CN103648705B

CN103648705B - 接合方法及接合零件

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Publication number: CN103648705B
Application number: CN201280034273.7A
Authority: CN
Inventors: 中川成幸; 上原义贵; 山本千花; 宫本健二; 南部俊和
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2012-07-10
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2032-07-10
Also published as: JP2013078793A; WO2013042434A1; CN103648705A; EP2759367A1; US9505084B2; US20140348576A1; JP6003108B2; EP2759367A4; EP2759367B1

Abstract

在使嵌入部件（2）介于重合在一起的被接合部件（1，1）之间的状态下，对该被接合部件（1，1）进行相对地加压，同时进行加热，在被接合部件（1，1）和嵌入部件（2）之间产生共晶反应，将共晶反应熔融物与被接合部件的氧化覆盖膜（1a）一同从接合面排出，并将被接合部件（1，1）接合，在进行这种接合时，利用预先设置在接合部位的至少一个部位的应力集中装置，破坏氧化覆盖膜（1a），以成为共晶反应的起点的方式使被接合部件（1）和嵌入部件（2）接触。

Description

接合方法及接合零件

技术领域

本发明涉及例如铝系金属材料那样即使是在表面上形成有稳定的氧化膜的材料，在大气中、低温度下，也能够进行接合，并能够将对母材及周边的热影响抑制到最小限度的低成本的接合方法和利用这种方法制成的接合零件。

背景技术

例如，由于在由铝系金属构成的材料的表面生成有致密且牢固的氧化覆盖膜，该氧化覆盖膜的存在成为障碍，所以对于这些铝系金属材料，难以实现冶金上的接合。

例如，专利文献1记载的是如下的技术，即，在将铝彼此或者铝与氧化铝接合时，使含有与母材产生共晶反应的元素的嵌入部件介于被接合面间，在氧气环境中使其接触之后，将上述被接合面加热到产生共晶反应的温度范围，在接触面上生成共晶反应的熔融液相和母材成分与存在于接触面的空隙内的氧的反应生成的氧化物相（参照本发明第一方面）。由此，母材表面的氧化覆盖膜被破坏，与熔融液中的成分和氧的反应生成的氧化物一同混入熔融液相中（参照第3页左栏中央）。

此外，作为铝系金属的接合技术，也得知使用由Al－Si系合金构成的钎料的钎焊，但在这种情况下，需要通过使用例如氟化物系的助焊剂，来去除氧化覆盖膜。

专利文献1：（日本）特公平3－66072号公报

但是，在上述专利文献1记载的方法中，嵌入部件和母材接触，产生共晶反应，在嵌入部件和母材的接触部，需要机械地破坏接合面的氧化覆盖膜，用于其的载荷（表观的压力）非常大。因此，由于该大的载荷，被接合部件会变形，具有增大对被接合部件的损害之类的问题。

特别是，在被接合部件为半导体等的情况下，通过施加高的载荷，会损害半导体的功能，所以作为这种材料，具有不能应用上述的接合方法之类的问题。

另外，由于接合在氧气环境内进行，所以需要特殊的腔室，也存在设备成本会增加这样的问题。

发明内容

本发明是鉴于包含如铝系金属材料那样在接合面上具有在常温下稳定的氧化膜的部件的接合的上述课题而完成的，其目的在于，提供一种在大气中进行这种接合，并且不使用助焊剂，能够在低加压下进行接合的接合方法。

另外，本发明的进一步的目的在于，提供一种适用这种接合方法的各种接合零件。

本发明者们为了实现上述目的，重复进行了锐意的研究，其结果发现，在使嵌入部件介于被接合部件之间，且将在母材和嵌入部件之间产生的共晶反应熔融物与氧化覆盖膜一同排出而将被接合部件接合时，通过在接合部位设置应力集中装置，能够解决上述课题，直至完成了本发明。

