CN115297986B - 金属接合体、半导体装置、波导管及被接合构件的接合方法 - Google Patents

金属接合体、半导体装置、波导管及被接合构件的接合方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供通过大气中的固相接合而接合、不发生接合材料的熔融所引起的溢出、因此能够提高尺寸稳定性的金属接合体。金属接合体(100)通过(A)使在作为被接合构件的Al基材(1)上依次层叠Zn膜(2)和Ag膜(3)的2个金属层叠体(10)的Ag膜(3)彼此对置，(B)使Ag膜(3)彼此接触，然后(C)一边加压一边进行加热，使Ag膜(3)彼此密合，进行固相接合而形成。完成的金属接合体(100)是在Ag‑Zn‑Al合金层(5)的两面设置Al‑Ag合金层(4)、将Al基材(1)彼此接合的部分。

Description

金属接合体、半导体装置、波导管及被接合构件的接合方法
技术领域
本公开涉及金属接合体、半导体装置、波导管及被接合构件的接合方法。
背景技术
以往，在半导体装置及波导管等工业制品中的金属构件彼此的接合中，广泛使用焊接。然而，在伴随着制品的高温工作化而使用高熔点的焊料的情况下，需要在还原气氛下进行接合。因此，存在如下技术：通过使用包含Zn(锌)的嵌入材料进行加压及加热而生成由共晶反应所产生的熔融物，在大气中将金属构件彼此接合(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-176782号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在使用嵌入材料的接合中，由于生成由共晶反应所产生的熔融物而进行接合，因此存在需要考虑熔融物的溢出来调整被接合物的尺寸的课题。
本公开是为了解决上述课题而完成的，其目的在于得到能够不熔融接合材料地进行接合的金属接合体。
用于解决课题的手段
本公开涉及的金属接合体具备：Ag-Zn-Al合金层、和设置于Ag-Zn-Al合金层的两面的Al-Ag合金层。
发明的效果
就本公开涉及的金属接合体而言，通过固相接合而被接合，不产生因接合材料的熔融而导致的溢出，因此具有能够提高尺寸稳定性的效果。
附图说明
图1是表示实施方式1的金属接合体的剖视图。
图2是用于说明实施方式1的被接合构件的接合方法的剖视图。
图3是表示实施方式2的半导体装置的剖视图。
图4是用于说明作为实施方式2的半导体装置的制造工序的一部分的金属基底与布线基板的接合方法的剖视图。
图5是用于说明作为实施方式2的半导体装置的制造工序的一部分的半导体元件与布线基板的接合方法的剖视图。
图6是用于说明实施方式3的波导管的立体图。
图7是表示实施方式3的波导管的剖视图。
图8是用于说明实施方式3的波导管的制造方法的剖视图。
图9是表示实施方式3的波导管的变形例的剖视图。
图10是用于说明实施方式3的波导管的变形例的制造方法的剖视图。
图11是对于实施例的金属接合体、表示相对于Al-Ag合金层中的Ag含有率的接合强度的坐标图。
图12是对于实施例的金属接合体、表示相对于Ag-Zn-Al合金层中的Zn含有率的接合强度的坐标图。
图13是对于实施例的金属接合体、表示相对于Ag-Zn-Al合金层中的Al含有率的接合强度的坐标图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。予以说明，在以下的附图中，对相同或相当的部分标注相同的附图标记，不重复其说明。
实施方式1.
对于实施方式1的金属接合体及被接合构件的接合方法，使用图1及图2来进行说明。图1是表示本实施方式的金属接合体100的剖视图。另外，图2是用于说明金属接合体100的制造方法的剖视图。
首先，对于金属接合体100的构成，使用图1来简单地进行说明。予以说明，对于金属接合体100的详细情况，在被接合构件的接合方法的说明中将后述。
就金属接合体100而言，如图1中所示，设置在作为2个被接合构件的Al基材1彼此之间，是将Al基材1彼此接合的部分，是在Ag-Zn-Al合金层5的两面设置Al-Ag合金层4而层叠的部分。即，在此，为了作为2个被接合构件的Al基材1间的接合，设置有由Al-Ag合金层4/Ag-Zn-Al合金层5/Al-Ag合金层4构成的金属接合体100，作为层叠体整体的构成，成为Al基材1/Al-Ag合金层4/Ag-Zn-Al合金层5/Al-Ag合金层4/Al基材1。
其次，对于作为被接合构件的Al基材1的接合方法，使用图2来进行说明。
作为金属接合体100的制造方法，首先，如图2(A)中所示，在作为被接合构件的Al基材1(Al层)上形成作为Zn层的Zn膜2，在接合于Zn膜2的Al基材1上的第一面2a的相反侧的第二面2b上形成作为Ag层的Ag膜3，由此制作2个金属层叠体10。即，金属层叠体10成为依次层叠有Al基材1/Zn膜2/Ag膜3的构成。
在此，Al基材1是以Al(铝)作为主成分的Al合金构件。应予说明，就Al基材1而言，只要以Al作为主成分，则不限于Al合金构件，例如可以是以Al作为主成分且剩余部分含有杂质的构件，也可以是仅由Al构成的构件。Al基材1优选含有99原子％以上的作为主成分的Al，进一步优选Al为100原子％。
另外，Zn膜2是以Zn(锌)作为主成分的薄膜状的层，Ag膜3是以Ag(银)作为主成分的薄膜状的层。Zn膜2及Ag膜3优选分别含有99原子％以上的作为主成分的Zn或Ag，进一步优选Zn或Ag为100原子％。就Zn膜2及Ag膜3而言，即使剩余部分含有杂质也没有问题。
应予说明，在此以Al层由作为被接合构件的Al基材1所构成的情况为例进行说明，但不限于此，作为Al层，也可以代替Al基材1而形成为在作为另外的构件的被接合构件上设置为薄膜状的Al膜。即，被接合构件也可以是Al基材或另外的构件。在被接合构件为Al基材的情况下，Al基材为Al层，在被接合构件为另外的构件的情况下，形成于被接合构件上的Al膜为Al层。
另外，对于Al层，在如本实施方式的Al基材1那样作为1个构件而设置的情况下或在另外的构件上以薄膜状设置Al膜的情况中的任一种情况下，关于其厚度，都没有特别限定。另一方面，就Zn膜2而言，为了确保稳定的密合性，从形成基于充分的原子扩散的合金的观点考虑，优选形成为0.1μm以上且2μm以下。另外，就Ag膜3而言，从除了充分的原子扩散所引起的接合强度的提高以外、还更均匀地成膜的观点考虑，优选形成为0.1μm以上且50μm以下。
对Zn膜2及Ag膜3的成膜的手法没有特别限定，例如，除了电镀或非电解镀敷以外，还能够通过物理蒸镀(Physical Vapor Deposition/PVD)、化学蒸镀(Chemical VaporDeposition/CVD)、溅射等形成。关于成膜条件,没有特别限定，可以根据使用的方法和装置来适当设定。另外，关于膜厚，通过从所选择的手法中的成膜速率算出适当的成膜时间来决定。予以说明，在作为Al层而在另外的构件上设置Al膜的情况下，也能够采用同样的手法进行成膜。
