(57)【要約】【課題】大面積の接合に有利な接合方法及び接合構造を提供する。【解決手段】半導体素子１におけるＡｇからなる第一の金属部分１１と、Ｃｕ回路付きセラミック絶縁基板２におけるＣｕからなる第二の金属部分２１ａとを、平均直径が１００ｎｍ以下のＡｇからなる超微粒子を有機系溶媒中に分散させてなる金属ナノペースト３を介在させ、加熱して接合する接合方法において、第二の金属部分２１ａの半導体素子１と接合する側の表面に、該第一の金属部分１１と該第二の金属部分２１ａとの接合面の端部にまで至る凹部４ａまたは４ｂを形成する。【選択図】    図１
2006202586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の物体における第一の金属からなる第一の金属部分と、
第二の物体における第二の金属からなる第二の金属部分とを、
平均直径が１００ｎｍ以下の第三の金属からなる超微粒子を有機系溶媒中に分散させてなる金属ナノペーストを介在させ、加熱して接合する接合方法において、
前記第一の金属部分、前記第二の金属部分の、該第一の金属部分と該第二の金属部分とを接合する側の少なくとも一方の表面に、該第一の金属部分と該第二の金属部分との接合面の端部にまで至る凹部を形成することを特徴とする接合方法。
【請求項２】
第一の物体における第一の金属からなる第一の金属部分と、
第二の物体における第二の金属からなる第二の金属部分とを、
平均直径が１００ｎｍ以下の第三の金属からなる超微粒子を有機系溶媒中に分散させてなる金属ナノペーストを介在させ、加熱して接合する接合方法において、
前記第一の金属部分、前記第二の金属部分の少なくとも一方を部分的に形成し、
該部分的に形成した前記第一の金属部分もしくは前記第二の金属部分を形成していない部分は、該第一の金属部分と該第二の金属部分との接合面の端部にまで至るように形成することを特徴とする接合方法。
【請求項３】
第一の物体における第一の金属からなる第一の金属部分と、
第二の物体における第二の金属からなる第二の金属部分とを、
平均直径が１００ｎｍ以下の第三の金属からなる超微粒子を有機系溶媒中に分散させてなる金属ナノペーストを介在させ、加熱して接合する接合方法において、
前記第一の金属部分、前記第二の金属部分の、該第一の金属部分と該第二の金属部分とを接合する側の少なくとも一方の表面に、前記超微粒子よりも径が大きな金属粒子または金属線を部分的に設置することを特徴とする接合方法。
【請求項４】
前記第一の物体と前記第二の物体との間に電流を流すことで、該第一の物体と前記第二の物体との間の接合予定部に、部分的に電流を集中させて加熱し、接合することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の接合方法。
【請求項５】
第一の物体における第一の金属からなる第一の金属部分と、
第二の物体における第二の金属からなる第二の金属部分とが、
平均直径が１００ｎｍ以下の第三の金属からなる超微粒子を有機系溶媒中に分散させてなる金属ナノペーストを用いて接合された接合構造において、
前記第一の金属部分、前記第二の金属部分の、該第一の金属部分と該第二の金属部分とを接合する側の少なくとも一方の表面に、該第一の金属部分と該第二の金属部分との接合面の端部にまで至る凹部が形成されていることを特徴とする接合構造。
【請求項６】
第一の物体における第一の金属からなる第一の金属部分と、
第二の物体における第二の金属からなる第二の金属部分とが、
平均直径が１００ｎｍ以下の第三の金属からなる超微粒子を有機系溶媒中に分散させてなる金属ナノペーストを用いて接合された接合構造において、
前記第一の金属部分、前記第二の金属部分の少なくとも一方が部分的に形成され、
該部分的に形成した前記第一の金属部分もしくは前記第二の金属部分を形成していない部分は、該第一の金属部分と該第二の金属部分との接合面の端部にまで至っていることを特徴とする接合構造。
【請求項７】
第一の物体における第一の金属からなる第一の金属部分と、
第二の物体における第二の金属からなる第二の金属部分とが、
平均直径が１００ｎｍ以下の第三の金属からなる超微粒子を有機系溶媒中に分散させてなる金属ナノペーストを用いて接合された接合構造において、
前記第一の金属部分、前記第二の金属部分の、該第一の金属部分と該第二の金属部分とを接合する側の少なくとも一方の表面に、前記超微粒子よりも径が大きな金属粒子または金属線が部分的に設置されていることを特徴とする接合構造。
