(57)【要約】【課題】熱サイクルに対する耐久性に優れる接合構造を容易に形成できる自己発熱型接合フォイルの提供を目的とする。【解決手段】本発明の自己発熱型接合フォイルは、少なくとも一部の領域にナノバイレイヤー構造を有する自己発熱型接合フォイルであって、上記ナノバイレイヤー構造が、アルミニウムを主成分とするアルミニウム層と、ニッケルを主成分とするニッケル層と、亜鉛又は亜鉛合金を主成分とする亜鉛層とを備え、上記ニッケル層及び上記亜鉛層が、上記アルミニウム層に積層されることを特徴とする。上記ニッケル層及び亜鉛層がそれぞれ上記アルミニウム層に挟設されるとよい。上記亜鉛層の出現頻度が厚さ方向に傾斜しているとよい。上記亜鉛層の出現頻度が厚さ方向に周期的に変調しているとよい。上記アルミニウム層の一層の平均厚みが、厚さ方向に傾斜しているとよい。上記アルミニウム層の一層の平均厚みが、厚さ方向に周期的に変調しているとよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部の領域にナノバイレイヤー構造を有する自己発熱型接合フォイルであって、
上記ナノバイレイヤー構造が、
アルミニウムを主成分とするアルミニウム層と、
ニッケルを主成分とするニッケル層と、
亜鉛又は亜鉛合金を主成分とする亜鉛層と
を備え、
上記ニッケル層及び上記亜鉛層が、上記アルミニウム層に積層されることを特徴とする自己発熱型接合フォイル。
【請求項２】
上記ニッケル層及び亜鉛層がそれぞれ上記アルミニウム層に挟設される請求項１に記載の自己発熱型接合フォイル。
【請求項３】
上記亜鉛層の出現頻度が厚さ方向に傾斜している請求項１又は請求項２に記載の自己発熱型接合フォイル。
【請求項４】
上記亜鉛層の出現頻度が厚さ方向に周期的に変調している請求項１又は請求項２に記載の自己発熱型接合フォイル。
【請求項５】
上記アルミニウム層の一層の平均厚みが、厚さ方向に傾斜している請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の自己発熱型接合フォイル。
【請求項６】
上記アルミニウム層の一層の平均厚みが、厚さ方向に周期的に変調している請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の自己発熱型接合フォイル。
【請求項７】
上記ニッケル層及び亜鉛層の合計層数が１０以上であり、
上記ニッケル層の層数と上記亜鉛層の層数との比が３：７以上７：３以下である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の自己発熱型接合フォイル。
【請求項８】
少なくとも一方の表面にハンダ層をさらに備える請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の自己発熱型接合フォイル。
【請求項９】
上記ナノバイレイヤー構造が、平面視で櫛歯状又は葉脈状に配設されるサブナノバイレイヤー構造を有し、
このサブナノバイレイヤー構造が、少なくとも上記アルミニウム層及びニッケル層を含む請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の自己発熱型接合フォイル。
【請求項１０】
上記ナノバイレイヤー構造が、平面視で全面に形成されている請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の自己発熱型接合フォイル。
【請求項１１】
上記亜鉛層の主成分が亜鉛−アルミニウム系合金である請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の自己発熱型接合フォイル。
【請求項１２】
部材間を電気的又は物理的に接合する接合方法であって、
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の自己発熱型接合フォイルを部材間に配設する工程と、
上記自己発熱型接合フォイルの側面にレーザー光を照射する工程と
を備える接合方法。
【請求項１３】
少なくとも一部の領域にナノバイレイヤー構造を有し、このナノバイレイヤー構造がアルミニウムを主成分とするアルミニウム層と、ニッケルを主成分とするニッケル層と、亜鉛又は亜鉛合金を主成分とする亜鉛層とを備える自己発熱型接合フォイルの製造方法であって、
上記アルミニウム層、ニッケル層又は亜鉛層をスパッタリングにより形成する工程
を備え、
上記ニッケル層及び上記亜鉛層が、上記アルミニウム層に積層されることを特徴とする自己発熱型接合フォイルの製造方法。
【請求項１４】
少なくとも一部の領域にナノバイレイヤー構造を有し、このナノバイレイヤー構造がアルミニウムを主成分とするアルミニウム層と、ニッケルを主成分とするニッケル層と、亜鉛又は亜鉛合金を主成分とする亜鉛層とを備える自己発熱型接合フォイルの製造方法であって、
上記アルミニウム層を形成する１又は複数のアルミニウム板、上記ニッケル層を形成する１又は複数のニッケル板、及び上記亜鉛層を形成する１又は複数の亜鉛板を重畳する工程と、
上記重畳体を圧延する工程と
を備え、
上記ニッケル層及び上記亜鉛層が、上記アルミニウム層に積層されることを特徴とする自己発熱型接合フォイルの製造方法。
【請求項１５】
一対の部材間を電気的又は物理的に接合する接合構造であって、
アルミニウム−ニッケル系合金を主成分とする１又は複数のアルミニウム−ニッケル系合金層、及び亜鉛−アルミニウム系合金を主成分とする１又は複数の亜鉛−アルミニウム系合金層を備え、
上記アルミニウム−ニッケル系合金層の厚さ方向中央におけるニッケルのアルミニウムに対する組成比が０．２以上０．５以下、亜鉛−アルミニウム系合金層の厚さ方向中央におけるアルミニウムの亜鉛に対する組成比が０．０２以上０．５以下である接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自己発熱型接合フォイル及びその製造方法、接合方法並びに接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーエレクトロニクスの自動車への実装は、ハイブリッドカー、電気自動車、燃料電池自動車等の次世代自動車をはじめ、従来のガソリンエンジンを主体とする低公害車においても進んでいる。その結果、これら自動車の製造においては、電池、電動機等の材料費のみならず、電子部品の接合工程が全体の製造コストに大きく影響しつつあり、低コストで短時間に接合可能な接合方法が要求されている。
【０００３】
他方、上述の自動車に実装するパワーエレクトロニクスとして、電費性能に優れ、かつ２００℃以上での高温動作が可能なため複雑な冷却機構を必要としないＳｉＣ（炭化ケイ素）半導体素子が注目されている。それに伴い、このＳｉＣ半導体素子に用いる接合方法には、上述の高温動作特性を発揮させるため、一般的なネジ、ハンダ等よりも熱サイクルに対する耐久性の高い接合構造を形成できることが要求されている。
【０００４】