在这样制作金属层叠体10之后，如图2(A)中所示，使在2个金属层叠体10中露出其表面的Ag膜3彼此对置。然后，如图2(B)中所示，使2个各金属层叠体10的Ag膜3彼此接触(第一工序)。然后，在Ag膜3彼此接触的状态下一边加压一边进行加热，使Ag膜3彼此密合(第二工序)。由此，通过在各层间产生原子的扩散，2个金属层叠体10彼此被固相接合。
在此，所谓“固相接合”，是指不使金属层叠体的各金属层中的金属材料熔融、即在固相(固体)的状态下接合。特别地，在金属层间的固相接合中，充分的密合变得重要。这是因为，在固相接合中，随着密合，原子的扩散变得容易，可进行更短时间且低加压下的接合。另外，为了提高密合性，使在各层接触时清洁且活性的面彼此接触是重要的。在本实施方式中，通过一边进行加压一边进行加热来除去Ag膜3表面的氧化膜，由此提高Ag膜3彼此的密合性，促进固相接合。
作为加压及加热的方法，一边施加规定的载荷，一边在将金属层叠体10加热到能够开始进行固相接合的温度的状态下保持一定时间。就Ag膜3而言，在常温、常压下形成氧化膜，但通过在200℃以上进行加热而分解除去。因此，并不限定于例如真空气氛下的处理、或者甲酸、氢或氮气氛等那样的还原性气氛下的处理，通过在大气中进行加压及加热，能够除去Ag膜3表面的氧化膜。
对于加热，所谓固相接合能够开始的温度，在大气下的Ag的情况下一般为200℃以上，若考虑构件的变形、原子的扩散，则优选为250℃以上且400℃以下。另外，对于加压力，没有特别限定，优选为0.1MPa以上且200MPa以下,且从抑制变形的观点考虑，优选使其低于构件的强度。特别是在加热的状态下，从促进利用密合的接合的观点和抑制金属膜的对于软化的变形的观点考虑，加压力更优选为0.5MPa以上且100MPa以下。关于加压及加热的时间，可根据加热温度和加压力来适当设定，优选为1分钟以上且12小时以下，进一步更优选为10分钟以上且3小时以下。
这样，Ag膜3彼此加压及加热而密接，由此在2个金属层叠体10中Zn膜2中的Zn原子扩散至Ag膜3中，且Al基材1中的一部分Al原子与Ag膜3中的Ag原子相互扩散。而且，当2个金属层叠体10被固相接合时，如图2(C)中所示，作为整体的构成，成为Al基材1/Al-Ag合金层4/Ag-Zn-Al合金层5/Al-Ag合金层4/Al基材1的层叠结构。此时，接合前的金属层叠体10的Al基材1中的一部分作为接合后的Al基材1而残留。而且，在Ag-Zn-Al合金层5的两面具有Al-Ag合金层4，成为Al-Ag合金层4/Ag-Zn-Al合金层5/Al-Ag合金层4的层叠结构的部分为金属接合体100，成为经由金属接合体100将作为2个被接合构件的Al基材1接合的构成。
通过固相接合形成Al-Ag合金层4/Ag-Zn-Al合金层5/Al-Ag合金层4的层叠结构后，优选停止加压及加热，通过自然放热而进行冷却。另外，在固相接合中，虽然有时因原子的扩散而在各层具有浓度的梯度，但不会由此产生接合强度的降低。因此，各层的构成在层整体中也可以不均匀。另外，由于所形成的金属接合体100与其两面的Al基材1一起成为一体，因此各层间的边界实际上也可以不明确。
就Ag-Zn-Al合金层5而言，在将全体设为100原子％时，优选含有1原子％以上且10原子％以下的Al，含有1原子％以上且40原子％以下的Zn成分，并且剩余部分含有Ag作为主成分。另外，就Al-Ag合金层4而言，在将全体设为100原子％时，优选含有1原子％以上且10原子％以下的Ag，并且剩余部分含有Al作为主成分。应予说明，在接合强度的要求不那么高的情况下等，也可以不一定是该成分比。
对这样所构成的金属接合体100及被接合构件的接合方法的效果进行说明。
以往，存在通过将焊料材料、嵌入材料等接合材料熔融而将构件间接合的方法，但在这样的方法的情况下，有时在接合时熔融的焊料材料、嵌入材料从接合面溢出，因此需要调整其大小。另外，为了稳定地配置接合材料，需要足够的面积，整体的大小、重量增加。进而，若熔融的接合材料的接合面积或厚度大，则空隙不易脱离，固化后有时会产生空隙，因此为了不产生空隙，需要进行接合面积的调整。另外，在使用以Zn作为主要成分的嵌入材料等的情况下，在接合后的表面析出的Zn在湿度高的环境等中容易腐蚀，因此使用中存在问题。
因此，在本实施方式的金属接合体100以及被接合构件的接合方法中，通过固相接合而被接合，不使用以往的焊料材料、嵌入材料等，不会产生由接合材料的熔融所导致的溢出，因此实现能够提高尺寸稳定性的效果。进而，由此，实现能够减小接合后的构件整体的大小、减轻重量的效果。
另外，就本实施方式的金属接合体100及被接合构件的接合方法而言，由于金属接合体100通过固相接合形成、不使接合材料熔融，因此不会像焊料材料、嵌入材料那样产生接合材料的溢出、空隙，因此实现能够提高与接合面积相关的设计的自由度的效果。而且，由于通过固相接合来进行接合，因此还实现能够得到抑制了伴随熔融的变形的接合可靠性高的金属接合体的效果。
进而，本实施方式的金属接合体100含有Zn，但在Al-Ag合金层4中，以Al作为主成分，在Ag-Zn-Al合金层5中以Ag作为主成分，由于Zn不是主成分，因此实现即使在高湿度的环境等中也能够进行可靠性高的接合的效果。而且，通过形成为作为金属接合体100整体Ag成为主成分的构成，在导热性及耐热性方面也具有优势。
另外，在形成金属接合体100之前的金属层叠体10中，通过利用镀敷等将各层成膜而确保密合性，因此在作为构件间的接合层的Ag膜3间以外的边界面，没有强度降低的担忧。因此，实现能够提高生产的稳定性即接合可靠性的效果。
进而，在本实施方式的被接合构件的接合方法中，不需要真空气氛、甲酸、氢、氮等那样的还原性气氛，能够在大气中接合。因此，不需要真空加热炉、加热还原炉那样的设备，能够降低成本，实现设备维护管理容易的效果。此外，由于能够在大气中抑制Zn、Al的氧化的状态下进行接合，因此起到能够提高接合可靠性的效果。
实施方式2
对于实施方式2的半导体装置以及半导体装置的制造方法，使用图3来进行说明。图3是表示本实施方式的半导体装置2000的剖视图。
首先，对半导体装置2000的整体构成进行说明。
就半导体装置2000而言，如图3中所示，由金属基底11、在金属基底11上接合有背面导体层12c的布线基板12、搭载于布线基板12的表面导体层12b上的2个半导体元件13、通过粘接剂14粘接于金属基底11的外周侧面的壳体15、安装于壳体15的多个外部端子16、将布线基板12的表面导体层12a、将半导体元件13和外部端子16电连接的导线17、以及填充于由金属基底11和壳体15包围的区域的密封材料18构成。