即，本发明是基于上述见解的发明，在本发明的接合方法中，在使嵌入部件介于重合在一起的被接合部件之间的状态下，对该被接合部件进行相对地加压，同时进行加热，在被接合部件和嵌入部件之间产生共晶反应，将共晶反应熔融物与被接合部件的氧化覆盖膜一同从接合面排出，将上述被接合部件接合，在进行这种接合时，将用于破坏上述氧化覆盖膜的应力集中装置设置于接合部位的至少一个部位。

另外，本发明的接合零件是通过上述方法而接合得到的，其特征在于，被接合部件的新生面被接合。

进而，本发明的接合构造的特征在于，在接合界面上，断续地形成有被接合部件彼此的直接接合部、经由含有上述被接合部件的氧化覆盖膜和共晶反应物的混合物的间接接合部。

根据本发明，由于在接合部位的至少一个部位设有例如突起那样的应力集中装置，所以能够降低破坏母材表面的氧化覆盖膜而形成共晶反应的起点所需要的载荷（加压力），能够减少因被接合部件的变形而引起的损害。

附图说明

图1（a）～（e）是概要地表示本发明接合方法的接合过程的工序图；

图2（a）～（c）是表示本发明接合方法的应力集中装置的形状及形成部位的例子的说明图；

图3（a）～（c）是表示本发明接合方法的应力集中装置的形状例的说明图；

图4（a）及（b）是表示本发明接合方法的涉及接触面积的应力集中装置的顶点位置的变动的影响的说明图；

图5是作为通过本发明的接合方法接合而成的零件的一个例子来表示半导体芯片的贴装构造的概要图；

图6是作为通过本发明的接合方法接合而成的零件的另一个例子来表示燃料电池用的隔板的构造的概要图；

图7是作为通过本发明的接合方法接合而成的零件的其他例子来表示分割铸造式发动机缸体的构造的概要图；

图8是表示本发明的实施例所使用的圆棒的外观形状的立体图；

图9（a）～（c）是表示在本发明的实施例中形成于接合面的应力集中装置的形状的立体图；

图10是表示本发明的实施例的圆棒的对接接合的要领的概要图；

图11是表示本发明接合方法的涉及接合强度的间距及长宽比的影响的曲线图；

图12是作为通过本发明接合方法而得到的接合部截面的一个例子来表示实施例5的接合部的电子显微镜照片。

符号说明

1、3、4被接合部件

1a氧化覆盖膜

1c、4c应力集中装置

2、5、35、36、37嵌入部件

D直接接合部

M间接接合部

具体实施方式

下面，进一步详细且具体地对本发明的接合方法与通过该方法得到的接合零件的构造等一同进行说明。此外，在本说明书中，“%”只要没有特别说明，就是质量百分率的意思。

本发明的接合方法在被接合部件和介于其间的嵌入部件之间产生共晶反应，将所生成的共晶反应熔融物与被接合部件表面的氧化覆盖膜一同从接合面排出，即使在接合面上产生了牢固的氧化覆盖膜，也能够通过共晶反应，进行通过新生面的牢固接合。

此时，在本发明的接合方法中，在接合部位的至少一个部位，例如，接合面的一方或双方，或者嵌入部件的与被接合部件的接触面上，设有例如突起（凹凸构造）那样的应力集中装置。因此，成为如下的低成本的接合方法，即，能够以低载荷破坏母材表面的氧化覆盖膜而作为共晶反应的起点，即使是半导体零件及板厚为1mm以下那样的较薄的部件，也能够以低加压进行接合，能够最小限度抑制对被接合部件及周边的影响。

在本发明的接合方法中，在接合部位（例如，被接合部件的接合面）形成有应力集中装置（例如，凹凸构造）。

接下来，首先使含有与被接合部件产生共晶反应的元素的嵌入部件介于具备这种应力集中装置的接合面之间。

而且，在接合时，对两被接合部件施加相对的载荷，通过形成于接合面的应力集中装置，使局部的应力增大，局部地破坏被接合部件的氧化覆盖膜。双方的氧化覆盖膜被局部、机械地破坏，两被接合部件的新生面露出，当达到产生共晶反应的温度时，就产生共晶反应，在两材料的接合界面上生成母材中的元素和嵌入部件所含的元素的共晶反应的熔融物。