このような要求に対し、アルミニウム層とニッケル層とを備えるナノバイレイヤー構造を有する自己発熱型接合フォイルが提案されている（特開２００６−６９８８５号公報参照）。この自己発熱型接合フォイルは、接合する部材間に配設し、その一端に放電スパークや機械的刺激等の刺激を加えることにより、アルミニウム層とニッケル層とが界面付近で混和してアルミニウム−ニッケル系合金層を生じる。この反応は、結晶構造の変態等に起因する発熱を伴う自己伝播性発熱反応であるため界面全体に伝播し、この発熱により上記部材間がアルミニウム−ニッケル系合金層を備える接合構造により接合される。この従来の自己発熱型接合フォイルは、ネジ止め、高温リフロー等が不要で比較的簡便な操作で短時間に接合可能なため、接合工程のコストを低減でき、また接合する部材への熱ダメージも抑制できる。
【０００５】
しかしながら、上記アルミニウム−ニッケル系合金層は、柔軟性及び熱膨張率が比較的低い。そのため、上記従来の自己発熱型接合フォイルにより形成される接合構造は、接合する部材の温度変化に伴う体積変化に追従し難く、加熱と冷却とを繰り返すことにより接合する部材と接合構造との剥離、接合構造の破壊等のおそれがあるため、熱サイクルに対する耐久性が不十分である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−６９８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、熱サイクルに対する耐久性に優れる接合構造を容易に形成できる自己発熱型接合フォイルを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた発明は、少なくとも一部の領域にナノバイレイヤー構造を有する自己発熱型接合フォイルであって、上記ナノバイレイヤー構造が、アルミニウムを主成分とするアルミニウム層と、ニッケルを主成分とするニッケル層と、亜鉛又は亜鉛合金を主成分とする亜鉛層とを備え、上記ニッケル層及び上記亜鉛層が、上記アルミニウム層に積層されることを特徴とする。
【０００９】
当該自己発熱型接合フォイルは、ニッケル層及び亜鉛層が、アルミニウム層に積層されるナノバイレイヤー構造を有することで、熱サイクルに対する耐久性に優れる接合構造を容易に形成できる。つまり、接合する部材間に配設した当該自己発熱型接合フォイルの側面にレーザー光等で刺激を加えることにより、アルミニウム層とニッケル層との界面を中心に自己伝播性発熱反応が生じ、優れた強度及び安定性を有する金属間化合物ＮｉＡｌ３を含有するアルミニウム−ニッケル系合金層が形成される。この発熱によって当該自己発熱型接合フォイルと接合する部材とが電気的又は物理的に接合される。また、上記発熱及びアルミニウム−ニッケル系合金層の形成による体積収縮に伴うせん断歪により、アルミニウム層と亜鉛層との界面を中心として共析合金反応が誘起され、超塑性を有する金属間化合物ＺｎＡｌを含有する亜鉛−アルミニウム系合金層が形成される。その結果、当該自己発熱型接合フォイルを用いることで、接合部材が温度変化により変形しても柔軟に追従できる熱サイクルに対する耐久性に優れる接続構造が容易に得られる。
【００１０】
上記ニッケル層及び亜鉛層がそれぞれ上記アルミニウム層に挟設されるとよい。このように、ニッケル層及び亜鉛層がそれぞれアルミニウム層に挟設されることで、上記ナノバイレイヤー構造におけるニッケル層とアルミニウム層との界面、及び亜鉛層とアルミニウム層との界面がそれぞれ増加するため、自己伝播性発熱反応及び共析合金反応が生じ易くなり、その結果、形成される接合構造の熱サイクルに対する耐久性をより向上できる。
【００１１】
上記ナノバイレイヤー構造における上記亜鉛層の出現頻度が厚さ方向に傾斜しているとよい。このように、亜鉛層の出現頻度が厚さ方向に傾斜していることで、形成される接合構造において超塑性及び比較的高い熱膨張率を有する亜鉛−アルミニウム系合金層の出現頻度が厚さ方向に傾斜し、その結果、接合部材間の熱膨張率の差を緩和し易いため熱サイクルに対する耐久性により優れる接合構造を形成できる。
【００１２】
上記亜鉛層の出現頻度が厚さ方向に周期的に変調しているとよい。このように、亜鉛層の出現頻度が厚さ方向に周期的に変調していることで、ナノバイレイヤー構造の厚さ方向の全領域においてアルミニウム層とニッケル層との界面、及び亜鉛層とアルミニウム層との界面のバランスが向上するため、自己伝播性発熱反応及び共析合金反応の厚さ方向の偏りが軽減される。その結果、形成される接合構造の厚さ方向の全領域において、強度及び安定性と塑性及び熱膨張率の高さを両立し易くなる。
【００１３】
上記アルミニウム層の一層の平均厚みが、厚さ方向に傾斜しているとよい。このように、アルミニウム層の一層の平均厚みが厚さ方向に傾斜していることで、ナノバイレイヤー構造の厚さ方向の自己伝播性発熱反応及び共析合金反応の誘起し易さと、ナノバイレイヤー構造の平均厚みとのバランスを設計し易くなる。
【００１４】
上記アルミニウム層の一層の平均厚みが、厚さ方向に周期的に変調しているとよい。このように、アルミニウム層の一層の平均厚みが厚さ方向に周期的に変調していることで、形成される接合構造の厚さ方向の全領域においてアルミニウム−ニッケル系合金層の平均厚みと亜鉛−アルミニウム系合金層の平均厚みとの偏りが軽減され、その結果、強度及び安定性と塑性及び熱膨張率の高さを両立し易くなる。
【００１５】
上記ニッケル層及び亜鉛層の合計層数としては、１０以上が好ましい。また、上記ニッケル層の層数と上記亜鉛層の層数との比としては、３：７以上７：３以下が好ましい。このように、ニッケル層及び亜鉛層の合計層数を１０以上とし、かつニッケル層の層数と亜鉛層の層数との比を上記範囲とすることで、自己伝播性発熱反応と共析合金反応とのバランスを向上できる。
【００１６】
当該自己発熱型接合フォイルは、少なくとも一方の表面にハンダ層をさらに備えるとよい。このように、少なくとも一方の表面にハンダ層を備えることで、上記ナノバイレイヤー構造の表面のアルミニウム層等の酸化を抑制できる。また、接合時に自己伝播性発熱反応による発熱で上記ハンダ層が融解し、形成される接合構造のアルミニウム−ニッケル系合金層又は亜鉛−アルミニウム系合金層と接合部材とのはんだ付けにより密着性を向上できる。
【００１７】
上記ナノバイレイヤー構造が、平面視で櫛歯状又は葉脈状に配設されるサブナノバイレイヤー構造を有し、このサブナノバイレイヤー構造が、少なくとも上記アルミニウム層及びニッケル層を含むとよい。このサブナノバイレイヤー構造は、平面視で櫛歯状又は葉脈状に配設されるため、比較的少ない面積であってもナノバイレイヤー構造の全面に自己伝播性発熱反応による発熱及び体積収縮に伴うせん断歪を伝播させ易い。そのため、上記ナノバイレイヤー構造がサブナノバイレイヤー構造を有することで、共析合金反応の誘起を保持しつつアルミニウム層とニッケル層との界面を減少でき、その結果、過剰な発熱及びせん断歪を抑制でき、また形成される接合構造における亜鉛−アルミニウム系合金の含有量を増加させて熱サイクルに対する耐久性を向上できる。
【００１８】
当該自己発熱型接合フォイルは、上記ナノバイレイヤー構造が、平面視で全面に形成されているとよい。このように、上記ナノバイレイヤー構造が平面視で全面に形成されていることで、アルミニウム層とニッケル層との界面、及びアルミニウム層と亜鉛層との界面を増加でき、その結果、自己伝播性発熱反応及び共析合金反応を生じ易くできる。
【００１９】
上記亜鉛層の主成分が亜鉛−アルミニウム系合金であるとよい。このように、上記亜鉛層の主成分を超塑性及び比較的高い熱膨張率を有する亜鉛−アルミニウム系合金とすることで、形成される接合構造が含有する亜鉛−アルミニウム系合金の含有量を増加させることができ、その結果、熱サイクルに対する耐久性をより向上できる。
