本発明の実施形態は、接合体およびその製造方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a joined body and a method of manufacturing the same.
一般に、部材の接合は、溶接や固相拡散接合といった接合材を用いない接合と、ろう接やはんだ接合といった接合材を用いる接合とに分類することができる。 Generally, joining of members can be classified into joining that does not use a joining material such as welding or solid phase diffusion joining, and joining using a joining material such as brazing or solder joining.
前者の接合材を用いない接合は、加熱によって接合面の原子拡散を促進させることで接合を確立するものと捉えることができ、一方、後者の接合材を用いる接合は、ろう材やはんだ材といった被接合物よりも融点が低いインサート材を被接合物の間に挟み込み、インサート材を融解して接合面を濡らし、その後に固化させることによって接合を確立するものと捉えることができる。 The former bonding without using the bonding material can be regarded as establishing the bonding by promoting atomic diffusion of the bonding surface by heating, while the bonding using the latter bonding material is a brazing material or a solder material It can be understood that an insert material having a melting point lower than that of a material to be bonded is sandwiched between the material to be bonded, the insert material is melted to wet the bonding surface, and then solidified to establish bonding.
これらの従来の接合方法では、接合材の有無の違いがあるものの、接合部ないしこの接合部近傍あるいは被接合物全体を加熱する必要があることから、接合体が変質したり、機械的強度等が劣化する場合があった。 In these conventional bonding methods, although there is a difference in the presence or absence of the bonding material, it is necessary to heat the bonding portion, the vicinity of the bonding portion, or the entire object to be bonded. May have deteriorated.
また、接合される被接合物が異なる材料からなる場合や、同じ材料からなるときであっても形状や大きさ、厚さなどが異なる場合は、両被接合物の線膨張係数の差に起因して生じる熱応力などにより、被接合部材内部ないし接合界面等に応力が残留することがある。 In addition, when the objects to be joined are made of different materials, or when the shape, size, thickness, etc. are different even if they are made of the same material, the difference is caused by the difference in linear expansion coefficients of both the objects. Due to thermal stress or the like generated, stress may remain in the inside of the member to be joined or in the joint interface or the like.
このようなことから、被接合部材の接合に際しては、被接合部材の劣化や変質、接合強度等の低下などをもたらさないように、加熱を行わない接合体の製造方法が求められている。 From such a thing, in the case of joining of a to-be-joined member, the manufacturing method of the joined body which does not heat is calculated | required so that degradation etc. of a to-be-joined member may not bring about deterioration etc.
金属や半導体、セラミクスといった無機材料を加熱することなく接合する常温接合法が研究されている。通常、大気雰囲気中に置かれた金属部材の表面には酸化皮膜が形成されている。また、金属部材の表面は、原子レベルで見ると大きな凹凸形状を有するものと捉えることができる。 There has been researched a room-temperature bonding method of bonding inorganic materials such as metals, semiconductors, and ceramics without heating. Usually, an oxide film is formed on the surface of the metal member placed in the atmosphere. In addition, the surface of the metal member can be regarded as having a large uneven shape when viewed at the atomic level.
このようなことから、金属部材を接合しようとする場合、従来の常温接合法では、金属原子同士を原子間力の働く距離まで接近させるために、数ナノレベルの超精密加工を必要としたり、超真空環境での接合作業が必要であった。なお、半導体やセラミックスといった無機材料では、接合面をメタライズすることで、金属部材と同様な方法で常温接合することが可能である。 From such a thing, when it is going to join a metal member, in order to make metal atoms approach distance to which the atomic force works, in the conventional normal temperature bonding method, several nano level super-precision processing is needed, The welding operation in the ultra vacuum environment was necessary. In the case of an inorganic material such as a semiconductor or ceramic, it is possible to perform normal temperature bonding in the same manner as a metal member by metalizing the bonding surface.
以上のことから、従来の常温接合は、加工装置や加工工程の特殊性から高コストとなることが避けられず、汎用性が乏しいものとなっていた。このようなことから、常温接合法は、現状ではＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical-Systems）や一部の光学デバイスといった高付加価値製品への適用にとどまっていた。 From the above, the conventional room temperature bonding can not be avoided due to the special nature of the processing apparatus and the processing steps and thus the cost is high, and the versatility is poor. Because of this, the room temperature bonding method has only been applied to high value-added products such as MEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems) and some optical devices at present.
従って、本発明が解決しようとする課題は、特殊な装置や作業等を必要とせずに、常温でかつ大気雰囲気で接合でき、機械的強度およびに耐久性が良好な接合体およびその製造方法を提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is a joined body which can be joined at normal temperature and in the atmosphere without special equipment or work, etc., which has good mechanical strength and durability, and a manufacturing method thereof. It is to provide.
上述したような状況に鑑み、本発明者らは、上記の要求を満たすことができる接合体および接合方法を見出すにいたった。 In view of the situation as described above, the present inventors have found a conjugate and a bonding method that can meet the above-mentioned requirements.
したがって、本発明の実施形態による接合体は、
被接合物（Ｘ）と、軟質材（Ｚ）と、他の被接合物（Ｙ）とを含み、
前記の被接合物（Ｘ）と前記の軟質材（Ｚ）との間に配置された金薄膜層（Ａ）および
前記の軟質材（Ｚ）と前記の他の被接合物（Ｙ）との間に配置された金薄膜層（Ｂ）を含んでなるものであること、を特徴とする。Thus, a conjugate according to an embodiment of the present invention is
Including a material to be bonded (X), a soft material (Z), and another material to be bonded (Y),
A gold thin film layer (A) disposed between the article to be bonded (X) and the soft material (Z), and the soft material (Z) and the other article to be bonded (Y) It is characterized in that it comprises a gold thin film layer (B) disposed therebetween.
そして、本発明の実施形態による接合体の製造方法は、
被接合面側に金薄膜層（ａ１）を有する被接合物（Ｘ）と、被接合面側に金薄膜層（ｂ１）を有する他の被接合物（Ｙ）とを、前記の被接合物（Ｘ）の金薄膜層（ａ１）との接合面側に金薄膜層（ａ２）を有しかつ前記の他の被接合物（Ｙ）の金薄膜層（ｂ１）との接合面側に金薄膜層（ｂ２）を有する軟質材（Ｚ）を介して、押圧することによって接合させること、を特徴とする。And the manufacturing method of the conjugate by the embodiment of the present invention,
An object to be joined (X) having a gold thin film layer (a1) on the side to be joined, and another object to be joined (Y) having a gold thin film layer (b1) on the side to be joined (X) has a gold thin film layer (a2) on the bonding surface side with the gold thin film layer (a1) and gold on the bonding surface side with the gold thin film layer (b1) of the other bonding object (Y) Bonding by pressing via a soft material (Z) having a thin film layer (b2).
下記に示す実施形態は例示であって、従って、発明の範囲はこれら具体的に開示された範囲内に限定されない。 The embodiments shown below are illustrative and, therefore, the scope of the invention is not limited within these specifically disclosed ranges.
＜接合体および接合体の製造方法＞
以下、本発明の実施形態による接合体および接合体の製造方法のうち、特に好ましい具体例を、必要に応じて、図面を参照しながら説明する。<Manufacturing method of bonded body and bonded body>
Hereinafter, among the bonded bodies and the manufacturing method of the bonded body according to the embodiment of the present invention, a particularly preferable specific example will be described with reference to the drawings as needed.
図１に示される本発明の実施形態による接合体１は、
被接合物（Ｘ）と、軟質材（Ｚ）と、他の被接合物（Ｙ）とを含み、
前記の被接合物（Ｘ）と前記の軟質材（Ｚ）との間に配置された金薄膜層（Ａ）および前記の軟質材（Ｚ）と前記の他の被接合物（Ｙ）との間に配置された金薄膜層（Ｂ）を含んでなるもの、である。The joined body 1 according to the embodiment of the present invention shown in FIG.
Including a material to be bonded (X), a soft material (Z), and another material to be bonded (Y),
A gold thin film layer (A) disposed between the object to be bonded (X) and the soft material (Z), and the soft material (Z) and the other object to be bonded (Y) A gold thin film layer (B) disposed therebetween.
このような本発明の実施形態による接合体１は、好ましくは、例えば、図２に示されるような接合体の製造方法を実施することによって得ることができる。 The joined body 1 according to such an embodiment of the present invention can be preferably obtained, for example, by performing a method for producing a joined body as shown in FIG.
この図２に示される本発明の実施形態による接合方法は、
被接合面側に金薄膜層（ａ１）を有する被接合物（Ｘ）と、被接合面側に金薄膜層（ｂ１）を有する他の被接合物（Ｙ）とを、
前記の被接合物（Ｘ）の金薄膜層（ａ１）との接合面側に金薄膜層（ａ２）を有しかつ前記の他の被接合物（Ｙ）の金薄膜層（ｂ１）との接合面側に金薄膜層（ｂ２）を有する軟質材（Ｚ）を介して、押圧することによって接合させることからなる。The bonding method according to the embodiment of the present invention shown in FIG.
An object to be joined (X) having a gold thin film layer (a1) on the side to be joined, and another object to be joined (Y) having a gold thin film layer (b1) on the side to be joined,
A gold thin film layer (a2) is provided on the side of the bonding surface of the bonding object (X) to the gold thin film layer (a1), and the gold bonding layer (b1) of the other bonding object (Y) It joins by pressing via the soft material (Z) which has a gold thin film layer (b2) in the joint surface side.
この図２中の２つの「白抜きの矢印」は、被接合物（Ｘ）と他の被接合物（Ｙ）とを軟質材（Ｚ）を介して押圧する際に印加される力の方向を、その矢印の向きで示している。 The two “open arrows” in FIG. 2 indicate the direction of the force applied when pressing the article (X) and the other article (Y) through the soft material (Z). Is indicated by the direction of the arrow.
なお、図２においては、被接合物（Ｘ）、他の被接合物（Ｙ）および軟質材（Ｚ）は離間して描かれているが、押圧がなされる際には、これらの被接合物（Ｘ）、他の被接合物（Ｙ）および軟質材（Ｚ）は、それぞれ離間することなく、図２に示される順番で重ね合わされている。In addition, in FIG. 2, although the to-be-joined object (X), the other to-be-joined object (Y), and the soft material (Z) are spaced apart and drawn, when pressed, these to-be-joined The object (X), the other object to be bonded (Y) and the soft material (Z) are superposed in the order shown in FIG. 2 without being separated from each other.
本発明の実施形態による接合体１は、好ましくは、例えば、前記の金薄膜層（Ａ）が、前記の被接合物（Ｘ）の被接合面側に存在する金薄膜層（ａ１）と軟質材（Ｚ）の表面に存在する金薄膜層（ａ２）との結合によるものである。 The joined body 1 according to the embodiment of the present invention is preferably soft, for example, with the gold thin film layer (a1) in which the gold thin film layer (A) is present on the bonding surface side of the bonding object (X). It is due to bonding with the gold thin film layer (a2) present on the surface of the material (Z).
この金薄膜（Ａ）は、例えば電子顕微鏡による画像観察によっても、金薄膜層（ａ１）と金薄膜層（ａ２）との接合界面が認められないものである（図１３および図１４参照）。そして、被接合物（Ｘ）と他の被接合物（Ｙ）とを剥離試験に付しても、単層の金薄膜（即ち、金薄膜層（ａ１）と（ａ２）との結合によらない、単層の同じ厚さの金薄膜）との比較において、剥離強度の点に関して同等のものである。 In the gold thin film (A), for example, the bonding interface between the gold thin film layer (a1) and the gold thin film layer (a2) is not recognized even by image observation with an electron microscope (see FIGS. 13 and 14). Then, even if the object to be bonded (X) and the other object to be bonded (Y) are subjected to the peeling test, the single gold thin film (ie, the gold thin film layers (a1) and (a2)) is bonded None in terms of peel strength in comparison with a single layer gold film of the same thickness).
このことから、金薄膜（Ａ）は、金薄膜層（ａ１）と金薄膜層（ａ２）とが緊密的かつ強固に接合（例えば、金属原子間結合）して一体化したものと認められ、単層の金薄膜層とその構造および接合強度の点において実質的に区別できないものである。 From this, it is recognized that the gold thin film (A) is formed by integrating the gold thin film layer (a1) and the gold thin film layer (a2) tightly and firmly (for example, bonding between metal atoms). It is substantially indistinguishable in single gold thin film layer and its structure and bonding strength.
また、本発明の実施形態による接合体１は、好ましくは、例えば、前記の金薄膜層（Ｂ）が、前記の他の被接合物（Ｙ）の被接合面側に存在する金薄膜層（ｂ１）と前記の軟質材（Ｚ）に存在する金薄膜層（ｂ２）との結合によるものである。この金薄膜層（Ｂ）も、前述の金薄膜層（Ａ）と同様に、例えば電子顕微鏡によって観察しても、金薄膜層（ｂ１）と金薄膜層（ｂ２）との接合界面が認められないものであって、金薄膜層（ｂ１）と金薄膜層（ｂ２）とが緊密的かつ強固に接合（例えば、金属原子間結合）したものと認められ、単層の金薄膜層とその構造および接合強度の点において実質的に区別できないものである。 Further, preferably, in the joined body 1 according to the embodiment of the present invention, for example, the gold thin film layer (B) is present on the side of the other bonding object (Y) to be bonded ( It is due to the bond between b1) and the gold thin film layer (b2) present in the soft material (Z). Also in this gold thin film layer (B), the bonding interface between the gold thin film layer (b1) and the gold thin film layer (b2) is observed even when observed by an electron microscope, for example, as in the above-mentioned gold thin film layer (A). It is recognized that the gold thin film layer (b1) and the gold thin film layer (b2) are closely and firmly joined (for example, bonding between metal atoms), and a single gold thin film layer and its structure And substantially indistinguishable in terms of bonding strength.
特に、本発明の実施形態による接合体は、前記の被接合物（Ｘ）と前記の金薄膜層（Ａ）との間および（または）前記の被接合物（Ｙ）と前記の金薄膜層（Ｂ）との間に、原子拡散バリア層（ｄｂ１）が配置されてなるもの、を好ましい態様として包含する。 In particular, a joined body according to an embodiment of the present invention comprises the above-mentioned bonded material (X) and the above-mentioned gold thin film layer (A) and / or the above-mentioned bonded material (Y) and the above-mentioned gold thin film layer As a preferred embodiment, one including an atomic diffusion barrier layer (db1) disposed between (B) and (B) is included.
そして、本発明の実施形態による接合体は、前記の軟質材（Ｚ）と前記の金薄膜層（Ａ）との間および（または）前記の軟質材（Ｚ）と前記の金薄膜層（Ｂ）との間に、原子拡散バリア層（ｄｂ２）が配置されてなるもの、を好ましい態様として包含する。 And, a joined body according to an embodiment of the present invention is provided between the soft material (Z) and the gold thin film layer (A) and / or the soft material (Z) and the gold thin film layer (B). And an atomic diffusion barrier layer (db2) is disposed between them) as a preferred embodiment.
図３には、被接合物（Ｘ）と金薄膜層（Ａ）との間および被接合物（Ｙ）と金薄膜層（Ｂ）との間にそれぞれ原子拡散バリア層（ｄｂ１）が配置され、かつ、軟質材（Ｚ）と金薄膜層（Ａ）との間および軟質材（Ｚ）と前記の金薄膜層（Ｂ）との間にそれぞれ原子拡散バリア層（ｄｂ２）が配置されてなる接合体１０が示されている。 In FIG. 3, atomic diffusion barrier layers (db1) are disposed between the article (X) and the gold thin film layer (A) and between the article (Y) and the gold thin film layer (B), respectively. And an atomic diffusion barrier layer (db2) is disposed between the soft material (Z) and the gold thin film layer (A) and between the soft material (Z) and the gold thin film layer (B). Junction 10 is shown.
このような本発明の実施形態による接合体１０は、好ましくは、例えば、図４に示されるような接合体の製造方法を実施することによって得ることができる。 The joined body 10 according to such an embodiment of the present invention can be preferably obtained by, for example, performing a method of manufacturing a joined body as shown in FIG.
ここで、図３ならびに図４に示されている被接合物（Ｘ）、被接合物（Ｙ）、軟質材（Ｚ）、金薄膜層（Ａ）、金薄膜層（Ｂ）、金薄膜層（ａ１）、金薄膜層（ａ２）、金薄膜層（ｂ１）および金薄膜層（ｂ２）は、接合体１に関して上述した物と同様の物である。 Here, the article to be joined (X), the article to be joined (Y), the soft material (Z), the gold thin film layer (A), the gold thin film layer (B), and the gold thin film layer shown in FIGS. (A1), the gold thin film layer (a2), the gold thin film layer (b1) and the gold thin film layer (b2) are the same as those described above for the bonded body 1.
なお、本発明の実施形態における「被接合物（Ｘ）」には、「金属材料からなるもの」（図５参照）、「金属層（ｍ）を具備する無機材料（ＩＭ）からなるもの」（図６参照）および「硬質層（ｈ）を具備するもの」（図６参照）の三態様が含まれる。よって、図６に示される「被接合物（Ｘ）」は「金属層（ｍ）と無機材料（ＩＭ）の両者からなるもの」と、図７に示される「被接合物（Ｘ）」は「硬質層（ｈ）と金属材料（Ｍ）の両者からなるもの」と、捉えることができる。 In the embodiment of the present invention, "the article to be bonded (X)" is "made of a metal material" (see FIG. 5), and "one made of an inorganic material (IM) having a metal layer (m)" Three aspects are included (see FIG. 6) and “having a hard layer (h)” (see FIG. 6). Therefore, “the article to be bonded (X)” shown in FIG. 6 is “the one composed of both the metal layer (m) and the inorganic material (IM)”, and “the article to be bonded (X)” is shown in FIG. It can be grasped as "the one composed of both the hard layer (h) and the metal material (M)".