通过持续地向被接合部件的加压，将母材表面的氧化覆盖膜与所产生的共晶反应熔融物一同从接合界面排出，直接将被接合部件的接合面接合。

此时，由于在接合面上形成有应力集中装置（凹凸构造），且其凸部前端选择地与对方面接触，使应力局部地增大，所以能够以低的载荷将氧化覆盖膜局部破坏，引起共晶反应，能够在低的载荷下，实现新生面的牢固接合。

图1（a）～（e）是表示本发明接合方法的铝系金属材料彼此的接合工艺的概要图。

首先，如图1（a）所示，在将含有Zn（锌）的材料例如由锌箔构成的嵌入部件2作为与Al产生共晶反应的材料夹持在作为被接合部件的铝系金属材料即铝合金部件1、1之间的状态下进行重叠。

此时，在铝合金部件1、1的表面，在此，在图中上侧的合金部件的接合面上，形成有凹凸构造的应力集中装置1c，进而在其表面生成以Al2O3为主要成分的氧化覆盖膜1a。

接着，如图1（b）所示，对两合金部件1、1进行加压，使两者经由嵌入部件2而密合，进而，施加载荷的同时开始加热。于是，尽管是低载荷，应力集中装置1c的凸部前端接触到的部位的应力也局部地急剧上升，合金部件1的氧化被膜1a被机械地破坏，出现龟裂C。

在经由龟裂C而合金部件1的新生面和嵌入部件2直接接触的状态下，当接合面的温度达到产生共晶反应的温度时，就在与合金部件1中的Al之间产生共晶反应，且产生共晶熔融相。然后，如图1（d）所示，共晶熔融范围扩大，被破坏的氧化覆盖膜1a的碎片分散在共晶熔融相中。

通过继续加压，如图1（e）所示，共晶反应熔融物从接合界面排出，分散在该液相中的氧化覆盖膜1a的碎片也与共晶熔融物一同成为排出物D，同时从接合界面被挤出，两合金部件1、1的新生面相互接合。

此外，根据接合条件，来自嵌入部件的混合物在这种情况下为含有Zn或Zn－Al合金等的微量的混合物往往也局部地残留于接合界面。

就上述应力集中装置1c的形成位置而言，只要形成于接合部位的一个部位以上即可，如上所述，除形成于被接合部件即合金部件1、1的接合面的一方以外，如图2（a）所示，还可设置于接合面的双方。通过形成于两面，能够使氧化覆盖膜的破坏起点更多。

另外，如图2（b）所示，也可形成于嵌入部件2。这样，不需要在被接合部件的生产工序中追加应力集中装置的制作工序，因此，能够实现低成本的接合。

另外，作为应力集中装置1c的形状，例如可采用如图3（a）～（c）所示的形状。

即，如图3（a）所示，作为梯形截面的凹凸构造，如果将凸部前端设为大致平面，则即使应力集中度下降许多，也能够容易形成应力集中装置，能够削减加工费用。

另外，如图3（b）所示，也可采用将三角柱并列在一起那样的凹凸构造。由此，凹凸构造的凸部前端成为线状的结构，可提高应力集中度，能够提高氧化覆盖膜的断裂性能。

此时，通过将这种应力集中装置1c形成在接合面的相对向的两面，且以各自的凸部前端线的方向相互交叉的方式配置，接合面彼此进行点接触，能够进一步提高局部应力，即使降低了接合时的载荷，也能够得到高的接合强度。此外，作为应力集中装置1c的线状前端部的交叉角度，优选设为直角，但通过设为10°以上，可能得到大致的效果。

