有する。詳しくは、接合材１０では、ポリマー１８に銀粒子１７が分散されている。ポリマーは、例えば、ポリビニールアルコールである。接合材１０は、銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂを備える。銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂは、物理的に力を加えられている。詳しくは、銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂは、物理的に力を加えられることによって表面加工されている。より詳しくは、銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂは、表面加工されることによって塑性変形が行われている。
【００９９】
接合材１０の全体の体積のうち銀粒子１７の体積の占める割合は３０％以上であることが好ましい。また、接合材１０の全体を構成する組成のうち、銀粒子１７の占める体積の割合は５５％以上であることが好ましい。
【０１００】
続いて、図９（ｂ）および図９（ｃ）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。
【０１０１】
まず、図９（ｂ）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１接合対象物１１０は接合材１０の銀表面１１ａと接触している。第２接合対象物１２０は接合材１０の銀表面１１ｂ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１０を介して積層している。
【０１０２】
図９（ｃ）に示すように、接合材１０のポリマー１８を溶かすことによって、接合材１０からポリマー１８を取り除く。例えば、温水を用いてポリマー１８を溶かすことによって、接合材１０からポリマー１８を取り除くことができる。そして、層体Ｌを加熱して液状の酸化銀を、銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂに移動させ、接合材１０が第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０を接合することによって、接合構造体１００を作製する。
【０１０３】
図１０〜図１２を参照して、接合材１０の加工組織について説明する。図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、圧延前の銀層５の断面のＳＥＭ写真である。図１０（ｃ）、図１０（ｄ）、図１１（ｃ）、図１１（ｄ）、図１２（ｃ）および図１２（ｄ）は、圧延後の接合材１０の断面のＳＥＭ写真である。図１０（ａ）図１０（ｂ）、図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１２（ａ）および図１２（ｂ）のスケールは、５０μｍである。図１０（ｃ）、図１０（ｄ）、図１１（ｃ）、図１１（ｄ）、図１２（ｃ）および図１２（ｄ）のスケールは、２μｍである。
【０１０４】
図１０（ａ）は、圧延前の銀層５の厚さが１ｍｍの銀層５の断面のＳＥＭ写真である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示した銀層５を４００℃で１時間アニールした銀層５の断面のＳＥＭ写真である。図１０（ｃ）は、図１０（ｂ）に示した銀層５を０．１ｍｍに圧延した接合材１０の圧延方向と直交する方向（ＴＤ（ｔｒａｎｖｅｒｓｅ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ））の断面のＳＥＭ写真である。図１０（ｄ）は、図１０（ｂ）に示した銀層５を０．１ｍｍに圧延した接合材１０の圧延方向（ＲＤ（ｒｏｌｌｉｎｇ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ））の断面のＳＥＭ写真である。
【０１０５】