而且，就金属基底11与布线基板12的背面导体层12c之间、以及布线基板12的表面导体层12b与半导体元件13之间而言，分别经由设置于金属接合体200以及金属接合体200的两面的Al膜21而接合。
予以说明，在本实施方式中，对在金属基底11与布线基板12的背面导体层12c之间、以及布线基板12的表面导体层12b与半导体元件13之间这两者设置金属接合体200而接合的情况进行说明，但并不限定于此，只要是在金属基底与布线基板之间以及布线基板与半导体元件之间中的至少任一者设置金属接合体200、进行接合即可。在只是金属基底与布线基板之间以及布线基板与半导体元件之间中的任一者经由金属接合体200而接合的情况下，另一者例如能够通过焊料、烧结银等来接合。
金属基底11由Cu(铜)形成。在金属基底11上，经由金属接合体200和设置于金属接合体200的两面的Al膜21而接合有布线基板12的背面导体层12c，在金属基底11的外周侧面，通过粘接剂14粘接有壳体15。予以说明，金属基底11不限于Cu制，例如也可以由AlSiC(铝-碳化硅)合金或CuMo(铜-钼)合金这样的合金形成。
另外，金属基底也可以由Al形成。在该情况下，不需要在金属基底上进一步形成Al膜，能够形成为将金属接合体200在金属基底上相接而设置的构成。
就布线基板12而言，如图3中所示，由作为绝缘层的AlN(氮化铝)制的陶瓷基材12d、和由设置于陶瓷基材12d的两面的由Cu制的表面导体层12a、12b及背面导体层12c构成的导体层一体地构成。在布线基板12中与金属基底11接合的背面导体层12c的相反侧的面，如图3中所示，作为导体层，图案形成有表面导体层12a、12b。而且，在表面导体层12b上，搭载有半导体元件13。
予以说明，在本实施方式中，对在布线基板12的陶瓷基材12d的材料中使用AlN的情况进行说明，但不限于此，也可以使用Al2O3(氧化铝)、SiN(氮化硅)等陶瓷材料。另外，作为布线基板也能够使用玻璃环氧基板。另外，表面导体层12a、12b及背面导体层12c并不限于Cu制，例如可以为Ni制，也可以为Al制。在表面导体层12a、12b以及背面导体层12c为Al制的情况下，不需要形成为在表面导体层以及背面导体层上进一步设置有Al膜的构成，也能够如实施方式1的金属接合体100那样将表面导体层12a、12b以及背面导体层12c作为Al基材来接合。
另外，在本实施方式中，对分别设置金属基底11和布线基板12的情况进行说明，但不限于此，也可以使用将由Cu、Al等构成的金属基底板、和使BN(氮化硼)、Al2O3等热传导性填料分散在环氧树脂等中的绝缘层一体地层叠、一并具有金属基底和布线基板的功能的金属基底绝缘基板。通过使用金属基底绝缘基板，能够实现半导体装置的轻质化、小型化。在使用一体化的金属基底绝缘基板的情况下，在金属基底绝缘基板与半导体元件之间设置金属接合体200，进行接合。
在布线基板12的表面导体层12b上，作为半导体元件13，例如将IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor/绝缘栅双极晶体管)和二极管各1个，分别经由金属接合体200以及设置于金属接合体200的两面的Al膜21接合、搭载。半导体元件13例如以Si(硅)作为半导体材料。另外，在表面导体层12b上的未设置半导体元件13的区域，如图3中所示，依次形成有Al膜21、Zn膜22及Ag膜23。
另外，在本实施方式中，对具备IGBT和二极管作为半导体元件13的半导体装置进行说明，但不限于此，也可以具备MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor/金属氧化物半导体场效应晶体管)等半导体元件，也可以具备驱动控制半导体元件的控制用IC(Integrated Circuit/集成电路)。另外，在本实施方式中，对半导体元件以Si作为半导体材料的例子进行说明，但不限于此，也可以是SiC(碳化硅)、GaAs(砷化镓)、GaN(氮化镓)或金刚石那样的宽带隙半导体材料。
进而，在本实施方式中，对搭载有1对IGBT和二极管的1in1的模块构成的情况进行说明，但不限于此，也可以是搭载有1个半导体元件的分立部件、搭载有2对的2in1或者搭载有6对的6in1等构成。
壳体15由PPS(聚苯硫醚)形成，具有具备包围金属基底11及布线基板12的外周的多个面的框状的形状，通过有机硅制的粘接剂14粘接于金属基底11。在壳体15，通过嵌件成型而分别安装有Cu制的多个外部端子16。予以说明，在本实施方式中，对使用PPS作为壳体15的材料的情况进行说明，但不限于此，也可以由PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)或PEEK(聚醚醚酮)这样的热塑性树脂形成，也可以由LCP(液晶聚合物)形成。
另外，在本实施方式中，对通过粘接剂14将壳体15粘接于金属基底11的外周侧面的构成进行说明，但不限于此，也可以形成为在布线基板的外周侧面设置壳体、通过粘接剂将布线基板与壳体接合的构成。
导线17为Al制，将布线基板12的表面导体层12a、12b、半导体元件13、和外部端子16电连接。予以说明，在本实施方式中，对导线17为Al制的情况进行说明，但并不限于此，也可以使用Cu制导线、Al被覆Cu导线、或者Au(金)制导线等，也能够使用带状连接器(ribbonbond)等。另外，也可以形成为代替导线而通过焊接电极板来形成电路的构成。
密封材料18填充于由金属基底11和壳体15包围的区域，对半导体元件13进行密封。就密封材料18而言，例如，由环氧树脂、有机硅树脂、氨基甲酸酯树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂或丙烯酸系树脂这样的具有电绝缘性的树脂形成。就密封材料18而言，也可以由分散有使密封材料18的机械强度及导热性提高的填料的绝缘性复合材料形成。就提高密封材料18的机械强度及导热性的填料而言，例如，可以由SiO2(二氧化硅)、Al2O3(氧化铝)、AlN(氮化铝)、BN(氮化硼)、Si3N4(氮化硅)、金刚石、SiC(碳化硅)或B2O3(氧化硼)这样的无机陶瓷材料形成。
其次，对于半导体装置2000的制造方法，使用图4及图5来进行说明。图4是用于说明作为本实施方式的半导体装置2000的制造工序的一部分的金属基底11与布线基板12的背面导体层12c的接合方法的剖视图，图5是用于说明作为半导体装置2000的制造工序的一部分的半导体元件13与布线基板12的表面导体层12b的接合方法的剖视图。予以说明，就本实施方式中说明的半导体装置2000的制造方法而言，对于其接合方法，与实施方式1中说明的被接合构件的接合方法的一部分相同，因此，以不同点为中心进行说明。
首先，在金属基底11上对布线基板12的背面导体层12c进行固相接合。由此，形成金属接合体200，经由金属接合体200及形成于金属接合体200的两面的Al膜21，将金属基底11与背面导体层12c接合。