另外，如图3（c）所示，也可采用将四角锥沿纵横方向并列在一起的凹凸构造，由于凹凸构造的凸部前端成为点状，所以可进一步提高应力集中度，能够提高氧化覆盖膜的断裂性能。

作为应力集中装置1c的形状，只要具备可使应力集中而促进氧化覆盖膜破坏的功能，则没有量的（凸部的数量）或形状的限制，除上述形状以外，也可采用波纹形或半圆锥体形、半球状等将凸部前端设为曲面的形状。此外，该曲面的曲率半径越小，应力集中越显著，氧化覆盖膜越易破坏，这是不言而喻的。

作为应力集中装置1c，其凹凸构造的形状优选为长宽比0.001以上、间距1μm以上，进而，希望为长宽比0.1以上、间距10μm以上。即，在长宽比不足0.001、间距不足1μm的情况下，往往不能充分地使应力集中，氧化覆盖膜的破坏变得困难。

另外，对于形成作为应力集中装置1c的凹凸构造的凸部的高度，优选设为形成于接合面的全部的凸部的顶点的高度偏差范围（顶点位置的高低差）以上。由此，如图4（a：没有应力集中装置的情况）及（b：设有应力集中装置的情况）所示，利用凹凸构造的变形，能够增大接合面整体的接触面积。

为了在应力集中装置1c上，应力集中于构成凹凸的各凸部，局部产生较大的塑性变形，使接合面的接触面积增大。因此，如图2（c）所示，通过设为多种形状的凸部混杂在一起的凹凸形状，能够调节并优化应力集中效果和实质接触面积的提高效果。

上述的应力集中装置1c可通过切削加工、磨削加工、塑性加工（辊加工）、激光加工、放电加工、蚀刻加工、光刻等来形成，作为其形成方法，并没有特别限定。但是，根据塑性加工，能够以非常低的成本来形成。

以上，对利用由锌箔构成的嵌入部件将铝系金属材料接合的例子进行了说明，但本发明的接合方法并不局限于这种组合。

即，作为铝系金属材料的接合所使用的嵌入部件，只要是可在与Al之间产生共晶反应的金属材料即可，除使用锌箔以外，也可使用镁（Mg）箔、锡（Sn）箔及Zn、Mg、Sn或以它们为主要成分的合金，进而使用这些金属和Al的合金。在此，“主要成分”是指上述金属的含量为80%以上的成分。具体而言，意味着含有80%以上的Zn、Mg、Sn、Zn＋Mg、Zn＋Sn、Mg＋Sn、Zn＋Mg＋Sn、Zn＋Al、Mg＋Al、Sn＋Al、Zn＋Mg＋Al、Zn＋Sn＋Al、Mg＋Sn＋Al、Zn＋Mg＋Sn＋Al的金属（纯金属或合金）。

另外，作为在与Al之间产生共晶反应的金属，也可使用Cu（铜），但由于Cu的熔点比Al的熔点高，所以作为嵌入部件，需要使用通过预先使Al合金化而进行了成分调节的Cu－Al合金，以使其熔点比铝合金母材的熔点低。

另外，作为被接合部件，也不局限于铝系金属材料，例如可应用于铜及铜合金、镁及镁合金、镍及镍基合金、铁系材料的接合。

此外，只要不是如被接合部件双方都为铝或镁系金属材料那样形成牢固的氧化覆盖膜，也能够适用于不同材料间的接合。

作为铜或铜系合金的接合的嵌入部件，例如可以通过上述的要领来使用Al、Ag（银）、Sn或它们的合金。

此外，作为在与Cu之间产生共晶反应的金属，除上述以外，还可列举出Ti（钛），但由于Ti的熔点比Cu的熔点高，所以需要与上述同样，使用预先将Cu与Ti合金化而成的熔点比Cu低的合金作为嵌入部件。