図１１（ａ）は、圧延前の銀層５の厚さが０．５ｍｍの銀層５の断面のＳＥＭ写真である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示した銀層５を４００℃で１時間アニールした銀層５の断面のＳＥＭ写真である。図１１（ｃ）は、図１１（ｂ）に示した銀層５を０．１ｍｍに圧延した接合材１０の圧延方向と直交する方向（ＴＤ）の断面のＳＥＭ写真である。図１１（ｄ）は、図１１（ｂ）に示した銀層５を０．１ｍｍに圧延した接合材１０の圧延方向（ＲＤ）の断面のＳＥＭ写真である。
【０１０６】
図１２（ａ）は、圧延前の銀層５の厚さが０．３ｍｍの銀層５の断面のＳＥＭ写真である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示した銀層５を４００℃で１時間アニールした銀層５の断面のＳＥＭ写真である。図１２（ｃ）は、図１２（ｂ）に示した銀層５を０．１ｍｍに圧延した接合材１０の圧延方向と直交する方向（ＴＤ）の断面のＳＥＭ写真である。図１２（ｄ）は、図１２（ｂ）に示した銀層５を０．１ｍｍに圧延した接合材１０の圧延方向（ＲＤ）の断面のＳＥＭ写真である。
【０１０７】
図１０（ｂ）に示すように、圧延前の銀層５の銀の粒子１２の大きさは、大きな結晶粒となっている。圧延前の銀層５の銀の粒子１２の大きさは、１０μｍ以上である。
【０１０８】
一方、図１０（ｃ）および図１０（ｄ）に示すように、圧延後の接合材１０の銀の粒子１２の大きさは、圧延前の銀層５の銀の粒子１２の大きさに比べて非常に細かな結晶粒となっている。圧延後の接合材１０の銀の粒子１２の大きさは、数１０ｎｍである。
【０１０９】
また、図１０（ｃ）および図１０（ｄ）に示すように、圧延後の接合材１０の粒界１４は、圧延前の銀層５の粒界１４（図１０（ｂ））よりも多くなっている。圧延後の接合材１０の粒界１４は、１μｍあたりに１０個以上ある。
【０１１０】
また、圧延前の銀層５の厚さが０．５ｍｍの場合も同様に、図１１（ｃ）および図１１（ｄ）に示すように、圧延後の接合材１０の銀の粒子１２の大きさは、圧延前の銀層５の銀の粒子１２の大きさに比べて非常に細かな結晶粒となっている。また、圧延後の接合材１０の粒界１４は、圧延前の銀層５の粒界１４（図１１（ｂ））よりも多くなっている。
【０１１１】
また、圧延前の銀層５の厚さが０．３ｍｍの場合も同様に、図１２（ｃ）および図１２（ｄ）に示すように、圧延後の接合材１０の銀の粒子１２の大きさは、圧延前の銀層５の銀の粒子１２の大きさに比べて非常に細かな結晶粒となっている。また、圧延後の接合材１０の粒界１４は、圧延前の銀層５の粒界１４（図１２（ｂ））よりも多くなっている。
【０１１２】
図１３および図１４を参照して、圧延前後での結晶粒の分布について説明する。図１３（ａ）は、圧延前の銀層５のＥＢＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂａｃｋ−Ｓｃａｔｔｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：電子後方散乱回折）の測定結果を示す。図１３（ｂ）は、圧延後の接合材１０のＥＢＳＤの測定結果を示す。図１３（ａ）および図１３（ｂ）のスケールは、５μｍである。図１３（ｂ）において、ＲＤは、圧延方向（ｒｏｌｌｉｎｇ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）を示し、ＮＤは、圧延方向と直交する方向（Ｎｏｒｍａｌ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）を示す。図１４は、銀の粒子１２の大きさと、頻度との関係を示すグラフである。図１４において、横軸は銀の粒子の大きさを示し、縦軸は頻度を示す。
【０１１３】
図１３（ａ）に示すように、圧延前の銀層５の銀の粒子１２の大きさは、大きな結晶粒となっている。
【０１１４】
一方、図１３（ｂ）に示すように、圧延後の接合材１０の銀の粒子１２の大きさは、圧延前の銀層５の銀の粒子１２の大きさに比べて非常に細かな結晶粒となっている。
【０１１５】
また、図１４に示すように、圧延後の接合材１０の銀の粒子１２の大きさは、圧延前の銀層５の銀の粒子１２の大きさに比べて非常に細かな結晶粒の割合が多いことが確認できる。また、銀の粒子１２の平均粒径は、１μｍ以下であることが確認できる。