以下，使用图4，对金属基底11与背面导体层12c的接合方法的详细情况进行说明。
首先，如图4(A)中所示，在作为被接合构件的金属基底11上形成作为Al层的Al膜21，在Al膜21上形成Zn膜22，进而，制作通过在接合于Zn膜22的Al膜21上的第一面22a的相反侧的第二面22b上形成Ag膜23而层叠的层叠体、和与金属基底11同样地在作为被接合构件的布线基板12的背面导体层12c上形成Al膜21、Zn膜22及Ag膜23而层叠的层叠体。
在此，Al膜21是以Al作为主成分的薄膜状的层。予以说明，就Al膜21而言，只要以Al作为主成分即可，例如可以是以Al作为主成分而剩余部分含有杂质的构件，也可以是仅由Al构成的构件。Al膜21优选含有99原子％以上的作为主成分的Al，进一步优选Al为100原子％。
另外，Zn膜22是以Zn作为主成分的薄膜状的层，Ag膜23是以Ag作为主成分的薄膜状的层。Zn膜22及Ag膜23优选分别含有99原子％以上的作为主成分的Zn或Ag，进一步优选Zn或Ag为100原子％。就Zn膜22及Ag膜23而言，即使剩余部分含有杂质也没有问题。
另外，对于Al膜21，关于其厚度没有特别限定。另一方面，就Zn膜22而言，为了确保稳定的密合性，从形成基于充分的原子扩散的合金的观点考虑，优选形成为0.1μm以上且2μm以下。另外，就Ag膜23而言，从除了充分的原子扩散所产生的接合强度的提高以外、还更均匀地成膜的观点考虑，优选形成为0.1μm以上且50μm以下。
对Al膜21、Zn膜22及Ag膜23的成膜的手法没有特别限定，例如，除了电镀或非电解镀敷以外，还可以通过物理蒸镀、化学蒸镀、溅射等形成。成膜条件没有特别限定，可以根据使用的方法和装置来适当设定。另外，关于膜厚，通过从该手法各自的成膜速率算出适当的成膜时间来决定。
其次，如图4(A)中所示，在金属基底11上以及布线基板12的背面导体层12c上分别形成有Al膜21/Zn膜22/Ag膜23的层叠体中，使其表面露出的Ag膜23彼此对置。然后，如图4(B)中所示，使Ag膜23彼此接触(第一工序)。然后，在Ag膜23彼此接触的状态下一边加压一边进行加热，使Ag膜23彼此密合(第二工序)。由此，通过在各层间产生原子的扩散，金属基底11与背面导体层12c经由金属接合体200而被固相接合。应予说明，关于固相接合的温度、压力等条件，与实施方式1的被接合构件的接合方法相同，因此省略说明。
这样，Ag膜23彼此加压以及加热而密合，由此在2个层叠体中Zn膜22中的Zn原子向Ag膜23扩散，且Al膜21中的一部分Al原子与Ag膜23中的Ag原子相互扩散。而且，若金属基底11与背面导体层12c被固相接合，则如图4(C)中所示，接合部位成为金属基底11/Al膜21/Al-Ag合金层24/Ag-Zn-Al合金层25/Al-Ag合金层24/Al膜21/背面导体层12c的层叠构造。此时，接合前的层叠体的Al膜21中的一部分作为接合后的Al膜21而残留。而且，在Ag-Zn-Al合金层25的两面具有Al-Ag合金层24，成为Al-Ag合金层24/Ag-Zn-Al合金层25/Al-Ag合金层24的层叠结构的部分为金属接合体200，成为金属基底11和背面导体层12c经由金属接合体200及其两面的Al膜21而接合的构成。
通过固相接合来形成Al-Ag合金层24/Ag-Zn-Al合金层25/Al-Ag合金层24的层叠结构后，优选停止加压及加热、通过自然放热来进行冷却。另外，在固相接合中，虽然有时因原子的扩散而在各层具有浓度的梯度，但不会由此产生接合强度的降低。因此，各层的构成在层整体中也可以不均匀。进而，所形成的金属接合体200与其两面的Al膜21一起成为一体，因此各层间的边界实际上变得不明确。
就Ag-Zn-Al合金层25而言，在将全体设为100原子％时，优选含有1原子％以上且10原子％以下的Al，含有1原子％以上且40原子％以下的Zn成分，并且剩余部分含有Ag作为主成分。另外，就Al-Ag合金层24而言，在将全体设为100原子％时，优选含有1原子％以上且10原子％以下的Ag，并且剩余部分含有Al作为主成分。应予说明，在接合强度的要求不那么高的情况下等，也可以不一定是该成分比。
这样，形成金属接合体200，经由金属接合体200及形成于金属接合体200的两面的Al膜21，将作为被接合构件的金属基底11与背面导体层12c接合。
其次，在布线基板12的表面导体层12b上将半导体元件13进行固相接合。由此，形成金属接合体200，经由金属接合体200及形成于金属接合体200的两面的Al膜21，将表面导体层12b与半导体元件13接合。
以下，使用图5，对表面导体层12b与半导体元件13的接合方法的详细情况进行说明。
首先，如图5(A)中所示，在半导体元件13上形成作为Al层的Al膜21，在Al膜21上形成Zn膜22，进而，制作在接合于Zn膜22的Al膜21上的第一面22a的相反侧的第二面22b上形成Ag膜23而层叠的层叠体、和与半导体元件13同样地在布线基板12的表面导体层12b上形成Al膜21、Zn膜22及Ag膜23而层叠的层叠体。
予以说明，在此示出在布线基板12的表面导体层12b的整个面形成有Al膜21/Zn膜22/Ag膜23的例子，但不限于此，例如也可以仅在有助于接合的与半导体元件13接触的范围成膜。另外，在此示出在半导体元件13上直接依次形成Al膜21、Zn膜22及Ag膜23的例子，但也可以在半导体元件13与Al膜21之间形成例如Ti膜作为密合性赋予层。只要能够确保密合性，则其种类、膜厚并无限定。除此之外，也可以在布线基板12的表面导体层12b或背面导体层12c上、金属基底11上进一步形成各种金属等的覆膜。
在此，Al膜21是以Al为主成分的薄膜状的层。予以说明，Al膜21只要以Al作为主成分即可，例如可以是以Al作为主成分而剩余部分含有杂质的构件，也可以是仅由Al构成的构件。Al膜21优选含有99原子％以上的作为主成分的Al，进一步优选Al为100原子％。
另外，Zn膜22是以Zn作为主成分的薄膜状的层，Ag膜23是以Ag作为主成分的薄膜状的层。Zn膜22及Ag膜23优选分别含有99原子％以上的作为主成分的Zn或Ag，进一步优选Zn或Ag为100原子％。就Zn膜22及Ag膜23而言，即使剩余部分含有杂质也没有问题。
另外，对于Al膜21，关于其厚度没有特别限定。另一方面，就Zn膜22而言，为了确保稳定的密合性，从形成基于充分的原子扩散的合金的观点考虑，优选形成为0.1μm以上且2μm以下。另外，就Ag膜23而言，从除了充分的原子扩散所产生的接合强度的提高以外、还更均匀地成膜的观点考虑，优选形成为0.1μm以上且50μm以下。
对Al膜21、Zn膜22及Ag膜23的成膜的手法没有特别限定，例如，除了电镀或非电解镀敷以外，还可以通过物理蒸镀、化学蒸镀、溅射等形成。关于成膜条件，没有特别限定，可以根据使用的方法和装置来适当设定。另外，关于膜厚，通过从该手法各自的成膜速率算出适当的成膜时间来决定。
