CN110536770B - 接合结构体及其制造方法以及电动机及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
接合结构体，是包含通过Zn系钎料(2)而被接合的Cu系被接合材料(1)的接合结构体，在Zn系钎料与Cu系被接合材料之间具备包含第1合金相(3)、第2合金相(4)及第3合金相(5)的接合部，第1合金相(3)是具有Cu5Zn8的基本组成的合金相，第3合金相(5)是一部分与第1合金相相接的、具有CuZn4或CuZn5的基本组成的合金相，第2合金相(4)是在第1合金相与第3合金相的界面所形成的具有CuZn3的基本组成的合金相，在与接合方向平行的截面中，所述第1合金相与所述第3合金相的界面处的所述第2合金相所占的比例不到80％。由此，能够得到Zn系钎料与Cu系被接合材料的接合部处的空隙的形成受到抑制的接合可靠性高的接合结构体。
Description
技术领域
本发明涉及使用Cu系被接合材料和Zn系钎料的接合结构体及其制造方法以及电动机及其制造方法。
背景技术
一般地，铜(Cu)、铝(Al)的导电性优异，作为材料成本，也比较价廉，因此作为电动机(马达)等的卷线、主要作为用瓷漆等绝缘被覆的铜卷线或铝卷线来使用。就卷线而言，采用导电性高的接合方法将其与为了使电流过而与电源连接的端子或引线进行电连接。作为特别是具有耐热性、不使被接合材料熔化、表面禀性的影响比较小的接合方法，选择钎焊的情形居多。特别地，在被接合材料为Cu的情况下，使用JIS Z 3264-1985中规定的磷铜钎料的情形居多。作为磷铜钎料，有BCuP-1～6，固相线(在低温下为固体状态，升温而开始相变为液体状态的温度)、液相线(与固相线相反的现象，在高温下为液体状态，降温而开始相变为固体状态的温度)分别为固相线645℃～710℃、液相线720℃～925℃左右。铜的熔点为约1085℃，因此可不将被接合材料的铜熔化而进行钎焊。但是，磷铜钎料虽然铜的导电率高，但磷的导电率低，因此虽然也依赖于钎焊条件，但导电率成为15IACS％以下，非常低。另外，如果考虑通用性以致在除了铜以外还使用铝(熔点为约660℃)作为被接合材料的情况下也能够使用，作为钎料，优选液相线为500℃以下的材料。
如上所述，希望有熔点低、导电率在某种程度上也高、并且成本也低、平衡优异的钎料。因此，Zn系钎料受到了关注。Zn自身的熔点为420℃，如果添加5wt％左右的Al，则成为共晶合金，熔点降低到380℃左右，可以说是作业性非常优异的钎料。
关于将Cu系被接合材料用Zn系钎料接合的接合结构体和接合方法，已公开有以下的内容。
在专利文献1中，关于面向压缩机的电动机(马达)的卷线，公开有将铝卷线卷绕于铜卷线、将该卷绕的部位采用以锌和铝作为主成分的钎料来钎焊的接合结构。
另外，在专利文献2中公开有如下的接合方法和接合结构，该接合方法包含：在Cu基板与半导体元件之间夹持ZnAl共晶焊料，一边施加载荷一边升温，使ZnAl共晶焊料熔解而形成ZnAl焊料层的工序；和一边对上述ZnAl焊料层施加载荷一边使其降温而接合的工序。
另外，在专利文献3中公开有被接合材料只是Al、使用Zn-Al合金作为插入材料的材料合金、在420℃下扩散接合的接合结构和接合工艺。
其次，在专利文献4中公开有关于在Zn与Cu的接合界面所形成的金属间化合物，在作为半导体构件的SiC形成TiN层作为阻隔层，在其下依次形成Zn层和Cu层，在Zn层与Cu层的界面，Zn层与Cu层反应，形成CuZn5层、Cu5Zn8层。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：WO2015-170572号公报
专利文献2：日本特开2013-030607号公报
专利文献3：日本特开2013-078795号公报
专利文献4：WO2011-108436号公报
发明内容
发明要解决的课题
就使用Cu系被接合材料和Zn系钎料的接合结构体而言，如上所述，用于例如构成各种电动机的Cu系卷线与电极端子或引线等的接合部。但是，在该接合部，有时在200～250℃左右的高温通电动作中接合界面的接触电阻增大、发生导通不良，成为问题。但是，对于其机制、应对手段，尚不知晓。
在专利文献1中，公开有用以Zn作为主成分的钎料将Cu钎焊，但对于Cu与Zn的接合界面的结构没有详细地示出。在专利文献2中，也与专利文献1同样地对于Cu与Zn的接合界面的结构没有详细地示出。在专利文献3中，公开有以Zn作为主成分的Zn合金材料的组成和熔点、代表性的接合温度，但被接合材料只是Al，关于与Cu的界面反应，没有公开。在专利文献4中，公开有在Cu层与Zn层的界面形成2种不同的金属间化合物，但关于这些金属间化合物与接触电阻的关系没有公开。