【００２０】
上記課題を解決するためになされた別の発明は、部材間を電気的又は物理的に接合する接合方法であって、当該自己発熱型接合フォイルを部材間に配設する工程と、当該自己発熱型接合フォイルの側面にレーザー光を照射する工程とを備える。
【００２１】
当該接合方法は、当該自己発熱型接合フォイルを用いて部材間を接合するため、熱サイクルに対する耐久性に優れる接合構造を容易かつ確実に形成できる。また、当該接合方法は、レーザー光の照射で上記自己伝播性発熱反応を生じさせるため、工程の自動化によりコスト低減を促進し易い。
【００２２】
上記課題を解決するためになされたさらに別の発明は、少なくとも一部の領域にナノバイレイヤー構造を有し、このナノバイレイヤー構造がアルミニウムを主成分とするアルミニウム層と、ニッケルを主成分とするニッケル層と、亜鉛又は亜鉛合金を主成分とする亜鉛層とを備える自己発熱型接合フォイルの製造方法であって、上記アルミニウム層、ニッケル層又は亜鉛層をスパッタリングにより形成する工程を備え、上記ニッケル層及び上記亜鉛層が、上記アルミニウム層に積層されることを特徴とする。
【００２３】
当該自己発熱型接合フォイルの製造方法は、当該自己発熱型接合フォイルを容易かつ確実に製造できる。また、主要な工程をスパッタリングにより行うため、上記ナノバイレイヤー構造の各層の不純物混入及び酸化を抑制でき、かつ各層の一層の厚みを制御し易い。
【００２４】
上記課題を解決するためになされたさらに別の発明は、少なくとも一部の領域にナノバイレイヤー構造を有し、このナノバイレイヤー構造がアルミニウムを主成分とするアルミニウム層と、ニッケルを主成分とするニッケル層と、亜鉛又は亜鉛合金を主成分とする亜鉛層とを備える自己発熱型接合フォイルの製造方法であって、上記アルミニウム層を形成する１又は複数のアルミニウム板、上記ニッケル層を形成する１又は複数のニッケル板、及び上記亜鉛層を形成する１又は複数の亜鉛板を重畳する工程と、上記重畳体を圧延する工程とを備え、上記ニッケル層及び上記亜鉛層が、上記アルミニウム層に積層されることを特徴とする。
【００２５】
当該自己発熱型接合フォイルの製造方法は、当該自己発熱型接合フォイルを容易かつ確実に製造できる。また、主要な工程を大気中で行えるため、製造コストの低減を促進し易い。
【００２６】
上記課題を解決するためになされたさらに別の発明は、一対の部材間を電気的又は物理的に接合する接合構造であって、アルミニウム−ニッケル系合金を主成分とする１又は複数のアルミニウム−ニッケル系合金層、及び亜鉛−アルミニウム系合金を主成分とする１又は複数の亜鉛−アルミニウム系合金層を備え、上記アルミニウム−ニッケル系合金層の厚さ方向中央におけるニッケルのアルミニウムに対する組成比が０．２以上０．５以下、亜鉛−アルミニウム系合金層の厚さ方向中央におけるアルミニウムの亜鉛に対する組成比が０．０２以上０．５以下である。
【００２７】
当該接合構造は、アルミニウム−ニッケル系合金層及び亜鉛−アルミニウム系合金層を備え、それぞれの組成比を上記特定範囲とすることで、熱サイクルに対する耐久性に優れる。つまり、アルミニウム−ニッケル系合金層において優れた強度及び安定性を有する金属間化合物ＮｉＡｌ３が形成され易く、また亜鉛−アルミニウム系合金層において超塑性を有する金属間化合物ＺｎＡｌが形成され易いため、接合する部材が温度変化により変形しても柔軟に追従し易く、その結果、熱サイクルに対する耐久性に優れる。
【００２８】
ここで「ナノバイレイヤー構造」とは、一層の平均厚みが１ｎｍ以上１０μｍ以下の層により形成される積層構造をいう。「主成分」とは、最も含有量が多い成分であり、例えば含有量が５０質量％以上の成分をいう。「出現頻度が厚さ方向に周期的に変調している」とは、ナノバイレイヤー構造において一定の層数ごとに特定の層の出現頻度が増加又は減少することをいう。自己発熱型接合フォイルの「表面」とは、厚さ方向の両外面をいう。自己発熱型接合フォイルの「側面」とは、上記表面と略垂直な面をいう。「組成比」とは、各元素のモル比をいう。
【発明の効果】
【００２９】
当該自己発熱型接合フォイル及び当該接合方法は、熱サイクルに対する耐久性に優れる接合構造を容易に形成できる。当該自己発熱型接合フォイルの製造方法は、熱サイクルに対する耐久性に優れる接合構造を容易に形成できる自己発熱型接合フォイルを提供できる。当該接合構造は、熱サイクルに対する耐久性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係る自己発熱型接合フォイルを示す模式的断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る接合方法の配設工程を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る接合構造を示す模式的断面図である。
【図４】ニッケル−アルミニウム系の２元系状態図である。
【図５】アルミニウム−亜鉛系の２元系状態図である。
【図６】本発明の別の一実施形態に係る自己発熱型接合フォイルを示す模式的平面図である。
【図７】図６の自己発熱型接合フォイルの模式的側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しつつ説明する。
【００３２】
＜第１実施形態＞
［自己発熱型接合フォイル］
図１の当該自己発熱型接合フォイル１は、全領域にナノバイレイヤー構造５を有し、ナノバイレイヤー構造５が、アルミニウム層２と、アルミニウム層２に挟設されるニッケル層３及び亜鉛層４とを備える。
【００３３】
当該自己発熱型接合フォイル１の平面形状としては、接合する部材等に合わせて適宜選択されるものであるが、例えば略正方形、略矩形、略円形、略楕円形等が挙げられる。また、当該自己発熱型接合フォイル１の平面形状が略正方形又は略矩形の場合、１辺の平均長さの下限としては、例えば１ｍｍである。一方、上記１辺の長さの上限としては、例えば１００ｍｍである。また、当該自己発熱型接合フォイル１の平面形状が略円形の場合、平均径の下限としては、例えば１ｍｍである。一方、上記平均径の上限としては、例えば１００ｍｍである。
【００３４】
当該自己発熱型接合フォイル１の平均厚みの下限としては、２００ｎｍが好ましく、１μｍがより好ましく、３μｍがさらに好ましく、５μｍが特に好ましい。一方、当該自己発熱型接合フォイル１の平均厚みの上限としては、１００μｍが好ましく、３０μｍがより好ましく、２０μｍがさらに好ましく、１５μｍが特に好ましい。当該自己発熱型接合フォイル１の平均厚みが上記下限より小さい場合、形成される接合構造の強度が低下するおそれがある。逆に、当該自己発熱型接合フォイル１の平均厚みが上記上限を超える場合、各層の一層の平均厚みが増加することで各層の厚さ方向中央付近に反応に必要な発熱やせん断歪が伝播せず、その結果、形成される接合構造における未反応物の残留増加のおそれがある。
【００３５】
（ナノバイレイヤー構造）
ナノバイレイヤー構造５は、アルミニウムを主成分とするアルミニウム層２と、ニッケルを主成分とするニッケル層３と、亜鉛又は亜鉛合金を主成分とする亜鉛層４とを備え、ニッケル層３及び亜鉛層４が、アルミニウム層２に積層される。ナノバイレイヤー構造５は、アルミニウム層２をＡｌ、ニッケル層３をＮｉ、亜鉛層４をＺｎで表すと、一方の最外層から順に、例えばＡｌ／Ｎｉ／Ａｌ／Ｚｎ／Ａｌ／Ｎｉ・・・Ｎｉ／Ａｌ／Ｚｎ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｌのように各層積層される。ナノバイレイヤー構造５の一方の最外層、及び他方の最外層は、アルミニウム層である。但し、各層の積層順は、これに限定されない。