「被接合物（Ｙ）」についても同様に捉えることができる（図８〜図１０参照）。
一方、本発明の実施形態における「原子拡散バリア層（ｄｂ１）」は、「被接合物（Ｘ）」の一部分ではなく、別の構成部材と捉えられているものである（図８〜図１０参照）。It can catch similarly about "a to-be-bonded thing (Y)" (refer FIGS. 8-10).
On the other hand, the “atomic diffusion barrier layer (db1)” in the embodiment of the present invention is not a part of the “object to be bonded (X)” but is regarded as another component (FIGS. 8 to 10) reference).
<< 被接合物（Ｘ）および被接合物（Ｙ） >>
本発明の実施形態による接合体において、被接合物（Ｘ）としては、好ましくは、例えば、（イ）金属材料からなるもの、を挙げることができる。ここで、金属材料としては、ビッカース硬度が５０以上、好ましくは１００以上のもの、例えば、銅、ステンレス鋼、鉄、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ならびに上述のいずれかの金属種を含んでなる合金などを挙げることができる。これらの中では、特に銅、鉄およびステンレス鋼が特に好ましい。この（イ）の被接合物（Ｘ）の好ましい具体例としては、図５に記載されるような、被接合物（Ｘ）が金属材料（Ｍ）からなるもの、を挙げることができる。なお、本明細書において、「金属」とは、導電性、熱電導率が高く、常温で固体であって、数々の機械加工を施すことができるものを言う。<< workpieces (X) and workpieces (Y) >>
In the joined body according to the embodiment of the present invention, as the article (X), preferably, one made of, for example, (i) a metal material can be mentioned. Here, the metal material includes one having a Vickers hardness of 50 or more, preferably 100 or more, for example, copper, stainless steel, iron, nickel, titanium, molybdenum, tungsten, and any of the metal species described above. An alloy etc. can be mentioned. Among these, copper, iron and stainless steel are particularly preferred. As a preferable specific example of the to-be-joined thing (X) of this (i), that to-be-joined (X) consists of a metal material (M) which is described in FIG. 5 can be mentioned. In the present specification, the term "metal" refers to a metal that is high in conductivity and thermal conductivity, is solid at normal temperature, and can be subjected to numerous machining processes.
また、本発明の実施形態による接合体において、被接合物（Ｘ）としては、好ましくは、例えば、（ロ）軟質材（Ｚ）と接合される面側に金属層（ｍ）を有する無機材料からなるもの、を挙げることができる。この（ロ）の被接合物（Ｘ）の好ましい具体例としては、図６に記載されるような、軟質材（Ｚ）（図示せず）と接合される面側に金属層（ｍ）を具備する無機材料（ＩＭ）からなるもの、を挙げることができる。 Further, in the bonded body according to the embodiment of the present invention, preferably, the material to be bonded (X) is, for example, (b) an inorganic material having a metal layer (m) on the side to be bonded to the soft material (Z) Can be mentioned. As a preferable specific example of the material to be bonded (X) of (ii), a metal layer (m) is provided on the side to be bonded to a soft material (Z) (not shown) as shown in FIG. The thing which consists of an equipped inorganic material (IM) can be mentioned.
ここで、無機材料（ＩＭ）は、被接合物を構成可能であって、かつ金属層（ｍ）をその表面に形成可能な無機材料が対象となる。本発明の実施形態における被接合物（Ｘ）を形成可能な無機材料としては、例えば酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウムに代表される酸化物系セラミックス、窒化アルミニウム、窒化ケイ素に代表される窒化物系セラミックス、炭化ケイ素、炭化タングステン、炭化クロムに代表される炭化物系セラミックス等を挙げることができる。特に好ましい無機材料としては、半導体化合物、例えばＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＮ等を挙げることができる。これらの中では、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓが特に好ましい。金属層（ｍ）は、上述の無機材料からなる被接合体の被接合面に設けることができ、かつ所定の金薄膜層（ａ１）をこの金属層（ｍ）の表面に形成可能な金属材料からなる。そのような金属としては、好ましくは、例えば銅、ニッケル、チタン、クロム、タングステン、ならびに上述のいずれかの金属種を含んでなる合金などを挙げることができる。これらの中では、チタンおよびクロムが特に好ましい。金属層（ｍ）の平均厚さは、１〜１００００ｎｍ、好ましくは１〜５０００ｎｍ、特に好ましくは３〜１０００ｎｍ、である。金属層（ｍ）の平均厚さが上記の範囲内であることにより、金薄膜層（ａ１）を密着性良く無機材料からなる被接合物の接合面に形成することができる。金属層（ｍ）の平均厚さは、金属層（ｍ）が層状を成して被接合面を覆う最小の厚さ、且つ一般に量産可能な最大のプロセス時間（即ち、プロセスコスト）を考慮することによって定めることができる。 Here, as the inorganic material (IM), an inorganic material which can form an object to be bonded and can form the metal layer (m) on the surface thereof is targeted. Examples of the inorganic material capable of forming the material to be bonded (X) in the embodiment of the present invention include, for example, aluminum oxide, magnesium oxide, oxide ceramics represented by zirconium oxide, nitride represented by aluminum nitride and silicon nitride Examples thereof include carbide-based ceramics represented by ceramics, silicon carbide, tungsten carbide and chromium carbide. Particularly preferable inorganic materials include semiconductor compounds such as SiC, GaN, GaAs, AlGaAs, InGaN and the like. Among these, SiC, GaN and GaAs are particularly preferable. The metal layer (m) can be provided on the to-be-joined surface of the to-be-joined body which consists of the above-mentioned inorganic material, and can form a predetermined gold thin film layer (a1) on the surface of this metal layer (m) It consists of Such metals preferably include, for example, copper, nickel, titanium, chromium, tungsten, and alloys comprising any of the metal species described above. Of these, titanium and chromium are particularly preferred. The average thickness of the metal layer (m) is 1 to 10000 nm, preferably 1 to 5000 nm, particularly preferably 3 to 1000 nm. When the average thickness of the metal layer (m) is in the above range, the gold thin film layer (a1) can be formed on the bonding surface of a bonding object made of an inorganic material with good adhesion. The average thickness of the metal layer (m) takes into account the minimum thickness of the metal layer (m) to cover the bonded surface, and the maximum process time that can generally be mass-produced (ie process cost) It can be determined by
また、本発明の実施形態による接合体において、被接合物（Ｘ）としては、好ましくは、例えば、（ハ）被接合物（Ｘ）の構成材料よりも硬度が高い硬質層（ｈ）を、前記の軟質材（Ｚ）と接合される面側に具備するもの、を挙げることができる。この（ハ）の被接合物（Ｘ）の好ましい具体例としては、図７に記載されるような、被接合物（Ｘ）を構成する金属材料（Ｍ）よりも硬度が高い硬質層（ｈ）を、前記の軟質材（Ｚ）（図示せず）と接合される面側に具備するもの、を挙げることができる。ここで、硬質層（ｈ）としては、好ましくは、例えば、硬質材料による被覆（好ましくは、クロム、タングステン、モリブデンなどによるコーティング、溶射等を用いたセラミックスコーティング）、窒化処理レーザーや電子ビームによる表面焼き入れ等による硬質化処理等によって形成することができる。この（ハ）の場合、被接合物（Ｘ）の被接合面（表面）は、被接合物（Ｘ）の内部よりも硬度が高くなっている。このことから、軟質材（Ｚ）として、被接合物（Ｘ）と同じ材質からなる軟質材（Ｚ）を用いたとしても、押圧された際、この軟質材（Ｚ）は被接合物（Ｘ）の被接合面（表面）よりも変形しやすいことから、被接合物（Ｘ）と軟質材（Ｚ）との強固な接合がなされる。 Further, in the bonded body according to the embodiment of the present invention, preferably, the material to be bonded (X) is, for example, (iii) a hard layer (h) having a hardness higher than that of the constituent material of the material to be bonded (X); What is provided on the side to be joined to the above-mentioned soft material (Z) can be mentioned. As a preferable specific example of the to-be-joined thing (X) of this (iii), a hard layer (h) whose hardness is higher than the metal material (M) which comprises a to-be-joined thing (X) as described in FIG. A) provided on the side to be bonded to the above-mentioned soft material (Z) (not shown). Here, as the hard layer (h), preferably, for example, coating with a hard material (preferably, coating with chromium, tungsten, molybdenum or the like, ceramic coating using thermal spraying or the like), surface by nitriding treatment laser or electron beam It can be formed by hardening treatment or the like by quenching or the like. In the case of (c), the surface to be joined (surface) of the article (X) is higher in hardness than the inside of the article (X). From this, even if a soft material (Z) made of the same material as the material to be joined (X) is used as the soft material (Z), the soft material (Z) is a material to be joined (X And the soft material (Z) is firmly bonded to each other.
図３に示される本発明の実施形態による接合体１０は、（ニ）原子拡散バリア層（ｄｂ１）が被接合物（Ｘ）の（Ｘ）の軟質材（Ｚ）と接合される面側に配置されているものである。この原子拡散バリア層（ｄｂ１）は、具体的には、好ましくは、図８に記載されるように、金属材料からなる被接合物（Ｘ）の軟質材（Ｚ）（図示せず）と接合される面側に配置される場合、図９に記載されるように、金属層（ｍ）を具備する無機材料（ＩＭ）からなる被接合物（Ｘ）の軟質材（Ｚ）（図示せず）と接合される面側に配置される場合、図１０に記載されるように、硬質層（ｈ）を具備する被接合物（Ｘ）の軟質材（Ｚ）（図示せず）と接合される面側に配置される場合がある。ここで、金属材料（Ｍ）、金属層（ｍ）、硬質層（ｈ）ならびに無機材料（ＩＭ）は、（イ）〜（ハ）において記載したものを用いることができる。 In the bonded body 10 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 3, (d) on the side where the atomic diffusion barrier layer (db1) is bonded to the soft material (Z) of (X) of the article (X) It is arranged. Specifically, preferably, as described in FIG. 8, this atomic diffusion barrier layer (db1) is joined to the soft material (Z) (not shown) of the article (X) made of a metal material. When placed on the side to be bonded, as shown in FIG. 9, the soft material (Z) (not shown) of the article (X) made of an inorganic material (IM) having a metal layer (m) (not shown) And the soft material (Z) (not shown) of the article (X) having the hard layer (h), as shown in FIG. May be placed on the Here, as the metal material (M), the metal layer (m), the hard layer (h) and the inorganic material (IM), those described in (i) to (iii) can be used.
原子拡散バリア層（ｄｂ１）は、被接合物（Ｘ）と金薄膜層（ａ１）との間に介在して、主として、被接合物（Ｘ）に由来する原子と金薄膜層（ａ１）中の金原子との相互拡散を防止ないし抑制することができるものである。例えば、図５〜７のように、金薄膜（ａ１）と、金属材料（Ｍ）、金属層（ｍ）あるいは硬質層（ｈ）とが直接接触している場合、金属材料（Ｍ）、金属層（ｍ）あるいは硬質層（ｈ）に由来する原子が、金薄膜層（ａ１）の形成中や接合時に金薄膜層（Ａ）内に拡散してしまい、金薄膜の活量を低下させる場合がある。活量低下により、接合する以前の段階で、金薄膜層は、酸化や吸着といった劣化を生じて接合のための金属結合形成を阻害してしまうことがある。そこで、クロムやニッケル、タンタル、タングステンといった拡散係数の小さい物質からなる原子拡散防止バリア層（ｄｂ１）を形成して金薄膜層の劣化を防止することで、接合強度をさらに増大させることが可能である。 The atomic diffusion barrier layer (db1) is interposed between the bonded material (X) and the gold thin film layer (a1), and mainly contains atoms derived from the bonded material (X) and the gold thin film layer (a1). Can prevent or suppress the interdiffusion with the gold atom. For example, as shown in FIGS. 5 to 7, when the gold thin film (a1) is in direct contact with the metal material (M), the metal layer (m) or the hard layer (h), the metal material (M), metal When atoms derived from the layer (m) or the hard layer (h) diffuse into the gold thin film layer (A) during formation of the gold thin film layer (a1) or at the time of bonding to reduce the activity of the gold thin film There is. Due to the decrease in activity, the gold thin film layer may be deteriorated such as oxidation or adsorption at the stage prior to bonding to inhibit metal bond formation for bonding. Therefore, by forming an atomic diffusion prevention barrier layer (db1) made of a material having a small diffusion coefficient such as chromium, nickel, tantalum, or tungsten to prevent deterioration of the gold thin film layer, it is possible to further increase the bonding strength. is there.
原子拡散バリア層（ｄｂ１）は、自己拡散係数が、１．０×１０−５０ｍ２／ｓ以下であるものが適当である。このことによって、接合体の接合強度向上および接合体の信頼性向上を達成することが容易になる。The atomic diffusion barrier layer (db1) suitably has a self diffusion coefficient of 1.0 × 10−50 m2 / s or less. By this, it becomes easy to achieve the joint strength improvement of a joined object, and the reliability improvement of a joined body.
原子拡散バリア層（ｄｂ１）の平均厚さは、１〜１０００ｎｍ、好ましくは１〜１００ｎｍ、特に好ましくは１〜１０ｎｍ、である。原子拡散バリア層（ｄｂ１）の平均厚さが上記の範囲内であることにより、相互拡散を防止ないし抑制することができる。 The average thickness of the atomic diffusion barrier layer (db1) is 1 to 1000 nm, preferably 1 to 100 nm, particularly preferably 1 to 10 nm. When the average thickness of the atomic diffusion barrier layer (db1) is within the above range, mutual diffusion can be prevented or suppressed.
このような原子拡散バリア層（ｄｂ１）は、任意の方法にて形成することができる。好ましくは、例えば、スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法によって形成することが出来る。これらは、従来から汎用されているものであるから、安価かつ容易に所望の原子拡散バリア層（ｄｂ１）を有する被接合物（Ｘ）を得ることができる。 Such an atomic diffusion barrier layer (db1) can be formed by any method. Preferably, it can be formed, for example, by a sputtering method, a vacuum evaporation method, or an ion plating method. Since these are widely used conventionally, it is possible to obtain the object (X) having the desired atomic diffusion barrier layer (db1) inexpensively and easily.
本発明の実施形態による接合体において、他の被接合物（Ｙ）としては、好ましくは、例えば、（ホ）金属材料からなるもの、を挙げることができる（図５参照）。 In the bonded body according to the embodiment of the present invention, as the other object to be bonded (Y), preferably, one made of, for example, (e) a metal material can be mentioned (see FIG. 5).
また、本発明の実施形態による接合体において、他の被接合物（Ｙ）としては、好ましくは、例えば、（ヘ）軟質材（Ｚ）と接合される面側に金属層（ｍ）を具備する無機材料からなるもの、を挙げることができる（図６参照）。 Further, in the joined body according to the embodiment of the present invention, as another article to be joined (Y), preferably, for example, (f) a metal layer (m) is provided on the side to be joined with the soft material (Z) Can be mentioned (see FIG. 6).
また、本発明の実施形態による接合体において、他の被接合物（Ｙ）としては、好ましくは、例えば、（ト）被接合物（Ｙ）の構成材料よりも硬度が高い硬質層（ｈ）を、前記の軟質材（Ｚ）と接合される面側に具備するもの、を挙げることができる（図７参照）。 Further, in the bonded body according to the embodiment of the present invention, preferably, for example, the hard layer (h) having a hardness higher than that of the constituent material of the to-be-joined material (Y) as another to-be-joined material (Y) May be provided on the side to be joined with the above-mentioned soft material (Z) (see FIG. 7).
図３に示される本発明の実施形態による接合体１０は、（チ）原子拡散バリア層（ｄｂ１）が被接合物（Ｙ）の軟質材（Ｚ）と接合される面側に配置されているものである。この原子拡散バリア層（ｄｂ１）は、具体的には、好ましくは、図８に記載されるように、金属材料からなる被接合物（Ｙ）の軟質材（Ｚ）（図示せず）と接合される面側に配置される場合、図９に記載されるように、金属層（ｍ）を具備する無機材料（ＩＭ）からなる被接合物（Ｙ）の軟質材（Ｚ）（図示せず）と接合される面側に配置される場合、図１０に記載されるように、硬質層（ｈ）を具備する被接合物（Ｙ）の軟質材（Ｚ）（図示せず）と接合される面側に配置される場合がある。ここで、金属材料（Ｍ）、金属層（ｍ）、硬質層（ｈ）、無機材料（ＩＭ）ならびに原子拡散バリア層（ｄｂ１）は、被接合物（Ｘ）に関して上述した物と同様の物を用いることができる。 The bonded body 10 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 3 is disposed on the side of the (i) atomic diffusion barrier layer (db1) to be bonded to the soft material (Z) of the article (Y) It is a thing. Specifically, preferably, as described in FIG. 8, this atomic diffusion barrier layer (db1) is joined to the soft material (Z) (not shown) of the article (Y) made of a metal material. When arranged on the side to be exposed, as shown in FIG. 9, the soft material (Z) (not shown) of the article (Y) to be bonded comprising the inorganic material (IM) having the metal layer (m) (not shown) And the soft material (Z) (not shown) of the article (Y) having the hard layer (h), as shown in FIG. May be placed on the Here, the metal material (M), the metal layer (m), the hard layer (h), the inorganic material (IM) and the atomic diffusion barrier layer (db1) are the same as those described above for the object (X) Can be used.