【請求項８】
前記第一の物体は、
二つの主面のうちの少なくとも一方の主面に、前記第一の金属部分を有する面接合タイプの半導体素子であり、
前記第二の物体は、
前記第二の金属部分である金属回路、
または第二の金属部分である金属膜を少なくとも前記接合する側の表面に有し、第四の金属からなる金属回路
を有する金属回路付き絶縁基板であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか記載の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第一の物体と第二の物体とを接合する接合方法及び接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のはんだに代えて、金属ナノ粒子を用いて２つの部材を接合する電極配設基体とその接合方法に関する技術が下記特許文献１に記載されている。この技術では、平均直径１００ｎｍ以下の金属超微粒子の周囲を有機化合物で被覆することによって生成された金属ナノ粒子を、２つの部材の接合部に介在させ、加熱・焼成して接合させる。  
また、下記非特許文献１においては、有機溶媒でコーティングしたＡｇナノ粒子からなるＡｇナノペーストを用いてＣｕの試験片同士を面で接合し、その接合強度の測定と接合部の断面組織の観察を行っている。接合条件である温度と時間と加圧力を変化させて、接合部の強度を検討している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１２８３５７号公報
【非特許文献１】Mate ２００４にて発表された論文集P.213「銀ナノ粒子を用いた接合プロセス」大阪大学大学院工学研究科
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の方法を用いて２つの部材を大面積で接合する場合、金属ナノ粒子を被覆する有機保護膜やペースト化するための有機溶媒を揮発させることが接合面の中央付近では難しく、その結果、炭化物が接合層に残存し、接合部の強度劣化や電気的熱的特性の劣化を招いていた。すなわち、上記の方法は、従来のはんだやろう付けに比べ、大面積の接合には不向きであった。  
本発明の目的は、大面積の接合に有利な接合方法及び接合構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は、第一の物体における第一の金属からなる第一の金属部分と、第二の物体における第二の金属からなる第二の金属部分とを、平均直径が１００ｎｍ以下の第三の金属からなる超微粒子を有機系溶媒中に分散させてなる金属ナノペーストを介在させ、加熱して接合する接合方法において、第一の金属部分または第二の金属部分の互いを接合する側の表面に、これらの接合面の端部まで至る凹部を設けるという構成になっている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、大面積の接合に有利な接合方法及び接合構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。  
《第一の実施の形態》
図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の接合方法及び接合構造の第一の実施の形態を示す図であり、（ａ）は第一の物体と第二の物体とが接合された接合構造の全体断面図、（ｂ）は（ａ）の接合部（Ａ部）の拡大断面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ切断線部における（上から見た）断面を示す図、（ｄ）は（ｂ）のＢ−Ｂ切断線部における別の構成の断面を示す図、（ｅ）は（ｂ）のＢ−Ｂ切断線部における望ましくない構成の断面を示す参考図である。  
図１（ａ）において、１は第一の物体である例えば半導体素子、１１は第一の金属（ここではＡｇ：銀）からなる第一の金属部分、３は平均直径が１００ｎｍ以下の第三の金属（ここではＡｇ）からなる超微粒子を有機系の溶媒中に分散させてなる金属ナノペーストである銀ナノペースト、２ａは第二の物体である、金属回路ここではＣｕ回路付きセラミックス絶縁基板、２１ａは第二の金属（ここではＣｕ：銅）からなる金属回路を構成する第二の金属部分、２２はセラミックスからなる絶縁板である。なお、図１（ｂ）においては、Ｃｕ回路付きセラミックス絶縁基板２ａの全体は図示せず、Ｃｕ回路である第二の金属部分２１ａのみ図示している（図１（ａ）参照）。（ｂ）〜（ｅ）において、４ａ、４ｂ、４０は第二の金属部分２１ａの表面に、第一の金属部分１１及び第二の金属部分２１ａの接合面の端部まで至るように形成された溝状の凹部、５は凹部４ａ、４ｂに対応する凸部である。  