【００３６】
ナノバイレイヤー構造５の層数の下限としては、４０が好ましく、６０がより好ましく、１００がさらに好ましい。ナノバイレイヤー構造５の層数が上記下限より小さい場合、当該自己発熱型接合フォイル１の平均厚みが低下し、形成される接合構造の強度が低下するおそれがある。
【００３７】
〔アルミニウム層〕
アルミニウム層２は、アルミニウムを主成分とする。アルミニウム層２におけるアルミニウムの含有量の下限としては、９９．５％が好ましく、９９．９％がより好ましく、９９．９５％がさらに好ましい。アルミニウム層２におけるアルミニウムの含有量が上記下限より小さい場合、自己伝播性発熱反応及び共析合金反応の発生が不十分となり、その結果、形成される接合構造における未反応物の残留増加のおそれがある。
【００３８】
ナノバイレイヤー構造５の全層数におけるアルミニウム層２の層数の割合の下限としては、２０％が好ましく、３０％がより好ましく、４０％がさらに好ましい。一方、ナノバイレイヤー構造５の全層数におけるアルミニウム層２の層数の割合の上限としては、８０％が好ましく、７０％がより好ましく、６０％がさらに好ましい。アルミニウム層２の層数の割合が上記下限より小さい場合、又は上記上限を超える場合、アルミニウム層２とニッケル層３との界面、及びアルミニウム層２と亜鉛層４との界面が減少し、自己伝播性発熱反応及び共析合金反応の発生が不十分となり、その結果、形成される接合構造における未反応物の残留増加のおそれがある。
【００３９】
〔ニッケル層〕
ニッケル層３は、ニッケルを主成分とする。ニッケル層３におけるニッケルの含有量の下限としては、８０％が好ましく、９５％がより好ましく、９９％がさらに好ましく、９９．９％が特に好ましい。
【００４０】
ナノバイレイヤー構造５の全層数におけるニッケル層３の層数の割合の下限としては、５％が好ましく、１０％がより好ましく、２０％がさらに好ましい。一方、ナノバイレイヤー構造５の全層数におけるニッケル層３の層数の割合の上限としては、５０％が好ましく、４０％がより好ましく、３０％がさらに好ましい。ニッケル層３の層数の割合が上記下限より小さい場合、アルミニウム層２とニッケル層３との界面が減少し、自己伝播性発熱反応の発生が不十分となるおそれがある。逆に、ニッケル層３の層数の割合が上記上限を超える場合、アルミニウム層２と亜鉛層４との界面が減少し、共析合金反応の発生が不十分となるおそれがある。
【００４１】
〔亜鉛層〕
亜鉛層４は、亜鉛又は亜鉛合金を主成分とする。この亜鉛合金としては、例えば亜鉛−アルミニウム系合金等が挙げられる。亜鉛層４としては、亜鉛合金を主成分とするものが好ましく、亜鉛−アルミニウム系合金を主成分とするものがより好ましい。亜鉛層４における亜鉛又は亜鉛合金の含有量の下限としては、８０％が好ましく、９５％がより好ましく、９９％がさらに好ましく、９９．９％が特に好ましい。
【００４２】
亜鉛層４の主成分が亜鉛−アルミニウム系合金の場合、上記合金におけるアルミニウムの亜鉛に対する組成比の下限としては、０．０２が好ましく、０．０５がより好ましく、０．０８がさらに好ましい。一方、上記組成比の上限としては、０．５が好ましく、０．４０がより好ましく、０．２５がさらに好ましい。このように、上記組成比を上記範囲とすることで、形成される接合構造における超塑性を有する金属間化合物ＺｎＡｌの含有量を増加でき、その結果、熱サイクルに対する耐久性をより向上できる。
【００４３】
ナノバイレイヤー構造５の全層数における亜鉛層４の層数の割合の下限としては、５％が好ましく、１０％がより好ましく、２０％がさらに好ましい。一方、ナノバイレイヤー構造５の全層数における亜鉛層４の層数の割合の上限としては、５０％が好ましく、４０％がより好ましく、３０％がさらに好ましい。亜鉛層４の層数の割合が上記下限より小さい場合、アルミニウム層２と亜鉛層４との界面が減少し、共析合金反応の発生が不十分となるおそれがある。逆に、亜鉛層４の層数の割合が上記上限を超える場合、アルミニウム層２とニッケル層３との界面が減少し、自己伝播性発熱反応の発生が不十分となるおそれがある。
【００４４】
ナノバイレイヤー構造５におけるニッケル層３及び亜鉛層４の合計層数の下限としては、２０が好ましく、３０がより好ましく、５０がさらに好ましい。ニッケル層３及び亜鉛層４の合計層数上記下限より小さい場合、ニッケル層３とアルミニウム層２との界面、及び亜鉛層４とアルミニウム層２との界面が減少し、その結果、自己伝播性発熱反応及び共析合金反応が不十分となるおそれがある。
【００４５】
ナノバイレイヤー構造５における亜鉛層４の層数とニッケル層３の層数との比の下限としては、３：７が好ましく、４：６がより好ましく、４．５：５．５がさらに好ましい。一方、亜鉛層４の層数とニッケル層３の層数との比の上限としては、７：３が好ましく、６：４がより好ましく、５．５：４．５がさらに好ましい。亜鉛層４の層数とニッケル層３の層数との比が上記下限より小さい場合、形成される接続構造における亜鉛−アルミニウム系合金層の割合が低下し、熱サイクルに対する耐久性が不十分となるおそれがある。逆に、亜鉛層４の層数とニッケル層３の層数との比が上記上限を超える場合、自己伝播性発熱反応の発生が不十分となるおそれがある。
【００４６】
ニッケル層３及び亜鉛層４がそれぞれアルミニウム層２に挟設されるとよい。つまり、ナノバイレイヤー構造５が、Ａｌ／Ｎｉ／Ａｌで表されるアルミニウム層及びニッケル層の３層構造、並びにＡｌ／Ｚｎ／Ａｌで表されるアルミニウム層及び亜鉛層の３層構造を有することが好ましい。また、ナノバイレイヤー構造５においてアルミニウム層及びニッケル層の３層構造、並びに／又はアルミニウム層及び亜鉛層の３層構造が隣接する場合、この隣接する３層構造は、１層のアルミニウム層を共有してもよい。共有される１層のアルミニウム層とは、例えばＡｌ（ａ）／Ｎｉ／Ａｌ（ｂ）／Ｚｎ／Ａｌ（ｃ）で表される５層構造において、Ａｌ（ｂ）で表されるアルミニウム層である。さらに、ナノバイレイヤー構造５は、アルミニウム層及び亜鉛層の３層構造並びにアルミニウム層及び亜鉛層の３層構造の繰り返しにより形成されることが好ましい。このように、全てのニッケル層３及び亜鉛層４がそれぞれアルミニウム層２に挟設されることで、ナノバイレイヤー構造５におけるニッケル層３とアルミニウム層２との界面、及び亜鉛層４とアルミニウム層２との界面がそれぞれ増加するため、自己伝播性発熱反応及び共析合金反応が生じ易くなり、その結果、形成される接合構造の熱サイクルに対する耐久性をより向上できる。
【００４７】
アルミニウム層２、ニッケル層３及び亜鉛層４の各層の一層の平均厚みの下限としては、１０ｎｍが好ましく、２０ｎｍがより好ましく、５０ｎｍがさらに好ましい。一方、各層の一層の平均厚みの上限としては、１μｍが好ましく、８００ｎｍがより好ましく、５００ｎｍがさらに好ましい。各層の一層の平均厚みが上記下限より小さい場合、当該自己発熱型接合フォイル１の平均厚みが不十分となり、形成される接合構造の強度が低下するおそれがある。逆に、各層の一層の平均厚みが上記上限を超える場合、各層の厚さ方向中央付近に反応に必要な発熱やせん断歪が伝播せず、その結果、形成される接合構造における未反応物の残留増加のおそれがある。