被接合物（Ｘ）と他の被接合物（Ｙ）との組み合わせは特に制限はなく、従って、上記（イ）〜（ニ）の被接合物（Ｘ）と、上記（ホ）〜（チ）の他の被接合物（Ｙ）とは、任意の組み合わせで用いることができる。一般的には、被接合物（Ｘ）と他の被接合物（Ｙ）とは、同様の構造をしている方が押圧が安定することから、好ましい組み合わせとしては、（イ）と（ホ）との組み合わせ、（ロ）と（へ）との組み合わせ、（ハ）と（ト）との組み合わせ、（ニ）と（チ）との組み合わせ、を挙げることができる。特に好ましくは、（ニ）と（チ）との組み合わせ、を挙げることができる。 There is no particular limitation on the combination of the object to be bonded (X) and the other object to be bonded (Y). Therefore, the object to be bonded (X) of (i) to (iv) and the above (e) to (iv) And the other objects to be bonded (Y) can be used in any combination. Generally, since the object to be joined (X) and the other object to be joined (Y) have the same structure and the pressing becomes stable, (A) and (E) are preferable combinations. , Combinations of (b) and (h), combinations of (c) and (t), and combinations of (d) and (h). Particularly preferably, a combination of (d) and (ii) can be mentioned.
被接合物（Ｘ）および他の被接合物（Ｙ）の表面（即ち、金薄膜層（ａ１）を形成させる前の被接合物（Ｘ）の表面、金薄膜層（ｂ１）を形成させる前の他の被接合物（Ｙ）の表面、あるいは、被接合物（Ｘ）や他の被接合物（Ｙ）が金属層（ｍ）や硬質層（ｈ）を具備するものあるいは原子拡散バリア層（ｄｂ１）をが配置されたものである場合には、これらの金属層（ｍ）や硬質層（ｈ）や原子拡散バリア層（ｄｂ１）の表面）は、そのＲａが、０．０５〜５μｍ、好ましくは０．０５〜１μｍ、特に好ましくは０．０５〜０．１μｍ、の範囲内のものである。ここで、Ｒａは、ＪＩＳ規格における算術平均粗さによって規定されるものである。 Surfaces of objects to be bonded (X) and other objects to be bonded (Y) (ie, surfaces of object (X) before forming gold thin film layer (a1), before forming gold thin film layer (b1) The surface of another object to be bonded (Y), or the object to be bonded (X) or another object to be bonded (Y) having a metal layer (m) or a hard layer (h), or an atomic diffusion barrier layer When (db1) is disposed, the surface area of the metal layer (m), the hard layer (h) or the surface of the atomic diffusion barrier layer (db1) has an Ra of 0.05 to 5 μm. Preferably, it is in the range of 0.05 to 1 μm, particularly preferably 0.05 to 0.1 μm. Here, Ra is defined by the arithmetic mean roughness in the JIS standard.
このような凹凸表面は、従来から汎用されてきた、例えばプレスのような圧延加工、旋盤やフライス盤を用いた切削加工、鍛造等によって容易に実現することができるので、本発明の実施形態では、例えば電解研磨やラッピング、ポリッシング、ＣＭＰのような超精密加工を要しない。 Such a concavo-convex surface can be easily realized by, for example, rolling processing such as pressing, cutting processing using a lathe or a milling machine, forging, etc., which have been widely used in the prior art. For example, ultra-precision processing such as electropolishing, lapping, polishing and CMP is not required.
従って、本発明の実施形態では、特殊な装置や作業等を必要とせずに、従来から汎用されてきた装置ならびに作業等をそのまま、あるいは必要に応じて若干の改良を加えて、採用することができるので、非常に安価かつ容易に、被接合物（Ｘ）および他の被接合物（Ｙ）を得ることができ、そして、これらの被接合物（Ｘ）と他の被接合物（Ｙ）との接合体を得ることができる。 Therefore, according to the embodiment of the present invention, it is possible to adopt a conventionally used apparatus and work as it is or by applying some improvement as needed without requiring a special apparatus or work. Can be obtained, so that the object (X) and the other object (Y) can be obtained very inexpensively and easily, and these objects (J) and other objects (Y) can be obtained. Can be obtained.
<< 被接合物（Ｘ）および他の被接合物（Ｙ）との組み合わせ例 >>
本発明の実施形態において、被接合物（Ｘ）と他の被接合物（Ｙ）とは、同一種類の材料であっても、異なる種類の材料であってもよい。また、その大きさや厚さ、形状ならびに構造等も同一であっても、異なっていてもよい。<< Example of combination with workpiece (X) and other workpiece (Y) >>
In the embodiment of the present invention, the article (X) and the other article (Y) may be the same kind of material or different kinds of materials. In addition, the size, thickness, shape, structure and the like may be the same or different.
そして、本発明の実施形態では、接合される被接合物（Ｘ）の数と接合される他の被接合物（Ｙ）の数は、同一であっても異なっていてもよい。即ち、１個の被接合物（Ｘ）に対して、１個または複数個の他の被接合物（Ｙ）を接合することができ、また、１個または複数個の被接合物（Ｘ）に対して、１個の他の被接合物（Ｙ）を接合することができる。 And in embodiment of this invention, the number of other to-be-joined objects (Y) joined with the number of to-be-joined objects (X) joined may be same or different. That is, one or more other objects (Y) can be joined to one object (X), and one or more objects (X) In contrast, one other object (Y) can be joined.
本発明の実施形態において、被接合物（Ｘ）と他の被接合物（Ｙ）の特に好ましい組み合わせの具体例には、例えば図１１に示されるような、被接合物（Ｘ）が、上述の（ロ）（即ち、「軟質材（Ｚ）と接合される面側に金属層（ｍ）を具備する無機材料からなるもの」）のうち、無機材料（ＩＭ）が半導体化合物、特に好ましくはＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓであり、金属層（ｍ）が電気伝導度が良好な金属からなる化合物半導体素子であって、一方の他の被接合物（Ｙ）が、電気素子用の実装基板（例えば、絶縁性基板（ＥＩ）、好ましくは、セラミック基板（例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等）と、この上に配線として機能可能な金属層（ｍα）、（ｍβ）を有する基板など）との組み合わせ物が包含される。 In the embodiment of the present invention, a specific example of the particularly preferable combination of the article (X) and the other article (Y) is, for example, the article (X) as shown in FIG. (Ii) (that is, “the material comprising an inorganic material having a metal layer (m) on the side to be bonded to the soft material (Z)”), the inorganic material (IM) is a semiconductor compound, particularly preferably It is a compound semiconductor element which is SiC, GaN, GaAs, and a metal layer (m) consists of a metal with favorable electrical conductivity, and one other to-be-joined thing (Y) is a mounting substrate for electric elements (for example, A combination of an insulating substrate (EI), preferably a ceramic substrate (eg, aluminum nitride, silicon nitride, etc.) and a metal layer (mα, (mβ), etc.) that can function as a wiring thereon Objects are included.
そして、本発明の実施形態において、被接合物（Ｘ）と他の被接合物（Ｙ）の特に好ましい組み合わせの具体例には、例えば図２０に示されるような、原子拡散バリア層（ｄｂ１）および金属層（ｍ）を具備する無機材料（ＩＭ）からなる被接合物（Ｘ）と、電気素子用の実装基板（例えば、絶縁性基板（ＥＩ））と、この両面に配線として機能可能な金属層（ｍα）、（ｍβ）および原子拡散バリア層（ｄｂ１）からなる被接合物（Ｙ）との組み合わせ物が包含される。 And in the embodiment of the present invention, a specific example of the particularly preferable combination of the article (X) and the other article (Y) is, for example, an atomic diffusion barrier layer (db1) as shown in FIG. And an object (X) made of an inorganic material (IM) having a metal layer (m), a mounting substrate for an electric element (for example, an insulating substrate (EI)), and both sides can function as wiring Included is a combination with a bonded material (Y) consisting of a metal layer (mα), (mβ) and an atomic diffusion barrier layer (db1).
<<< 金薄膜層（ａ１）および金薄膜層（ｂ１） >>>
本発明の実施形態では、被接合表面に金薄膜層（ａ１）を有する被接合物（Ｘ）と、被接合表面に金薄膜層（ｂ１）を有する他の被接合物（Ｙ）とを、用いることができる。<<< gold thin film layer (a1) and gold thin film layer (b1) >>>
In the embodiment of the present invention, an article (X) having a gold thin film layer (a1) on the surface to be joined and another article (Y) having a gold thin film layer (b1) on the surface to be joined It can be used.
ここで、金薄膜層（ａ１）および金薄膜層（ｂ１）において、「金薄膜層」とは、当該層中の金原子の存在割合が９０原子％以上であって、層の平均厚さが２０〜１０００ｎｍの範囲内である金薄膜層をいう。なお、前記の金原子の存在割合は、エネルギー分散型Ｘ線分光分析法によって求められたものであり、前記の層の平均厚さは、透過型電子顕微鏡或いは走査型電子顕微鏡によって求められたものである。 Here, in the gold thin film layer (a1) and the gold thin film layer (b1), the “gold thin film layer” means that the proportion of gold atoms in the layer is 90 atomic% or more, and the average thickness of the layer is It refers to a gold thin film layer in the range of 20 to 1000 nm. In addition, the existence ratio of the above-mentioned gold atom is determined by energy dispersive X-ray spectrometry, and the average thickness of the above-mentioned layer is determined by a transmission electron microscope or a scanning electron microscope It is.
金薄膜層中の金原子の存在割合は、好ましくは９０原子％以上、特に好ましくは９９原子％以上、である。金薄膜層中に存在する金原子以外の原子としては、被接合物や軟質材からの拡散原子（例えば、銅原子やアルミニウム原子）を挙げることができる。 The proportion of gold atoms in the gold thin film layer is preferably 90 atomic% or more, particularly preferably 99 atomic% or more. Examples of atoms other than gold atoms present in the gold thin film layer include atoms diffused from a substance to be bonded and a soft material (for example, copper atoms and aluminum atoms).
金薄膜層（ａ１）の平均厚さは、好ましくは２０〜５００ｎｍ、特に好ましくは２０〜５０ｎｍ、である。同様に、金薄膜層（ｂ１）の平均厚さは、好ましくは２０〜５００ｎｍ、特に好ましくは２０〜５０ｎｍ、である。金薄膜層（ａ１）の平均厚さおよび金薄膜層（ｂ１）の平均厚さが上記の範囲内である場合、金薄膜の未形成部分ないし欠陥等が抑制された良質な金薄膜を形成することができる。そして、この金薄膜層（ａ１）の平均厚さおよび金薄膜層（ｂ１）の平均厚さは、これらが形成される下地（例えば、金属材料（Ｍ）、無機材料（ＩＭ）、金属層（ｍ）、硬質層（ｈ）や原子拡散バリア層（ｄｂ１）の表面粗さ等（詳細後記））を考慮して、これらの下地の上に良質な金薄膜層（ａ１）や金薄膜層（ｂ１）を形成できるように、上記範囲内の厚さで形成することができる。 The average thickness of the gold thin film layer (a1) is preferably 20 to 500 nm, particularly preferably 20 to 50 nm. Likewise, the average thickness of the gold thin film layer (b1) is preferably 20 to 500 nm, particularly preferably 20 to 50 nm. When the average thickness of the gold thin film layer (a1) and the average thickness of the gold thin film layer (b1) are within the above range, a good gold thin film is formed in which the unformed portion or defect of the gold thin film is suppressed. be able to. And the average thickness of the gold thin film layer (a1) and the average thickness of the gold thin film layer (b1) are the substrates on which these are formed (for example, metal material (M), inorganic material (IM), metal layer m), the surface roughness of the hard layer (h) and the atomic diffusion barrier layer (db1), etc. (details described later), and a good gold thin film layer (a1) and a gold thin film layer (a1) It can be formed with a thickness within the above range so that b1) can be formed.
これらの金薄膜層（ａ１）および金薄膜層（ｂ１）の形成方法は、ドライプロセス法から任意に選択できる。特に好ましくは、例えば、スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法が挙げられる。このようなドライプロセス法によれば、薄膜欠陥や薄膜の汚染等がない良質な金薄膜を形成することができる。これらのドライプロセス法は、従来から汎用されているものであるから、安価かつ容易に所望の金薄膜層（ａ１）および金薄膜層（ｂ１）を得ることができる。 The formation method of these gold thin film layers (a1) and gold thin film layers (b1) can be arbitrarily selected from the dry process method. Especially preferably, a sputtering method, an ion plating method, a vacuum evaporation method is mentioned, for example. According to such a dry process method, it is possible to form a good gold thin film free from thin film defects, thin film contamination and the like. Since these dry process methods are conventionally used widely, desired gold thin film layer (a1) and gold thin film layer (b1) can be obtained inexpensively and easily.
なお、接合強度の観点からは、被接合物の接合面面積に対する接合されている面積の割合（接合面積率）が大きいことが好ましい。このことから、より高い接合強度を求める際は、これらの金薄膜層（ａ１）および金薄膜層（ｂ１）は、できるだけ大きい面積率で被接合物（Ｘ）および他の被接合物（Ｙ）の、軟質材（Ｚ）（詳細後記）と対向する面の表面に設けることが好ましい。したがって、金薄膜層（ａ１）および金薄膜層（ｂ１）は、軟質材（Ｚ）と対向してこの軟質材（Ｚ）と接合することになる表面の好ましくは大部分（例えば、９５％以上の面積）、特に好ましくは実質的に全ての領域（例えば、接合面の９９．５％以上の面積）、に形成することができる。 In addition, it is preferable that the ratio (joining area ratio) of the area currently joined with respect to the joint surface area of a to-be-joined object is large from a viewpoint of joint strength. From this, in order to obtain higher bonding strength, these gold thin film layer (a1) and gold thin film layer (b1) are to be bonded (X) and other products (Y) with the largest possible area ratio Preferably, it is provided on the surface of the surface facing the soft material (Z) (details described later). Therefore, the gold thin film layer (a1) and the gold thin film layer (b1) preferably face the soft material (Z) and preferably a majority (for example, 95% or more) of the surface to be bonded to the soft material (Z). Area, particularly preferably substantially the entire area (for example, 99.5% or more of the bonding surface area).
本発明の実施形態では、金薄膜層（ａ１）または金薄膜層（ｂ１）を形成する前に、必要に応じて、被接合物（Ｘ）または他の被接合物（Ｙ）に対して各種の処理を行うことができる。そのような必要に応じて行われる処理の好ましい具体例としては、各種の研磨処理、洗浄処理、酸処理、イオンボンバードメントといった真空中での活性化処理を挙げることができる。これらの処理によって、被接合物（Ｘ）または他の被接合物（Ｙ）の表面の凹凸の調整、酸化膜等の除去などがなされて、金薄膜層（ａ１）または金薄膜層（ｂ１）を形成させるのにより適した表面にすることができる。 In the embodiment of the present invention, before forming the gold thin film layer (a1) or the gold thin film layer (b1), various kinds of materials to be bonded to the material to be bonded (X) or other materials to be bonded (Y) as needed. Processing can be performed. As a preferable specific example of the process performed as needed, the activation process in vacuum, such as various grinding | polishing processes, washing processes, an acid process, and ion bombardment, can be mentioned. By these treatments, adjustment of the unevenness of the surface of the article (X) or other article (Y), removal of oxide film and the like are performed, and the gold thin film layer (a1) or the gold thin film layer (b1) Can be a more suitable surface to form.
<< 軟質材（Ｚ） >>
本発明の実施形態では、軟質材（Ｚ）としては、例えば、好ましくは、前記の被接合物（Ｘ）の金薄膜層（ａ１）との接合面側に金薄膜層（ａ２）を有しかつ前記の他の被接合物（Ｙ）の金薄膜層（ｂ１）との接合面側に金薄膜層（ｂ２）を有する軟質材を用いることができる。<< Soft material (Z) >>
In the embodiment of the present invention, as the soft material (Z), for example, preferably, the gold thin film layer (a2) is provided on the bonding surface side of the article (X) with the gold thin film layer (a1). And the soft material which has a gold thin film layer (b2) in the joint surface side with the gold thin film layer (b1) of said other to-be-joined thing (Y) can be used.
本発明の実施形態のおけるこの軟質材（Ｚ）は、前記の被接合物（Ｘ）および前記の他の被接合物（Ｙ）よりも表面硬度が低いものであるか、あるいは軟質材（Ｚ）全体としての剛性が低くて、図２ならびに図４の「白抜きの矢印」のように押圧力が印加された場合に、前記の被接合物（Ｘ）および前記の他の被接合物（Ｙ）よりも変形しやすいものである。 The soft material (Z) in the embodiment of the present invention has a surface hardness lower than that of the article (X) and the other articles (Y), or the soft material (Z) 2) and when the pressing force is applied as shown by the "white arrows" in FIG. 2 and FIG. It is easier to deform than Y).