【０１１６】
以上、図１０〜図１２を参照して説明したように、圧延後の接合材１０の粒界１４は、圧延前の銀層５の粒界１４よりも多くなっている。このため、接合する工程において、大気中の酸素を粒界や欠陥から多く取り込むことができる。したがって、接合する工程において、液状の酸化銀の生成を促進することができる。その結果、第１接合対象物１１０と第２接合対象物１２０とを良好に接合することができる。
【０１１７】
図１５〜図１７を参照して、ヒロックの形成について説明する。図１５（ａ）〜図１５（ｃ）、図１６（ａ）〜図１６（ｃ）および図１７（ａ）〜図１７（ｃ）は、接合材１０の表面のＳＥＭ写真である。図１５（ａ）〜図１５（ｃ）は、圧延前の銀層５の厚さが１ｍｍの場合の、接合材１０の表面のＳＥＭ写真である。図１６（ａ）〜図１６（ｃ）は、圧延前の銀層５の厚さが０．５ｍｍの場合の、接合材１０の表面のＳＥＭ写真である。図１７（ａ）〜図１７（ｃ）は、圧延前の銀層５の厚さが０．３ｍｍの場合の、接合材１０の表面のＳＥＭ写真である。図１５（ａ）、図１６（ａ）および図１７（ａ）に示す接合材１０は加熱温度が２５０℃であり、図１５（ｂ）、図１６（ｂ）および図１７（ｂ）に示す接合材１０は加熱温度が３００℃であり、図１５（ｃ）、図１６（ｃ）および図１７（ｃ）に示す接合材１０は加熱温度が３５０℃である。
【０１１８】
図１５（ａ）〜図１５（ｃ）に示すように、接合材１０が加熱されると、液状の酸化銀は、銀表面に移動し、銀表面から噴き出る。液状の酸化銀は、銀表面に到達すると、酸化銀が還元されて銀１６および酸素に分離する。銀表面に噴き出した銀１６は、一般にヒロックと呼ばれる。加熱温度が２５０℃、３００℃および３５０℃のいずれの場合にも、銀表面から、多数の銀１６が噴き出していることが確認できる。
【０１１９】
また、圧延前の銀層５の厚さが０．５ｍｍの場合も同様に、図１６（ａ）〜図１６（ｃ）に示すように、加熱温度が２５０℃、３００℃および３５０℃のいずれの場合にも、銀表面から、多数の銀１６が噴き出していることが確認できる。
【０１２０】
また、圧延前の銀層５の厚さが０．３ｍｍの場合も同様に、図１７（ａ）〜図１７（ｃ）に示すように、加熱温度が２５０℃、３００℃および３５０℃のいずれの場合にも、銀表面から、多数の銀１６が噴き出していることが確認できる。
【０１２１】
以上、図１５〜図１７を参照して説明したように、接合材１０を加熱することによって、銀表面から、多数の銀１６が噴き出す。したがって、第１接合対象物１１０と第２接合対象物１２０とを良好に接合することができる。
【０１２２】
また、銀シートの圧延前および圧延後の残留応力をパルステック工業株式会社製の残留応力測定装置（μ−Ｘ３６０ｎ）を用いて測定した。その結果、圧延前の厚さ１．０ｍｍの銀シートの残留応力が１４ＭＰａであるのに対し、厚さ０．１ｍｍに圧延することによって製造された接合材１０の残留応力は−５１ＭＰａであることが確認できた。したがって、銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂに、圧縮応力が付与されていることが確認できた。銀表面１１ａおよび銀表面１１ｂに、圧縮応力が付与されることによって、銀表面から多数の銀１６が噴き出すことを促進することができる。
【０１２３】
図１８を参照して、接合構造体１００のせん断強度について説明する。図１８は、接合構造体１００のせん断強度を示すグラフである。図１８において、横軸は、銀シートの圧延率を示し、縦軸は、せん断強度を示す。図１８において、データＡは、厚さ０．１ｍｍの銀シートを用いて作製した接合構造体１００のデータを示す。データＢは、厚さ０．３ｍｍの銀シートを、厚さ０．１ｍｍに圧延することによって製造された接合材１０用いて作製した接合構造体１００のデータを示す。データＣは、厚さ０．５ｍｍの銀シートを、厚さ０．１ｍｍに圧延することによって製造された接合材１０用いて作製した接合構造体１００のデータを示す。データＤは、厚さ１．０ｍｍの銀シートを、厚さ０．１ｍｍに圧延することによって製造された接合材１０用いて作製した接合構造体１００のデータを示す。
