CN104159695B

CN104159695B - 金属材料的接合方法

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Publication number: CN104159695B
Application number: CN201380007910.6A
Authority: CN
Inventors: 中川成幸; 宫本健二; 南部俊和
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2013-02-25
Publication date: 2017-08-15
Anticipated expiration: 2033-02-25
Also published as: CN104159695A; WO2013129281A1; US9272361B2; JP2013176782A; EP2821174A4; US20150001280A1; EP2821174A1; EP2821174B1

Abstract

本发明提供一种将至少在一表面存在氧化皮膜的金属材料在大气中，以低温度、低加压、低成本可进行直接接合的金属材料的接合方法。在将至少接合面由金属A构成的第一部件(1)和至少接合面由金属B构成的第二部件(2)接合时，在使嵌入材料(3)介于接合面间的状态下，相对地加压同时加热，在金属A及金属B各自与嵌入材料(3)之间产生共晶反应，将该共晶反应熔融物与金属A、B的氧化皮膜(1f、2f)一起从接合面排出，将第一及第二部件(1、2)结合。

Description

金属材料的接合方法

技术领域

本发明涉及至少在一表面存在氧化皮膜的金属材料的接合方法，更详细地说，涉及可以在大气中、以低温度接合上述金属材料，可以将在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。

背景技术

在工业产品中使用各种金属材料，同种金属材料彼此当然进行包含异种材料间接合的各种金属的接合。

例如，在各种电池及电气、电子设备的零件中使用电阻小的铜或铝系金属等，考虑到有这些金属间的接合及包含以接触电阻降低为目而实施由金或银构成的镀敷的零件的接合。

在这种零件的上述的金属的接合中，可以采用使用了焊锡的焊接，但在比焊锡(焊料)的融点(例如200℃左右)高的温度下，不能使用零件。

另外，由于应用高温焊锡，从而不能不提高零件的使用温度，在使用含有贵金属的焊锡的情况下，会导致高成本化，并且，因其成分组成，而在高温保持的情况下，生成金属间化合物或柯肯德尔空洞(カーケンダルボイドKirkendall void)，会损害强度及耐久性。因此，优选不使用焊料，而将上述的金属材料彼此之间直接接合。

另一方面，在上述金属材料中，在金以外的一般的材料的表面生成氧化皮膜，这种氧化皮膜成为直接接合的障碍，难以进行冶金接合。

例如，在专利文献1中记载有，在将铝彼此之间、或铝和氧化铝接合时，使包含和母材产生共晶反应的元素的嵌入材料介于被接合面间，在氧环境中使其接触后，将上述被接合面加热到产生共晶反应的温度范围，在接触面生成共晶反应的融液相、母材成分和存在于接触面的空隙的氧反应的氧化物相(参照权利要求1)。由此，母材表面的氧化皮膜被破坏，与融液中的成分和氧的反应的氧化物一起混入融液相中(参照第3页左栏中央)。

专利文献1：日本特公平3－66072号公报

但是，上述专利文献1中记载的方法中，作为嵌入材料使用铜、银、硅、铝－银过共晶合金、铝－铜过共晶合金、铝－硅过共晶合金(参照权利要求3)。因此，这些嵌入材料和铝的共晶温度都超过500℃(例如，Al－Cu系中为548℃，Al－Si系中为577℃)，由于接合温度提高，所以特别是在6000系等热处理型合金的情况下，超过溶体化处理温度，因此，具有母材软化，强度降低这类问题。

另外，由于在氧环境中进行接合，所以需要特殊的腔室，在设备成本增加这一点上也有问题。

发明内容

本发明是鉴于被接合材料一方为铝系金属材料的接合、及铝材料以外同样也在表面具备氧化皮膜的材料的上述的课题而创立的。于是，其目的在于，提供将在至少一表面存在氧化皮膜的金属材料在大气中以低温度、低加压、低成本可直接的接合的金属材料的接合方法。