另外，作为镁或镁系合金的接合所使用的嵌入部件，例如可以通过上述同样的要领使用Al、Zn或它们的合金。

此外，Si（硅）也是在与Mg之间产生共晶反应的元素，但由于Si的熔点比Mg的熔点高，所以需要与上述同样，使用预先将Mg合金化而成的熔点比Mg低的合金作为嵌入部件。另外，就上述Al而言，也接近Mg的熔点，所以同样，希望使用将Mg合金化而成的嵌入部件。

另外，作为镍或镍基合金的接合所使用的嵌入部件，例如可以通过同样的要领使用Cu或它们的合金。

另外，除Cu以外，作为在与Ni之间产生共晶反应的金属，可列举出Ti，Nb（铌），Cr（铬），但这些金属的熔点都比Ni的熔点高，所以与上述同样地需要使用通过预先将Ni合金化而成的比Ni低熔点化后的合金作为嵌入部件。

而且，作为铁系材料的接合，可使用通过将C、N或Cr与Fe合金化而比母材低熔点化后的材料作为嵌入部件。

作为这种嵌入部件的形状或介于两被接合部件之间的方法，由于组成及形状（厚度）等相关的选择自由度高，所以希望以箔的形态夹入两材料之间。

另外，也可通过镀敷或粉末熔敷法，预先在两材料的一方或双方的接合面上覆盖嵌入部件，在这种情况下，通过覆盖，能够防止氧化覆盖膜的生成，所以在应用于不同材料接合的情况下，特别有效。

本发明的接合方法也可在惰性气体环境中进行，但即使在大气中也能够不受任何阻碍地进行。

当然，也可在真空中进行，但不仅需要真空设备，而且通过嵌入部件的熔融，有可能损伤真空计或闸阀，因此在大气中进行时，在成本方面有利。

在本发明的接合方法中，作为将接合部加热、维持在上述温度范围的手段并没有特别限定，例如可采用电阻加热或高频加热、红外线加热、或者将它们组合在一起的方法。

另外，对于接合温度，当过高时，母材就会熔透，因此，会产生液相过剩，当液相过多时，就会残存于接合界面，具有得不到强度的趋势。具体而言，优选为共晶点以上至共晶点＋100℃的温度范围。

对于向上述接合温度的升温速度，在较慢的情况下，界面被氧化，熔融物的排出性下降，往往成为强度下降的原因，所以希望快。特别是在大气中的接合的情况下，具有该趋势。具体而言，希望为3℃／秒以上，更希望为10℃／秒以上，进一步希望为25℃／秒以上。

另外，作为本发明接合方法的接合时的加压力，可以以30MPa以下的低的加压力进行接合，能够降低附加载荷，防止被接合部件的损伤，并且能够简化加压系统，抑制能量消耗，从而实现成本的降低。

作为通过本发明接合方法得到的接合构造，为在被接合部件的接合界面上断续地形成有被接合部件彼此的直接接合部、经由含有上述被接合部件的氧化覆盖膜和共晶反应物的混合物的间接接合部的构造，且成为接合强度高，且具备密封性的变形少的接合构造。

通过本发明的接合方法而接合成的零件的构造的共晶反应熔融物和氧化覆盖膜等的混合物从接合面排出，两被接合部件直接接合。但是，根据接合条件，混合物不一定能够完全排出，在这种情况下，夹杂混合物的部分分散在直接接合后的部分之间。

另外，在被接合部件（在上述的例子中，铝合金部件）的接合面附近，会看到来自嵌入部件的成分（在上述的例子中，Zn）的扩散现象，由此，能够进一步提高接合强度。

图5是作为本发明实施方式来表示通过上述接合方法将半导体芯片接合而成的半导体零件的构造的概要剖面图。

即，图示的半导体零件具备固定在散热器11上的绝缘基板12，且具备在配置于该基板12的表面上的配线金属13上接合有硅芯片14的构造。

上述配线金属13由铝合金构成，预先在硅芯片14的接合面上实施铝的涂布，这些铝系金属彼此通过本发明方法而接合。

在这些配线金属13与硅芯片14的接合时，预先在铝合金制的配线金属13的接合面上，通过塑性加工或切削加工而形成作为应力集中装置的凹凸。然后，在这些配线金属13与硅芯片14之间，配置厚度25μm的Al－Sn－Zn合金的淬火箔带作为嵌入部件，利用夹具，以通常施加15MPa以下的加压力的方式进行固定。