【０１２４】
図１８に示すように、銀シートの圧延率が高くなるにしたがって、接合構造体１００のせん断強度が向上することが確認できる。したがって、銀シートの圧延率は、高い方が好ましい。
【０１２５】
図１９を参照して、接合構造体１００の接合温度とせん断強度との関係について説明する。図１９は、接合構造体１００の接合温度とせん断強度とを示すグラフである。図１９は、厚さ１．０ｍｍの銀シートを、厚さ０．１ｍｍに圧延することによって製造された接合材１０用いて作製した接合構造体１００のデータを示す。
【０１２６】
図１９に示すように、接合温度が３００℃および３５０℃の場合、せん断強度が向上することが確認できる。
【０１２７】
図２０を参照して、接合構造体１００の接合圧力とせん断強度との関係について説明する。図２０は、接合構造体１００の接合圧力とせん断強度とを示すグラフである。図２０は、厚さ１．０ｍｍの銀シートを、厚さ０．１ｍｍに圧延することによって製造された接合材１０用いて作製した接合構造体１００のデータを示す。
【０１２８】
図２０に示すように、接合圧力が大きくなるにしたがって、せん断強度が向上することが確認できる。したがって、接合圧力は、大きい方が好ましい。
【０１２９】
接合材１０を用いて第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０を接合する場合、接合材１０と第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０とは、接合工程の前に研磨する方が好ましい。
【０１３０】
図２１を参照して、接合構造体１００のせん断強度について説明する。図２１は、接合構造体１００のせん断強度を示すグラフである。図２１において、横軸は、試料の圧延前の厚さを示し、縦軸は、せん断強度を示す。ハッチング無しのグラフが研磨無しの試料の結果を示し、ハッチング有りのグラフが研磨有り試料の結果を示す。
【０１３１】
研磨無しの試料の表面粗さは、約１．０μｍである。研磨有りの試料は、接合工程の前に第２接合対象物１２０と接合材１０との接触面を表面粗さが約０．３μｍになるまで研磨している。
【０１３２】
図２１に示すように、試料の圧延前の厚さが０．３ｍｍの場合および０．５ｍｍの場合のいずれの場合も、研磨を行うことによってせん断強度が向上することが確認できる。
【０１３３】
なお、接合材１０は、孔を有する多孔質銀シートを加工することによっても製造可能である。
【０１３４】
図２２〜図２７を参照して、多孔質銀シートを加工することによって製造した接合材１０について説明する。図２２（ａ）は、銀層５の表面のＳＥＭ写真である。図２２（ｂ）は、接合材１０を示す模式図である。図２３（ａ）〜図２３（ｃ）は、圧延後の接合材１０の表面のＳＥＭ写真である。図２４（ａ）〜図２４（ｃ）は、圧延後の接合材１０の圧延方向に直交する方向ＴＤの断面のＳＥＭ写真である。図２５（ａ）〜図２５（ｃ）は、圧延後の接合材１０の圧延方向ＲＤの断面のＳＥＭ写真である。図２２（ａ）、図２３（ａ）、図２４（ａ）および図２５（ａ）のスケールは、５μｍである。図２３（ｂ）、図２４（ｂ）および図２５（ｂ）のスケールは、２μｍである。図２３（ｃ）、図２４（ｃ）および図２５（ｃ）のスケールは、１μｍである。
【０１３５】
図２６（ａ）〜図２６（ｃ）は、接合材１０の表面のＳＥＭ写真である。図２６（ａ）のスケールは、２０μｍである。図２６（ｂ）のスケールは、１０μｍである。図２６（ｃ）のスケールは、１μｍである。
【０１３６】
図２７は、加熱温度と、せん断強度との関係を示すグラフである。図２７において、横軸は加熱温度を示し、縦軸はせん断強度を示す。
【０１３７】
本実施形態では、銀層５は、多孔質銀シートである。図２２（ａ）に示すように、銀層５は、孔８を多数有する。孔８の大きさは、例えば、１μｍ以上３μｍ以下である。
【０１３８】
本実施形態では、加工工程において、銀層５の表面における孔８の数が加工前と比べて少なくなるように、銀層５の表面に物理的に力を加えることによって銀層５の表面を表面加工する。詳しくは、図２２（ｂ）に示すように、銀層５を圧延することによって、接合材１０は製造される。本実施形態では、厚さ０．５ｍｍの多孔質銀シートを、厚さ０．１ｍｍに圧延することによって接合材１０を製造している。