このような軟質材（Ｚ）としては、例えば、好ましくは、ビッカース硬度が５０以下、好ましくは３０以下の軟質材料、ならびに超塑性材料等を用いることができる。このような材料としては、例えば、アルミニウム、すず、インジウム、鉛、銀、亜鉛、これら金属種の少なくとも一種を含む合金等を挙げることができる。本発明の実施形態では、アルミニウム、銀、亜鉛−アルミニウム合金が特に好ましい。 As such a soft material (Z), for example, a soft material having a Vickers hardness of 50 or less, preferably 30 or less, and a superplastic material can be preferably used. Examples of such a material include aluminum, tin, indium, lead, silver, zinc, an alloy containing at least one of these metal species, and the like. In the embodiments of the present invention, aluminum, silver and zinc-aluminum alloys are particularly preferred.
この軟質材（Ｚ）の平均厚さは、被接合物（Ｘ）および他の被接合物（Ｙ）の表面（即ち、金薄膜層（ａ１）を形成させる前の被接合物（Ｘ）の表面、金薄膜層（ｂ１）を形成させる前の他の被接合物（Ｙ）の表面、あるいは、被接合物（Ｘ）や他の被接合物（Ｙ）が金属層（ｍ）や硬質層（ｈ）を具備するものあるいは原子拡散バリア層（ｄｂ１）をが配置されたものである場合には、これらの金属層（ｍ）や硬質層（ｈ）や原子拡散バリア層（ｄｂ１）の表面のそれぞれの「最大うねり」と「凸部の最大高さ」との合計の１〜１００倍の厚さ、好ましくは１０〜１００倍の厚さ、特に好ましくは１０〜５０倍の厚さ、にすることができる。このような厚さの軟質材（Ｚ）によれば、被接合物（Ｘ）と他の被接合物（Ｙ）との接合を確実に行うことが可能になる。 The average thickness of the soft material (Z) is the surface of the article (X) and the other article (Y) (ie, the article (X) before forming the gold thin film layer (a1). The surface, the surface of another bonding object (Y) before forming the gold thin film layer (b1), or the bonding material (X) or another bonding object (Y) is a metal layer (m) or a hard layer (H), or in the case where the atomic diffusion barrier layer (db1) is disposed, the surface of the metal layer (m), the hard layer (h) or the atomic diffusion barrier layer (db1) Thickness of 1 to 100 times, preferably 10 to 100 times of thickness, particularly preferably 10 to 50 times of thickness of the sum of "maximum waviness" and "maximum height of convex portions" of According to the soft material (Z) having such a thickness, it is possible to ensure bonding between the article (X) and another article (Y). Ukoto becomes possible.
この軟質材（Ｚ）としては、好ましくは、例えば、常温におけるその硬度が被接合物（Ｘ）の表面部および前記の他の被接合物（Ｙ）の表面部の硬度より低いものであって、前記の軟質材（Ｚ）と、前記の被接合物（Ｘ）の表面部または前記の他の被接合物（Ｙ）の表面部とのビッカース硬度（Ｈｖ）の差が、３０以上であるものを用いることができる。前記の硬度の差が上記範囲内であることにより、軟質材が塑性変形することにより被接合物の接合面の凹凸になじみやすくなり、接合が容易になる。 As this soft material (Z), preferably, its hardness at normal temperature is lower than the hardness of the surface of the article (X) and the surface of the other article (Y). The difference in Vickers hardness (Hv) between the soft material (Z) and the surface of the article (X) or the surface of the other article (Y) is 30 or more The thing can be used. When the difference in hardness is in the above range, the soft material is plastically deformed, so that it becomes easy to conform to the unevenness of the bonding surface of the article to be bonded, and the bonding becomes easy.
また、被接合物（Ｘ）および他の被接合物（Ｙ）が前記の金属層（ｍ）を具備するものである場合には、常温におけるその硬度が前記の金属層（ｍ）の硬度より低いものであって、前記の軟質材（Ｚ）と前記の金属層（ｍ）とのビッカース硬度の差が、３０以上、好ましくは５０以上、であるもの、を用いることができる。前記の硬度の差が上記範囲内であることにより、軟質材が塑性変形することにより被接合物の接合面の凹凸になじみやすくなり、接合が容易になる。 In the case where the article to be joined (X) and the other article to be joined (Y) have the metal layer (m), the hardness at normal temperature is higher than the hardness of the metal layer (m). It is possible to use one that is low and has a Vickers hardness difference of 30 or more, preferably 50 or more, between the soft material (Z) and the metal layer (m). When the difference in hardness is in the above range, the soft material is plastically deformed, so that it becomes easy to conform to the unevenness of the bonding surface of the article to be bonded, and the bonding becomes easy.
また、被接合物（Ｘ）および他の被接合物（Ｙ）が前記の硬質層（ｈ）を具備するものである場合には、軟質材（Ｚ）は、常温におけるその硬度が前記の硬質層（ｈ）の硬度より低いものであって、前記の軟質材（Ｚ）と前記の硬質層（ｈ）との硬度の差が、３０以上、好ましくは５０以上、であるもの、を用いることができる。前記の硬度の差が上記範囲内であることにより、軟質材が塑性変形することにより被接合物の接合面の凹凸になじみやすくなり、接合が容易になる。 In the case where the article to be joined (X) and the other article to be joined (Y) have the above-mentioned hard layer (h), the soft material (Z) has the above-mentioned hardness at normal temperature. Using a material which is lower than the hardness of the layer (h) and whose difference in hardness between the soft material (Z) and the hard layer (h) is 30 or more, preferably 50 or more. Can. When the difference in hardness is in the above range, the soft material is plastically deformed, so that it becomes easy to conform to the unevenness of the bonding surface of the article to be bonded, and the bonding becomes easy.
本発明の実施形態におけるこの軟質材（Ｚ）は、前記の被接合物（Ｘ）および前記の他の被接合物（Ｙ）よりも表面硬度が低いものであるので、図２ならびに図４の「白抜きの矢印」のように押圧力が印加された場合に、前記の被接合物（Ｘ）および前記の他の被接合物（Ｙ）よりも変形しやすいものである。 Since the soft material (Z) in the embodiment of the present invention has a surface hardness lower than that of the above-mentioned bonding object (X) and the above-mentioned other bonding objects (Y), FIGS. When a pressing force is applied as shown by the "open arrow", the object to be bonded (X) and the other objects to be bonded (Y) are more easily deformed.
そして、この軟質材（Ｚ）は、その両面に、金薄膜層（ａ２）と金薄膜層（ｂ２）とを有するものである。そして、前述のように、前記の被接合物（Ｘ）および前記の他の被接合物（Ｙ）の表面にも、金薄膜層（ａ１）および金薄膜層（ｂ１）が形成されている。 And this soft material (Z) has a gold thin film layer (a2) and a gold thin film layer (b2) on both sides. Then, as described above, the gold thin film layer (a1) and the gold thin film layer (b1) are formed also on the surfaces of the object to be bonded (X) and the other objects to be bonded (Y).
このようなことから、被接合物（Ｘ）および他の被接合物（Ｙ）が「白抜きの矢印」のように押圧された際に、この軟質材（Ｚ）は、接合物（Ｘ）および他の被接合物（Ｙ）よりも柔軟に変形することになる。そして、この軟質材（Ｚ）の金薄膜層（ａ２）および金薄膜層（ｂ２）、ならびに被接合物（Ｘ）や他の被接合物（Ｙ）に形成された金薄膜層（ａ１）および金薄膜層（ｂ２）は、金属中で最も展延性に優れた金材料からなることから、押圧による軟質材（Ｚ）の変形や、被接合物（Ｘ）および他の被接合物（Ｙ）の表面の凹凸によく追随して変形および展延することできる。 Because of this, when the object to be bonded (X) and the other object to be bonded (Y) are pressed as shown by the "white arrow", this soft material (Z) is a member to be joined (X) And more flexible than other objects (Y). Then, the gold thin film layer (a2) and the gold thin film layer (b2) of the soft material (Z), and the gold thin film layer (a1) formed on the article (X) and other articles (Y) The gold thin film layer (b2) is made of a gold material having the most spreadability among metals, so deformation of the soft material (Z) due to pressing, an object to be joined (X) and another object to be joined (Y) Can be deformed and spread well in accordance with the surface irregularities of the
図３に示される本発明の実施形態による接合体１０は、軟質材（Ｚ）に原子拡散バリア層（ｄｂ２）が配置されたものである。この原子拡散バリア層（ｄｂ２）は、具体的には、特に好ましくは、図４に記載されるように、被接合物（Ｘ）と接合される面側および他の被接合物（Ｙ）と接合される面側の双方にそれぞれ配置することができる。なお、原子拡散バリア層（ｄｂ２）は、被接合物（Ｘ）接合される面側のみに、あるいは他の被接合物（Ｙ）と接合される面側のみに、配置することができる。 The bonded body 10 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 3 is a soft material (Z) in which an atomic diffusion barrier layer (db2) is disposed. Specifically, particularly preferably, as described in FIG. 4, the atomic diffusion barrier layer (db2) includes the surface side to be bonded to the article (X) and the other article (Y) It can be disposed on both sides of the surface to be joined. The atomic diffusion barrier layer (db2) can be disposed only on the surface to be bonded (X) or only on the surface to be bonded to another material (Y).
この原子拡散バリア層（ｄｂ２）は、原子拡散バリア層（ｄｂ１）として前記したようなクロムやニッケル、タンタル、タングステンといった拡散係数の小さい物質によって形成することが好ましい。原子拡散バリア層（ｄｂ２）の平均厚さは、１〜１０００ｎｍ、好ましくは１〜１００ｎｍ、特に好ましくは１〜１０ｎｍ、である。原子拡散バリア層（ｄｂ２）の平均厚さが上記の範囲内であることにより、相互拡散を防止ないし抑制することができる。 The atomic diffusion barrier layer (db2) is preferably formed of a material having a small diffusion coefficient such as chromium, nickel, tantalum, or tungsten as described above as the atomic diffusion barrier layer (db1). The average thickness of the atomic diffusion barrier layer (db2) is 1 to 1000 nm, preferably 1 to 100 nm, particularly preferably 1 to 10 nm. When the average thickness of the atomic diffusion barrier layer (db2) is within the above range, mutual diffusion can be prevented or suppressed.
<<< 金薄膜層（ａ２）および金薄膜層（ｂ２） >>>
本発明の実施形態の金薄膜層（ａ２）および金薄膜層（ｂ２）において、「金薄膜層」とは、当該層中の金原子の存在割合が９０原子％以上であって、層の平均厚さが２０〜１０００ｎｍの範囲である金薄膜層をいうものである。なお、前記の金原子の存在割合は、エネルギー分散型Ｘ線分光分析法によって求められたものであり、前記の層の平均厚さは、透過型電子顕微鏡或いは走査型電子顕微鏡によって求められたものである。<<< gold thin film layer (a2) and gold thin film layer (b2) >>>
In the gold thin film layer (a2) and the gold thin film layer (b2) according to the embodiment of the present invention, the “gold thin film layer” means that the proportion of gold atoms in the layer is 90 atomic% or more. It refers to a gold thin film layer whose thickness is in the range of 20 to 1000 nm. In addition, the existence ratio of the above-mentioned gold atom is determined by energy dispersive X-ray spectrometry, and the average thickness of the above-mentioned layer is determined by a transmission electron microscope or a scanning electron microscope It is.
金薄膜層中の金原子の存在割合は、好ましくは９０原子％以上、特に好ましくは９９原子％以上、である。金薄膜層中に存在する金原子以外の原子としては、被接合物や軟質材からの拡散原子（例えば、銅原子やアルミニウム原子）を挙げることができる。 The proportion of gold atoms in the gold thin film layer is preferably 90 atomic% or more, particularly preferably 99 atomic% or more. Examples of atoms other than gold atoms present in the gold thin film layer include atoms diffused from a substance to be bonded and a soft material (for example, copper atoms and aluminum atoms).
金薄膜層（ａ２）の平均厚さは、好ましくは２０〜１００ｎｍ、特に好ましくは２０〜５０ｎｍ、である。同様に、金薄膜層（ｂ２）の平均厚さは、好ましくは２０〜１００ｎｍ、特に好ましくは２０〜５０ｎｍ、である。金薄膜層（ａ２）の平均厚さおよび金薄膜層（ｂ２）の平均厚さが上記の範囲内である場合、金薄膜の未形成部分ないし欠陥等が抑制された良質な金薄膜を形成することができる。 The average thickness of the gold thin film layer (a2) is preferably 20 to 100 nm, particularly preferably 20 to 50 nm. Likewise, the average thickness of the gold thin film layer (b2) is preferably 20 to 100 nm, particularly preferably 20 to 50 nm. When the average thickness of the gold thin film layer (a2) and the average thickness of the gold thin film layer (b2) are within the above range, a good gold thin film is formed in which the unformed portion or defect of the gold thin film is suppressed. be able to.
これらの金薄膜層（ａ２）および金薄膜層（ｂ２）の形成方法は、ドライプロセス法から任意に選択できる。特に好ましくは、例えば、スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法が挙げられる。このようなドライプロセス法によれば、薄膜欠陥や薄膜の汚染等がない良質な金薄膜を形成することができる。これらのドライプロセス法は、従来から汎用されているものであるから、安価かつ容易に所望の金薄膜層（ａ２）および金薄膜層（ｂ２）を得ることができる。 The formation method of these gold thin film layers (a2) and gold thin film layers (b2) can be arbitrarily selected from the dry process method. Especially preferably, a sputtering method, an ion plating method, a vacuum evaporation method is mentioned, for example. According to such a dry process method, it is possible to form a good gold thin film free from thin film defects, thin film contamination and the like. Since these dry process methods are conventionally used widely, desired gold thin film layer (a2) and gold thin film layer (b2) can be obtained inexpensively and easily.
なお、接合強度の観点からは、被接合物の接合面面積に対する接合されている面積の割合（接合面積率）が大きいことが好ましい。このことから、より高い接合強度を求める際は、これらの金薄膜層（ａ２）および金薄膜層（ｂ２）は、できるだけ大きい接合面積率で、軟質材（Ｚ）の、被接合物（Ｘ）および他の被接合物（Ｙ）と対向する面の表面に設けることが好ましい。したがって、金薄膜層（ａ２）および金薄膜層（ｂ２）は、被接合物（Ｘ）および他の被接合物（Ｙ）と対向して、これらの被接合物と接合することになる表面の好ましくは大部分（例えば、９５％以上の面積）、特に好ましくは実質的に全ての領域（例えば、接合面の９９．５％以上の面積）、に形成することができる。 In addition, it is preferable that the ratio (joining area ratio) of the area currently joined with respect to the joint surface area of a to-be-joined object is large from a viewpoint of joint strength. From this, in order to obtain a higher bonding strength, the gold thin film layer (a2) and the gold thin film layer (b2) are to be bonded (X) of the soft material (Z) with a bonding area ratio as large as possible. And it is preferable to provide in the surface of the surface opposite to other to-be-bonded materials (Y). Therefore, the gold thin film layer (a2) and the gold thin film layer (b2) face the object to be bonded (X) and the other objects to be bonded (Y), and the surface of the surface to be bonded to these objects to be bonded Preferably, it can be formed in a large part (for example, an area of 95% or more), particularly preferably substantially in the entire area (for example, an area of 99.5% or more of a bonding surface).
本発明の実施形態では、金薄膜層（ａ２）または金薄膜層（ｂ２）を形成する前に、必要に応じて、被接合物（Ｘ）または他の被接合物（Ｙ）に対して各種の処理を行うことができる。そのような必要に応じて行われる処理の好ましい具体例としては、各種の研磨処理、洗浄処理、酸処理、イオンボンバードメントといった真空中での活性化処理を挙げることができる。これらの処理によって、軟質材（Ｚ）の表面の凹凸の調整、酸化膜等の除去などがなされて、金薄膜層（ａ２）および金薄膜層（ｂ２）を形成させるのにより適した表面にすることができる。 In the embodiment of the present invention, before forming the gold thin film layer (a2) or the gold thin film layer (b2), various kinds of materials to be bonded to the object to be bonded (X) or other objects to be bonded (Y), as needed. Processing can be performed. As a preferable specific example of the process performed as needed, the activation process in vacuum, such as various grinding | polishing processes, washing processes, an acid process, and ion bombardment, can be mentioned. By these treatments, the irregularities of the surface of the soft material (Z) are adjusted, the oxide film and the like are removed, and the gold thin film layer (a2) and the gold thin film layer (b2) are formed to be a more suitable surface. be able to.
<< 押 圧 >>
前述のように、本発明の実施形態による接合体は、好ましくは、
被接合面側に金薄膜層（ａ１）を有する被接合物（Ｘ）と、被接合面側に金薄膜層（ｂ１）を有する他の被接合物（Ｙ）とを、
前記の被接合物（Ｘ）の金薄膜層（ａ１）との接合面側に金薄膜層（ａ２）を有しかつ前記の他の被接合物（Ｙ）の金薄膜層（ｂ１）との接合面側に金薄膜層（ｂ２）を有する軟質材（Ｚ）を介して、押圧することによって接合させることにより製造することができる（図２参照）。<< Press pressure >>
As mentioned above, a conjugate according to an embodiment of the present invention is preferably
An object to be joined (X) having a gold thin film layer (a1) on the side to be joined, and another object to be joined (Y) having a gold thin film layer (b1) on the side to be joined,
A gold thin film layer (a2) is provided on the side of the bonding surface of the bonding object (X) to the gold thin film layer (a1), and the gold bonding layer (b1) of the other bonding object (Y) It can manufacture by joining by pressing via the soft material (Z) which has a gold thin film layer (b2) in the joint surface side (refer FIG. 2).