本发明者们为了实现上述目的，反复专心研究的结果发现，在被接合部件之间介设包含分别与包含于各部件的金属产生共晶反应的金属的嵌入材料的状态下，通过加压及加热产生共晶反应，可以解决所述课题，从而完成本发明。

即，本发明基于上述见解，在本发明的金属材料的接合方法中，其特征在于，将至少接合面由以选自由Al、Cu、Ag及Au构成的组的至少一种为主要成分的金属A构成的第一部件、和至少接合面由以选自由Al、Cu、Ag及Au构成的组的至少一种为主要成分的金属B构成的第二部件结合时(但是，该结合为除以Al为主要成分的金属彼此之间的接合和以Au为主要成分的金属彼此之间的接合之外的结合)，在所述两部件的接合面间介设有嵌入材料，该嵌入材料包含Zn作为与包含于所述金属A的Au以外的至少一种金属和包含于所述金属B的Au以外的至少一种金属分别产生共晶反应的金属，在对两部件相对加压的状态下，加热到产生所述共晶反应的温度即所述嵌入材料的融点以上、至融点+100℃的温度范围，在两部件的接合界面生成因共晶反应引起的熔融物，将在所述金属A及/或金属B的表面生成的氧化皮膜与该熔融物一起从接合界面排出，从而将两部件结合。

根据本发明，通过包含于金属A的Al、Cu及Ag的至少一种金属和嵌入材料中的Zn的共晶反应，破坏金属A的氧化皮膜，通过包含于金属B的Al、 Cu及Ag的至少一种金属和嵌入材料中的Zn的共晶反应，破坏金属B的氧化皮膜。于是，所破坏的氧化皮膜与共晶反应熔融物一起从接合界面排除，因此，可以在低温度、低加压(低入热、低变形)、低成本的基础上将金属A和金属B之间直接接合。

附图说明

图1(a)～(e)是概略性表示本发明的金属材料的接合方法的接合过程的一方式的剖面图；

图2(a)～(e)是概略性表示本发明的金属材料的接合方法的接合过程的其它方式的剖面图；

图3(a)～(c)是概略性表示在本发明中形成于接合面的微细凹凸的形状的方式例的立体图；

图4是将通过本发明的金属材料的接合方法得到的接合界面的电阻与现有例比较所示的图形。

符号说明

1 第一部件(金属A)

1f 氧化皮膜

1r 微细凹凸

2 第二部件(金属B)

2f 氧化皮膜

3 嵌入材料

4 排出物

具体实施方式

下面，对本发明的金属材料的接合方法进行更详细且具体地说明。另外，在本说明书中，“％”只要没有特殊标记，是指质量百分率。

在本发明的金属材料的接合方法中，在将至少接合面由以选自由Al、Cu、Ag及Au构成的组中至少一种为主要成分的金属A构成的第一部件、和至少接合面由以选自由Al、Cu、Ag及Au构成的组中至少一种为主要成分的金属B构成的第二部件结合时(其中，除以Al为主要成分的金属彼此之间的接合、以Au为主要成分的金属彼此之间的接合之外)，如上述，在上述两部件的接合面间介设嵌入材料，该的嵌入材料包含Zn作为与包含于上述金属A的Au以外的至少一种金属和包含于上述金属B的Au以外的至少一种金属分别产生共晶反应的金属。

而且，在对两部件相对加压的状态下，通过加热到产生上述的共晶反应的温度即所述嵌入材料的融点以上、至融点+100℃的温度范围，在两部件的接合界面生成上述因共晶反应引起的熔融物，将在上述金属A及/或金属B的表面生成的氧化皮膜与该熔融物一起从接合界面排出，从而将两部件结合。

共晶反应的熔融在两种以上的金属相互扩散生成的相互扩散域的组成为共晶组成的情况下产生，如果保持温度为共晶温度以上，则通过共晶反应形成液相。例如，在Zn－Al系合金的情况下，Al的融点为660℃，Zn的融点为419.5℃，其共晶金属以比各自的融点低的382℃熔融。