すなわち、本実施の形態では、第一の物体は、第一の金属としてＡｇからなる第一の金属部分１１を裏面（下面。第二の物体との接合側）に持つ面実装タイプのＳｉからなる半導体素子１である。また、第二の物体は、金属回路である第二の金属部分２１ａを有するＣｕ回路付きセラミックス絶縁基板（Ｃｕ回路基板）２ａである。さらに、金属ナノペーストは、第三の金属がＡｇである銀ナノペースト３である。
【０００８】
〈部材の準備〉
まず、半導体素子１、銀ナノペースト３、Ｃｕ回路付きセラミックス絶縁基板２ａを準備する。  
〈半導体素子１〉
半導体素子１の裏面には、オーミック接続を取るためのＴｉ（チタン）層（図示省略）が形成され、その上に異種金属の拡散を防止するためのＮｉ（ニッケル）層（図示省略）が形成され、最後に、第一の金属部分１１であるＡｇ層が形成されている。  
〈銀ナノペースト３〉
銀ナノペーストとは、粒径が例えば約１０ｎｍ前後の銀からなるＡｇナノ粒子（第三の金属からなる超微粒子）からなり、その粒子の周囲を、有機保護膜によってコーティングした状態で溶媒に分散されたペースト状のものである。これに熱を加えて、ある温度になると溶媒や有機保護膜が分解され、揮発し、超微粒子である銀の表面が現れ、互いに焼結する原理を利用して接合材として機能させるものである。  
〈金属ナノ粒子の接合原理〉
その基本的な原理は、材料によって違いはあるが、ナノレベルの粒子になるとその表面のエネルギーによってバルクの融点より低温で凝集し、焼結することが一般的に知られており、関連の文献に詳細が記載されている。従って、銀ナノペーストは、通常、銀の超微粒子が互いに結合することはなく、溶媒中で安定であり、熱処理によって有機物が揮発することによって銀が焼結することを利用した接着剤である。  
〈Ｃｕ回路付きセラミックス絶縁基板２ａ〉
第二の金属からなる金属回路（第二の金属部分２１ａ）はここではＣｕからなり、このＣｕ回路上の素子が実装される側の所定の面には、エッチングやプレス、あるいは近年話題のナノインプリントなどによって凹部４ａ（または４ｂ）を設けている。  
面方向における形状は、第二の金属部分２１ａの凸部５については任意であるが、凹部４ａ、４ｂについては、有機物の揮発経路となるので、必ず第一の金属部分１１と第二の金属部分２１ａとの接合面の端部に至っている必要がある。また、凹部４ａ、４ｂの間隔は、銀ナノペースト３の粘土に応じて銀ナノペースト３が入り込み難い間隔（例えば１００μｍ以下）にしておくと、凹部４ａ、４ｂは常に空洞となり、そこが有機物の揮発経路となりより望ましい（後述の図３（ｂ）参照）。なお、本図においては、凹部４ａ、４ｂの内部に銀ナノペーストが入り込んでいる形態が描かれている。凹部４ａ、４ｂの具体的な平面形状の一例を、図１（ｃ）、（ｄ）に示している。なお、図１（ｅ）に示した形状は、凹部４０が接合面の端部に至っておらず、閉じられており、中央部の銀ナノペースト３が揮発し難いため、望ましくない。
【０００９】
〈接合方法〉
次に、それぞれの部材を用いて接合を行う。  
まず、Ｃｕ回路付きセラミックス絶縁基板２ａ上の半導体素子１が実装される側の所定の面に銀ナノペースト３を、スクリーン印刷法を用いて厚みを一定にして塗布する。  
その後、裏面にＡｇ層（第一の金属部分１１）を形成した半導体素子１を裏面が銀ナノペースト３と接着するように設置し、加熱する。必要に応じて接合面に対して垂直方向に加圧する。こうすることで、銀ナノペースト３を構成する有機物に含まれる炭素によって、半導体素子１の裏面の第一の金属部分１１であるＡｇ層の最表面と、第三の金属であるＡｇナノ粒子の最表面と、Ｃｕ回路付きセラミックス絶縁基板２ａの第二の金属部分２１ａであるＣｕ回路の最表面は、酸化還元されるため、有機物の揮発によってＡｇナノ粒子の凝集が始まる。その結果、第一の物体である半導体素子１と、第二の物体であるＣｕ回路付きセラミックス絶縁基板２ａのＣｕ回路とがＡｇの接合層によって接合された構造が完成する。
【００１０】
〈凹部４ａ、４ｂによる効果〉