特に、図４に示される本発明の実施形態による接合体は、好ましくは、
被接合面側に金薄膜層（ａ１）を有する被接合物（Ｘ）と、被接合面側に金薄膜層（ｂ１）を有する他の被接合物（Ｙ）とを、
前記の被接合物（Ｘ）の金薄膜層（ａ１）との接合面側に金薄膜層（ａ２）を有しかつ前記の他の被接合物（Ｙ）の金薄膜層（ｂ１）との接合面側に金薄膜層（ｂ２）を有する軟質材（Ｚ）、ならびに
前記の被接合物（Ｘ）と前記の金薄膜層（Ａ）との間、および（または）前記の被接合物（Ｙ）と前記の金薄膜層（Ｂ）との間に配置された原子拡散バリア層（ｄｂ１）、および（または）
前記の軟質材（Ｚ）と前記の金薄膜層（Ａ）との間、および（または）前記の軟質材（Ｚ）と前記の金薄膜層（Ｂ）との間に配置された原子拡散バリア層（ｄｂ２）
を介して、押圧することによって接合させることにより製造することができる。In particular, the conjugate according to the embodiment of the present invention shown in FIG.
An object to be joined (X) having a gold thin film layer (a1) on the side to be joined, and another object to be joined (Y) having a gold thin film layer (b1) on the side to be joined,
A gold thin film layer (a2) is provided on the side of the bonding surface of the bonding object (X) to the gold thin film layer (a1), and the gold bonding layer (b1) of the other bonding object (Y) A soft material (Z) having a gold thin film layer (b2) on the bonding surface side, and between the object to be bonded (X) and the gold thin film layer (A), and / or the object to be bonded ((2) An atomic diffusion barrier layer (db1) disposed between Y) and the gold thin film layer (B), and / or
Atomic diffusion barrier disposed between the soft material (Z) and the gold thin film layer (A) and / or between the soft material (Z) and the gold thin film layer (B) Layer (db2)
Can be manufactured by bonding by pressing.
この図２ならびに図４の各図中の２つの「白抜きの矢印」は、前述の被接合物（Ｘ）と他の被接合物（Ｙ）とを軟質材（Ｚ）を介して押圧する際に印加される力の方向を、矢印の向きで示している。 Two “open arrows” in each of FIGS. 2 and 4 press the above-mentioned object to be bonded (X) and another object to be bonded (Y) through the soft material (Z). The direction of the force applied is indicated by the direction of the arrow.
なお、図２ならびに図４に示される被接合物（Ｘ）と軟質材（Ｚ）と他の被接合物（Ｙ）の重ね合わせ物を、例えば、（イ）固定された定盤（図示せず）等の上に配置した後に、これに上方側から力を印加して押圧する場合、（ロ）固定された定盤（図示せず）等の下側に、上記の重ね合わせ物を配置した後に、これに下方側から力を印加して押圧する場合、（ハ）両者共に移動可能な定盤等の間に、上記の重ね合わせ物を配置した後に、これに上方側および下方側から同時にまたは別々に力を印加して押圧する場合、（ニ）水平面に対して任意の角度で設置された定盤等を用いて上記（イ）〜（ハ）のような押圧を行う場合、などにおいても、図２中の２つの「白抜きの矢印」のように、被接合物（Ｘ）と他の被接合物（Ｙ）とが軟質材（Ｚ）を介して押圧されることになる。 In addition, for example, (i) fixed surface plates (shown in FIG. 2 and FIG. 4) of the superposition of the workpiece (X), the soft material (Z) and the other workpiece (Y) shown in FIG. When placing a force from the upper side and pressing it after placing it on top of the above, etc.) (b) placing the above-mentioned piled-up under the fixed platen (not shown) etc. After applying the force from the lower side and pressing it, (3) After placing the above-mentioned piled up between the movable platen and the like, the upper side and the lower side In the case of pressing by applying a force simultaneously or separately, (d) when pressing as in (i) to (iii) above using a platen etc. installed at an arbitrary angle with respect to the horizontal surface, etc. As in the two “open arrows” in FIG. 2, the object to be bonded (X) and the other object to be ) Will be pressed through.
押圧は、被接合物（Ｘ）と他の被接合物（Ｙ）とが確実に接合される押圧力で行う。それに必要な最小限の押圧力は、例えば被接合物（Ｘ）や他の被接合物（Ｙ）の内容、硬度等に応じて異なることがあることから、押圧力は、主として、被接合物（Ｘ）および他の被接合物（Ｙ）の材質、硬度ならびに構造や、被接合物（Ｘ）と他の被接合物（Ｙ）との組み合わせ等に応じて適宜定めることができる。 The pressing is performed with a pressing force that reliably bonds the object to be welded (X) and the other object to be welded (Y). The minimum required pressing force may differ depending on, for example, the content of the object to be welded (X) and other objects to be welded (Y), the hardness, etc. Therefore, the pressing force mainly depends on the object to be welded. It can determine suitably according to the material of the (X) and other to-be-joined objects (Y), hardness, and a structure, the combination of to-be-joined object (X) and other to-be-joined objects (Y), etc.
本発明の実施形態においては、前記の被接合物（Ｘ）と前記の他の被接合物（Ｙ）との押圧を、０．１ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下、好ましくは１ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下、の圧力で行うことができる。この押圧による軟質材（Ｚ）の変形は、軟質材（Ｚ）の硬度と前記の被接合物（Ｘ）の表面部（または前記の他の被接合物（Ｙ）の表面部）との硬度の差が小さいときよりも、硬度の差が大きいときの方が容易に進行する。このように硬度の差が大きいと、押圧によって軟質材（Ｚ）を塑性変形させる際に、効果的に被接合物の接合面の形状になじませることができ、この結果、加圧力を低減させることができる。 In the embodiment of the present invention, pressing of the object to be bonded (X) and the other object to be bonded (Y) is performed at a pressure of 0.1 MPa or more and 200 MPa or less, preferably 1 MPa or more and 100 MPa or less be able to. The deformation of the soft material (Z) due to the pressure is the hardness of the soft material (Z) and the hardness of the surface of the article (X) (or the surface of the other article (Y)). The case where the difference in hardness is large proceeds more easily than when the difference is small. As described above, when the difference in hardness is large, when plastic material (Z) is plastically deformed by pressing, the shape of the bonding surface of the object to be bonded can be effectively absorbed, and as a result, the pressing force is reduced. be able to.
従って、例えば、被接合物（Ｘ）および（または）他の被接合物（Ｙ）が、軟質材（Ｚ）と接合される面側に金属層（ｍ）を具備する無機材料（ＩＭ）からなるものであって、軟質材（Ｚ）と被接合物（Ｘ）の表面部および前記の他の被接合物（Ｙ）の表面部とのビッカース硬度の差が、３０以上、特に５０以上である場合には、被接合物（Ｘ）と前記の他の被接合物（Ｙ）との押圧を、０．１ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下、好ましくは１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下、の圧力で行うことができる。 Thus, for example, from an inorganic material (IM) having a metal layer (m) on the side where the material to be bonded (X) and / or another material to be bonded (Y) is bonded to the soft material (Z) The difference in Vickers hardness between the soft material (Z) and the surface of the article (X) and the surface of the other article (Y) is 30 or more, particularly 50 or more. In some cases, pressing of the object to be bonded (X) and the other object to be bonded (Y) can be performed at a pressure of 0.1 MPa or more and 50 MPa or less, preferably 1 MPa or more and 10 MPa or less.
また、被接合物（Ｘ）および（または）他の被接合物（Ｙ）が、被接合物（Ｘ）の構成材料または他の被接合物（Ｙ）の構成材料よりも硬度が高い硬質層（ｈ）を、軟質材（Ｚ）と接合される面側に具備するものであって、軟質材（Ｚ）と硬質層（ｈ）とのビッカース硬度の差が、３０以上、特に５０以上である場合には、被接合物（Ｘ）と前記の他の被接合物（Ｙ）との押圧を、０．１ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下、好ましくは１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下、の圧力で行うことができる。
上記の押圧は、好ましくは、例えば、一般的な単軸プレス機等の機械、装置等によって容易に行うことができる。In addition, the hard layer in which the material to be bonded (X) and / or the other material to be bonded (Y) is harder than the material of the material to be bonded (X) or the material of other materials to be bonded (Y) (H) is provided on the side to be joined with the soft material (Z), and the difference in Vickers hardness between the soft material (Z) and the hard layer (h) is 30 or more, particularly 50 or more In some cases, pressing of the object to be bonded (X) and the other object to be bonded (Y) can be performed at a pressure of 0.1 MPa or more and 50 MPa or less, preferably 1 MPa or more and 10 MPa or less.
The above-mentioned pressing can be preferably easily performed by, for example, a machine such as a common single-axis press, an apparatus, or the like.
押圧は、１回または複数回行うことができる。本発明の実施形態においては、好ましくは、例えば、図２ならびに図４に示されるように、金薄膜層（ｂ１）を有する他の被接合物（Ｙ）と、金薄膜層（ｂ２）および（ａ２）を有する軟質材（Ｚ）と、金薄膜層（ａ１）を有する被接合物（Ｘ）との重ね合わせ物に対して、図２ならびに図４の「白ぬきの矢印」の押圧を１回行うことができるし、また、図１２に示されるように、金薄膜層（ｂ１）を有する他の被接合物（Ｙ）の上に金薄膜層（ｂ２）を有する軟質材（Ｚ）を重ね合わせて１回目の押圧（仮押圧）を行い（図１２の左図）、その後、この軟質材（Ｚ）の表面に金薄膜層（ａ２）を形成した後（図１２の中央図）、その上に金薄膜層（ａ１）を有する被接合物（Ｘ）を重ね合わせてから２回目の押圧を行う（図１２の右図）ことができる。 The pressing can be performed one or more times. In the embodiment of the present invention, preferably, as shown in, for example, FIG. 2 and FIG. 4, another object (Y) having a gold thin film layer (b1) and a gold thin film layer (b2) and ( 1 and 2 with respect to the superposition of the soft material (Z) having a2) and the article (X) having the gold thin film layer (a1) The soft material (Z) having a gold thin film layer (b2) on another object (Y) having a gold thin film layer (b1) can be carried out as shown in FIG. After stacking and performing the first pressing (temporary pressing) (left view in FIG. 12), and after forming a gold thin film layer (a2) on the surface of the soft material (Z) (central view in FIG. 12), The object to be bonded (X) having the gold thin film layer (a1) is superposed thereon and then the second pressing is performed (right view in FIG. 12). Can.
被接合物（Ｘ）と他の被接合物（Ｙ）との押圧は、常温（２０±１５℃）で行うことが好ましい。なお、この常温より高い温度（３５℃以上）で行うことができるし、またこの常温より低い温度（５℃未満）で行うことができる。 The pressing of the article (X) and the other article (Y) is preferably performed at normal temperature (20 ± 15 ° C.). In addition, it can carry out at the temperature (35 degreeC or more) higher than this normal temperature, and can also carry out at the temperature (less than 5 degreeC) lower than this normal temperature.
そして、被接合物（Ｘ）と他の被接合物（Ｙ）との押圧は、大気雰囲気中で行うことことが好ましい。なお、減圧下や低酸素雰囲中あるいは不活性ガス雰囲気中で行うことができる。 And it is preferable to perform the press with a to-be-bonded thing (X) and another to-be-bonded thing in air atmosphere. Note that the heat treatment can be performed under reduced pressure, in a low oxygen atmosphere, or in an inert gas atmosphere.
以下の実施例は、上記した実施形態による接合体および接合体の製造方法のうちの、特に好ましい幾つかの代表例について、より詳細に示すものである。従って、下記に示された実施例に具体的に開示された技術的範囲内のみに限定されることはない。 The following examples show in more detail some particularly preferred representatives of the conjugate and the method of producing the conjugate according to the above-described embodiment. Therefore, the present invention is not limited only to the technical scope specifically disclosed in the embodiments shown below.
＜実施例１＞
銅からなる板状の被接合体（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ３ｍｍ）の被接合面（表面凹凸 Ｒａ０．０５μｍ、表面硬度Ｈｖ１００）に、マグネトロンスパッタ法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）を得た。Example 1
A gold thin film layer with an average thickness of 20 nm is formed by magnetron sputtering on a surface to be joined (surface unevenness Ra 0.05 μm, surface hardness Hv 100) of a plate-like object (35 mm long × 35 mm wide × 3 mm thick) made of copper. It formed, and obtained the to-be-joined body (X) which has a gold thin film layer.
一方、銅からなる板状の被接合体（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ３ｍｍ）の被接合面（表面凹凸 Ｒａ０．０５μｍ、表面硬度Ｈｖ１００）に、マグネトロンスパッタ法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する被接合体（Ｙ）を得た。 On the other hand, a gold thin film with an average thickness of 20 nm is formed by magnetron sputtering on a bonding surface (surface unevenness Ra 0.05 μm, surface hardness Hv 100) of a plate-like bonding object (35 mm long × 35 mm wide × 3 mm thick) made of copper. A layer was formed to obtain a bonded body (Y) having a gold thin film layer.
また、アルミニウムからなる軟質材（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ０．５ｍｍ、硬度Ｈｖ１６）の両面に、マグネトロンスパッタ法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）を得た。 In addition, a gold thin film layer with an average thickness of 20 nm is formed by magnetron sputtering on both sides of a soft material (35 mm long × 35 mm wide × 0.5 mm thick, hardness Hv 16) made of aluminum, and softly provided with a gold thin film layer. Obtained material (Z).
上記の、金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）、金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）および金薄膜層を有する他の被接合体（Ｙ）を、金薄膜層が対向するように重ね合わせて（図２参照）、単軸プレス機によって、温度２５℃で、圧力５０ＭＰａで１０分間押圧した。
その結果、大気中で加熱することなく、上記の被接合体と他の被接合体とが強固に接合した接合体が得られた。The gold thin film layer is overlapped with the above-mentioned bonded body (X) having a gold thin film layer, the soft material (Z) having a gold thin film layer, and the other bonded body (Y) having a gold thin film layer. In combination (see FIG. 2), it was pressed for 10 minutes at a temperature of 25 ° C. and a pressure of 50 MPa by a single-axis press.
As a result, a bonded body in which the above-described bonded body and another bonded body were strongly bonded was obtained without heating in the atmosphere.
図１３は、上記で得られた接合体の断面を示す高分解能写真であり、図１４は、倍率が異なる同接合体の断面の高分解能写真である。これらの図から、被接合物（Ｘ）と他の被接合物（Ｙ）とは空隙なく接合されていることが確認できる。 FIG. 13 is a high resolution photograph showing a cross section of the joined body obtained above, and FIG. 14 is a high resolution photograph of a cross section of the same joined body with different magnifications. From these figures, it can be confirmed that the article (X) and the other article (Y) are joined without a gap.
＜実施例２＞
フェライト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）からなる板状の被接合体（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ３ｍｍ）の被接合面（表面凹凸 Ｒａ０．５μｍ、表面硬度Ｈｖ２００）に、マグネトロンスパッタ法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）を得た。Example 2
The average thickness of a plate-like object (35 mm long × 35 mm wide × 3 mm thick) of ferritic stainless steel (SUS430) to be joined (surface unevenness Ra 0.5 μm, surface hardness Hv 200) by magnetron sputtering A gold thin film layer of 20 nm was formed to obtain a bonded body (X) having a gold thin film layer.
一方、フェライト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）からなる板状の被接合体（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ３ｍｍ）の被接合面（表面凹凸 Ｒａ０．５μｍ、表面硬度Ｈｖ２００）に、マグネトロンスパッタ法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する被接合体（Ｙ）を得た。 On the other hand, an average is made by magnetron sputtering on the surface to be joined (surface unevenness Ra 0.5 μm, surface hardness Hv 200) of a plate-like object (35 mm long × 35 mm wide × 3 mm thick) made of ferritic stainless steel (SUS430) A gold thin film layer having a thickness of 20 nm was formed to obtain an object (Y) having a gold thin film layer.
また、アルミニウムからなる軟質材（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ０．５ｍｍ、硬度Ｈｖ１６）の両面に、マグネトロンスパッタ法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）を得た。 In addition, a gold thin film layer with an average thickness of 20 nm is formed by magnetron sputtering on both sides of a soft material (35 mm long × 35 mm wide × 0.5 mm thick, hardness Hv 16) made of aluminum, and softly provided with a gold thin film layer. Obtained material (Z).
上記の、金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）、金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）および金薄膜層を有する他の被接合体（Ｙ）を、金薄膜層が対向するように重ね合わせて、単軸プレス機によって、温度２５℃で、圧力３０ＭＰａで１０分間押圧した。
その結果、大気中で加熱することなく、上記の被接合体と他の被接合体とが強固に接合した接合体が得られた。
実施例１と同様、被接合物（Ｘ）と他の被接合物（Ｙ）とは空隙なく接合されていることが確認された。The gold thin film layer is overlapped with the above-mentioned bonded body (X) having a gold thin film layer, the soft material (Z) having a gold thin film layer, and the other bonded body (Y) having a gold thin film layer. In addition, it was pressed for 10 minutes at a temperature of 25 ° C. and a pressure of 30 MPa by a single-axis press.