【００４８】
ナノバイレイヤー構造５におけるアルミニウム層２に積層される亜鉛層４の出現頻度は、厚さ方向に一定でもよく、厚さ方向に変調していてもよい。ナノバイレイヤー構造５におけるアルミニウム層２に積層される亜鉛層４の出現頻度が変調している場合、アルミニウム層２の出現頻度は厚さ方向に一定とし、アルミニウム層２に積層される亜鉛層４の出現頻度とアルミニウム層２に積層されるニッケル層３の出現頻度とを逆相関させることが好ましい。各層の出現頻度の変調パターンとしては、例えば厚さ方向に傾斜させるパターン、厚さ方向に周期的に変調させるパターン等が挙げられる。
【００４９】
ナノバイレイヤー構造５における亜鉛層４の出現頻度を厚さ方向に傾斜させる方法としては、例えばナノバイレイヤー構造５の厚さ方向に亜鉛層４の出現頻度の異なる複数の領域を設け、各領域を亜鉛層４の出現頻度の高い順番に整列させる方法、亜鉛層４の出現頻度を厚さ方向に漸次的に傾斜させる方法等が挙げられる。亜鉛層４の出現頻度を厚さ方向に漸次的に傾斜させる場合、傾斜の割合は一定でもよく、不定でもよい。
【００５０】
ナノバイレイヤー構造５における亜鉛層４の出現頻度が厚さ方向に傾斜していることで、形成される接合構造の超塑性及び比較的高い熱膨張率を有する亜鉛−アルミニウム系合金層の出現頻度が厚さ方向に傾斜する。具体的には、接合する部材が半導体素子及び放熱基板のように熱膨張率の差が比較的大きい組み合わせの場合、当該自己発熱型接合フォイル１の亜鉛層４の出現頻度が高い側を熱膨張率の高い部材に配設し、亜鉛層４の出現頻度の低い側を熱膨張率の低い部材に配設し、接合を行う。その結果、亜鉛−アルミニウム系合金層の出現頻度の高い側が熱膨張率の高い部材と当接し、亜鉛−アルミニウム系合金層の出現頻度の低い側が熱膨張率の低い部材と当接する接合構造が形成される。接合構造の熱サイクルに対する耐久性を高める観点からは、熱膨張率が比較的高い接合部材は塑性及び熱膨張率の比較的高い接合構造と当接し、熱膨張率が比較的低い接合部材は塑性及び熱膨張率の比較的低い接合構造と当接することが好ましいため、このような接合構造は接合部材間の熱膨張率の差を緩和し易い。
【００５１】
また、ナノバイレイヤー構造５における亜鉛層４の出現頻度を厚さ方向に周期的に変調させるパターンとしては、例えばナノバイレイヤー構造５のアルミニウム層に積層されるニッケル層及び亜鉛層を同じ数だけ連続させたブロックを繰り返し配設するパターン等が考えられる。各層を連続させる数としては、例えば２以上１０以下である。
【００５２】
亜鉛層４の出現頻度が厚さ方向に周期的に変調していることで、ナノバイレイヤー構造５の厚さ方向の全領域におけるアルミニウム層２とニッケル層３との界面、及び亜鉛層４とアルミニウム層２との界面のバランスが向上するため、自己伝播性発熱反応及び共析合金反応の厚さ方向の偏りが軽減される。その結果、形成される接合構造のアルミニウム層及び亜鉛−アルミニウム系合金層の出現頻度の比が厚さ方向に略一定となり、強度及び安定性と塑性及び熱膨張率の高さを両立し易くなる。また、この接合構造は、熱膨張率が同程度の接合部材の接合に好適に用いることができる。
【００５３】
なお、亜鉛層４の出現頻度を変調させる代わりに、ニッケル層３の出現頻度を変調させてもよい。また、出現頻度を変調させる代わりに、又は出現頻度を変調させると同時にニッケル層３又は亜鉛層４の一層の平均厚みを変調させてもよい。
【００５４】
ナノバイレイヤー構造５におけるアルミニウム層２の一層の平均厚みは、厚さ方向に一定でもよいが、上述のように厚さ方向に変調していてもよい。ナノバイレイヤー構造５におけるアルミニウム層２の一層の平均厚みが厚さ方向に変調している場合、ニッケル層３及び亜鉛層４の一層の平均厚み及び出現頻度は厚さ方向に一定とするとよい。アルミニウム層２の一層の平均厚みの変調パターンとしては、例えば厚さ方向に傾斜させるパターン、厚さ方向に周期的に変調させるパターン等が挙げられる。
【００５５】
ナノバイレイヤー構造５におけるアルミニウム層２の一層の平均厚みを厚さ方向に傾斜させる方法としては、例えばナノバイレイヤー構造５の厚さ方向に略同厚の複数のアルミニウム層２を含む領域を設け、各領域をアルミニウム層２の一層の平均厚みの高い順番に整列させる方法、アルミニウム層２の一層の平均厚みを厚さ方向に漸次的に傾斜させる方法等が挙げられる。アルミニウム層２の一層の平均厚みを厚さ方向に漸次的に傾斜させる場合、傾斜の割合は一定でもよく、不定でもよい。
【００５６】
ナノバイレイヤー構造５におけるアルミニウム層２の一層の平均厚みが厚さ方向に傾斜していることで、ナノバイレイヤー構造５の一方の最外層付近におけるアルミニウム層２の一層の平均厚みを減少でき、もう一方の最外層付近におけるアルミニウム層２の一層の平均厚みを増加できる。ここで、アルミニウム層２の一層の平均厚みが小さい場合、各層の厚さ方向中央にまで発熱やせん断歪が伝わり易いため、自己伝播性発熱反応及び共析合金反応を生じ易い。逆に、アルミニウム層２の一層の平均厚みが大きい場合、ナノバイレイヤー構造５の平均厚みを増加させ易いため、当該自己発熱型接合フォイル１の平均厚みを増加させて強度を確保し易い。そのため、ナノバイレイヤー構造５におけるアルミニウム層２の一層の平均厚みが厚さ方向に傾斜していることで、アルミニウム層２の一層の平均厚みが小さい領域でナノバイレイヤー構造５の厚さ方向の全領域における反応誘起に必要な発熱やせん断歪を確保できる。さらに、アルミニウム層２の一層の平均厚みが大きい領域でナノバイレイヤー構造５の平均厚みを増加できる。その結果、ナノバイレイヤー構造の厚さ方向の自己伝播性発熱反応及び共析合金反応の誘起し易さと、ナノバイレイヤー構造の平均厚みとのバランスを設計し易くなる。
【００５７】
また、ナノバイレイヤー構造５におけるアルミニウム層２の一層の平均厚みを厚さ方向に周期的に変調させるパターンとしては、例えばナノバイレイヤー構造５の比較的平均厚みの小さいアルミニウム層及び比較的平均厚みの大きいアルミニウム層を同じ数だけ連続させたブロックを繰り返し配設するパターン等が考えられる。各層を連続させる数としては、例えば２以上１０以下である。
【００５８】
アルミニウム層２の一層の平均厚みが厚さ方向に周期的に変調していることで、形成される接合構造の厚さ方向の全領域においてアルミニウム−ニッケル系合金層の平均厚みと亜鉛−アルミニウム系合金層の平均厚みとの偏りが軽減され、その結果、強度及び安定性と塑性及び熱膨張率の高さを両立し易くなる。また、この接合構造は、熱膨張率が同程度の接合部材の接合に好適に用いることができる。
【００５９】
［自己発熱型接合フォイルの第１の製造方法］
当該自己発熱型接合フォイル１の第１の製造方法は、アルミニウム層２、ニッケル層３又は亜鉛層４をスパッタリングにより形成する工程（スパッタリング工程）を備える。
【００６０】
（スパッタリング工程）
本工程では、アルミニウム層２、ニッケル層３又は亜鉛層４をスパッタリングにより形成する。各層をスパッタリングにより形成する方法としては、例えば各層と同じ成分の金属材料をスパッタリングターゲットとして用い、スパッタリングにより基板上に積層体を形成する方法等が挙げられる。上記基板としては、例えばフィルム、ガラス、接合する部材等が挙げられる。スパッタリング方法としては、例えばＤＣ（直流）マグネトロンスパッタ法、ＲＦ（高周波）マグネトロンスパッタ法等が挙げられ、これらの中でスパッタ効率の観点から、ＤＣマグネトロンスパッタ法が好ましい。