然后，以该状态收纳在例如钎焊炉内，通过在400℃下保持1分钟，由此，能够将配线金属13和硅芯片14接合。

根据该方法，可在低温度下、短时间内完成接合，所以能够将对半导体芯片的热影响抑制到最小限度，能够防止零件的变形或性能劣化。另外，能够同时接合多个芯片。此外，作为半导体芯片，除使用上述的硅芯片以外，还可使用各种芯片例如，SiC或GaN等。

图6是作为本发明另一实施方式来表示通过上述接合方法接合而成的燃料电池用铝合金制隔板的构造的剖面图。

在图中，燃料电池用隔板通过将对铝合金板材（例如，5000系、6000系）进行冲压成形而成的两块波纹板材21、22如图所示地重叠，然后利用本发明方法将重合在一起的部分接合，成为具有形成有燃料气体或氧化性气体的通路23的构造。此时，在波纹板材22的接合面上，同样形成有作为应力集中装置的凹凸构造。

在接合时，在将由厚度100μm的带状锌箔构成的嵌入部件配置在接合部分的状态下，将两波纹板材21、22重叠，在利用夹具固定为加压状态以后，收纳在高频感应加热炉内。

然后，通过例如同样地升温并保持在450℃，两板材21、22被接合，铝合金制的燃料电池用隔板完成。

在这样制造出的隔板中，与上述同样地，能够得到密封性优异，变形少，没有漏气的危险性的高精度的燃料电池堆。

另外，根据该方法，也可将许多隔板收纳在大型炉内，同时将多个接合部位接合，与TIG焊接或激光焊接的制造相比，能够实现高效率的制造。

图7是作为本发明的一个实施方式来表示通过上述接合方法接合而成的分割铸造式的发动机缸体的构造的概要图。

图示的发动机缸体由压铸用铝合金例如Al－Si－Cu－Mg系合金（AC4D）分割铸造而成的四个毛坯31、32、33、34构成。

这四个分割毛坯31、32、33及34在其接合面上预先形成有作为应力集中装置的凹凸之后，如图所示，在各毛坯之间夹着在相当于缸筒的位置分别形成有圆形孔的厚度300μm的纯锌箔制嵌入部件35、36、37的状态下进行重叠。

然后，通过规定的夹具，相互固定成加压状态，之后在高频感应加热炉中，通过升温、保持在产生Al和Zn的共晶反应的382～482℃左右的温度范围例如450℃，各分割毛坯分别被接合，发动机缸体完成。

这样制造出的发动机缸体成为密封性优异、变形少的缸体。另外，在铸造时，不需要缸筒形成用的型芯，因此，设计的自由度提高。

实施例

下面，基于实施例对本发明进行具体说明。

（1－1）试样材料

如图8所示，准备出由铝合金A6061（Al－Mg－Si系）构成的长度15mm、直径5mm的圆棒3和长度25mm、直径10mm的圆棒4。

此时，作为本发明的实施例，在接合面的一方或双方的端面上，通过精密切削加工，分别形成有如图9（a）～（c）所示的由凹凸构造构成的应力集中装置4c。此外，对未形成有这种应力集中装置的另一方的接合面实施了镜面加工。

另外，为了进行比较，准备出通过研磨加工而对两接合面实施了镜面加工的试样，供以下的接合试验。

作为嵌入部件，准备出直径8mm的由Zn－Al－Sn合金构成的厚度100μm的淬火箔带。

（1－2）接合要领

如图10所示，在圆棒3、4的接合端面间配置上述组成、尺寸的嵌入部件5，在大气中，在通过铁砧A、A进行了加压的状态下，通过配置于接合部的周围的高频加热线圈S，加热到400～500℃，达到目标接合温度后，保持1分钟，进行接合。此时的升温速度设为10℃／秒。另外，接合温度通过焊接于圆棒4的接合端面附近的侧面的R型热电偶T进行测定。此外，铁砧A、A的加压从常温开始，在接合结束后，卸下载荷。