【０１３９】
図２３（ａ）〜図２３（ｃ）に示すように、接合材１０の表面において、銀層５を圧延することによって、銀層５が有する孔８が無くなっていることが確認できる。また、接合材１０の銀の粒子１２の大きさは、非常に細かな結晶粒となっている。圧延後の接合材１０の銀の粒子１２の大きさは、数１０ｎｍである。また、図２３（ａ）〜図２３（ｃ）に示すように、圧延後の接合材１０の粒界１４は、１μｍあたりに１０個以上ある。
【０１４０】
また、図２４（ａ）〜図２４（ｃ）に示すように、接合材１０の圧延方向に直交する方向ＴＤの断面において、銀層５を圧延することによって、銀層５が有する孔８が無くなっていることが確認できる。また、接合材１０の銀の粒子１２の大きさは、非常に細かな結晶粒となっている。圧延後の接合材１０の銀の粒子１２の大きさは、数１０ｎｍである。また、図２４（ａ）〜図２４（ｃ）に示すように、圧延後の接合材１０の粒界１４は、１μｍあたりに１０個以上ある。
【０１４１】
また、図２５（ａ）〜図２５（ｃ）に示すように、接合材１０の圧延方向ＲＤの断面において、銀層５を圧延することによって、銀層５が有する孔８が無くなっていることが確認できる。また、接合材１０の銀の粒子１２の大きさは、非常に細かな結晶粒となっている。圧延後の接合材１０の銀の粒子１２の大きさは、数１０ｎｍである。また、図２５（ａ）〜図２５（ｃ）に示すように、圧延後の接合材１０の粒界１４は、１μｍあたりに１０個以上ある。
【０１４２】
以上、図２２〜図２５を参照して説明したように、多孔質銀シートを加工（圧延）することによって、接合材１０の全体に渡って孔８が無くなり、非常に細かな結晶粒が接合材１０の全体に渡って形成されていることが確認できた。また、接合材１０の全体に渡って多数の細かい粒界が形成されてことが確認できる。
【０１４３】
図２６（ａ）〜図２６（ｃ）は、図２４〜図２６に示した接合材１０を加熱した後の表面のＳＥＭ写真である。加熱は、加熱温度２５０℃、加熱時間３０分で行った。図２６（ａ）〜図２６（ｃ）に示すように、接合材１０が加熱されると、銀表面に多数の銀１６が噴き出していることが確認できる。
【０１４４】
図２７は、図２４〜図２６に示した接合材１０を用いて作製した接合構造体１００の加熱温度と、せん断強度との関係を示すグラフである。図２７に示すように、加熱温度が高くなるにつれて、せん断強度は大きくなる。せん断強度は、加熱温度が２５０℃の場合、せん断強度は、１．８ＭＰａ〜８．８８ＭＰａである。加熱温度が３００℃の場合、せん断強度は、１８．８８ＭＰａ〜２７．７７ＭＰａである。せん断強度は、加熱温度が３５０℃の場合、２７．７７ＭＰａ〜５９．７７ＭＰａである。
【０１４５】
図２７を参照して説明したように、接合構造体１００は、せん断強度が大きく、第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０が良好に接合している。特に、加熱温度３５０℃では、せん断強度が最大５９．７７ＭＰａとなり、第１接合対象物１１０および第２接合対象物１２０が非常に良好に接合している。
【０１４６】
なお、図１０〜図２７を参照して説明した接合構造体１００では、圧延された接合材１０を用いて作製していたが、銀層５の表面を研削（研磨）された接合材１０を用いて接合構造体１００を作製してもよい。
【０１４７】
図２８〜図３３を参照して、本発明に係る接合構造体１００の作製方法の実施形態を説明する。図２８（ａ）〜図２８（ｄ）は、本発明に係る接合構造体１００の作製方法を示す模式図である。図２９（ａ）〜図２９（ｄ）は、図２８（ａ）〜図２８（ｄ）に対応する断面のＳＥＭ写真である。図３０（ａ）〜図３０（ｃ）は、接合材１０Ａおよび接合材１０Ｂの界面近傍の断面のＳＥＭ写真である。図３１（ａ）は、加熱時間とせん断強度との関係を示すグラフである。図３１（ｂ）は、加熱温度とせん断強度との関係を示すグラフである。図３２は、ボンディングエリアとせん断強度との関係を示すグラフである。図３３（ａ）および図３３（ｂ）は、接合材１０Ａおよび接合材１０Ｂの界面近傍の断面のＳＥＭ写真である。図３３（ｃ）および図３３（ｄ）は、比較例の接合材５１０Ａおよび接合材５１０Ｂの界面近傍の断面のＳＥＭ写真である。