銀ナノペースト３よりも回路を構成するＣｕの方が熱伝導率が高い。本実施の形態では、Ｃｕ回路（第二の金属部分２１ａ）の表面に図１（ｂ）〜（ｄ）に示すような凹部４ａ、４ｂ、すなわち、凹凸構造が存在することによって、銀ナノペースト３の厚さが一様ではなくなるため、接合部の面方向において温度分布が生じる。まず、Ｃｕ回路の凹凸部の表面周辺の銀ナノペースト３に熱が伝わり、有機物の揮発が開始され、銀の焼結が始まる。従って、接合面に対して垂直方向の銀ナノペースト３の厚みが薄いほど半導体素子１とＣｕ回路付きセラミック絶縁基板２ａとの接合は早く完了することになる。よって、銀ナノペースト３の厚みが比較的薄い第二の金属部分２１ａの凸部５の周辺から部分的に加熱が開始され、接合が開始される。その際、発生する有機物の揮発は、凹部４ａ、４ｂの周辺の銀ナノペースト３内を経由することによって十分に実施される。そして、最終的には凹部４ａ、４ｂの周辺の銀ナノペースト３も有機物を揮発させて、半導体素子１とＣｕ回路付きセラミック絶縁基板２ａとの接合が、無加圧または低い加圧力で有機物の残存なく完了する。その結果、強度の高い接合が達成されるのみならず、電気的、熱的特性に優れた接合が可能となる。
【００１１】
上記のように本実施の形態の接合方法は、半導体素子１における第一の金属（Ａｇ）からなる第一の金属部分１１と、Ｃｕ回路付きセラミック絶縁基板２ａにおける第二の金属（Ｃｕ）からなる第二の金属部分２１ａとを、平均直径が１００ｎｍ以下の第三の金属（Ａｇ）からなる超微粒子を有機系溶媒中に分散させてなる金属ナノペースト３を介在させ、加熱して接合する接合方法において、第一の金属部分１１、第二の金属部分２１ａの、該第一の金属部分１１と該第二の金属部分２１ａとを接合する側の少なくとも一方の表面、ここでは第二の金属部分２１ａの表面に、該第一の金属部分１１と該第二の金属部分２１ａとの接合面の端部にまで至る凹部４ａ（または４ｂ）を形成するという構成になっている。  
また、本実施の形態の接合構造は、第一の物体である半導体素子１における第一の金属（Ａｇ）からなる第一の金属部分１１と、第二の物体であるＣｕ回路付きセラミック絶縁基板２ａにおける第二の金属（Ｃｕ）からなる第二の金属部分２１ａとが、平均直径が１００ｎｍ以下の第三の金属からなる超微粒子を有機系溶媒中に分散させてなる金属ナノペーストを用いて接合された接合構造において、第一の金属部分１１、第二の金属部分２１ａの、該第一の金属部分１１と該第二の金属部分２１ａとを接合する側の少なくとも一方の表面、ここでは第二の金属部分２１ａの表面に、該第一の金属部分１１と該第二の金属部分２１ａとの接合面の端部にまで至る凹部４ａ（または４ｂ）が形成されているという構成になっている。
【００１２】
金属ナノペーストを用いた場合の基本的な効果は、上記従来技術においても記述があるとおり、有機系の溶媒に分散させた金属ナノペーストが、有機系の溶媒や保護膜をある温度で揮発されると、第三の金属からなるナノ粒子を含むそれぞれの金属は互いに直接接触する。そして、ナノ粒子特有の低温での焼結が開始される。これにより、第三の金属（超微粒子を構成する金属）からなる接合層を形成するとともに、第一の金属部分１１（半導体素子１のチップ表面の膜）と第二の金属部分２１ａ（金属回路）とを接合することができるので、比較的低温で接合できる。その上、それ以上の温度、例えば第三の金属のバルク状態での融点まで使用することができる。このことは、同一部品に対してこの接合材料は何度でも使用できることを意味しており、高温はんだと共晶はんだを２ステップで用いている従来の工程に対しても、同一の金属ナノペーストのみを使用することで代替可能である。  
また、例えば半導体装置として機能する本実施の形態においては、半導体素子１とＣｕ回路付きセラミック絶縁基板２ａとの接合部において、第一の金属部分１１の表面、または第二の金属部分２１ａの表面の少なくとも一つの表面に凹部４ａ（または４ｂ）を形成しているので、熱伝導率の高い第二の金属部分２１ａの凸部５が先に加熱され、従って、接合面において部分的に銀ナノペースト３を加熱させることが可能である。よって、部分的に有機物の揮発が始まり、金属ナノ粒子が結合するため、接合面の中央付近でも十分に有機物の揮発が可能となり、高強度でかつ電気的、熱的にも最も良好な面接合が達成できる。  