另外，如上所述，对另外准备的未形成有应力集中装置的圆棒，也通过同样的要领进行接合，作为比较例。

（1－3）评价方法

通过万能试验器的拉伸试验对所得到的试验片的接合强度进行评价。此时的试验速度设为1mm／分钟。将该结果与应力集中装置的形状及接合条件一同表示在表1中。

[表1]

*评价标准☆：强度超过50MPa；◎：强度超过40MPa；○：强度超过30MPa；×：强度为30MPa以下

上述实施例是将作为应力集中装置的凹凸构造的突起的间距定义为间距，且将突起高度除以突起的间距所得的值定义为突起的长宽比，通过使该间距和长宽比产生各种变化来表示对接合强度的影响的实验结果。

由表1可知，在作为应力集中装置而未设置凹凸构造的比较例中，如比较例2所示，当不将接合加压力提高到50MPa左右时，就得不到充分的接合强度。

与此相对，如实施例1～实施例15所示，通过形成应力集中装置应力集中部，即使在加压力30MPa以下的极低的加压下，也能够得到充分的接合强度，能够实现加压系统的简化、能量消耗的降低、对被接合部件的损害的降低。

应力集中装置的配置在形成于一对被接合部件的两面且使它们大致正交（交叉）地配置的情况下，确认到即使在更低的加压下，也可得到较高的接合强度。

另外，应力集中装置的形状在间距为1μm以上且长宽比为0.001以上的情况下，相对于不进行应力集中装置的加工的设为镜面状接合面的比较例，确认到具有显著的效果。

图11是以横轴为间距、纵轴为长宽比，用圆的大小表示接合强度，并且将接合强度的区域分为4个水准（☆：接合强度超过50MPa；◎：接合强度超过40MPa且50MPa以下；○：接合强度超过30MPa且40MPa以下；×：接合强度为30MPa以下）来表示实施例2～实施例10的加压力10MPa时的实验结果的图。

由该图可确认到，特别是在间距10μm以上且长宽比0.1以上时，可得到进一步的接合强度提高效果。

实施例13～15表示的是仅将应力集中装置形成于被接合部件的接合面的单侧，且另一方设为与比较例同样的镜面时的实施例，在此，对将应力集中装置的图案设为如图9所示的一方向（a）、独立（b）、螺旋（c）这三种时的接合强度进行比较。

其结果是，作为应力集中装置的凹凸图案，在图9（b）所示的独立形状的情况下，成为可得到最高强度的结果。

图12是由实施例5得到的接合部的电子显微镜照片来作为由本发明得到的接合部截面的一个例子。

如图12所示，接合界面呈特征性的界面构造，分别并列有多个被接合部件彼此在该例子中为铝合金彼此的直接接合部D、至少经由嵌入部件即Zn－Al－Sn合金或通过该合金和被接合部件的共晶反应而生成的共晶反应物的间接接合部M。此外，剩余的共晶反应物与已破坏的氧化覆盖膜片一同作为排出物E被排出到接合界面之外。

直接接合部D具有接合强度高、接合界面的电阻及热阻低这样的特征，适合如图5所示的半导体芯片的接合。

另一方面，间接接合部M由于应力集中装置有助于表观上的接合线长度的增大，所以可保持充分的接合强度，并且可得到密封性或水密性高的接合界面构造，所以成为适合如图7所示的分割铸造式发动机缸体接合的接合界面构造。

以上，基于实施例对本发明的内容进行了说明，但本发明不局限于这些实施例，当然，被接合部件的材料及嵌入部件的材料、应力集中部的形状及尺寸的范围在不脱离本发明主旨的范围内可适当变更。