接着，如图5(A)中所示，在半导体元件13上以及布线基板12的表面导体层12b上分别形成有Al膜21/Zn膜22/Ag膜23的层叠体中，使其表面露出的Ag膜23彼此对置。然后，如图5(B)中所示，使Ag膜23彼此接触(第一工序)。然后，在Ag膜23彼此接触的状态下一边加压一边进行加热，使Ag膜23彼此密合(第二工序)。由此，通过在各层间产生原子的扩散，将半导体元件13与表面导体层12b经由金属接合体200而被固相接合。应予说明，对于固相接合的温度、压力等条件，与实施方式1的被接合构件的接合方法相同，因此省略说明。
这样，通过对Ag膜23彼此加压以及加热而密合，在2个层叠体中Zn膜22中的Zn原子向Ag膜23扩散，且Al膜21中的一部分Al原子与Ag膜23中的Ag原子相互扩散。而且，若将半导体元件13与表面导体层12b固相接合，则如图5(C)中所示，接合部位成为半导体元件13/Al膜21/Al-Ag合金层24/Ag-Zn-Al合金层25/Al-Ag合金层24/Al膜21/表面导体层12b的层叠结构。此时，接合前的层叠体的Al膜21中的一部分作为接合后的Al膜21而残留。而且，在Ag-Zn-Al合金层25的两面具有Al-Ag合金层24，成为Al-Ag合金层24/Ag-Zn-Al合金层25/Al-Ag合金层24的层叠结构的部分为金属接合体200，成为半导体元件13与表面导体层12b经由金属接合体200及其两面的Al膜21而接合的构成。
通过固相接合形成Al-Ag合金层24/Ag-Zn-Al合金层25/Al-Ag合金层24的层叠结构后，优选停止加压及加热，通过自然放热而进行冷却。另外，在固相接合中，虽然有时因原子的扩散而在各层具有浓度的梯度，但不会由此产生接合强度的降低。因此，各层的构成在层整体中也可以不均匀。进而，所形成的金属接合体200与其两面的Al膜21一起成为一体，因此各层间的边界实际上变得不明确。
就Ag-Zn-Al合金层25而言，在将全体设为100原子％时，优选含有1原子％以上且10原子％以下的Al，含有1原子％以上且40原子％以下的Zn成分，并且剩余部分含有Ag作为主成分。另外，就Al-Ag合金层24而言，在将全体设为100原子％时，优选含有1原子％以上且10原子％以下的Ag，并且剩余部分含有Al作为主成分。应予说明，在接合强度的要求不那么高的情况下等，也可以不一定是该成分比。
予以说明，在此示出在表面导体层12b上仅在半导体元件13上的Ag膜23接触的范围形成作为固相接合部的由Al-Ag合金层24/Ag-Zn-Al合金层25/Al-Ag合金层24构成的金属接合体200、在表面导体层12b上的其他范围残留Al膜21/Zn膜22/Ag膜23的例子，但并不限于此，关于在布线基板12的表面导体层12b上没有搭载半导体元件13的范围，有时依次层叠Al-Ag合金层24及Ag-Zn-Al合金层25而形成。这是由于即使不存在Ag膜21彼此的密合，原子也会因加热而扩散。
这样，形成金属接合体200，经由金属接合体200及形成于金属接合体200的两面的Al膜21，将作为被接合构件的表面导体层12b与半导体元件13接合。
予以说明，在本实施方式的半导体装置2000的制造方法中，对在将背面导体层12c与金属基底11之间接合后将表面导体层12b与半导体元件13之间接合的接合方法进行了说明，但并不限于此，也可以同时进行背面导体层12c与金属基底11之间、及表面导体层12b与半导体元件13之间的各个接合。
在如以上完成金属接合体200之后，使用有机硅制的粘接剂14将接合于搭载有半导体元件13的布线基板12的金属基底11的外周侧面与壳体15粘接。
然后，将多个导线17分别进行引线键合而形成，将布线基板12的表面导体层12a、12b、半导体元件13和外部端子16电连接。予以说明，在代替导线而使用电极板的情况下，在该工序中，通过焊接而电连接电极板。
其次，将液态的树脂材料填充到在由金属基底11和壳体15包围的区域，通过进行加热而使其固化。由此，通过密封材料18将半导体元件13绝缘密封。通过以上步骤，完成半导体装置2000。
对这样构成的半导体装置2000及半导体装置2000的制造方法的效果进行说明。
就本实施方式的半导体装置2000的利用金属接合体200的接合而言，具有比以往使用的利用焊料材料的接合强度大数倍的接合强度，因此实现对于伴随着热应力下的变形的劣化的耐性提高、耐热性提高的效果。另外，利用金属接合体200的接合部作为整体以Ag为主成分，因此熔点超过900℃。因此，与熔点约200℃的焊料材料等相比，即使在高温工作环境下也不产生熔融等，实现能够提高接合可靠性的效果。
特别是近年来，从节能化的观点考虑，积极地进行将电力损耗少的SiC、GaN等作为半导体元件的材料的半导体装置的开发。这些半导体元件在工作时形成超过200℃的高温，因此半导体装置的工作温度也逐年上升。因此，就本实施方式的半导体装置2000而言，对于这样的高温工作的半导体装置也具有耐热性，实现能够提高可靠性的效果。
进而，在本实施方式的半导体装置2000的制造方法中，由于通过电镀等成膜方法来形成金属膜，因此与通过印刷、钎料这样的构件的***来形成接合层的方法相比，实现容易将层叠体的覆膜形成为薄膜且均匀的效果。
予以说明，在本实施方式中，以在具备壳体的半导体装置中设置由金属接合体200的构成为例进行了说明，但不用说，只要是在半导体元件与布线基板之间或者布线基板与金属基底之间设置金属接合体200而接合的构成，也可以是例如不具备壳体的模塑成型的半导体装置等。
实施方式3
对于实施方式3的波导管及波导管的制造方法，使用图6至图8来进行说明。图6是用于说明本实施方式的波导管3000的立体图，图7是图6(B)的A-A线处的波导管3000的剖视图。另外，图8是用于说明本实施方式的波导管3000的制造方法的剖视图。
首先，对于波导管3000的整体构成，使用图6以及图7来简单地进行说明。予以说明，对于波导管3000的详细情况，在波导管3000的制造方法的说明中将后述。
就波导管3000而言，例如用于天线，如图6的(A)中所示，将长条的板状的上部Al构件31a和长条且截面为凹状的下部Al构件31b接合，如图6的(B)中所示，将内部一体成型为空洞的筒状。就波导管3000的侧壁的一部分而言，如在图7中示出图6的(B)的A-A剖视图，通过在Ag-Zn-Al合金层35的两面形成具有Al-Ag合金层34的金属接合体300而接合。予以说明，在图6的(B)中，为了表示波导管3000的整体结构，省略表示作为接合部的金属接合体300等。