【０１４８】
図２８（ａ）に示すように、用意する工程において、第１接合対象物１１０を用意する。第１接合対象物１１０は、銅基板である。そして、第１接合対象物１１０の表面にスパッタリングで接着層１３０Ａを形成する。接着層１３０Ａを構成する材質は、チタンである。そして、接着層１３０Ａの表面に、銀層１４０Ａを形成する。銀層１４０Ａを構成する材質は、銀である。図２９（ａ）に示すように、第１接合対象物１１０（銅基板）の表面に、接着層１３０Ａ（チタン）と、銀層１４０Ａ（銀）とが積層される。
【０１４９】
また、図２８（ａ）に示すように、用意する工程において、第２接合対象物１２０を用意する。第２接合対象物１２０は、シリコン基板である。そして、第２接合対象物１２０の表面にスパッタリングで接着層１３０Ｂを形成する。接着層１３０Ｂを構成する材質は、チタンである。そして、接着層１３０Ｂの表面に、銀層１４０Ｂを形成する。銀層１４０Ｂを構成する材質は、銀である。
【０１５０】
次に、図２８（ｂ）に示すように、銀層１４０Ａの表面に銀層５Ａを形成する。また、銀層１４０Ｂの表面に銀層５Ｂを形成する。銀層５Ａおよび銀層５Ｂは、銀ペーストである。そして、銀層５Ａおよび銀層５Ｂを加熱して仮焼成する。図２９（ｂ）に示すように、仮焼成が行われた銀層５Ａは、多数の孔８を有する。
【０１５１】
次に、図２８（ｃ）に示すように、銀層５Ａの表面と、銀層５Ｂの表面とを研削（研磨）する。研削された結果、銀層５Ａと銀層５Ｂとは、接合材１０Ａと接合材１０Ｂとなる。図２９（ｃ）に示すように、銀層５Ａの表面を研削された結果、接合材１０Ａの表面近傍には、孔８が無くなっている。そして、図２８（ｃ）に示すように、接合材１０Ａと接合材１０Ｂとを接触するように、第１接合対象物１１０と第２接合対象物１２０とを積層し、積層体Ｌを形成する。
【０１５２】
次に、図２８（ｄ）に示すように、積層体Ｌに圧力Ｐをかけながら、積層体Ｌを加熱して、第１接合対象物１１０と第２接合対象物１２０とを接合する。その結果、接合構造体１００が作製される。図２９（ｄ）に示すように、接合材１０Ａと接合材１０Ｂの界面近傍には、孔８が形成されていない。したがって、第１接合対象物１１０と第２接合対象物１２０とが良好に接合していることが確認できる。
【０１５３】
図３０（ａ）〜図３０（ｃ）を参照して、接合材１０Ａおよび接合材１０Ｂの界面近傍の接合について説明する。図３０（ａ）は、接合工程において、加熱温度２５０℃、加熱時間２時間で加熱した接合構造体１００の接合材１０Ａおよび接合材１０Ｂの界面近傍の断面のＳＥＭ写真である。図３０（ｂ）は、接合工程において、加熱温度２５０℃、加熱時間４時間で加熱した接合構造体１００の接合材１０Ａおよび接合材１０Ｂの界面近傍の断面のＳＥＭ写真である。図３０（ｃ）は、接合工程において、加熱温度３５０℃、加熱時間２時間で加熱した接合構造体１００の接合材１０Ａおよび接合材１０Ｂの界面近傍の断面のＳＥＭ写真である。
【０１５４】
図３０（ａ）の上の図に示すように、接合材１０Ａおよび接合材１０Ｂの表面は研削されているため、接合材１０Ａおよび接合材１０Ｂの界面近傍には、孔８が形成されていない。また、図３０（ａ）の下の図に示すように、接合材１０Ａおよび接合材１０Ｂの界面近傍には少しの未接合部分が存在する。
【０１５５】
また、同様に、図３０（ｂ）の上の図に示すように、接合材１０Ａおよび接合材１０Ｂの表面は研削されているため、接合材１０Ａおよび接合材１０Ｂの界面近傍には、孔８が形成されていない。また、図３０（ｂ）下の図に示すように、接合材１０Ａおよび接合材１０Ｂの界面近傍には未接合部分が、図３０（ａ）の下の図に比べて少なくなる。
【０１５６】
また、同様に、図３０（ｃ）の上の図に示すように、接合材１０Ａおよび接合材１０Ｂの表面は研削されているため、接合材１０Ａおよび接合材１０Ｂの界面近傍には、孔８が形成されていない。また、図３０（ｃ）下の図に示すように、接合材１０Ａおよび接合材１０Ｂの界面近傍には未接合部分が無くなっている。
【０１５７】