【００６１】
［自己発熱型接合フォイルの第２の製造方法］
当該自己発熱型接合フォイル１の第２の製造方法は、１又は複数のアルミニウム板、１又は複数のニッケル板、及び１又は複数の亜鉛板を重畳する工程（重畳工程）と、上記重畳体を圧延する工程（圧延工程）とを備える。
【００６２】
（重畳工程）
本工程では、１又は複数のアルミニウム板、１又は複数のニッケル板、及び１又は複数の亜鉛板を重畳する。上記アルミニウム板は、当該自己発熱型接合フォイル１のアルミニウム層２を形成する。上記ニッケル板は、当該自己発熱型接合フォイル１のニッケル層３を形成する。上記亜鉛板は、当該自己発熱型接合フォイル１の亜鉛層４を形成する。
【００６３】
上記アルミニウム板、ニッケル板及び亜鉛板としては、それぞれアルミニウム層２、ニッケル層３及び亜鉛層４の各層と同じ成分の金属板を用いることができる。なお、本工程においては、亜鉛板の代わりに亜鉛合金板を用いてもよい。各金属板の平均厚みの下限としては、例えば０．１ｍｍである。一方、各板の平均厚みの上限としては、例えば５ｍｍである。
【００６４】
（圧延工程）
本工程では、上記重畳体を圧延する。上記重畳体を圧延する方法としては、例えば冷間圧延、熱間圧延等が挙げられ、形成される各層の厚みを精密に制御する観点から、冷間圧延が好ましい。また、圧延は、各層が所望の厚みとなるまで複数回繰り返してもよい。
【００６５】
［接合方法］
本発明の接合方法は、部材間を電気的又は物理的に接合する接合方法であって、当該自己発熱型接合フォイル１を部材間に配設する工程（配設工程）と、当該自己発熱型接合フォイル１の側面にレーザー光を照射する工程（照射工程）とを備える。以下、図２及び図３を参照しつつ当該接合方法について説明する。
【００６６】
当該接合方法により接合する部材としては、特に限定されないが、例えばケイ素半導体素子、炭化ケイ素半導体素子等の半導体素子、銅やアルミニウム等の金属、セラミック等の絶縁体などが挙げられる。接合する部材の組み合わせとしては、同種材料でもよく、異種材料でもよい。
【００６７】
（配設工程）
本工程では、図２に示すように、当該自己発熱型接合フォイル１を接合する部材間に配設する。なお、図２において、接合する部材として半導体素子Ｘ１及び放熱基板Ｘ２を用いて説明する。当該自己発熱型接合フォイル１を部材間に配設する方法としては、特に限定されないが、例えば一方の部材に当該自己発熱型接合フォイル１の一方の表面を重ねて配設し、この当該自己発熱型接合フォイル１の他方の表面にもう一方の部材を重ねて配設する方法、一方の部材に当該自己発熱型接合フォイル１の一方の表面をはんだ付け等で予め接合しておき、この当該自己発熱型接合フォイル１の他方の表面にもう一方の部材を重ねて配設する方法等が挙げられる。なお、本工程では、接合する部材間に複数の当該自己発熱型接合フォイル１を平面視で並べて配設してもよい。複数の当該自己発熱型接合フォイル１の平均間隔の下限としては、例えば１ｍｍとすることができる。
【００６８】
（照射工程）
本工程では、当該自己発熱型接合フォイル１の側面にレーザー光を照射する。図３に示すように、このレーザー光の刺激により、アルミニウム層２とニッケル層３との界面を中心に自己伝播性発熱反応が生じ、アルミニウム−ニッケル系合金層７が形成される。また、この発熱によって当該自己発熱型接合フォイル１の一方の表面と半導体素子Ｘ１、及び当該自己発熱型接合フォイル１の他方の表面と放熱基板Ｘ２との界面が電気的又は物理的に接合される。さらに、アルミニウム層２と亜鉛層４との界面を中心として、自己伝播性発熱反応に誘起される共析合金反応が生じ、亜鉛−アルミニウム系合金層８が形成される。その結果、半導体素子Ｘ１及び放熱基板Ｘ２は、アルミニウム−ニッケル系合金層７と亜鉛−アルミニウム系合金層８とを備える接合構造６により接合される。
【００６９】
上記レーザー光としては、例えば赤外線レーザー、可視光線レーザー、紫外線レーザー、Ｘ線レーザー等が挙げられる。レーザー光を照射する位置としては、アルミニウム層２とニッケル層３との界面を含む領域が好ましい。
【００７０】
［接合構造］
図３の当該接合構造６は、アルミニウム−ニッケル系合金層７と亜鉛−アルミニウム系合金層８とを備える。当該接合構造６は、例えば上述の当該接合方法等により得られる。
【００７１】
（アルミニウム−ニッケル系合金層）
アルミニウム−ニッケル系合金層７は、アルミニウム−ニッケル系合金を主成分とする。アルミニウム−ニッケル系合金層７の厚さ方向中央におけるニッケルのアルミニウムに対する組成比は、０．２以上０．５以下である。上記組成比の下限としては、０．２５が好ましく、０．２８がより好ましい。一方、上記組成比の上限としては、０．４５が好ましく、０．４０がより好ましい。上記組成比を上記範囲とすることで、図４のニッケル−アルミニウム系の２元系状態図にＡで示すように、アルミニウム−ニッケル系合金層７において優れた強度及び安定性を有する金属間化合物ＮｉＡｌ３が形成され易くなり、その結果、当該接合構造６の強度及び安定性を向上できる。
【００７２】
上記組成比を上記範囲とする方法としては、アルミニウム層２及びニッケル層３の平均厚みを調節する方法等が挙げられる。例えば、当該自己発熱性接合フォイル１のアルミニウム層（Ａ）／ニッケル層／アルミニウム層（Ｂ）から形成されるアルミニウム−ニッケル系合金層７の場合、所望の組成比を得るために必要な各層の平均厚みの近似値は、下記式（１）によって算出できる。
【００７３】
【数１】
2016112753.tif 000003
【００７４】
上記式（１）中、ｔＮｉは、ニッケル層の平均厚みである。ｔＡＡｌは、アルミニウム層（Ａ）の平均厚みである。ｔＢＡｌは、アルミニウム層（Ｂ）の平均厚みである。ρＮｉは、ニッケルの密度である。ρＡｌは、アルミニウムの密度である。ＭＮｉは、ニッケルの原子量である。ＭＡｌは、アルミニウムの原子量である。
【００７５】
当該接合構造６におけるアルミニウム−ニッケル系合金層７の層数の下限としては、１０が好ましく、２０がより好ましく、３０がさらに好ましい。アルミニウム−ニッケル系合金層７の層数が上記下限より小さい場合、当該接合構造６の強度及び安定性が不十分となるおそれがある。
【００７６】
（亜鉛−アルミニウム系合金層）
亜鉛−アルミニウム系合金層８は、亜鉛−アルミニウム系合金を主成分とする。亜鉛−アルミニウム系合金層８の厚さ方向中央におけるアルミニウムの亜鉛に対する組成比は、０．０２以上０．５以下である。上記組成比の下限としては、０．０５が好ましく、０．０８がより好ましい。一方、上記組成比の上限としては、０．４０が好ましく、０．２５がより好ましい。上記組成比を上記範囲とすることで、図５のアルミニウム−亜鉛系の２元系状態図にＢで示すように、亜鉛−アルミニウム系合金層８において超塑性を有する金属間化合物ＺｎＡｌが形成され易くなり、その結果、当該接合構造６の熱サイクルに対する耐久性をより向上できる。
【００７７】
上記組成比を上記範囲とする方法としては、アルミニウム層２及び亜鉛層４の平均厚みを調節する方法等が挙げられる。例えば、当該自己発熱性接合フォイル１のアルミニウム層（Ａ）／亜鉛層／アルミニウム層（Ｂ）から形成される亜鉛−アルミニウム系合金層８の場合、所望の組成比を得るために必要な各層の平均厚みの近似値は下記式（２）によって算出できる。