Claims

1.一种接合方法，其特征在于，在使嵌入部件介于重合在一起的被接合部件之间的状态下，对被接合部件进行相对地加压，同时进行加热，在被接合部件和嵌入部件之间产生共晶反应，将所产生的共晶反应熔融物与被接合部件的氧化覆盖膜一同从接合面排出，并将所述被接合部件接合，在进行这种接合时，

将用于破坏所述氧化覆盖膜的应力集中装置设置在接合部位的至少结合面的一个部位，所述应力集中装置形成为突起的长宽比为0.001以上的凹凸构造，

所述突起的长宽比为突起高度除以突起的间距所得的值。

2.如权利要求1所述的接合方法，其特征在于，

所述应力集中装置设置在被接合部件的接合面的至少一方。

3.如权利要求2所述的接合方法，其特征在于，

所述应力集中装置设置在被接合部件的接合面的双方。

4.如权利要求1所述的接合方法，其特征在于，

所述应力集中装置设置于嵌入部件。

5.如权利要求1～4中任一项所述的接合方法，其特征在于，

所述应力集中装置形成为凹凸构造，其凸部前端形状为大致平面。

6.如权利要求1～4中任一项所述的接合方法，其特征在于，

所述应力集中装置形成为凹凸构造，其凸部前端形状为线状。

7.如权利要求3所述的接合方法，其特征在于，

形成为凹凸构造且其凸部前端形状为线状的应力集中装置相互交叉地配置。

8.如权利要求1～4中任一项所述的接合方法，其特征在于，

所述应力集中装置形成为凹凸构造，其凸部前端形状为大致点状。

9.如权利要求1～4中任一项所述的接合方法，其特征在于，

所述应力集中装置形成为凹凸构造，其凸部前端形状为大致球状。

10.如权利要求1～4中任一项所述的接合方法，其特征在于，

所述凹凸构造的凸部的高度为整个凸部的顶点的高低差以上。

11.如权利要求1～4中任一项所述的接合方法，其特征在于，

所述凹凸构造的间距为1μm以上。

12.如权利要求11所述的接合方法，其特征在于，

所述凹凸构造的形状为所述长宽比0.1以上、间距10μm以上。

13.如权利要求1～4中任一项所述的接合方法，其特征在于，

所述凹凸构造的凸部的形状存在有多种。

14.如权利要求1～4中任一项所述的接合方法，其特征在于，

所述凹凸构造通过塑性加工而形成。

15.如权利要求1～4中任一项所述的接合方法，其特征在于，

接合时的加压力为30MPa以下。

16.如权利要求1～4中任一项所述的接合方法，其特征在于，

所述嵌入部件为箔状材料。

17.一种接合零件，由权利要求1～16中任一项所述的接合方法而制成，其特征在于，

被接合部件的新生面彼此直接接合。

18.如权利要求17所述的接合零件，其特征在于，

来自所述嵌入部件的成分扩散到被接合部件的接合面附近。

19.一种接合构造，由权利要求1～16中任一项所述的接合方法而制成，其特征在于，

在接合界面上，断续地形成有被接合部件彼此的直接接合部、经由含有所述被接合部件的氧化覆盖膜和共晶反应物的混合物的间接接合部。

20.一种接合方法，其特征在于，在使嵌入部件介于重合在一起的被接合部件之间的状态下，对被接合部件进行相对地加压，同时进行加热，在被接合部件和嵌入部件之间产生共晶反应，将所产生的共晶反应熔融物与被接合部件的氧化覆盖膜一同从接合面排出，并将所述被接合部件接合，在进行这种接合时，

将用于破坏所述氧化覆盖膜的应力集中装置设置在接合部位的嵌入部件，所述应力集中装置形成为突起的长宽比为0.001以上的凹凸构造，

所述突起的长宽比为突起高度除以突起的间距所得的值。