図３１（ａ）に示すように、加熱時間が長くなるにつれて、せん断強度は大きくなる。また、図３１（ｂ）に示すように、加熱温度が高くなるにつれて、せん断強度は大きくなる。
【０１５８】
図３２は、ボンディングエリアとせん断強度との関係を示すグラフである。データＬ１は、本発明に係る接合構造体１００のせん断強度のデータであり、接合構造体１００の接合材１０Ａの表面および接合材１０Ｂの表面には研削（研磨）が行われている。データＬ２は、比較例の接合構造体のせん断強度であり、銀層の表面には研削（研磨）が行われている。
【０１５９】
図３２のデータＬ１に示すように、接合構造体１００では、ボンディングエリアが増加しても、せん断強度は、あまり低下することはない。一方、データＬ２に示すように、比較例の接合構造体では、ボンディングエリアが増加するにつれて、せん断強度は低下する。
【０１６０】
図３３（ａ）および図３３（ｂ）に示すように、接合構造体１００では、銀層１４０Ｂと接合材１０Ａとの界面が良好に接合していることが確認できる。一方、図３３（ｃ）および図３３（ｄ）に示すように、銀層１４０Ｂと接合材５１０Ｂとの間にクラックＣが発生していることを確認した。
【０１６１】
図３２〜図３３を参照して説明したように、接合構造体１００では、接合材１０Ａの表面および接合材１０Ｂの表面には研削（研磨）が行われている。したがって、銀層１４０Ｂと接合材１０Ａとの界面が良好に接合される。
【０１６２】
以上、図面（図１〜図３３）を参照しながら本発明の実施形態を説明した。但し、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、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。図面は、理解しやすくするために、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み、長さ、個数等は、図面作成の都合上から実際とは異なる。また、上記の実施形態で示す各構成要素の材質や形状、寸法等は一例であって、特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１６３】
５、５Ａ、５Ｂ  銀層
８          孔
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ    接合材
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ  銀表面
１２        粒子
１４        粒界
１６        銀
１００      接合構造体
１１０      第１接合対象物
１２０      第２接合対象物
Ｌ          積層体
【図１】
2018155633.tif 000003
【図２】
2018155633.tif 000004
【図３】
2018155633.tif 000005
【図４】
2018155633.tif 000006
【図５】
2018155633.tif 000007
【図６】
2018155633.tif 000008
【図７】
2018155633.tif 000009
【図８】
2018155633.tif 000010
【図９】
2018155633.tif 000011
【図１０】
2018155633.tif 000012
【図１１】
2018155633.tif 000013
【図１２】
2018155633.tif 000014
【図１３】
2018155633.tif 000015
【図１４】
2018155633.tif 000016
【図１５】
2018155633.tif 000017
【図１６】
2018155633.tif 000018
【図１７】
2018155633.tif 000019
【図１８】
2018155633.tif 000020
【図１９】
2018155633.tif 000021
【図２０】
2018155633.tif 000022
【図２１】
2018155633.tif 000023
【図２２】
2018155633.tif 000024
【図２３】
2018155633.tif 000025