As a result, a bonded body in which the above-described bonded body and another bonded body were strongly bonded was obtained without heating in the atmosphere.
Similar to Example 1, it was confirmed that the article (X) and the other article (Y) were joined without a gap.
＜実施例３＞
単結晶シリコンからなる板状の被接合体（直径５０ｍｍ×厚さ０．２８ｍｍ）の被接合面（表面凹凸 Ｒａ０．０００５μｍ、表面硬度Ｈｖ１０００）に、イオンプレーティング法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）を得た。Example 3
Gold thin film with an average thickness of 20 nm on the bonded surface (surface unevenness Ra 0.0005 μm, surface hardness Hv 1000) of a plate-like bonded body (diameter 50 mm × thickness 0.28 mm) made of single crystal silicon A layer was formed to obtain a bonded body (X) having a gold thin film layer.
一方、単結晶シリコンからなる板状の被接合体（直径５０ｍｍ×厚さ０．２８ｍｍ）の被接合面（表面凹凸 Ｒａ０．０００５μｍ、表面硬度Ｈｖ１０００）に、イオンプレーティング法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する被接合体（Ｙ）を得た。 On the other hand, a plate-like bonded body (diameter 50 mm × thickness 0.28 mm) made of single crystal silicon has an average thickness of 20 nm by the ion plating method on the bonding surface (surface unevenness Ra 0.0005 μm, surface hardness Hv 1000) A gold thin film layer was formed to obtain an object (Y) having a gold thin film layer.
また、アルミニウムからなる軟質材（直径５０ｍｍ×厚さ０．０１ｍｍ、硬度Ｈｖ１６）の両面に、イオンプレーティング法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）を得た。 In addition, a gold thin film layer with an average thickness of 20 nm is formed by ion plating on both sides of a soft material (diameter 50 mm × thickness 0.01 mm, hardness Hv 16) made of aluminum to obtain a soft material (gold film layer) I got Z).
上記の、金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）、金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）および金薄膜層を有する他の被接合体（Ｙ）を、金薄膜層が対向するように重ね合わせて、単軸プレス機によって、温度２５℃で、圧力０．１ＭＰａで１０分間押圧した。
その結果、大気中で加熱することなく、上記の被接合体と他の被接合体とが強固に接合した接合体が得られた。
実施例１と同様、被接合物（Ｘ）と他の被接合物（Ｙ）とは空隙なく接合されていることが確認された。The gold thin film layer is overlapped with the above-mentioned bonded body (X) having a gold thin film layer, the soft material (Z) having a gold thin film layer, and the other bonded body (Y) having a gold thin film layer. In addition, they were pressed for 10 minutes at a temperature of 25 ° C. and a pressure of 0.1 MPa with a single-axis press.
As a result, a bonded body in which the above-described bonded body and another bonded body were strongly bonded was obtained without heating in the atmosphere.
Similar to Example 1, it was confirmed that the article (X) and the other article (Y) were joined without a gap.
＜実施例４＞
ＳｉＣからなる板状の化合物半導体（縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚さ０．３ｍｍ）の被接合面（表面凹凸 Ｒａ０．５μｍ、表面硬度Ｈｖ２０００）に、ニッケルからなるメタライズ層（平均厚さ５００ｎｍ、表面硬度Ｈｖ２００）を設けた。さらに、このメタライズ層の上に、イオンプレーティング法によって、平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）を得た（図６参照）。Example 4
Metallized layer (average thickness 500 nm, surface) on the surface to be joined (surface unevenness Ra 0.5 μm, surface hardness Hv 2000) of a plate-like compound semiconductor (10 mm long × 10 mm wide × 0.3 mm thick) made of SiC Hardness Hv 200) was provided. Further, a gold thin film layer having an average thickness of 20 nm was formed on the metallized layer by ion plating to obtain a bonded body (X) having a gold thin film layer (see FIG. 6).
また、上記の被接合物（Ｘ）との接合面に銅からなる金属配線層（ｍα）（表面凹凸 Ｒａ０．５μｍ、表面硬度Ｈｖ１００）を有し、もう片方の面に銅からなる金属配線層（ｍβ）（表面凹凸 Ｒａ０．５μｍ、表面硬度Ｈｖ１００）が形成された、窒化アルミニウムからなる絶縁性基板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ１．５ｍｍ、表面硬度Ｈｖ１０００）を用意した。前記の金属配線層（ｍα）の上に、イオンプレーティング法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層（縦１５ｍｍ×横１５ｍｍ）を形成して、金薄膜層を有する被接合体（Ｙ）を得た（図１１参照）。 In addition, a metal wiring layer (mα) (surface unevenness Ra 0.5 μm, surface hardness Hv 100) made of copper is provided on the bonding surface with the above object to be bonded (X), and a metal wiring layer made of copper on the other surface. (Mβ) (Surface Irregularity Ra 0.5 μm, Surface Hardness Hv 100) An insulating substrate (30 mm long × 30 mm wide × 1.5 mm thick, surface hardness Hv 1000) made of aluminum nitride was prepared. A gold thin film layer (15 mm long × 15 mm wide) having an average thickness of 20 nm is formed on the metal wiring layer (mα) by ion plating to obtain an object (Y) having a gold thin film layer. (See FIG. 11).
また、アルミニウムからなる軟質材（縦１５ｍｍ×横１５ｍｍ×厚さ０．５ｍｍ）の両面に、イオンプレーティング法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層（縦１４．５ｍｍ×横１４．５ｍｍ）を形成して、両面に金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）を得た（図１１参照）。 In addition, a gold thin film layer (14.5 mm long x 14.5 mm wide) with an average thickness of 20 nm is formed on both sides of a soft material (15 mm long x 15 mm wide x 0.5 mm thick) made of aluminum by ion plating. Then, a soft material (Z) having a gold thin film layer on both sides was obtained (see FIG. 11).
上記の金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）、金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）および金薄膜層を有する他の被接合体（Ｙ）を重ね合わせて、単軸プレス機によって、温度２５℃で、圧力２０ＭＰａで１０分間押圧した。
その結果、上記の被接合体（Ｘ）と他の被接合体（Ｙ）とが強固に接合した接合体が得られた。
実施例１と同様、被接合物（Ｘ）と他の被接合物（Ｙ）とは空隙なく接合されていることが確認された。The temperature is obtained by superposing the bonded body (X) having the above-mentioned gold thin film layer, the soft material (Z) having the gold thin film layer, and the other bonded bodies (Y) having the gold thin film layer. The pressure was applied at 25 ° C. and a pressure of 20 MPa for 10 minutes.
As a result, a bonded body in which the above-described bonded body (X) and the other bonded body (Y) were strongly bonded was obtained.
Similar to Example 1, it was confirmed that the article (X) and the other article (Y) were joined without a gap.
＜実施例５＞
ＧａＮからなる板状の化合物半導体（縦１ｍｍ×横１ｍｍ×厚さ０．１ｍｍ）の被接合面（表面凹凸 Ｒａ０．１μｍ、表面硬度Ｈｖ２０００）に、ニッケルからなるメタライズ層（平均厚さ５００ｎｍ、表面硬度Ｈｖ２００）を設けた。さらに、このメタライズ層の上に、イオンプレーティング法によって、平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）を得た。Example 5
Metallized layer (average thickness 500 nm, surface) on the surface to be joined (surface unevenness Ra 0.1 μm, surface hardness Hv 2000) of a plate-shaped compound semiconductor of GaN (length 1 mm × width 1 mm × thickness 0.1 mm) Hardness Hv 200) was provided. Furthermore, a gold thin film layer having an average thickness of 20 nm was formed on the metallized layer by an ion plating method to obtain an object (X) having a gold thin film layer.
一方、銅からなるベースプレート（縦１５ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ３ｍｍ、表面凹凸 Ｒａ０．０１μｍ、表面硬度Ｈｖ１００）に、イオンプレーティング法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層（縦１５ｍｍ×横１５ｍｍ）を形成して、金薄膜層を有する被接合体（Ｙ）を得た。 On the other hand, a gold thin film layer (15 mm long x 15 mm wide) with an average thickness of 20 nm is formed by ion plating on a base plate made of copper (15 mm long x 20 mm wide x 3 mm thick, surface unevenness Ra 0.01 μm, surface hardness Hv 100). It formed, and obtained the to-be-joined body (Y) which has a gold thin film layer.
また、アルミニウムからなる軟質材（縦１５ｍｍ×横１５ｍｍ×厚さ０．１ｍｍ）の両面に、イオンプレーティング法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層（縦１．４ｍｍ×横１．４ｍｍ）を形成して、両面に金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）を得た。 In addition, a gold thin film layer (1.4 mm long × 1.4 mm wide) with an average thickness of 20 nm is formed on both sides of a soft material (15 mm long × 15 mm × 0.1 mm thick) made of aluminum by ion plating. Thus, a soft material (Z) having a gold thin film layer on both sides was obtained.
上記の金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）、金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）および金薄膜層を有する他の被接合体（Ｙ）を重ね合わせて、単軸プレス機によって、温度２５℃で、圧力２０ＭＰａで１０分間押圧した。
その結果、上記の被接合体と他の被接合体とが強固に接合した接合体が得られた。
実施例１と同様、被接合物（Ｘ）と他の被接合物（Ｙ）とは空隙なく接合されていることが確認された。The temperature is obtained by superposing the bonded body (X) having the above-mentioned gold thin film layer, the soft material (Z) having the gold thin film layer, and the other bonded bodies (Y) having the gold thin film layer. The pressure was applied at 25 ° C. and a pressure of 20 MPa for 10 minutes.
As a result, a bonded body in which the above-described bonded body and another bonded body were strongly bonded was obtained.
Similar to Example 1, it was confirmed that the article (X) and the other article (Y) were joined without a gap.
＜実施例６＞
銅からなる板状の被接合体（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ３ｍｍ、表面硬度Ｈｖ１００）の被接合面に、平均厚さ３０μｍの硬質クロム層を形成した。この硬質クロム層は、表面凹凸 Ｒａ０．１μｍ、表面硬度Ｈｖ８００であった。次いで、この硬質クロム層の上に、イオンプレーティング法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）を得た（図７参照）。また、同様にして、上記の接合体（Ｘ）と同様の構造の金薄膜層を有する他の被接合体（Ｙ）を得た。Example 6
A hard chromium layer with an average thickness of 30 μm was formed on the surface to be joined of a plate-like object (35 mm long × 35 mm wide × 3 mm thick, surface hardness Hv 100) made of copper. The hard chromium layer had a surface asperity Ra of 0.1 μm and a surface hardness of Hv 800. Then, a gold thin film layer having an average thickness of 20 nm was formed on the hard chromium layer by an ion plating method to obtain an object (X) having a gold thin film layer (see FIG. 7). Further, in the same manner, another bonded body (Y) having a gold thin film layer having the same structure as the above bonded body (X) was obtained.
また、アルミニウムからなる軟質材（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ０．５ｍｍ）の両面に、イオンプレーティング法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する被接合体（Ｙ）を得た。 In addition, a gold thin film layer having an average thickness of 20 nm is formed on both sides of a soft material (35 mm long × 35 mm wide × 0.5 mm thick) made of aluminum by an ion plating method, and an object to be bonded has a gold thin film layer. I got (Y).
上記の、金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）、金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）および金薄膜層を有する他の被接合体（Ｙ）を、金薄膜層が対向するように重ね合わせて、単軸プレス機によって、温度２５℃で、圧力５０ＭＰａで１０分間押圧した。
その結果、上記の被接合体（Ｘ）と他の被接合体（Ｙ）とが強固に接合した接合体が得られた。
実施例１と同様、被接合物（Ｘ）と他の被接合物（Ｙ）とは空隙なく接合されていることが確認された。The gold thin film layer is overlapped with the above-mentioned bonded body (X) having a gold thin film layer, the soft material (Z) having a gold thin film layer, and the other bonded body (Y) having a gold thin film layer. In addition, it was pressed for 10 minutes at a temperature of 25 ° C. and a pressure of 50 MPa by a single-axis press.
As a result, a bonded body in which the above-described bonded body (X) and the other bonded body (Y) were strongly bonded was obtained.
Similar to Example 1, it was confirmed that the article (X) and the other article (Y) were joined without a gap.
＜実施例７＞
アルミニウムからなる板状の被接合体（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ３ｍｍ、表面硬度Ｈｖ３０）の被接合面に、硬質クロムメッキによる硬質表面処理を行った。この硬質表面処理面の表面硬度はＨｖ８００、表面凹凸 Ｒａ０．５μｍだった。次いで、この硬質表面処理面の上に、イオンプレーティング法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）を得た（図７参照）。また、同様にして、上記の接合体（Ｘ）と同様の構造の金薄膜層を有する他の被接合体（Ｙ）を得た。Example 7
The hard surface treatment by hard chromium plating was performed to the to-be-joined surface of the plate-like to-be-joined body (length 35 mm x width 35 mm x thickness 3 mm, surface hardness Hv30) which consists of aluminum. The surface hardness of this hard surface treated surface was Hv 800, and the surface asperity Ra was 0.5 μm. Then, a gold thin film layer having an average thickness of 20 nm was formed on the hard surface-treated surface by ion plating to obtain an object (X) having a gold thin film layer (see FIG. 7). Further, in the same manner, another bonded body (Y) having a gold thin film layer having the same structure as the above bonded body (X) was obtained.
また、アルミニウムからなる軟質材（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ０．５ｍｍ）の両面に、イオンプレーティング法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）を得た。 In addition, a gold thin film layer with an average thickness of 20 nm is formed on both sides of a soft material (35 mm long × 35 mm wide × 0.5 mm thick) made of aluminum by an ion plating method, and a soft material (gold film layer) I got Z).
上記の、金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）、金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）および金薄膜層を有する他の被接合体（Ｙ）を、金薄膜層が対向するように重ね合わせて、単軸プレス機によって、温度２５℃で、圧力５０ＭＰａで１０分間押圧した。
その結果、上記の被接合体（Ｘ）と他の被接合体（Ｙ）とが強固に接合した接合体が得られた。
実施例１と同様、被接合物（Ｘ）と他の被接合物（Ｙ）とは空隙なく接合されていることが確認された。The gold thin film layer is overlapped with the above-mentioned bonded body (X) having a gold thin film layer, the soft material (Z) having a gold thin film layer, and the other bonded body (Y) having a gold thin film layer. In addition, it was pressed for 10 minutes at a temperature of 25 ° C. and a pressure of 50 MPa by a single-axis press.
As a result, a bonded body in which the above-described bonded body (X) and the other bonded body (Y) were strongly bonded was obtained.
Similar to Example 1, it was confirmed that the article (X) and the other article (Y) were joined without a gap.
＜実施例８＞
アルミニウムからなる板状の被接合体（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ３ｍｍ、表面硬度Ｈｖ３０）の被接合面に、硬質クロムメッキによる硬質表面処理を行った。この硬質表面処理面の表面硬度はＨｖ８００、表面凹凸 Ｒａ０．５μｍだった。次いで、この硬質表面処理面の上に、イオンプレーティング法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）を得た（図７参照）。Example 8
The hard surface treatment by hard chromium plating was performed to the to-be-joined surface of the plate-like to-be-joined body (length 35 mm x width 35 mm x thickness 3 mm, surface hardness Hv30) which consists of aluminum. The surface hardness of this hard surface treated surface was Hv 800, and the surface asperity Ra was 0.5 μm. Then, a gold thin film layer having an average thickness of 20 nm was formed on the hard surface-treated surface by ion plating to obtain an object (X) having a gold thin film layer (see FIG. 7).
一方、銅からなる板状の被接合体（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ３ｍｍ）の被接合面（表面凹凸 Ｒａ０．０５μｍ、表面硬度Ｈｖ１００）に、イオンプレーティング法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する被接合体（Ｙ）を得た。 On the other hand, a plate-like bonded body (35 mm long × 35 mm wide × 3 mm thick) made of copper on a bonding surface (surface unevenness Ra 0.05 μm, surface hardness Hv 100) is gold having an average thickness of 20 nm by ion plating. The thin film layer was formed to obtain an object (Y) having a gold thin film layer.
また、アルミニウムからなる軟質材（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ０．５ｍｍ）の両面に、イオンプレーティング法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）を得た。 In addition, a gold thin film layer with an average thickness of 20 nm is formed on both sides of a soft material (35 mm long × 35 mm wide × 0.5 mm thick) made of aluminum by an ion plating method, and a soft material (gold film layer) I got Z).
上記の、金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）、金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）および金薄膜層を有する他の被接合体（Ｙ）を、金薄膜層が対向するように重ね合わせて、単軸プレス機によって、温度２５℃で、圧力５０ＭＰａで１０分間押圧した。
その結果、上記の被接合体（Ｘ）と他の被接合体（Ｙ）とが強固に接合した接合体が得られた。
実施例１と同様、被接合物（Ｘ）と他の被接合物（Ｙ）とは空隙なく接合されていることが確認された。The gold thin film layer is overlapped with the above-mentioned bonded body (X) having a gold thin film layer, the soft material (Z) having a gold thin film layer, and the other bonded body (Y) having a gold thin film layer. In addition, it was pressed for 10 minutes at a temperature of 25 ° C. and a pressure of 50 MPa by a single-axis press.
As a result, a bonded body in which the above-described bonded body (X) and the other bonded body (Y) were strongly bonded was obtained.