また、凹部４ａ、４ｂの間隔を小さくすることによって、金属ナノペーストの流入を防ぐことができ、従って、有機物の揮発が凹部４ａ、４ｂからより一層確実に達成可能となる。よって、接合面の中央付近でも十分に有機物の揮発が可能となり、高強度でかつ電気的、熱的にも最も良好な面接合が達成できる。なお、凹部４ａ、４ｂの間隔は、例えばエッチングやナノインプリント等のＭＥＭＳ技術などを用いて数百ミクロンから数ナノメーター程度まで製造可能である。  
また、第一の物体は、二つの主面のうち少なくとも一方の主面、ここでは下面に第一の金属部分１１を有する面接合タイプの半導体素子１であり、第二の物体は、第二の金属部分２１ａであるＣｕ回路を有する金属回路付き絶縁基板２ａである。これによって、本発明の接合方法及び接合構造を半導体装置に適用することができる。
【００１３】
〈電流を利用した接合方法〉
銀ナノペースト３を加熱する方法として、電流を用いることも可能である。半導体素子１からＣｕ回路付きセラミック絶縁基板２ａに対して電流を流そうとすると、回路を構成するＣｕより銀ナノペースト３の方が電気抵抗が高いため、接合面に対して垂直方向の銀ナノペースト３の厚みが薄いほど電気抵抗は小さくなり、電流は流れやすくなる。よって、銀ナノペースト３の厚みが比較的薄い第二の金属部分２１ａの凸部５の周辺から対向する第一の金属部分１１に向かって電流は流れ、加熱され、接合が開始される。その際、発生する有機物の揮発は、凹部４ａ、４ｂの周辺の銀ナノペースト３内を経由することによって十分に実施される。そして、最終的には凹部４ａ、４ｂの周辺の銀ナノペースト３も有機物を揮発し、接合を行う。その結果、半導体素子１とＣｕ回路付きセラミック絶縁基板２ａとの接合が、無加圧または低い加圧力でも有機物の残存なく完了する。その結果、強度の高い接合が達成されるのみならず、電気的・熱的特性に優れた接合が可能となる。
【００１４】
このように半導体素子１とＣｕ回路付きセラミック絶縁基板２ａとの間に電流を流すことで、該半導体素子１とＣｕ回路付きセラミック絶縁基板２ａとの間の接合予定部に、部分的に電流を集中させて加熱し、接合することができる。このように接合部に流れる電流は、凸部５と対向する第一の金属部分１１との間に集中して流れ、発熱するので、接合面において部分的に加熱させることがより一層容易になる。
【００１５】
《第二の実施の形態》
図２（ａ）は、本発明の第二の実施の形態の、半導体素子１と、メッキ等でＡｇ層を表面に付けたＡｌ回路が付いたセラミック絶縁基板（以下、Ａｌ回路及びＡｇ層付きセラミック絶縁基板）２ｂとが接合された接合構造の全体断面図、（ｂ）は接合部（Ａ部）の拡大断面図である。  
図１の第一の実施の形態との違いは、本実施の形態においては、金属回路がＡｌ（アルミニウム）からなり、その周囲にメッキや蒸着等を利用して第二の金属部分２１ｂとしてＡｇ層が形成され、このＡｇ層の半導体素子１の第一の金属部分１１と接合される表面に、凹部４ａ（または４ｂ）を形成したものである。その他の構成、接合方法、作用、効果は第一の実施の形態と同様である。  
このように本実施の形態では、第一の物体は、二つの主面のうち少なくとも一方の主面、ここでは下面に第一の金属部分１１を有する面接合タイプの半導体素子１であり、第二の物体は、第二の金属部分２１ｂであるＡｇ層を少なくとも接合する側の表面（ここでは全表面）に有し、第四の金属（Ａｌ）からなるＡｌ回路を有するＡｌ回路及びＡｇ層付きセラミック絶縁基板２ｂである。これによって、本発明の接合方法及び接合構造を半導体装置に適用することができる。
【００１６】
《第三の実施の形態》
図３（ａ）、（ｂ）は本発明の第三の実施の形態の、半導体素子１とＡｌ回路及びＡｇ層付きセラミック絶縁基板２ｂとが接合された接合部の拡大断面図である。  
図３（ａ）、（ｂ）に示す本実施の形態では、半導体素子１の裏面（下面）の第一の金属部分１１であるＡｇ層に凹部４ａ（または４ｂ）を形成したものである。その他の構成、接合方法、作用、効果は第一の実施の形態と同様である。  
なお、図３（ｂ）に示す構造においては、半導体素子１の裏面のＡｇ層に形成する凹部４ａ（または４ｂ）の間隔を、銀ナノペースト３の粘土に応じて銀ナノペーストが入り込み難い間隔（例えば１００μｍ以下）にしたものである。こうすることで、凹部４ａ、４ｂは常に空洞となり、そこが有機物の揮発経路となるため、先に述べた効果がより一層得られやすくなる。製法については先に記したとおりである。
【００１７】
《第四の実施の形態》
図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の第四の実施の形態の、半導体素子１とＡｌ回路及びＡｇ層付きセラミック絶縁基板２ｂとが接合された接合部の拡大断面図である。  