就设置于波导管3000的金属接合体300而言，是将上部Al构件31a与下部Al构件31b接合的部分，是在Ag-Zn-Al合金层35的两面形成Al-Ag合金层34而层叠的部分。即，至少在上部Al构件31a与下部Al构件31b的接合部位设置有由Al-Ag合金层34/Ag-Zn-Al合金层35/Al-Ag合金层34构成的金属接合体300，作为侧壁处的接合部位的层叠体整体的构成，形成上部Al构件31a/Al-Ag合金层34/Ag-Zn-Al合金层35/Al-Ag合金层34/下部Al构件31b。
接着，对于波导管3000的制造方法，使用图8来进行说明。予以说明，就本实施方式的波导管3000中的作为被接合构件的上部Al构件31a与下部Al构件31b的接合方法而言，与实施方式1的被接合构件的接合方法的一部分相同，因此以不同点为中心来进行说明。
首先，如图8的(A)中所示，制作：通过在作为被接合构件的上部Al构件31a(Al层)上形成Zn膜32、在接合于Zn膜32的上部Al构件31a上的第一面32a的相反侧的第二面32b上形成Ag膜33而层叠的上部层叠体30a；和通过同样在作为被接合构件的下部Al构件31b(Al层)上形成Zn膜32及Ag膜33而依次层叠的下部层叠体30b。
在此，上部Al构件31a及下部Al构件31b是以Al作为主成分的Al合金构件。予以说明，就上部Al构件31a及下部Al构件31b而言，如果是以Al作为主成分，则不限于Al合金构件，例如可以是以Al作为主成分而余量含有杂质的构件，也可以是仅由Al构成的构件。上部Al构件31a及下部Al构件31b优选含有99原子％以上的作为主成分的Al，进一步优选Al为100原子％。
另外，Zn膜32是以Zn作为主成分的薄膜状的层，Ag膜33是以Ag作为主成分的薄膜状的层。Zn膜32及Ag膜33优选分别含有99原子％以上的作为主成分的Zn或Ag，进一步优选Zn或Ag为100原子％。就Zn膜32及Ag膜33而言，即使在剩余部分含有杂质也没有问题。
另外，对于作为被接合构件的上部Al构件31a及下部Al构件31b，关于其厚度，没有特别限定。另一方面，就Zn膜32而言，为了确保稳定的密合性，从形成基于充分的原子扩散的合金的观点考虑，优选形成为0.1μm以上且2μm以下。另外，就Ag膜33而言，从除了充分的原子扩散所产生的接合强度的提高以外、还更均匀地成膜的观点考虑，优选形成为0.1μm以上且50μm以下。
对Zn膜32及Ag膜33的成膜的手法没有特别限定，例如，除了电镀或非电解镀敷以外，还可以通过物理蒸镀、化学蒸镀、溅射等形成。关于成膜条件，没有特别限定，可以根据使用的方法和装置来适当设定。另外，关于膜厚，通过从该手法各自的成膜速率算出适当的成膜时间来决定。
在这样形成的上部层叠体30a及下部层叠体30b中，如图8的(A)中所示，使其表面露出的Ag膜33彼此对置。然后，如图8的(B)中所示，使上部层叠体30a及下部层叠体30b的Ag膜33彼此接触(第一工序)。然后，在Ag膜33彼此接触的状态下一边加压一边进行加热，使Ag膜33彼此密合(第二工序)。由此，通过在各层间产生原子的扩散，将上部层叠体30a与下部层叠体30b固相接合。应予说明，对于固相接合的温度、压力等条件，与实施方式1的金属接合体100的制造方法相同，因此省略说明。
如果这样将上部层叠体30a和下部层叠体30b固相接合，则如图8的(C)中所示，接合部位成为上部Al构件31a/Al-Ag合金层34/Ag-Zn-Al合金层35/Al-Ag合金层34/下部Al构件31b的层叠结构。此时，接合前的上部Al构件31a及下部Al构件31b中的一部分作为接合后的上部Al构件31a及下部Al构件31b而残留。而且，在Ag-Zn-Al合金层35的两面具有Al-Ag合金层34，成为Al-Ag合金层34/Ag-Zn-Al合金层35/Al-Ag合金层34的层叠结构的部分为金属接合体300，成为通过金属接合体300将上部Al构件31a与下部Al构件31b接合的构成，完成波导管3000。
通过固相接合形成Al-Ag合金层34/Ag-Zn-Al合金层35/Al-Ag合金层34的层叠结构后，优选停止加压及加热，通过自然放热来进行冷却。另外，在固相接合中，虽然有时因原子的扩散而在各层具有浓度的梯度，但不会由此产生接合强度的降低。因此，各层的构成在层整体中也可以不均匀。进而，由于所形成的金属接合体300与上部Al构件31a、下部Al构件31b、Zn膜32及Ag膜33一起成为一体，因此各层间的边界实际上变得不明确。
就Ag-Zn-Al合金层35而言，在将全体设为100原子％时，优选含有1原子％以上且10原子％以下的Al，含有1原子％以上且40原子％以下的Zn成分，并且在剩余部分含有Ag作为主成分。另外，就Al-Ag合金层34而言，在将全体设为100原子％时，优选含有1原子％以上且10原子％以下的Ag，并且在剩余部分含有Al作为主成分。应予说明，在接合强度的要求不那么高的情况下等，也可以不一定是该成分比。
予以说明，在图7及图8的(C)中，示出金属接合体300在剖视下呈长方形状、即上部Al构件31a侧的Al-Ag合金层34和下部Al构件31b侧的Al-Ag合金层34以相同的宽度形成的情况，但不限于此，上部Al构件31a侧的Al-Ag合金层34也可以形成为宽度比下部Al构件31b侧的Al-Ag合金层34宽。在该情况下，金属接合体300具有从上部Al构件31a侧的Al-Ag合金层34到下部Al构件31b侧的Al-Ag合金层34宽度逐渐变小的结构。
对这样构成的波导管3000及波导管3000的制造方法的效果进行说明。
本实施方式的波导管3000及波导管3000的制造方法实现如下效果：在利用螺钉等的紧固结构中，不需要一定需要的螺钉的支承面、用于与其对应的构件的厚度，设计自由度提高。另外，通过薄膜化，实现能够实现形状的集成化和轻质化的效果。
进而，即使在使上部Al构件31a及下部Al构件31b的厚度变薄的情况下，也无需如钎焊那样使用熔剂的活化和直至钎料的熔点的加热，因此实现能够抑制由加热引起的热变形所导致的构件的收缩、变形的效果。另外，不存在由钎料产生的向波导管内部溢出的担忧，而且如果是钎料，虽然有可能因厚度的偏差而引起形状变得不稳定，但实现能够抑制这样的情况的效果。
对于本实施方式的波导管的变形例，使用图9及图10来进行说明。图9是表示作为本实施方式的波导管3000的变形例的波导管3001的剖视图。另外，图10是用于说明波导管3001的制造方法的剖视图。
在波导管的波导中，对Al进行镀Ag时电导率等特性提高，但未必需要对全体进行镀Ag，有时即使在Al的状态下也满足所需特性。另外，特别是在接合前的构件存在凹凸的情况下，难以通过镀敷等均匀地进行成膜，例如在沟槽形成等中对其厚度要求精度的情况下，有时不在整个面形成Ag膜为宜。因此，需要根据所要求的电特性、结构来选择成膜的方法、或者部分地进行成膜等的选择。
因此，在波导管3001中，如图9及图10中所示，在上部Al构件31a与下部Al构件31b的接合部位以外的区域不形成Zn膜22及Ag膜23，在这方面与本实施方式的波导管3000不同。予以说明，对于波导管3001及金属接合体301的其他构成，与本实施方式的波导管3000及金属接合体300相同，因此以下以不同点为中心进行说明。