Similar to Example 1, it was confirmed that the article (X) and the other article (Y) were joined without a gap.
＜比較例１＞〜＜比較例４＞
これらの比較例１〜比較例４においては、実施例１〜４と同様の金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）および金薄膜層を有する薄膜層を有する他の被接合体（Ｙ）を用いた。Comparative Example 1 to Comparative Example 4
In Comparative Examples 1 to 4 of these Comparative Examples, the article to be joined (X) having the same gold thin film layer as in Examples 1 to 4 and the other article (Y) having the thin film layer having the gold thin film layer Using.
金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）を用いないこと以外は実施例１〜４と同様にして、上記の金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）および金薄膜層を有する薄膜層を有する他の被接合体（Ｙ）との重ね合わせ物に対して、押圧操作を実施した（比較例１〜比較例４）。 In the same manner as in Examples 1 to 4 except that the soft material (Z) having a gold thin film layer is not used, other than having a thin film layer having a gold thin film layer and the adherend (X) having the above-mentioned gold thin film layer. The pressing operation was performed on the object to be bonded (Y) of the above (Comparative Example 1 to Comparative Example 4).
その結果、加圧力２００ＭＰａの押圧を行っても接合体を得ることはできなかった。押圧力を２００ＭＰａよりも増大させようとしたところ、被接合物の構成材料である銅が大きく変形してしまい、そのような押圧自体が困難であった。 As a result, even when a pressure of 200 MPa was applied, a bonded body could not be obtained. When it was intended to increase the pressing force to more than 200 MPa, copper which is a constituent material of the object to be bonded was largely deformed, and such pressing itself was difficult.
このように、所定の金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）が介在しない場合には、被接合体（Ｘ）および他の被接合体（Ｙ）とを接合させることは困難であった。 As described above, when the soft material (Z) having a predetermined gold thin film layer does not intervene, it is difficult to bond the body to be bonded (X) and the other body to be bonded (Y).
＜実施例９＞
銅からなる板状の被接合体（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ３ｍｍ）の被接合面（表面凹凸 Ｒａ０．０５μｍ、表面硬度Ｈｖ５０）に、マグネトロンスパッタ法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）を得た。Example 9
A gold thin film layer with an average thickness of 20 nm is formed by magnetron sputtering on a surface to be joined (surface unevenness Ra 0.05 μm, surface hardness Hv 50) of a plate-like object (35 mm long × 35 mm wide × 3 mm thick) made of copper. It formed, and obtained the to-be-joined body (X) which has a gold thin film layer.
一方、銅からなる板状の被接合体（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ３ｍｍ）の被接合面（表面凹凸 Ｒａ０．０５μｍ、表面硬度Ｈｖ５０）に、マグネトロンスパッタ法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する被接合体（Ｙ）を得た。 On the other hand, a gold thin film with an average thickness of 20 nm is formed by magnetron sputtering on a bonding surface (surface unevenness Ra 0.05 μm, surface hardness Hv 50) of a plate-like bonding object (35 mm long × 35 mm wide × 3 mm thick) made of copper. A layer was formed to obtain a bonded body (Y) having a gold thin film layer.
また、アルミニウムからなる軟質材（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ０．１ｍｍ、硬度Ｈｖ１６）の両面に、マグネトロンスパッタ法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）を得た。 In addition, a gold thin film layer with an average thickness of 20 nm is formed by magnetron sputtering on both sides of a soft material (35 mm long × 35 mm wide × 0.1 mm thick, hardness Hv 16) made of aluminum, and softly provided with a gold thin film layer. Obtained material (Z).
上記の、金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）、金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）および金薄膜層を有する他の被接合体（Ｙ）を、金薄膜層が対向するように重ね合わせて、単軸プレス機によって、温度２５℃で、圧力５０ＭＰａで１０分間押圧した。
その結果、大気中で加熱することなく、上記の被接合体と他の被接合体とが接合した接合体が得られた。The gold thin film layer is overlapped with the above-mentioned bonded body (X) having a gold thin film layer, the soft material (Z) having a gold thin film layer, and the other bonded body (Y) having a gold thin film layer. In addition, it was pressed for 10 minutes at a temperature of 25 ° C. and a pressure of 50 MPa by a single-axis press.
As a result, a bonded body was obtained in which the above-described bonded body and another bonded body were bonded without heating in the atmosphere.
図１５は、上記で得られた接合体の断面を示す高分解能写真である。
図１６は、図１５の（イ）の部分から取得されたエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）によるスペクトルである。図１７は、図１５の（ロ）の部分から取得されたエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）によるスペクトルである。
図１５から、接合された金薄膜層の中央部付近に空隙と考えられる低密度領域（ハ）が示されており、図１６、図１７には、主として被接合体（Ｙ）に由来すると考えられる銅原子のスペクトルが示されている。FIG. 15 is a high resolution photograph showing a cross section of the joined body obtained above.
FIG. 16 is a spectrum by energy dispersive X-ray analysis (EDX) acquired from the part of FIG. FIG. 17 is a spectrum by energy dispersive X-ray analysis (EDX) acquired from the part (b) of FIG.
FIG. 15 shows a low density region (C) considered to be a void near the central part of the joined gold thin film layer, and in FIG. 16 and FIG. 17 it is considered to be mainly derived from the body to be joined (Y) The spectra of the copper atoms that can be
このことから、被接合物（Ｙ）から金薄膜層へ銅原子の拡散が生じたことがわかる。その結果として金薄膜層の活量が低下し、接合以前の段階で金薄膜層の接合面が有機物吸着や酸化のように汚染され、汚染箇所のみ空隙として接合後も残存した。図１５において見られる空隙により接合強度の顕著な低下は見られなかった。 From this, it can be understood that the diffusion of copper atoms has occurred from the article (Y) to the gold thin film layer. As a result, the activity of the gold thin film layer is reduced, and the bonding surface of the gold thin film layer is contaminated like organic substance adsorption or oxidation before the bonding, and only the contaminated portion remains as a void after bonding. The air gap seen in FIG. 15 did not cause a significant decrease in bonding strength.
＜実施例１０＞
銅からなる板状の被接合体（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ３ｍｍ）の被接合面（表面凹凸 Ｒａ０．０５μｍ、表面硬度Ｈｖ５０）に、厚さ５ｎｍのＣｒを含む原子拡散バリア層をマグネトロンスパッタ法によって形成した。その後、この原子拡散バリア層の上に、マグネトロンスパッタ法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）を得た。Example 10
An atomic diffusion barrier layer containing Cr with a thickness of 5 nm on a surface to be joined (surface unevenness Ra 0.05 μm, surface hardness Hv 50) of a plate-like object (35 mm long × 35 mm wide × 3 mm thick) made of copper It formed by the sputtering method. Thereafter, a gold thin film layer having an average thickness of 20 nm was formed on the atomic diffusion barrier layer by a magnetron sputtering method to obtain an object (X) having a gold thin film layer.
一方、銅からなる板状の被接合体（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ３ｍｍ）の被接合面（表面凹凸 Ｒａ０．０５μｍ、表面硬度Ｈｖ５０）に、厚さ５ｎｍのＣｒを含む原子拡散バリア層をマグネトロンスパッタ法によって形成した。その後、この原子拡散バリア層の上に、マグネトロンスパッタ法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する被接合体（Ｙ）を得た。 On the other hand, an atomic diffusion barrier layer containing Cr with a thickness of 5 nm on the surface to be joined (surface unevenness Ra 0.05 μm, surface hardness Hv 50) of a plate-like object (35 mm long × 35 mm wide × 3 mm thick) made of copper Were formed by magnetron sputtering. Thereafter, a gold thin film layer having an average thickness of 20 nm was formed on the atomic diffusion barrier layer by magnetron sputtering to obtain a bonded body (Y) having a gold thin film layer.
また、アルミニウムからなる軟質材（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ３ｍｍ、硬度Ｈｖ１６）の両面に、厚さ５ｎｍのＣｒを含む原子拡散バリア層をマグネトロンスパッタ法によって形成した。その後、この原子拡散バリア層の上に、マグネトロンスパッタ法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）を得た。 Further, an atomic diffusion barrier layer containing Cr with a thickness of 5 nm was formed by magnetron sputtering on both surfaces of a soft material (35 mm long × 35 mm wide × 3 mm thick, hardness Hv 16) made of aluminum. Thereafter, a gold thin film layer having an average thickness of 20 nm was formed on the atomic diffusion barrier layer by magnetron sputtering to obtain a soft material (Z) having a gold thin film layer.
上記の、それぞれ原子拡散バリア層を下地層とし、その上に金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）、軟質材（Ｚ）および他の被接合体（Ｙ）を、それぞれの金薄膜層が対向するように重ね合わせて、単軸プレス機によって、温度２５℃で、圧力５０ＭＰａで１０分間押圧した。
その結果、大気中で加熱することなく、上記の被接合体と他の被接合体とが強固に接合した接合体が得られた。Each of the gold thin film layers is the above-mentioned bonded body (X) having an atomic diffusion barrier layer as a base layer and having thereon a gold thin film layer, a soft material (Z) and another bonded body (Y) It piled up so that it might oppose, and it pressed for 10 minutes by the pressure of 50 Mpa at temperature 25 degreeC with the uniaxial press.
As a result, a bonded body in which the above-described bonded body and another bonded body were strongly bonded was obtained without heating in the atmosphere.
図１８は、上記で得られた接合体の断面を示す高分解能写真である。
図１９は、図１８の（ニ）の部分から取得されたエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）によるスペクトルである。FIG. 18 is a high resolution photograph showing a cross section of the joined body obtained above.
FIG. 19 is a spectrum by energy dispersive X-ray analysis (EDX) acquired from the part of FIG.
原子拡散バリア層を具備する本実施例による接合体では、この原子拡散バリア層の存在により金薄膜層への被接合体由来の銅原子の拡散が抑制されていて、さらに金薄膜層中には空隙等は見られなかった。
このことから、原子拡散バリアの形成が空隙の抑制、更には空隙を起点とした亀裂の進展といった長期の信頼性に効果があることが判る。In the joined body according to the present embodiment including the atomic diffusion barrier layer, the presence of the atomic diffusion barrier layer suppresses the diffusion of copper atoms derived from the body to be bonded to the gold thin film layer, and further in the gold thin film layer. No void was found.
From this, it can be seen that the formation of the atomic diffusion barrier is effective in the suppression of the void and further in the long-term reliability such as the development of the crack starting from the void.
＜実施例１１＞
銅からなる板状の被接合体（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ３ｍｍ）の被接合面（表面凹凸 Ｒａ０．０５μｍ、表面硬度Ｈｖ５０）に、マグネトロンスパッタ法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）を得た。Example 11
A gold thin film layer with an average thickness of 20 nm is formed by magnetron sputtering on a surface to be joined (surface unevenness Ra 0.05 μm, surface hardness Hv 50) of a plate-like object (35 mm long × 35 mm wide × 3 mm thick) made of copper. It formed, and obtained the to-be-joined body (X) which has a gold thin film layer.
一方、銅からなる板状の被接合体（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ３ｍｍ）の被接合面（表面凹凸 Ｒａ０．０５μｍ、表面硬度Ｈｖ５０）に、マグネトロンスパッタ法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する被接合体（Ｙ）を得た。 On the other hand, a gold thin film with an average thickness of 20 nm is formed by magnetron sputtering on a bonding surface (surface unevenness Ra 0.05 μm, surface hardness Hv 50) of a plate-like bonding object (35 mm long × 35 mm wide × 3 mm thick) made of copper. A layer was formed to obtain a bonded body (Y) having a gold thin film layer.
また、Ｚｎ−Ａｌ合金からなる軟質材（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ３ｍｍ、硬度Ｈｖ２０）の両面に、マグネトロンスパッタ法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）を得た。 In addition, a gold thin film layer with an average thickness of 20 nm is formed by magnetron sputtering on both sides of a soft material (35 mm long × 35 mm wide × 3 mm thick, hardness Hv 20) made of Zn-Al alloy to have a gold thin film layer The soft material (Z) was obtained.
上記の、金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）、金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）および金薄膜層を有する他の被接合体（Ｙ）を、金薄膜層が対向するように重ね合わせて、単軸プレス機によって、温度２５℃で、圧力３０ＭＰａで３０分間押圧した。
その結果、大気中で加熱することなく、上記の被接合体と他の被接合体とが強固に接合した接合体が得られた。The gold thin film layer is overlapped with the above-mentioned bonded body (X) having a gold thin film layer, the soft material (Z) having a gold thin film layer, and the other bonded body (Y) having a gold thin film layer. In addition, it was pressed for 30 minutes at a temperature of 25 ° C. and a pressure of 30 MPa by a single-axis press.
As a result, a bonded body in which the above-described bonded body and another bonded body were strongly bonded was obtained without heating in the atmosphere.
用いられたＺｎ−Ａｌ合金からなる軟質材は室温で３０ＭＰａの荷重を印加した際、３００％以上のクリープ変形を示す物であるが、このような軟質材は、接合体を得るときの加圧時に大きく塑性変形できるので、被接合体の表面凹凸を効果的に埋めることができるので、接合強度の更なる向上を達成可能なものである。 The soft material composed of the used Zn-Al alloy exhibits a creep deformation of 300% or more when a load of 30 MPa is applied at room temperature, but such a soft material is pressurized when obtaining a joined body. At the same time, since large plastic deformation is possible, the surface irregularities of the object to be bonded can be effectively filled, so that further improvement of the bonding strength can be achieved.
＜実施例１２＞
ステンレス鋼からなる板状の被接合体（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ３ｍｍ）の被接合面（表面凹凸 Ｒａ０．１μｍ、表面硬度Ｈｖ２００）に、マグネトロンスパッタ法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）を得た。Example 12
Gold thin film layer with an average thickness of 20 nm on a surface to be bonded (surface unevenness Ra 0.1 μm, surface hardness Hv 200) of a plate-like object (35 mm long × 35 mm wide × 3 mm thick) made of stainless steel To obtain a bonded body (X) having a gold thin film layer.
一方、ステンレス鋼からなる板状の被接合体（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ３ｍｍ）の被接合面（表面凹凸 Ｒａ０．１μｍ、表面硬度Ｈｖ２００）に、マグネトロンスパッタ法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する被接合体（Ｙ）を得た。 On the other hand, a plate-like object (35 mm long × 35 mm wide × 3 mm thick) made of stainless steel on a surface to be bonded (surface unevenness Ra 0.1 μm, surface hardness Hv 200) is gold with an average thickness of 20 nm by magnetron sputtering. The thin film layer was formed to obtain an object (Y) having a gold thin film layer.
また、銀からなる軟質材（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ０．１ｍｍ、硬度Ｈｖ３０）の両面に、マグネトロンスパッタ法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）を得た。 In addition, a gold thin film layer with an average thickness of 20 nm is formed by magnetron sputtering on both sides of a soft material (35 mm long × 35 mm wide × 0.1 mm thickness, Hv 30 hardness) made of silver, and softly provided with a gold thin film layer. Obtained material (Z).
上記の、金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）、金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）および金薄膜層を有する他の被接合体（Ｙ）を、金薄膜層が対向するように重ね合わせて、単軸プレス機によって、温度２５℃で、圧力３０ＭＰａで１０分間押圧した。
その結果、大気中で加熱することなく、上記の被接合体と他の被接合体とが接合した接合体が得られた。The gold thin film layer is overlapped with the above-mentioned bonded body (X) having a gold thin film layer, the soft material (Z) having a gold thin film layer, and the other bonded body (Y) having a gold thin film layer. In addition, it was pressed for 10 minutes at a temperature of 25 ° C. and a pressure of 30 MPa by a single-axis press.
As a result, a bonded body was obtained in which the above-described bonded body and another bonded body were bonded without heating in the atmosphere.
用いられた被接合体は表面硬度がＨｖ２００のものであり、軟質材は表面硬度がＨｖ３０のものであるが、このような両者の硬度の差が１００以上という大きい組み合わせでは低加圧力で軟質層の塑性変形が促進されるので、被接合体の表面凹凸を効果的に埋めることができ、接合強度の更なる向上が達成可能になる。 The object to be used has a surface hardness of Hv 200, and the soft material has a surface hardness of Hv 30. In such a combination where the difference in hardness between the two is as large as 100 or more, the soft layer has a low pressure. Plastic deformation is promoted, so that the surface irregularities of the object to be joined can be effectively filled, and a further improvement of the joint strength can be achieved.
＜実施例１３＞
ＳｉＣからなる板状の化合物半導体（縦５ｍｍ×横５ｍｍ×厚さ０．１ｍｍ）の被接合面（表面凹凸 Ｒａ０．５μｍ、表面硬度Ｈｖ２０００）に、ニッケルからなるメタライズ層（平均厚さ１００ｎｍ、表面硬度Ｈｖ２００）を設けた。さらに、このメタライズ層の上に、厚さ５ｎｍのＣｒからなる原子拡散バリア層をイオンプレーティング法によって形成した。その後、この原子拡散バリア層の上に、イオンプレーティング法によって、平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、原子拡散バリア層および金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）を得た。Example 13
Metallized layer (average thickness: 100 nm, surface) on the surface to be joined (surface unevenness Ra 0.5 μm, surface hardness Hv 2000) of a plate-shaped compound semiconductor made of SiC (length 5 mm × width 5 mm × thickness 0.1 mm) Hardness Hv 200) was provided. Further, an atomic diffusion barrier layer of Cr having a thickness of 5 nm was formed by ion plating on the metallized layer. Thereafter, a gold thin film layer having an average thickness of 20 nm was formed on the atomic diffusion barrier layer by an ion plating method to obtain an object (X) having an atomic diffusion barrier layer and a gold thin film layer.