因此，使两金属的洁净面接触，若加热保持在382℃以上，则产生反应(共晶熔融)，Al－95％Zn成为共晶组成，但共晶反应自身是与合金成分无关的一定的变化，嵌入材料的组成只不过是增减共晶反应的量。

另一方面，除去Au，在一般的金属材料的表面存在氧化皮膜，但通过接合过程中的加压，在材料表面产生塑性变形，由此局部被物理性破坏。

即，通过加压，材料表面的微观的凸部彼此之间相互摩擦，因此，因一部分的氧化皮膜的局部破坏，而从母材和嵌入材料接触的部分起，在母材和嵌入材料成分金属之间产生共晶熔融。

而且，通过该液相的生成，附近的氧化皮膜破碎、分解，进而，通过共晶熔融全面扩展，氧化皮膜破坏扩大、加速，接合面的氧化皮膜在低温度(共晶温度)被去除，不经由焊料而实现两部件的直接的接合。

共晶组成通过相互扩散自发地完成，因此，不需要组成的控制，必要条件是在母材和嵌入材料金属之间生成低融点的共晶反应。

另外，需要在接合面分别产生包含于金属A的金属和包含于金属B的金属和Zn的共晶反应，所谓“产生共晶反应的温度”当然是指两共晶温度高的一方。

但是，在被接合部件的一方的至少接合面为以Au为主要成分的金属的情况下，在该金属和Zn之间不产生共晶反应，在其接合面不生成氧化皮膜，因此，也不需要为去除氧化皮膜而产生共晶反应。

图1(a)～(e)是按顺序说明本发明的金属材料的接合工艺的工序图。

首先，准备至少接合面由以选自由Al、Cu、Ag及Au构成的组的至少一种为主要成分的金属A构成的第一部件1、和至少接合面由以选自由Al、Cu、Ag及Au构成的组中的至少一种为主要成分的金属B构成的第二部件2。但是，将以Al为主要成分的金属彼此之间的结合、以Au为主要成分的金属彼此之间的接合的情况除外。

即，作为第一部件及第二部件，部件整体由上述金属A及金属B构成，通过镀敷及溅射、喷镀等方法，在由其它金属构成的部件的至少接合面形成由上述金属A及金属B构成的层。这时，在金属A及金属B的表面生成氧化皮膜1f、2f。在金属A及金属B的一方为以Au为主要成分的金属的情况下，没有氧化皮膜的生成。

这样，作为金属A及金属B的组合，在除了铝系材料彼此之间、金系材料彼此之间的情况之外，可以采用包含纯金属及合金的各种组合，但由于同种材料彼此之间的接合没有界面的劣化反应的起点，所以可进行耐久可靠性更高的接合。另外，在此所说的“同种材料”是指金属组织或成分系相同，并不需要合金成分的含量一致。

而且，如图1(a)所示，在这些部件1、2之间配置嵌入材料3。

作为该嵌入材料3，为包含与包含于上述金属A的Au以外即Al、Cu及Ag中至少一种金属元素和包含于上述金属B的同样的金属元素分别产生共晶反应的金属即Zn的材料，例如，使用以Zn为主要成分的金属(纯锌、锌合金)。

另外，也可以使用以Zn、和选自由A1、Mg、Cu、Ag及Sn构成的组中的至少一种金属为主要成分的合金，例如包含Zn和Al的合金、包含Zn和Al和Mg的合金。

即，包含Zn和Al的合金系的共晶温度低(Zn－Al系合金为382℃，Zn－Al－Mg系合金为330℃)，以这样低的温度不会引起母材的软化及变形，可以从接合界面去除阻碍接合的氧化皮膜，将两部件接合。