【００７８】
【数２】
2016112753.tif 000004
【００７９】
上記式（２）中、ｔＺｎは、亜鉛層の平均厚みである。ｔＡＡｌは、アルミニウム層（Ａ）の平均厚みである。ｔＢＡｌは、アルミニウム層（Ｂ）の平均厚みである。ρＡｌは、アルミニウムの密度である。ρＺｎは、亜鉛の密度である。ＭＺｎは、亜鉛の原子量である。ＭＡｌは、アルミニウムの原子量である。
【００８０】
但し、上記式（１）及び式（２）は、あくまで「ニッケル層又は亜鉛層を挟設するアルミニウム層（Ａ）及びアルミニウム層（Ｂ）において、厚さ方向中央から上記ニッケル層又は亜鉛層に当接する側の外面までが合金化反応に関与する」という仮定に基づくものである。実際には、ニッケル又は亜鉛とアルミニウムとの合金化反応には時間差があり、またアルミニウム及びニッケルと亜鉛及びアルミニウムとの相互拡散にも差異があるため、厳密さを追求すれば、上記式（１）及び式（２）には補正係数が必要であるが、接合の境界条件（比熱や熱伝導性等）の影響因子が伴うことから、膜構造設計においては、上記式（１）及び式（２）で実用上十分な精度が得られる。
【００８１】
当該接合構造６における亜鉛−アルミニウム系合金層８の層数の下限としては、１０が好ましく、２０がより好ましく、３０がさらに好ましい。亜鉛−アルミニウム系合金層８の層数が上記下限より小さい場合、当該接合構造６の熱サイクルに対する耐久性が不十分となるおそれがある。逆に、亜鉛−アルミニウム系合金層８の層数が上記上限を超える場合、当該接合構造６のアルミニウム−ニッケル系合金層７の層数が減少し、その結果、強度及び安定性が不十分となるおそれがある。
【００８２】
アルミニウム−ニッケル系合金層７及び亜鉛−アルミニウム系合金層８の各層の一層の平均厚みの下限としては、２０ｎｍが好ましく、４０ｎｍがより好ましく、１００ｎｍがさらに好ましい。一方、各層の一層の平均厚みの上限としては、２μｍが好ましく、１．６μｍがより好ましく、１μｍがさらに好ましい。各層の一層の平均厚みが上記下限より小さい場合、当該接合構造６の平均厚みが不十分となり、形成される接合構造の強度が低下するおそれがある。逆に、各層の一層の平均厚みが上記上限を超える場合、加熱及び冷却時に各層の熱膨張率の差に起因する応力が増大し、その結果、当該接合構造６の強度が低下するおそれがある。
【００８３】
［利点］
当該自己発熱型接合フォイル１は、接合する部材間に挟み、側面にレーザー光で刺激を加える当該接合方法により、アルミニウム層２とニッケル層３との界面を中心に自己伝播性発熱反応及び共析合金反応を生じ、当該接合構造６を容易に形成できる。この当該接合構造６は、亜鉛−アルミニウム系合金層８が超塑性及び比較的高い熱膨張率を有し、接合部材が温度変化により変形しても柔軟に追従できるため、熱サイクルに対する耐久性に優れる。
【００８４】
当該自己発熱型接合フォイル１の第１の製造方法は、当該自己発熱型接合フォイル１を容易かつ確実に製造できる。また、主要な工程をスパッタリングにより行うため、製造される自己発熱型接合フォイル１の各層における不純物混入及び酸化を抑制でき、かつ各層の一層の厚みを制御し易い。
【００８５】
当該自己発熱型接合フォイルの第２の製造方法は、当該自己発熱型接合フォイル１を容易かつ確実に製造できる。また、主要な工程を大気中で行えるため、製造コストを低減し易い。
【００８６】
＜第２実施形態＞
［自己発熱型接合フォイル］
図６及び図７の当該自己発熱型接合フォイル１１は、全領域にナノバイレイヤー構造１５を有し、ナノバイレイヤー構造１５が平面視で櫛歯状に配設されるサブナノバイレイヤー構造９を有する。サブナノバイレイヤー構造９は、櫛歯部分に該当するニッケル層９ａと、この櫛歯部分を囲繞する部分に該当するアルミニウム層９ｂとにより形成される。図７に示すように、サブナノバイレイヤー構造９が含むニッケル層９ａは、一部が当該自己発熱型接合フォイル１１の側面に露出している。ナノバイレイヤー構造１５のサブナノバイレイヤー構造９以外の部分は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００８７】
（サブナノバイレイヤー構造）
サブナノバイレイヤー構造９は、少なくともニッケル層９ａ及びアルミニウム層９ｂを含む。このニッケル層９ａは、一部が当該自己発熱型接合フォイル１１の側面に露出するため、この露出するニッケル層９ａにレーザー光を照射することで、自己伝播性発熱反応を誘起できる。サブナノバイレイヤー構造９は、平面視でニッケル層９ａが櫛歯形状を有するため、比較的ニッケル層９ａの面積が少なくてもナノバイレイヤー構造１５の全面に自己伝播性発熱反応による発熱及び体積収縮に伴うせん断歪を伝播させ易い。そのため、ナノバイレイヤー構造１５がサブナノバイレイヤー構造９を有することで、共析合金反応の誘起を保持しつつアルミニウム層とニッケル層との界面を減少でき、その結果、過剰な発熱及びせん断歪を抑制でき、また形成される接合構造６における亜鉛−アルミニウム系合金の含有量を増加させて熱サイクルに対する耐久性を向上できる。
【００８８】
サブナノバイレイヤー構造９の平均厚みの下限としては、１０ｎｍが好ましく、２０ｎｍがより好ましく、５０ｎｍがさらに好ましい。一方、サブナノバイレイヤー構造９の平均厚みの上限としては、１μｍが好ましく、８００ｎｍがより好ましく、５００ｎｍがさらに好ましい。サブナノバイレイヤー構造９の平均厚みが上記下限より小さい場合、自己伝播性発熱反応が不十分となるおそれがある。逆に、サブナノバイレイヤー構造９の平均厚みが上記上限を超える場合、ナノバイレイヤー構造１５におけるアルミニウム層２とニッケル層３との界面が増加し、形成される接合構造６における亜鉛−アルミニウム系合金の含有量を増加できないおそれがある。
【００８９】
ナノバイレイヤー構造１５がサブナノバイレイヤー構造９を有する場合、サブナノバイレイヤー構造９の数の下限としては、１が好ましく、２がより好ましく、３さらに好ましい。一方、サブナノバイレイヤー構造９の数の上限としては、２０が好ましく、１０がより好ましく、５がさらに好ましい。サブナノバイレイヤー構造９の数が上記下限より小さい場合、自己伝播性発熱反応が不十分となるおそれがある。逆に、サブナノバイレイヤー構造９の数が上記上限を超える場合、ナノバイレイヤー構造１５におけるアルミニウム層２とニッケル層３との界面が増加し、形成される接合構造６における亜鉛−アルミニウム系合金の含有量を増加できないおそれがある。
【００９０】
［自己発熱型接合フォイルの第１の製造方法］
当該自己発熱型接合フォイル１１の第１の製造方法は、アルミニウム層２、ニッケル層３又は亜鉛層４をスパッタリングにより形成する工程（スパッタリング工程）を備え、このスパッタリング工程がマスキングによりサブナノバイレイヤー構造９を形成する工程（サブナノバイレイヤー構造形成工程）を有する。スパッタリング工程は、サブナノバイレイヤー構造形成工程を有する以外は当該自己発熱型接合フォイル１の第１の製造方法と同様であるため説明を省略する。
【００９１】
（サブナノバイレイヤー構造形成工程）