就波导管3001而言，与波导管3000同样，将长轴的板状的上部Al构件31a和长轴、截面为凹状的下部Al构件31b接合，内部被一体成型为空洞的筒状。就波导管3001的侧壁而言，如图9中所示，通过在Ag-Zn-Al合金层35的两面形成具有Al-Ag合金层34的金属接合体301而接合。
其次，对于波导管3001和波导管3001的制造方法，使用图10来进行说明。
首先，如图10的(A)中所示，制作：仅在作为被接合构件的上部Al构件31a的接合部位依次层叠有Zn膜32及Ag膜33的上部层叠体36a；和仅在作为被接合构件的下部Al构件31b的接合部位依次层叠有Zn膜32及Ag膜33的下部层叠体36b。具体而言，在接合部位以外的部位预先进行掩蔽后进行成膜，或者在全体上成膜后通过切削加工等除去接合部位以外的部分，由此能够制作上部层叠体36a和下部层叠体36b。
然后，如图10的(A)中所示，在使其表面露出的Ag膜33彼此对置后，如图10的(B)中所示，使上部层叠体36a及下部层叠体36b的Ag膜33彼此接触(第一工序)。然后，在Ag膜33彼此接触的状态下一边加压一边进行加热，使Ag膜33彼此密合(第二工序)。由此，通过在各层间产生原子的扩散，将上部层叠体36a与下部层叠体36b固相接合。
如果这样将上部层叠体36a与下部层叠体36b固相接合，则如图10的(C)中所示，作为整体的构成，成为上部Al构件31a/Al-Ag合金层34/Ag-Zn-Al合金层35/Al-Ag合金层34/下部Al构件31b的层叠结构。此时，接合前的上部Al构件31a及下部Al构件31b中的一部分作为接合后的上部Al构件31a及下部Al构件31b而残留。而且，在Ag-Zn-Al合金层35的两面具有Al-Ag合金层34，成为Al-Ag合金层34/Ag-Zn-Al合金层35/Al-Ag合金层34的层叠结构的部分为金属接合体301，成为通过金属接合体301将作为被接合构件的上部Al构件31a与下部Al构件31b接合的构成，完成波导管3001。
在这样所构成的波导管3001及波导管3001的制造方法中，实现如下效果：在由于沟槽成型等而对厚度要求精度的部位能够保持其精度，并且能够提高设计自由度，抑制形状偏差。
予以说明，在以上的例子中，对作为形成波导管的构件而将一方为板状、另一方为截面凹状的构件进行接合而由此形成的例子进行了说明，但并不限于此，例如也可以将截面为凹状的2个构件彼此接合而形成。另外，接合面的高度未必全部恒定，也可以在接合面具有凹凸。进而，不限于2个构件彼此的接合，例如也可以是由上部、侧部以及下部构成的3层构造等多层构造。
实施例
以下，对于实施例及比较例，使用表1以及图11至图13进行具体说明。表1表示各实施例和各比较例的接合前的层叠体中的Zn膜的膜厚及Ag膜的膜厚、接合后的金属接合体中的Al-Ag合金层中的Ag比、Ag-Zn-Al合金层中的Zn比及Ag-Zn-Al合金层中的Al比、以及接合可靠性。另外，图11是表示相对于Al-Ag合金层中的Ag含有率的接合强度的坐标图，图12是表示相对于Ag-Zn-Al合金层中的Zn含有率的接合强度的坐标图，图13是表示相对于Ag-Zn-Al合金层中的Al含有率的接合强度的坐标图。予以说明，在图11至图13的坐标图中，包含表1中所示的各实施例及各比较例的数据的描绘。
<实施例1>
首先，通过机械加工使Al合金构件的表面平坦后，在其上通过将成膜时间设为45秒的镀敷处理而形成0.3μm的Zn膜，进而在其上通过将成膜时间设为34分钟的镀敷处理，依次形成5μm的Ag膜，由此制作金属层叠体。
使用2个上述金属层叠体，使金属层叠体的Ag膜彼此接触，进行1小时一边大气中以10MPa加压一边在320℃下加热，进行固相接合，由此得到金属接合体。
就以上制作的实施例1的金属接合体而言，是在Ag-Zn-Al合金层的两面设置Al-Ag合金层、将Al合金构件彼此接合的部分。就实施例1的金属接合体而言，在Al-Ag合金层中含有8.0原子％的Ag，在Ag-Zn-Al合金层中含有6.0原子％的Zn、2.0原子％的Al。
<实施例2>
首先，通过机械加工使Al合金构件的表面平坦后，在其上通过将成膜时间设为45秒的镀敷处理而形成0.3μm的Zn膜，进而在其上通过将成膜时间设为31分钟的镀敷处理，依次形成2μm的Ag膜，由此制作金属层叠体。
使用2个上述金属层叠体，使金属层叠体的Ag膜彼此接触，进行1小时一边在大气中以20MPa加压一边在320℃下加热，进行固相接合，由此得到金属接合体。
就以上制作的实施例2的金属接合体而言，是在Ag-Zn-Al合金层的两面设置Al-Ag合金层、将Al合金构件彼此接合的部分。就实施例2的金属接合体而言，在Al-Ag合金层中含有3.0原子％的Ag，在Ag-Zn-Al合金层中含有17.0原子％的Zn、2.2原子％的Al。
<实施例3>
首先，通过机械加工使Al合金构件的表面平坦后，在其上通过将成膜时间设为2分钟的镀敷处理而形成1μm的Zn膜，进而在其上通过将成膜时间设为34分钟的镀敷处理，依次形成5μm的Ag膜，由此制作金属层叠体。
使用2个上述金属层叠体，使金属层叠体的Ag膜彼此接触，进行2小时一边大气中以10MPa加压一边在320℃下加热，进行固相接合，由此得到金属接合体。
就以上制作的实施例3的金属接合体而言，是在Ag-Zn-Al合金层的两面设置Al-Ag合金层、将Al合金构件彼此接合的部分。就实施例3的金属接合体而言，在Al-Ag合金层中含有5.0原子％的Ag，在Ag-Zn-Al合金层中含有24.0原子％的Zn、3.6原子％的Al。
<实施例4>
首先，通过机械加工使Al合金构件的表面平坦后，在其上通过将成膜时间设为45秒的镀敷处理而形成0.3μm的Zn膜，进而在其上通过将成膜时间设为80分钟的镀敷处理，依次形成1μm的Ag膜，由此制作金属层叠体。
使用2个上述金属层叠体，使金属层叠体的Ag膜彼此接触，进行2小时一边在大气中以20MPa加压一边在320℃下加热，进行固相接合，由此得到金属接合体。
就以上制作的实施例4的金属接合体而言，是在Ag-Zn-Al合金层的两面设置Al-Ag合金层、将Al合金构件彼此接合的部分。就实施例4的金属接合体而言，在Al-Ag合金层中含有2.0原子％的Ag，在Ag-Zn-Al合金层中含有33.0原子％的Zn、4.2原子％的Al。
<比较例1>
首先，通过机械加工使Al合金构件的表面平坦后，在其上通过将成膜时间设为20秒的镀敷处理而形成0.1μm的Zn膜，进而在其上通过将成膜时间设为44分钟的镀敷处理，依次形成15μm的Ag膜，由此制作金属层叠体。
使用2个上述金属层叠体，使金属层叠体的Ag膜彼此接触，进行4小时一边在大气中以20MPa加压一边在350℃下加热，进行固相接合，由此得到金属接合体。