另外，作为嵌入材料3，为了嵌入材料和被接合部件的反应性的提高及接合界面的亲和性提高而优选含有上述金属A或金属B材料一方、或两方的成分。

作为上述嵌入材料3的厚度，优选为20μm以上且200μm以下。

在嵌入材料3的厚度不足20μm的情况下，氧化皮膜的排出不充分，或者接合部的密封性降低，接合中氧化进展，使接合部的强度特性降低。另一方面，若超过200μm，则往往为了剩余部分的排出而需要高的加压力，或者在界面的残存增多，使连接性能降低。

另外，在上述中，只表示将板状的嵌入材料3夹于部件1、2之间的例子，作为嵌入材料3的形状及介设于两材料之间的方法，也可以通过镀敷及粉末沉积法，预先被覆在两部件的一方或两方的接合面。另外，由于与组成及形状(厚度)等相关的选择的自由度高，所以优选使用箔状的嵌入材料夹入两部件之间。

另外，在本发明中，所谓金属A、金属B、嵌入材料中的“主要成分”是指这些金属的含量合计为80％以上的意思。

接着，如图1(b)所示，对第一及第二两部件1、2加压，使两部件经由嵌入材料3密合，进一步加压，同时开始加热。于是，在两部件1、2上产生加压带来的变形，如图1(c)所示，龟裂C进入两部件1、2的氧化皮膜1f、2f。

在该状态下，若达到共晶温度域，则首先氧化皮膜1f、2f的内侧的金属A、金属B和嵌入材料3的Zn产生共晶反应，发生共晶熔融相。而且，如图1(d)所示，该液相从氧化皮膜lf、2f的龟裂C浸入母材侧。由此，共晶熔融范围扩展，被破坏的氧化皮膜1f、2f的碎片分散于液相中。

通过继续加压，如图1(e)所示，剩余的共晶熔融物从接合界面排出，分散于该液相中的氧化皮膜1f、2f的碎片也与共晶熔融物一起成为排出物4，同时从接合界面被挤出。由此，两部件1、2经由源自嵌入材料3的混合物、在该情况下为包含Zn及Zn－Al合金等的混合物5构成的层相互接合。

这时，根据接合条件，还有将上述混合物完全被排出，将两部件1和2直接接合的情况、及混合物层5介入的部分和直接接合的部分混合的情况。另外，具有在接合面的附近确认到Zn的扩散的情况。

另外，包含共晶熔融物和氧化皮膜碎片的来自接合界面的排出物4在对接接合的情况下，可以从接合界面被挤出，从完成的接合接头中被去除。

与之相对，在重叠接合及点接合的情况下，从接合部分被挤出，残存于其周围而成为密封部，有助于接合部的密封性提高。

本发明的接合方法可以在惰性气体环境中进行，但也可以在大气中没有任何障碍地进行。

不言而喻，在真空中也可以进行，但不仅需要真空设备，而且因嵌入材料的熔融而有可能损伤真空计及闸阀，因此，在大气中进行在成本方面是有利的。

在本发明的接合方法中，将接合部加热到上述温度范围，作为用于维持的方法没有特别地限定，例如，可以采用电阻加热及高频加热、红外线加热、或组合它们的方法。

另外，关于接合温度，如果过高则母材溶解，所以液相过剩产生，如果液相过多则残存于接合界面，具有得不到强度的趋势。具体而言，优选嵌入材料的融点以上，至融点+100℃的温度范围。

关于到上述接合温度的升温速度，在慢的情况下，界面被氧化，熔融物的排出性下降，往往成为强度降低的原因，所以优选升温速度快。特别是在大气中的接合的情况下，有该趋势。具体而言，为3℃/秒以上，更优选10℃/秒以上，进一步优选25℃/秒以上。

关于本发明的接合方法的加压力，优选设为5MPa以上且小于30MPa。即，在加压力不足5MPa的情况下，往往共晶反应带来的熔融物及氧化皮膜从接合界面的排出不可能充分。另一方面，如果加压力为30MPa以上，则往往在被接合材料产生变形。