一方、上下面に厚さ３００μｍの銅からなる配線層を有する窒化珪素からなる絶縁基板（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ１．２ｍｍ）の、上述のＳｉＣからなる化合物半導体が実装される面に、厚さ５ｎｍのＣｒからなる原子拡散バリア層をイオンプレーティング法によって形成した。その後、この原子拡散バリア層の上に、イオンプレーティング法によって、平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する被接合体（Ｙ）を得た。 On the other hand, on an insulating substrate (35 mm long × 35 mm wide × 1.2 mm thick) made of silicon nitride having a wiring layer made of copper with a thickness of 300 μm on the upper and lower surfaces, on the surface mounted with the aforementioned compound semiconductor made of SiC. An atomic diffusion barrier layer of Cr having a thickness of 5 nm was formed by ion plating. Thereafter, a gold thin film layer having an average thickness of 20 nm was formed on the atomic diffusion barrier layer by an ion plating method to obtain an object (Y) having a gold thin film layer.
また、銀からなる軟質材（縦５ｍｍ×横５ｍｍ×厚さ０．１ｍｍ、硬度Ｈｖ３０）の両面に、厚さ５ｎｍのＣｒからなる原子拡散バリア層をイオンプレーティング法によって形成した。その後、この原子拡散バリア層の上に、イオンプレーティング法によって、平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、両面に原子拡散バリア層および金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）を得た。 Further, an atomic diffusion barrier layer made of Cr and having a thickness of 5 nm was formed by ion plating on both sides of a soft material made of silver (long 5 mm × horizontal 5 mm × thickness 0.1 mm, hardness Hv 30). Thereafter, a gold thin film layer having an average thickness of 20 nm was formed on the atomic diffusion barrier layer by ion plating, to obtain a soft material (Z) having an atomic diffusion barrier layer and a gold thin film layer on both sides. .
上記の、それぞれ原子拡散バリア層および金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）、軟質材（Ｚ）および他の被接合体（Ｙ）を、金薄膜層が対向するように重ね合わせて、単軸プレス機によって、温度２５℃で、圧力３０ＭＰａで１０分間押圧した。
その結果、大気中で加熱することなく、上記の被接合体と他の被接合体とが強固に接合した接合体が得られた。The bonded bodies (X), soft materials (Z) and other bonded bodies (Y) having the above-mentioned atomic diffusion barrier layer and gold thin film layer, respectively, are stacked so that the gold thin film layers face each other. It was pressed at a temperature of 25 ° C. and a pressure of 30 MPa for 10 minutes by an axial press.
As a result, a bonded body in which the above-described bonded body and another bonded body were strongly bonded was obtained without heating in the atmosphere.
ＳｉＣ化合物半導体は、一般的に硬質（ビッカース硬度Ｈｖ２０００以上）であって、軟質材層に比べて硬度が極めて大きいものであることから、軟質層の塑性変形が促進されるので、被接合体の表面凹凸を効果的に埋めることができ、接合強度の更なる向上が達成可能になる。 Since a SiC compound semiconductor is generally hard (Vickers hardness Hv 2000 or more) and has an extremely large hardness as compared with the soft material layer, plastic deformation of the soft layer is promoted, so The surface irregularities can be effectively filled, and a further improvement of the bonding strength can be achieved.
＜実施例１４＞
ＳｉＣからなる板状の化合物半導体（縦５ｍｍ×横５ｍｍ×厚さ０．３ｍｍ）の被接合面（表面凹凸 Ｒａ０．５μｍ、表面硬度Ｈｖ２０００）に、ニッケルからなるメタライズ層（平均厚さ１００ｎｍ、表面硬度Ｈｖ２００）を設けた。さらに、このメタライズ層の上に、厚さ５ｎｍのＣｒからなる原子拡散バリア層をイオンプレーティング法によって形成した。その後、この原子拡散バリア層の上に、イオンプレーティング法によって、平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）を得た。Example 14
Metallized layer (average thickness: 100 nm, surface) on the surface to be joined (surface unevenness Ra 0.5 μm, surface hardness Hv 2000) of a plate-shaped compound semiconductor made of SiC (length 5 mm × width 5 mm × thickness 0.3 mm) Hardness Hv 200) was provided. Further, an atomic diffusion barrier layer of Cr having a thickness of 5 nm was formed by ion plating on the metallized layer. Thereafter, a gold thin film layer having an average thickness of 20 nm was formed on the atomic diffusion barrier layer by an ion plating method to obtain an object (X) having a gold thin film layer.
一方、上下面に厚さ３００μｍの銅からなる配線層を有する窒化珪素からなる絶縁基板（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ１．２ｍｍ）の、上述のＳｉＣからなる化合物半導体が実装される面に、厚さ５ｎｍのＣｒからなる原子拡散バリア層をイオンプレーティング法によって形成した。その後、この原子拡散バリア層の上に、イオンプレーティング法によって、平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、原子拡散バリア層および金薄膜層を有する被接合体（Ｙ）を得た。 On the other hand, on an insulating substrate (35 mm long × 35 mm wide × 1.2 mm thick) made of silicon nitride having a wiring layer made of copper with a thickness of 300 μm on the upper and lower surfaces, on the surface mounted with the aforementioned compound semiconductor made of SiC. An atomic diffusion barrier layer of Cr having a thickness of 5 nm was formed by ion plating. Thereafter, a gold thin film layer having an average thickness of 20 nm was formed on the atomic diffusion barrier layer by an ion plating method to obtain an object (Y) having an atomic diffusion barrier layer and a gold thin film layer.
また、Ｚｎ−Ａｌ合金からなる軟質材（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ０．１ｍｍ、硬度Ｈｖ２０）の両面に、厚さ５ｎｍのＣｒからなる原子拡散バリア層をイオンプレーティング法によって形成した。その後、この原子拡散バリア層の上に、イオンプレーティング法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、両面に原子拡散バリア層および金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）を得た。 Further, an atomic diffusion barrier layer made of Cr with a thickness of 5 nm was formed by ion plating on both sides of a soft material (35 mm long × 35 mm wide × 0.1 mm thick, hardness Hv 20) made of a Zn—Al alloy. Thereafter, a gold thin film layer having an average thickness of 20 nm was formed on the atomic diffusion barrier layer by ion plating to obtain a soft material (Z) having an atomic diffusion barrier layer and a gold thin film layer on both sides.
上記の、それぞれ原子拡散バリア層および金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）、軟質材（Ｚ）および他の被接合体（Ｙ）を、金薄膜層が対向するように重ね合わせて、単軸プレス機によって、温度２５℃で、圧力３０ＭＰａで１０分間押圧した。
その結果、大気中で加熱することなく、上記の被接合体と他の被接合体とが強固に接合した接合体が得られた（図２０参照）。The bonded bodies (X), soft materials (Z) and other bonded bodies (Y) having the above-mentioned atomic diffusion barrier layer and gold thin film layer, respectively, are stacked so that the gold thin film layers face each other. It was pressed at a temperature of 25 ° C. and a pressure of 30 MPa for 10 minutes by an axial press.
As a result, a bonded body in which the above-described bonded body and another bonded body were strongly bonded without heating in the air was obtained (see FIG. 20).
＜実施例１５＞
アルミニウムからなる板状の被接合体（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ３ｍｍ）の被接合面（表面凹凸 Ｒａ０．０５μｍ、表面硬度Ｈｖ１６）に、厚さ５ｎｍの硬質クロムメッキ層（表面凹凸 Ｒａ０．０５μｍ、表面硬度Ｈｖ８００）を形成し、次いで、Ｃｒからなる原子拡散バリア層をマグネトロンスパッタ法によって形成した。その後、この原子拡散バリア層の上に、マグネトロンスパッタ法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、原子拡散バリア層および金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）を得た。Example 15
A hard chromium plating layer (surface asperity Ra0. 5 nm) was formed on a surface to be bonded (surface asperity Ra: 0.05 μm, surface hardness Hv16) of a plate-like object (35 mm long, 35 mm wide, 3 mm thick) made of aluminum. The surface hardness was Hv 800), and then an atomic diffusion barrier layer of Cr was formed by magnetron sputtering. Thereafter, a gold thin film layer having an average thickness of 20 nm was formed on the atomic diffusion barrier layer by magnetron sputtering to obtain an object (X) having an atomic diffusion barrier layer and a gold thin film layer.
一方、アルミニウムからなる板状の被接合体（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ３ｍｍ）の被接合面（表面凹凸 Ｒａ０．０５μｍ、表面硬度Ｈｖ８００）に、厚さ５ｎｍの硬質クロムメッキ層（表面凹凸 Ｒａ０．０５μｍ、表面硬度Ｈｖ８００）を形成し、次いで、厚さ０．００５μｍのＣｒからなる原子拡散バリア層をマグネトロンスパッタ法によって形成した。その後、この原子拡散バリア層の上に、マグネトロンスパッタ法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、原子拡散バリア層および金薄膜層を有する被接合体（Ｙ）を得た。 On the other hand, a hard chromium plated layer (surface asperity with a thickness of 5 nm) on the surface to be joined (surface asperity Ra: 0.05 μm, surface hardness: Hv 800) of a plate-like body made of aluminum (35 mm long × 35 mm wide × 3 mm thick) An Ra of 0.05 μm and a surface hardness of Hv 800) were formed, and then an atomic diffusion barrier layer of Cr with a thickness of 0.005 μm was formed by magnetron sputtering. Thereafter, a gold thin film layer having an average thickness of 20 nm was formed on the atomic diffusion barrier layer by magnetron sputtering to obtain an object (Y) having an atomic diffusion barrier layer and a gold thin film layer.
また、アルミニウムからなる軟質材（縦３５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ３ｍｍ、硬度Ｈｖ３０）を、１０−３Ｐａ台の真空雰囲気において３００℃１時間の条件で焼き鈍した後、この軟質材の両面に、厚さ５ｎｍのＣｒからなる原子拡散バリア層をマグネトロンスパッタ法によって形成した。その後、この原子拡散バリア層の上に、マグネトロンスパッタ法によって平均厚さ２０ｎｍの金薄膜層を形成して、原子拡散バリア層および金薄膜層を有する軟質材（Ｚ）を得た。After annealing a soft material (35 mm long x 35 mm wide x 3 mm thick, hardness Hv 30) made of aluminum in a vacuum atmosphere of 10-3 Pa at 300 ° C. for 1 hour, both sides of this soft material are An atomic diffusion barrier layer of Cr having a thickness of 5 nm was formed by magnetron sputtering. Thereafter, a gold thin film layer having an average thickness of 20 nm was formed on the atomic diffusion barrier layer by magnetron sputtering to obtain a soft material (Z) having the atomic diffusion barrier layer and the gold thin film layer.
上記の、それぞれ原子拡散バリア層および金薄膜層を有する被接合体（Ｘ）、軟質材（Ｚ）および他の被接合体（Ｙ）を、金薄膜層が対向するように重ね合わせて、単軸プレス機によって、温度２５℃で、圧力５０ＭＰａで１０分間押圧した。
その結果、大気中で加熱することなく、上記の被接合体と他の被接合体とが強固に接合した接合体が得られた。The bonded bodies (X), soft materials (Z) and other bonded bodies (Y) having the above-mentioned atomic diffusion barrier layer and gold thin film layer, respectively, are stacked so that the gold thin film layers face each other. It was pressed at a temperature of 25 ° C. and a pressure of 50 MPa for 10 minutes by means of an axial press.
As a result, a bonded body in which the above-described bonded body and another bonded body were strongly bonded was obtained without heating in the atmosphere.
以上のように、本発明の実施形態によれば、被接合体の接合面に非酸化性金属である金の薄膜層が形成されている。このことから、接合面に酸化膜が存在しないので、従来の接合方法のように接合に先立って酸化膜を除去する必要がない。かつ、非酸化性雰囲気中において接合を行う必要がない。よって、接合を大気雰囲気中で行うことができる。 As described above, according to the embodiment of the present invention, the thin film layer of gold, which is a non-oxidizing metal, is formed on the bonding surface of the bonded body. From this, since there is no oxide film on the bonding surface, it is not necessary to remove the oxide film prior to bonding as in the conventional bonding method. And, there is no need to perform bonding in a non-oxidative atmosphere. Therefore, bonding can be performed in the atmosphere.
そして、本発明の実施形態では、接合を、常温（０〜５０℃）で行うことができる。従って、接合に際して外部からの加熱を必要としないので、熱による劣化、被接合物の膨張や収縮、被接合物間の熱膨張係数の差に起因して生じる熱応力や歪みが避けられるので、耐久性が優れた接合体を得ることができる。かつ、精度が高い接合体を得ることができる。 And in embodiment of this invention, joining can be performed at normal temperature (0-50 degreeC). Accordingly, since external heating is not required at the time of bonding, thermal stress and distortion caused by thermal deterioration, expansion and contraction of a material to be bonded, and a difference in thermal expansion coefficient between materials to be bonded are avoided. A bonded body with excellent durability can be obtained. And, it is possible to obtain a joined body with high accuracy.
さらに、本発明の実施形態では、被接合物の被接合面に対して高度の表面平坦性を求めない。したがって、本発明の実施形態では、例えば電解研磨やラッピングやポリッシシング、ＣＭＰのような超精密加工を被接合面に対して行う必要がない。よって、本発明の実施形態では、特殊な装置や作業等を必要とせずに、従来から汎用されてきた機械ないし装置ならびに作業等をそのまま、あるいは必要に応じて若干の改良を加えて採用することで、接合に適した被接合面を得ることができる。 Furthermore, in the embodiment of the present invention, a high degree of surface flatness is not required for the surface to be joined of the article. Therefore, in the embodiment of the present invention, there is no need to perform ultra-precision processing such as electrolytic polishing, lapping, polishing, CMP on the surface to be bonded. Therefore, in the embodiment of the present invention, it is necessary to adopt a conventionally used machine or device and work as it is or by applying some improvement as needed without requiring a special apparatus or work. Thus, it is possible to obtain a bonding surface suitable for bonding.
特に、軟質材として室温超塑性材を用いる本発明の特に好ましい実施形態によれば、常温で、より低い押圧力（例えば１０ＭＰａ以下）という温和な接合条件によって接合体を得ることができる。 In particular, according to a particularly preferred embodiment of the present invention using a room temperature superplastic material as a soft material, a joined body can be obtained under mild bonding conditions of lower pressure (for example, 10 MPa or less) at normal temperature.
このようなことにより、本発明の実施形態によれば、汎用性が高い、安価な接合体および接合体の製造方法を提供することができる。 As such, according to the embodiment of the present invention, it is possible to provide a highly versatile and inexpensive conjugate and a method of manufacturing the conjugate.
特に、原子拡散バリア層を有する本発明の実施形態によれば、被接合体や軟質材の構成材料が金薄膜層中に拡散すること、および（または）金薄膜層の金原子が被接合体中に拡散することが有効に防止ないし抑制されていることから、被接合体が本来有する特性（例えば、化学的特性、物理的特性や電気的特性等）が、これらの拡散材料により影響を受けることが防止されていると考えられる。よって、実施形態による接合によって、これらの各特性が影響を受けることが有効に防止され、被接合体が本来有する優れた特性を維持したまま、接合強度が高い接合体を得ることができるものと考えられる。 In particular, according to an embodiment of the present invention having an atomic diffusion barrier layer, the constituent material of the bonded body or the soft material diffuses into the gold thin film layer, and / or the gold atoms of the gold thin film layer are bonded Since the diffusion into the material is effectively prevented or suppressed, the properties (for example, chemical properties, physical properties, electrical properties, etc.) inherent to the bonded body are affected by these diffusion materials. Is considered to be prevented. Therefore, it is possible to effectively prevent the influence of each of these characteristics by the bonding according to the embodiment, and to obtain a bonded body having a high bonding strength while maintaining the originally excellent properties of the object to be bonded. Conceivable.
この効果は、被接合体が化合物半導体であって、これを接合した接合体を電子素子として利用する場合において特に顕著に認められる。例えば、電子素子として最高の性能が得られるように最適設計された化合物半導体素子を、接合時において特性変化させることなく、かつ接合後において性能劣化させることなく、長期間にわたって安定的に作動させることができるようになると考えられる。 This effect is particularly noticeable in the case where a bonded body is a compound semiconductor and a bonded body obtained by bonding the semiconductor is used as an electronic device. For example, stable operation of a compound semiconductor device optimally designed to obtain the highest performance as an electronic device over a long period of time without changing the characteristics at the time of bonding and without degrading the performance after bonding Will be able to
Ｘ 被接合物
Ｙ 他の被接合物
Ｚ 軟質材
Ａ、Ｂ 金薄膜層
ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２ 金薄膜層
Ｍ 金属材料
ＩＭ 無機材料
ｍ 金属層
ｈ 硬質層
ＥＩ 絶縁性基板
ｍα、ｍβ 金属配線層
ｄｂ１、ｄｂ２ 原子拡散バリア層X object to be bonded Y other object to be bonded Z soft material A, B gold thin film layer a1, a2, b1, b2 gold thin film layer M metal material IM inorganic material m metal layer h hard layer EI insulating substrate mα, mβ metal wiring Layer db1, db2 atomic diffusion barrier layer
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