就以上制作的比较例1的金属接合体而言，是在Ag-Zn-Al合金层的两面设置Al-Ag合金层、将Al合金构件彼此接合的部分。就比较例1的金属接合体而言，在Al-Ag合金层中含有13.0原子％的Ag，在Ag-Zn-Al合金层中含有0.6原子％的Zn、11.0原子％的Al。
<比较例2>
首先，通过机械加工使Al合金构件的表面平坦后，在其上通过将成膜时间设为45秒的镀敷处理而形成0.3μm的Zn膜，进而在其上通过将成膜时间设为30分钟的镀敷处理，依次形成0.5μm的Ag膜，由此制作金属层叠体。
使用2个上述金属层叠体，使金属层叠体的Ag膜彼此接触，进行4小时一边在大气中以20MPa加压一边在280℃下加热，进行固相接合，由此得到金属接合体。
就以上制作的比较例2的金属接合体而言，是在Ag-Zn-Al合金层的两面设置Al-Ag合金层、将Al合金构件彼此接合的部分。就比较例2的金属接合体而言，在Al-Ag合金层中含有0.2原子％的Ag，在Ag-Zn-Al合金层中含有47.0原子％的Zn、0.5原子％的Al。
然后，通过剪切试验测定如上所述得到的各实施例及比较例的金属接合体的接合强度。应予说明，在本实施例及比较例中，为了通过剪切试验测定接合强度，接合前的一方的金属层叠体和另一方的金属层叠体使用了大小不同的金属层叠体。
对于表1中所示的接合可靠性的判定，以用于半导体装置、波导管的接合的焊料材料的接合强度即50MPa作为指标。在表1中，如果测定的接合强度为50MPa以上，则判断为接合可靠性高，表示为○，如果小于50MPa，则判断为接合可靠性差，表示为△。此次，测定的接合强度为50MPa以上而判定为接合可靠性高的4个样品为实施例1～4，测定的接合强度小于50MPa而判定为接合可靠性差的2个样品为比较例1～2。
[表1]
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另外，由图11中所示的坐标图得知：在Al-Ag合金层中的Ag含有率为1原子％以上且10原子％以下的范围时，接合强度成为基准的50MPa以上。因此，可以说在金属接合体的Al-Ag合金层中，优选含有1原子％以上且10原子％以下的Ag。在表1中，对于接合可靠性高的实施例1～4，Al-Ag合金层中的Ag含有率为1原子％以上且10原子％以下的范围内。
另外，由图12中所示的坐标图得知：在Ag-Zn-Al合金层中的Zn含有率为1原子％以上且40原子％以下的范围时，接合强度成为基准的50MPa以上。因此，可以说在金属接合体的Ag-Zn-Al合金层中，优选含有1原子％以上且40原子％以下的Zn。在表1中，对于接合可靠性高的实施例1～4，Ag-Zn-Al合金层中的Zn含有率为1原子％以上且40原子％以下的范围内。
进而，由图13中所示的坐标图得知：在Ag-Zn-Al合金层中的Al含有率为1原子％以上且10原子％以下的范围时，接合强度成为基准的50MPa以上。因此，可以说在金属接合体的Ag-Zn-Al合金层中，优选含有1原子％以上且10原子％以下的Al。在表1中，对于接合可靠性高的实施例1～4，Ag-Zn-Al合金层中的Al含有率为1原子％以上且10原子％以下的范围内。
由以上的结果判断：就Ag-Zn-Al合金层而言，在将全体设为100原子％时，优选含有1原子％以上且10原子％以下的Al，含有1原子％以上且40原子％以下的Zn成分，且在剩余部分含有Ag作为主成分。另外判断：就Al-Ag合金层而言，在将全体设为100原子％时，优选含有1原子％以上且10原子％以下的Ag且在剩余部分含有Al作为主成分。应予说明，在接合强度的要求小于50MPa的情况下，也可以不一定是该成分比。
应予说明，将各实施方式适当地组合、变形或省略也包含在本公开的范围内。
附图标记的说明
1 Al基材(Al层)，2、22、32Zn膜(Zn层)，3、23、33Ag膜(Ag层)，4、24、34Al-Ag合金层，5、25、35Ag-Zn-Al合金层，
10金属层叠体，
11金属基底，12布线基板，12a、12b表面导体层，12c背面导体层，12d陶瓷基材，13半导体元件，14粘接剂，15壳体，16外部端子，17导线，18密封材料，
21 Al膜(Al层)，
30a、36a上部层叠体，30b、36b下部层叠体，
31a上部Al构件(Al层)，31b下部Al构件(Al层)，
100、200、300、301金属接合体，
2000半导体装置，
3000、3001波导管

Claims (10)

1.一种金属接合体，具备：
Ag-Zn-Al合金层；和
Al-Ag合金层，其设置在所述Ag-Zn-Al合金层的两面，
所述Ag-Zn-Al合金层与所述Al-Ag合金层通过固相接合而接合。
2.根据权利要求1所述的金属接合体，其特征在于，所述Ag-Zn-Al合金层含有1原子％以上且10原子％以下的Al、含有1原子％以上且40原子％以下的Zn。
3.根据权利要求2所述的金属接合体，其特征在于，所述Al-Ag合金层含有1原子％以上且10原子％以下的Ag。
4.一种半导体装置，具备：
金属基底；
布线基板，其接合在所述金属基底上；和
半导体元件，其接合在所述布线基板的与所述金属基底接合的面的相反侧的面上，
其特征在于，
在所述金属基底与所述布线基板之间以及所述布线基板与所述半导体元件之间中的至少任一者设置有权利要求1至3中任一项所述的金属接合体。
5.一种波导管，是在内部具有空洞的筒状的波导管，其特征在于，
所述波导管的一部分的侧壁通过权利要求1至3中任一项所述的金属接合体来接合。
6.根据权利要求5所述的波导管，其特征在于，
所述波导管包含第一构件和第二构件，在由所述第一构件和所述第二构件包围的区域形成所述空洞，
所述第一构件和所述第二构件通过所述金属接合体而接合。
7.一种被接合构件的接合方法，是使用层叠体的被接合构件的接合方法，所述层叠体如下形成：在作为被接合构件的Al基材或形成于被接合构件上的Al膜中的任一者即Al层上将Zn层接合而层叠、在所述Zn层的接合于所述Al层上的面的相反侧的面上将Ag层接合而层叠，包含：
第一工序，其中，使2个所述层叠体各自的所述Ag层彼此相互对置而接触；和
第二工序，其中，一边对所述Ag层彼此接触的2个所述层叠体进行加压一边在可固相接合的温度进行加热，
所述Zn层的厚度为0.1μm以上且2μm以下，
所述Ag层的厚度为0.1μm以上且50μm以下。
8.根据权利要求7所述的被接合构件的接合方法，其特征在于，
所述Zn层含有99原子％以上的Zn，
所述Ag层含有99原子％以上的Ag。
9.根据权利要求7或8所述的被接合构件的接合方法，其特征在于，
所述第二工序在大气中进行。
10.根据权利要求7或8所述的被接合构件的接合方法，其特征在于，
在所述第二工序中，在250℃以上且400℃以下的温度下进行加热。
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