在本发明的接合方法中，优选在接合部分即接合面及嵌入材料表面的至少一部分形成微细凹凸，通过由此产生的应力集中效果，氧化皮膜的破坏(龟裂的产生)变得容易，可以降低在此需要的加压力，减小负荷，并得到均匀的接合状态。

图2(a)～(e)是对在被接合材料的一方形成微细凹凸的情况的接合工艺，按顺序进行说明的工序图。

首先，如图2(a)所示，在该方式例中，预先在第一部件(金属A)1的接合面形成微细凹凸1r，在该状态的第一部件1和第二部件(金属B)2之间配置嵌入材料3。

此外，在金属A和金属B的表面分别生成氧化皮膜1f、2f。

作为形成于上述第一部件1的接合面的微细凹凸1r的形状，只要能发挥使应力集中，促进氧化皮膜的破坏的功能，其形状及数量就没有限制，例如，可以采用图3(a)～(c)所示的方式。

即，如图3(a)所示，作为梯形状截面的凹凸构造，如果将凸部前端形成大致平面，则即使应力集中度降低若干，应力集中方法的形成也容易，可以消减加工费。

另外，如图3(b)所示，也可采用使三棱柱排列的凹凸构造，由此，凹凸构造的凸部前端为线状的形状，可以提高应力集中度，可以提高氧化皮膜的破断效果。

另外，如图3(c)所示，可以采用使四棱锥在纵横方向排列的凹凸构造，由于凹凸构造的凸部前端为点状，所以可以进一步提高应力集中度，可以提高氧化皮膜的破断性能。

作为微细凹凸1r的形状，如上述，只要能发挥使应力集中，促进氧化皮膜的破坏的功能，就没有特别地限定，作为上述的其它方式，也可将波形及半圆锥形、半球状等凸部前端设为曲面。此外，当然，该曲面的曲率半径越小则应力集中越显著，氧化皮膜越易破坏。

这种微细凹凸1r例如可以通过切削加工、磨削加工、塑性加工(辊加工)、激光加工、放电加工、蚀刻加工、平版印刷等形成，作为其形成方法，没有特别限定。根据这些加工方法中的塑性加工，可以以极低成本形成。

另外，作为微细凹凸的尺寸、形状，高宽比(高度/宽度)：0.001以上，间距：1μm以上，优选高宽比为0.1以上，间距为10μm以上左右。

而且，以图2(a)所示的状态，对第一及第二部件1、2相对地加压，使它们经由嵌入材料3密合，进而再加压的同时，开始加热。

由此，如图2(b)所示，微细凹凸1r的凸部前端接触的部位的应力局部急剧上升，不那么增加加压力，第二部件2的氧化被膜2f被机械破坏，产生龟裂C。该实施方式中，通过形成微细形状1r，可以降低接合时的加压力，加压力优选为1MPa以上且30MPa以下。

在该状态下，如果接合面的温度达到嵌入材料3的融点，则嵌入材料3的熔融物浸入龟裂C，在与构成第二部件2的金属B中的金属元素之间产生共晶反应，产生共晶熔融相。

而且，因该共晶熔融范围在接合界面整体扩大，从而第一及第二部件1、2的氧化被膜1f、2f从表面被去除，如图2(c)所示，氧化皮膜1f、2f的碎片分散到共晶熔融相中。

通过继续地加压，如图2(d)所示，共晶反应熔融物从接合界面排出，分散于该液相中的氧化皮膜1f、2f的碎片其大部分也与共晶熔融物一起从接合界面挤出，金属A、B的新生面露出，在接合界面产生相互扩散反应。

由此，如图2(e)所示，实现第一及第二部件1、2的直接的接合。此时，包含共晶反应生成物及氧化皮膜、源自嵌入材料的金属等的微量的混合物残存于接合界面，但通过接合条件的调节，可以减小到最小限度。另外，只要形成第一及第二部件1、2的直接的接合部，就没有强度上的问题。