第一の実施の形態との違いは、（ａ）においては、第一の金属部分１１であるＡｇ層が、（ｂ）においては、第二の金属部分２１ｂであるＡｇ層が、面方向に対して部分的に完全に存在していない（すなわち、凹部が層を完全に貫通している）点である。  
本実施の形態は、製造上、例えば数μｍの高さの凹凸を形成するのが難しい場合に、エッチングなどを用いて第一の金属部分１１または第二の金属部分２１ｂであるＡｇ層を部分的に除去し形成することで、先に記した製法によって接合することができ、上記と同様の同様な効果を得ることができる。  
このように本実施の形態の接合方法は、第一の金属部分１１、第二の金属部分２１ｂの少なくとも一方、（ａ）では第一の金属部分１１、（ｂ）では第二の金属部分２１ｂを部分的に形成し、該部分的に形成した第一の金属部分１１もしくは第二の金属部分２１ｂを形成していない部分は、これらの接合面の端部にまで至るように形成するという構成になっている。また、本実施の形態の接合構造は、第一の金属部分１１、第二の金属部分２１ｂの少なくとも一方が部分的に形成され、該部分的に形成した第一の金属部分１１もしくは第二の金属部分２１ｂを形成していない部分は、これらの接合面の端部にまで至っている。このように半導体素子１とＡｌ回路及びＡｇ層付きセラミック絶縁基板２ｂとの接合部において、第一の金属部分１１、または第二の金属部分２１ｂの少なくとも一つを部分的に形成しているので、熱伝導率の高い第一の金属部分１１または第二の金属部分２１ｂの形成部が先に加熱され、従って、接合面において部分的に加熱させることが可能である。よって、部分的に有機物の揮発が始まり、金属ナノ粒子が結合するため、接合面の中央付近でも十分に有機物の揮発が可能となり、高強度でかつ電気的、熱的にも最も良好な面接合が達成できる。  
なお、半導体素子１とＡｌ回路及びＡｇ層付きセラミック絶縁基板２ｂとの間に電流を流して接合する場合では、接合部に流れる電流は金属膜の形成部と対向する金属膜との間に集中し、発熱するので、接合面において部分的に加熱させることがより一層容易になる。
【００１８】
《第五の実施の形態》
図５（ａ）は本発明の第五の実施の形態の、半導体素子１とＡｌ回路及びＡｇ層付きセラミック絶縁基板２ｂとが接合された接合部の拡大断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ切断線部における（上から見た）断面を示す図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ切断線部における別の構成の断面を示す図である。  
図５（ｂ）における第一の実施の形態との違いは、銀ナノペースト３が塗布される接合層内に、例えば銀ナノペーストの厚みの１／２程度の径を有する金属粒子例えば銀玉６ａを設置してある点である。  
図５（ｃ）における第一の実施の形態との違いは、銀ナノペースト３が塗布される接合層内に、例えば銀ナノペーストの厚みの１／２程度の径を有する銀の金属線６ｂを設置してある点である。なお、金属線の断面形状はここでは円形状であるが、三角形状や四角形状やその他の多角形状等でもよい。  
こうすることで、第一から第三の実施の形態で示した凹部４ａ、４ｂや、第四の実施の形態で示した金属層の部分的な形成をすることなく、先に記した製法によって、上記と同様の効果を得ることができる。
【００１９】
このように本実施の形態の接合方法は、第一の金属部分１１、第二の金属部分２１ｂの、該第一の金属部分１１と該第二の金属部分２１ｂとを接合する側の少なくとも一方の表面、ここでは両面に、銀ナノペースト３の超微粒子よりも径が大きな金属粒子として銀玉６ａ、または金属線６ｂを部分的に設置するという構成になっている。このように半導体素子１とＡｌ回路及びＡｇ層付きセラミック絶縁基板２ｂとの接合部において、第三の金属からなる超微粒子より径が十分に大きな金属粒子である銀玉６ａまたは金属線６ｂを部分的に設置しているので、熱伝導率の高い金属部からなる銀玉６ａまたは金属線６ｂが先に加熱され、従って、接合面において部分的に加熱させることが可能である。よって、部分的に有機物の揮発が始まり、金属ナノ粒子が結合するため、接合面の中央付近でも十分に有機物の揮発が可能となり、高強度でかつ電気的、熱的にも最も良好な面接合が達成できる。  