【図２４】
2018155633.tif 000026
【図２５】
2018155633.tif 000027
【図２６】
2018155633.tif 000028
【図２７】
2018155633.tif 000029
【図２８】
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【図２９】
2018155633.tif 000031
【図３０】
2018155633.tif 000032
【図３１】
2018155633.tif 000033
【図３２】
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【図３３】
2018155633.tif 000035
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月17日(2018.7.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱することによって、第１接合対象物と第２接合対象物とを接合する接合材であって、
表面加工された銀表面を備え、
前記銀表面は研削されている、接合材。
【請求項２】
前記銀表面には、圧縮応力が付与されている、請求項１に記載の接合材。
【請求項３】
前記銀表面において、銀の粒子の粒界が、１μｍあたりに１０個以上ある、請求項１または請求項２に記載の接合材。
【請求項４】
前記銀表面において、銀の粒子の大きさは、１μｍ以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の接合材。
【請求項５】
前記接合材の厚さが５０μｍ以上３００μｍ以下である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の接合材。
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
前記銀表面は、表面加工された多孔質銀シートの表面の一部である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の接合材。
【請求項９】
加熱することによって、第１接合対象物と第２接合対象物とを接合する接合材の製造方法であって、
銀層を用意する工程と、
前記銀層の表面を加工する加工工程と
を包含し、
前記加工工程において、前記銀層の表面を研削して前記銀層の表面を加工する、接合材の製造方法。
【請求項１０】
（削除）
【請求項１１】
（削除）
【請求項１２】
前記加工工程において、前記銀層の表面における銀の粒子の粒界が、加工前と比べて多くなるように、前記銀層の表面を加工する、請求項９に記載の接合材の製造方法。
【請求項１３】
前記銀層は、孔を有する多孔質銀シートである、請求項９または請求項１２に記載の接合材の製造方法。
【請求項１４】
前記加工工程において、前記銀層の表面における前記孔の数が加工前と比べて少なくなるように、前記銀層の表面を加工する、請求項１３に記載の接合材の製造方法。
【請求項１５】
第１接合対象物と第２接合対象物と接合材とを用意する工程と、
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、
前記接合材を用意する工程において、前記接合材は、表面加工された銀表面を備え、
前記銀表面は研削されている、接合構造体の作製方法。
【請求項１６】
前記用意する工程において、前記接合材は、前記第１接合対象物および前記第２接合対象物と分離している、請求項１５に記載の接合構造体の作製方法。
【請求項１７】
前記用意する工程において、前記第１接合対象物と前記第２接合対象物との少なくとも一方に、前記接合材が予め形成されている、請求項１５に記載の接合構造体の作製方法。
【請求項１８】
前記接合する工程において、前記積層体を加熱する温度は、１５０℃以上３５０℃以下である、請求項１５から請求項１７のいずれか１項に記載の接合構造体の作製方法。
【国際調査報告】
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