此外，图2表示在第一部件1侧形成微细凹凸1r的例子，但不限于此，关于微细凹凸的形成位置，只要形成于接合部位的至少一个部位即可，如上述，除形成于第一及第二部件的接合面的一方，也可以设置于接合面的两方。通过形成于两面，可以进一步增多氧化皮膜的破坏起点。

另外，微细凹凸也可以形成于嵌入材料3的单面或两面，由此，因不需要在第一及第二部件增加微细凹凸的形成工序，所以可进行低成本的接合。

实施例

下面，基于实施例具体地说明本发明。

作为第一部件，分别使用纯铜制的直径5mm、长度25mm的圆棒(金属A)、和在该纯铜制圆棒的端面实施了厚度3μm的镀银(金属A)、镀金(金属A)的试样。

另一方面，作为第二部件，分别使用由铝合金(A6061)构成的直径10mm、长度25mm的圆棒(金属B)、和由相同尺寸无氧铜构成的圆棒(金属B)、在由该无氧铜构成的圆棒的端面实施了厚度3μm的镀银(金属B)的试样。

此时，接合端面进行车床加工，分别准备Ra0.01μm的表面粗糙镜面加工的试样、在第二部件侧具备由高度100μm、高宽比1.0、间距100μm的三角形槽的周期构造构成的微细凹凸(参照图3(b))的试样。

作为嵌入材料，与直径8mm、厚度100μm的Zn－Al合金箔(10.8％Al－89.2％Zn、融点：385℃)、Zn－Al－Mg合金箔(4.1％Al－2.5％Mg－93.4％Zn、融点：352℃)及Zn－Al－Ag合金箔(3.28％Ag－4.19％A1－92.53％Zn、融点：389℃)一起，准备直径8mm、厚度20μm、100μm及300μm的Zn－Al－Cu合金箔(4.0％Al－2.0％Cu－94.0％Zn、融点：389℃)。

此外，关于这些合金箔，将通过向高速旋转的金属辊吹附具有各成分的熔融金属合金而得到的厚度约20μm的急冷箔带以分别成为需要的厚度的方式重叠使用。

在接合时，在圆棒的接合端面间配置上述组成、尺寸的嵌入材料，在大气中，在加压至2～25MPa的状态下，通过配置于接合部的周围的高频加热线圈加热至400～420℃，达到目的接合温度后保持1分钟进行接合。此时的升温速度为10℃/秒。另外，接合温度通过在圆棒的接合端面附近的侧面焊接的R式热电偶测定。

而且，通过万能试验器的拉伸试验评价所得的对接接头的接合强度。此时的试验速度为1mm/分钟。

关于其结果，将现有的Sn－Ag－Cu焊锡的平均的接合强度的下限设为30MPa，超过该强度的表示为“○”，超过20MPa、不足30MPa的表示为“△”，低于20MPa的表示为“×”分别评价。将这些与接合条件一起示于表1中。

(实施例1)

在纯铜制的第一部件(金属A)和具备微细凹凸的铝合金制的第二部件(金属8)之间，介设厚度100μm的Zn－Al合金箔作为嵌入材料，在10MPa的加压力下，进行420℃×1分钟的接合，得到该实施例1的对接接头。

(实施例2)

将嵌入材料从Zn－Al合金箔变更为Zn－Al－Cu合金箔，将接合时的加压力设为2MPa，除此之外，反复进行与上述实施例1同样的操作，由此得到该实施例2的对接接头。

(实施例3)

将接合时的加压力设为20MPa，除此之外，反复进行与上述实施例2同样的操作，由此得到该实施例3的对接接头。

(实施例4)

作为第二部件(金属B)，使用没有形成微细凹凸而对接合面进行镜面加工的部件，将接合时的加压力设为25MPa除此之外，反复进行与上述实施例2同样的操作，由此得到该实施例4的对接接头。