本工程は、マスキングによりサブナノバイレイヤー構造９を形成する。マスキングによりサブナノバイレイヤー構造９を形成する方法としては、例えばサブナノバイレイヤー構造９のニッケル層９ａを形成する領域をマスキングしてアルミニウム層９ｂを形成した後、このアルミニウム層９ｂをマスキングしてニッケル層９ａを形成する方法、サブナノバイレイヤー構造９のアルミニウム層９ｂを形成する領域をマスキングしてニッケル層９ａを形成した後、このニッケル層９ａをマスキングしてアルミニウム層９ｂを形成する方法等が挙げられる。
【００９２】
［自己発熱型接合フォイルの第２の製造方法］
当該自己発熱型接合フォイル１１の第２の製造方法は、１又は複数のアルミニウム板、１又は複数のニッケル板、及び１又は複数の亜鉛板を重畳する工程（重畳工程）と、上記重畳体を圧延する工程（圧延工程）とを備え、この重畳工程がサブナノバイレイヤー構造９を含む金属膜を重畳する工程（金属膜重畳工程）を有する。重畳工程及び圧延工程は、重畳工程が金属膜圧延工程を有する以外は当該自己発熱型接合フォイル１の第２の製造方法と同様であるため説明を省略する。
【００９３】
（金属膜重畳工程）
本工程は、サブナノバイレイヤー構造９を含む金属膜を重畳する。サブナノバイレイヤー構造９を含む金属膜を形成する方法としては、例えば上記マスキングによりサブナノバイレイヤー構造９を形成する方法と同様の方法等が挙げられる。
【００９４】
［接合方法］
当該自己発熱型接合フォイル１１を用いた接合方法は、当該自己発熱型接合フォイル１１を部材間に配設する工程（配設工程）と、当該自己発熱型接合フォイル１１の側面にレーザー光を照射する工程（照射工程）とを備える。配設部材及び配設工程は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００９５】
〔照射工程〕
本工程では、当該自己発熱型接合フォイル１１の側面にレーザー光を照射する。このレーザー光としては、第１実施形態で例示したものと同様のもの等が挙げられる。レーザー光を照射する位置としては、当該自己発熱型接合フォイル１１の側面に露出するサブナノバイレイヤー構造９のニッケル層９ａを含む領域が好ましい。
【００９６】
［利点］
当該自己発熱型接合フォイル１１は、接合する部材間に挟み、側面にレーザー光で刺激を加える当該接合方法により、アルミニウム層２とニッケル層３との界面を中心に自己伝播性発熱反応及び共析合金反応を生じ、当該接合構造を容易に形成できる。また、自己発熱型接合フォイル１１は、ナノバイレイヤー構造１５がサブナノバイレイヤー構造９を有するため、この部分においてアルミニウム層とニッケル層との界面が比較的少なく、その結果、接合時の過剰な発熱及びせん断歪を抑制でき、また形成される当該接合構造における亜鉛−アルミニウム系合金の含有量が比較的多い。当該接合構造は、亜鉛−アルミニウム系合金層８が超塑性及び比較的高い熱膨張率を有し、さらに亜鉛−アルミニウム系合金の含有量が高く、その結果、接合部材が温度変化により変形しても柔軟に追従できるため、熱サイクルに対する耐久性に優れる。
【００９７】
［その他の実施形態］
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
【００９８】
ナノバイレイヤー構造は、少なくとも１層のニッケル層及び亜鉛層がアルミニウム層に積層される限り、例えば２層のアルミニウム層が連続して積層されていてもよく、２層のニッケル層が連続して積層されていてもよく、２層の亜鉛層が連続して積層されていてもよい。また、ニッケル層と亜鉛層とが連続して積層されていてもよい。さらに、ナノバイレイヤー構造の最外層は、アルミニウム層でなくてもよい。
【００９９】
当該自己発熱型接合フォイルは、少なくとも一部の領域にナノバイレイヤー構造を有する限り、一部の領域にその他の構造を有してもよい。その他の構造としては、例えば支持体等が挙げられる。
【０１００】
当該接合方法において自己伝播性発熱反応を誘起する方法としては、上記レーザー光の照射による方法には限定されず、例えば放電スパークの接触による方法、機械的刺激による方法等でもよい。
【０１０１】
当該自己発熱型接合フォイルは、少なくとも一方の表面にハンダ層をさらに備えてもよい。ハンダ層は、ナノバイレイヤー構造の表面のアルミニウム層等の酸化を抑制し、また接合時に自己伝播性発熱反応による発熱で融解してナノバイレイヤー構造により形成されるアルミニウム−ニッケル系合金層又は亜鉛−アルミニウム系合金層と接合部材とのはんだ付けにより密着性を向上する。当該自己発熱型接合フォイルは、両方の表面にハンダ層を備えてもよい。
【０１０２】
ハンダ層の主成分としては、例えば鉛、錫、銀、これらを主成分とする合金等が挙げられ、これらの中で銀と錫との合金が好ましい。ハンダ層の主成分を比較的高い濡れ性及び融点を有する銀と錫との合金とすることで、形成される接合構造と接合する部材との密着性を向上でき、かつ接合する部材の熱サイクルによる融解を抑制できる。
【０１０３】
当該自己発熱型接合フォイルがハンダ層を備える場合、ハンダ層の平均厚みの下限としては、１μｍが好ましく、５μｍがより好ましく、１０μｍがさらに好ましい。一方、ハンダ層の平均厚みの上限としては、１００μｍが好ましく、８０μｍがより好ましく、６０μｍがさらに好ましい。ハンダ層の平均厚みが上記下限より小さい場合、上述の表面のアルミニウム層等の酸化の抑制、形成される接合構造と接合する部材との密着性の確保等が不十分となるおそれがある。逆に、ハンダ層の平均厚みが上記上限を超える場合、接合時に自己伝播性発熱反応による発熱では十分に融解せず、接合部材との密着性を十分に向上できないおそれがある。
【０１０４】
当該自己発熱型接合フォイルの製造方法としては、上記実施形態に示した製造方法の他に、蒸着法、ＣＶＤ法等によって各層を形成してもよい。
【０１０５】
上記実施形態において、サブナノバイレイヤー構造は、ナノバイレイヤー構造に平面視で葉脈状に配設されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
当該自己発熱型接合フォイル及び当該接合方法は、熱サイクルに対する耐久性に優れる接合構造を容易に形成できる。当該自己発熱型接合フォイルの製造方法は、熱サイクルに対する耐久性に優れる接合構造を容易に形成できる自己発熱型接合フォイルを提供できる。当該接合構造は、熱サイクルに対する耐久性に優れる。
【符号の説明】
【０１０７】
１、１１  自己発熱型接合フォイル
２  アルミニウム層
３  ニッケル層
４  亜鉛層
５、１５  ナノバイレイヤー構造
６  接合構造
７  アルミニウム−ニッケル系合金層
８  亜鉛−アルミニウム系合金層
９  サブナノバイレイヤー構造
９ａ  サブナノバイレイヤー構造中のニッケル層
９ｂ  サブナノバイレイヤー構造中のアルミニウム層
Ｘ１  半導体素子
Ｘ２  放熱基板
Ａ  金属間化合物ＮｉＡｌ３が形成され易い組成比
Ｂ  金属間化合物ＺｎＡｌが形成され易い組成比
【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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【図６】
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【図７】
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