なお、本実施の形態において、半導体素子１とＡｌ回路及びＡｇ層付きセラミック絶縁基板２ｂとの間に電流を流して接合する場合では、接合部に流れる電流は、銀玉６ａまたは金属線６ｂに集中し、発熱するので、接合面において部分的に加熱させることがより一層容易になる。
【００２０】
なお、以上説明した実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施の形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。例えば、以上の実施の形態では、金属としてＡｇやＣｕやＡｌ等を用いたが、本発明はこれに限定されることなく、特許請求の範囲に基づく製法によって同様な効果が得られる金属であればいずれであっても構わない。また、半導体素子としては、Ｓｉを用いたが、その他のガリウム砒素（ＧａＡｓ）や炭化シリコン（ＳｉＣ）などであっても構わない。特に、本発明によって得られる効果である、Ａｇナノペーストを用いた低温接合による残留応力低減と、接合後の使用温度の高耐熱化と、アルミニウム回路基板による応力緩和を有効に活用できる用途として、高耐熱素子として有望なＳｉＣの高温使用に対する実装方法として最適であると言える。また、上記第一の実施の形態においては、Ｃｕ回路付きセラミック絶縁基板２ａの第二の金属部分２１ａの表面に、凹部４ａまたは４ｂを形成しているが、上記第三の実施の形態のように第一の金属部分１１の表面に形成してもよく、また両方の面に形成することも可能である。この場合は、相互の凹部４ａ、４ｂの位置を考慮して形成する。また、第四の実施の形態において、第一の金属部分１１と第二の金属部分２１ｂの両方を部分的に形成することも可能である。この場合は、両方の金属膜の相互の位置を考慮して形成する。さらに、上記第五の実施の形態においては、第一の金属部分１１と第二の金属部分２１ｂとを接合する側の、第一の金属部分１１、第二の金属部分２１ｂの両面に、銀玉６ａまたは金属線６ｂを部分的に設置したが、一方の面に設置しても構わない。  
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）は本発明の第一の実施の形態の接合構造の全体断面図、（ｂ）はは（ａ）の接合部の拡大断面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ切断線部における断面を示す図、（ｄ）は（ｂ）のＢ−Ｂ切断線部における別の構成の断面を示す図、（ｅ）は（ｂ）のＢ−Ｂ切断線部における望ましくない構成の断面を示す参考図である。
【図２】（ａ）は、本発明の第二の実施の形態の、半導体素子と金属回路付きセラミック絶縁基板とが接合された接合構造の全体断面図、（ｂ）は接合部の拡大断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は本発明の第三の実施の形態の、半導体素子と金属回路付きセラミック絶縁基板とが接合された接合部の拡大断面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は本発明の第四実施の形態の、半導体素子と金属回路付きセラミック絶縁基板とが接合された接合部の拡大断面図である。
【図５】（ａ）は本発明の第五の実施の形態の、半導体素子と金属回路付きセラミック絶縁基板とが接合された接合部の拡大断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ切断線部における断面を示す図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ切断線部における別の構成の断面を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１…半導体素子
２ａ…Ｃｕ回路付きセラミックス絶縁基板
２ｂ…Ａｌ回路及びＡｇ層付きセラミック絶縁基板
３…銀ナノペースト    ４ａ、４ｂ、４０…凹部
５…凸部                          ６ａ…銀玉
６ｂ…金属線                        １１…第一の金属部分
２１ａ、２１ｂ…第二の金属部分        ２２…セラミックス絶縁板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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