(实施例5)

将嵌入材料厚度设为300μm，将接合时的加压力设为10MPa，除此之外，反复进行与上述实施例2同样的操作，由此得到该实施例5的对接接头。

(实施例6)

将嵌入材料的厚度从300μm变更为20μm，除此之外以外，反复进行与上述实施例5同样的操作，由此得到该实施例6的对接接头。

(实施例7)

作为第一部件(金属A)，使用在纯铜制的圆棒端面实施了镀银的部件，除此之外，反复进行与上述实施例1同样的操作，由此得到该实施例7的对接接头。

(实施例8)

将嵌入材料从Zn－Al合金箔变更为Zn－Al－Ag合金箔，除此之外以外，反复进行与上述实施例7同样的操作，由此得到该实施例8的对接接头。

(实施例9)

作为第一部件(金属A)，使用在纯铜制的圆棒端面实施了镀金的部件，除此之外，反复进行与上述实施例1同样的操作，由此得到该实施例9的对接接头。

(实施例10)

将嵌入材料从Zn－Al合金箔变更为Zn－Al－Mg合金箔，将接合温度设为400℃，除此之外，反复进行与上述实施例9同样的操作，由此得到该实施例10的对接接头。

(实施例11)

作为第二部件(金属B)，使用由无氧铜构成的圆棒，除此之外以外，反复进行与上述实施例1同样的操作，由此得到该实施例11的对接接头。

(实施例12)

将嵌入材料从Zn－Al合金箔变更为Zn－Al－Cu合金箔，除此之外，反复进行与上述实施例11同样的操作，由此得到该实施例12的对接接头。

(实施例13)

作为第二部件(金属B)，使用没有设置微细凹凸而对接合面进行了镜面加工的部件，且将接合时的加压力设为25MPa，除此之外，反复进行与上述实施例12同样的操作，由此得到该实施例13的对接接头。

(实施例14)

作为第一部件(金属A)，使用在纯铜制的圆棒端面实施了镀银的部件，除此之外，反复进行与上述实施例11同样的操作，由此得到该实施例14的对接接头。

(实施例15)

将嵌入材料从Zn－Al合金箔变更Zn－Al－Cu合金箔，除此之外，反复进行与上述实施例14同样的操作，由此得到该实施例15的对接接头。

(实施例16)

将嵌入材料变更为Zn－Al－Ag合金箔，除此之外，反复进行与上述实施例14同样的操作，由此得到该实施例16的对接接头。

(实施例17)

作为第一部件(金属A)，使用在纯铜制的圆棒端面实施了镀金的部件，除此之外，反复进行与上述实施例14同样的操作，由此得到该实施例17的对接接头。

(实施例18)

将嵌入材料从Zn－Al合金箔变更为Zn－Al－Mg合金箔，将接合温度设为400℃，除此之外，反复进行与上述实施例17同样的操作，由此得到该实施例18的对接接头。

(实施例19)

将嵌入材料从Zn－Al合金箔变更为Zn－Al－Cu合金箔，除此之外，反复进行与上述实施例17同样的操作，由此得到该实施例19的对接接头。

(实施例20)

作为第二部件(金属B)，使用在无氧铜制的圆棒端面实施了镀银的部件，除此之外，反复进行与上述实施例14同样的操作，由此得到该实施例20的对接接头。

(实施例21)

将嵌入材料从Zn－Al合金箔变更为Zn－Al－Ag合金箔，除此之外，反复进行与上述实施例20同样的操作，由此得到该实施例21的对接接头。

(实施例22)

作为第一部件(金属A)，使用在纯铜制的圆棒端面实施了镀金的部件，除此之外，反复进行与上述实施例20同样的操作，由此得到该实施例22的对接接头。

(实施例23)

将嵌入材料从Zn－Al合金箔变更为Zn－Al－Mg合金箔，将接合温度设为400℃，除此之外，反复进行与上述实施例22同样的操作，由此得到该实施例23的对接接头。

(实施例24)

将嵌入材料从Zn－Al合金箔变更为Zn－Al－Ag合金箔，除此之外，反复进行与上述实施例22同样的操作，由此得到该实施例24的对接接头。

(比较例1)

在纯铜制的第一部件(金属A)和由铝合金构成的第二部件(金属B)接合时，在第二部件上没有形成微细凹凸，也没有介设嵌入材料，在与上述实施例1同样的条件下实施接合。

(比较例2)

在将在纯铜制的圆棒端面实施镀银而成的第一部件(金属A)和在无氧铜制的圆棒端面实施镀银而成的第二部件(金属B)进行接合时，在接合面间介设Sn－Ag－Cu焊锡的状态下，在260℃加热5分钟，由此对两部件进行钎焊。

[表1]

如从表1所示的结果表明，在不使用嵌入材料而进行接合的比较例1中，实际不进行接合。与之相对，判明在实施例1～24中将含有Zn的嵌入材料介于两部件之间，使与金属A及金属B各自之间产生共晶反应，由此可进行正常的接合。

另外，在该实施例的范围内，在接合温度高而加压力低的情况及相对于接合面的表面粗糙度的嵌入材料的厚度过大的情况下，确认有接合强度降低的趋势。

图4是表示测定上述实施例20和比较例2的对接接合接头的接合界面的电阻的结果的图，根据本发明，与现有的Sn－Ag－Cu焊锡和使用的情况相比较，确认到可大幅度地降低电阻。另外，确认到也可以降低热电阻，适于半导体装置、电子零件的接合。

Claims

1.一种金属材料的接合方法，其特征在于，

将至少接合面由以选自由Al、Cu、Ag及Au构成的组的至少一种为主要成分的金属A构成的第一部件、和至少接合面由以选自由Al、Cu、Ag及Au构成的组的至少一种为主要成分的金属B构成的第二部件结合时，

在所述两部件的接合面间介设有嵌入材料，该嵌入材料包含Zn作为与包含于所述金属A的Au以外的至少一种金属和包含于所述金属B的Au以外的至少一种金属分别产生共晶反应的金属，在对两部件相对加压的状态下，加热到产生所述共晶反应的温度即所述嵌入材料的融点以上、至融点+100℃的温度范围，在两部件的接合界面生成因共晶反应引起的熔融物，将在所述金属A及/或金属B的表面生成的氧化皮膜与该熔融物一起从接合界面排出，从而将两部件结合，

但是，该结合为除以Al为主要成分的金属彼此之间的接合和以Au为主要成分的金属彼此之间的接合之外的结合，

所述金属A的主要成分占所述金属A含量的80％以上，

所述金属B的主要成分占所述金属B含量的80％以上。

2.如权利要求1所述的接合方法，其特征在于，

所述嵌入材料是以Zn为主要成分的金属，所述嵌入材料的主要成分占所述嵌入材料含量的80％以上。

3.如权利要求1所述的接合方法，其特征在于，

所述嵌入材料是Zn和以选自由Al、Mg、Cu、Ag及Sn构成的组的至少一种金属为主要成分的合金，所述嵌入材料的主要成分占所述嵌入材料含量的80％以上。

4.如权利要求3所述的接合方法，其特征在于，

所述嵌入材料是包含Zn及Al的合金。

5.如权利要求3所述的接合方法，其特征在于，

所述嵌入材料是包含Zn、Al及Mg的合金。

6.如权利要求1～5中任一项所述的接合方法，其特征在于，

所述金属A和金属B为同种材料。

7.如权利要求1～5中任一项所述的接合方法，其特征在于，

所述嵌入材料的厚度为20～200μm。

8.如权利要求1～5中任一项所述的接合方法，其特征在于，

在所述接合面及嵌入材料表面的至少一部分形成微细凹凸。