本发明的目的是提供在使用Cu系被接合材料和Zn系钎料的接合结构体和接合方法中接合可靠性优异的接合结构体和接合方法。
用于解决课题的手段
就本发明的接合结构体而言，是包含通过Zn系钎料而被接合的Cu系被接合材料的接合结构体，其特征在于，
在所述Zn系钎料与所述Cu系被接合材料之间，具备包含第1合金相、第2合金相及第3合金相的接合部，
所述第1合金相是在所述接合部处的所述Cu系被接合材料侧所形成的具有Cu5Zn8的基本组成的合金相，
所述第3合金相是在所述接合部处的所述Zn系钎料侧形成、所述Cu系被接合材料侧的面的一部分与所述第1合金相相接的、具有CuZn4或CuZn5的基本组成的合金相，
所述第2合金相是在所述第1合金相与所述第3合金相的界面所形成的具有CuZn3的基本组成的合金相，
在与接合方向平行的截面中，所述第1合金相与所述第3合金相的界面处的所述第2合金相所占的比例不到80％。
另外，就本发明的接合方法而言，是将Zn系钎料加热熔融而将包含Cu系被接合材料的被接合材料钎焊的接合方法，其特征在于，
将所述钎焊时的所述Cu系被接合材料与所述Zn系钎料的接合界面的最高到达温度控制为不到560℃。
发明的效果
能够抑制Cu系被接合材料与Zn系钎料的接合界面处的空隙的生成，其结果，可得到接合可靠性高的接合结构体。
附图说明
图1为本发明的实施方式1中所示的接合结构体的接合流程图。
图2为本发明的实施方式1中所示的接合结构体的接合前的概略图。
图3为本发明的实施方式1中所示的接合结构体的接合后的概略图。
图4为表示本发明的实施方式1中所示的接合结构体的接合界面附近的比较例的概略图。
图5为表示本发明的实施方式1中所示的接合结构体的接合界面附近的实施例的概略图。
图6为表示本发明的实施方式1中所示的接合结构体的比较例的概略图。
图7为表示本发明的实施方式1中所示的接合结构体的实施例的概略图。
图8为表示本发明的实施方式1中所示的接合结构体的比较例的接合可靠性试验后的截面照片。
图9为表示本发明的实施方式1中所示的接合结构体的实施例的接合可靠性试验后的截面照片。
图10为对本发明的实施方式1中所示的表1进行作图而得的图。
图11为本发明的实施方式2中所示的接合结构体的接合前的概略图。
图12为本发明的实施方式2中所示的接合结构体的接合后的概略图。
图13为对本发明的实施方式2中所示的表2进行作图而得的图。
图14为应用有本发明的接合结构体的电动机的概略图。
具体实施方式
发明人对于在使用Cu系被接合材料和Zn系钎料的接合结构体中接触电阻由于高温通电动作而增大的现象的原因进行了研究。其结果，得知：如后所述，在钎焊时在Cu系被接合体与Zn系钎料的接合界面形成CuZn3合金相，进而接触电阻由于对接合部反复施加热冲击而增大。另外发现：通过抑制上述CuZn3合金相的形成，可抑制接触电阻的增大、提高接合可靠性。
以下，对本发明详细地说明。
实施方式1.
使用图1～10、表1对本发明的实施方式1进行说明。将本实施方式1中的接合工艺的流程图示于图1中。作为被接合材料，为了模拟各种电动机中所使用的Cu卷线，准备1对将表面进行了瓷漆被覆的φ1mm的Cu线1(纯度99.9％)。首先，只在接合部将Cu线1的瓷漆被覆除去。接着，在除去瓷漆被覆的Cu线1的表面，涂布作为熔剂(将被接合面的氧化膜还原的材料)的乳白色浆料状的Cs-Al-F化合物(型号：CF-5、第一稀元素化学工业制造)。为了监控钎焊时的接合界面的温度，将1对Cu线1捻合而临时固定，在该捻合的Cu线之间的间隙插入市售的K热电偶。接着，准备Zn系钎料2。应予说明，所谓Zn系钎料，表示以Zn作为主成分的钎料。作为Zn系钎料2，使用Zn线、或者、添加有0.1wt％(重量％：wt％)至15wt％的Al的φ1mm的Zn-Al线(千住金属工业制造、或者日本スペリア制造)。接着，如图2中所示，使用燃烧器加热装置9，将Cu线1和Zn系钎料2加热而接合，如图3，制成接合样品(实施例1～7、比较例1～11)。对于燃烧器加热装置9，使用サンウェル公司制造的型号：SW-125，设为燃烧器喷嘴直径：内径0.72mm(No.19喷嘴)。输出(压力)以0.08～1.0kg/cm2任意地调整。用水和电来对氢气氧气进行精制，通过点火将燃烧器加热，任意地调整火焰的形状。就用燃烧器的加热时间而言，为了Zn系钎料2熔融而与被接合材料融合，为约2～5秒左右。用K热电偶来监控钎焊时的接合界面的温度，调整以使的最高到达温度成为规定的温度。予以说明，在温度上升直至目标的最高到达温度附近时，可通过使燃烧器离开接合部来对温度进行微调。予以说明，如果将燃烧器的位置在某种程度上用夹具暂时固定、微调用手动来进行，则能够进行上述的最高到达温度的调整。
[表1]
制作接合样品后，评价初期接合性。就初期接合性而言，通过目视来观察接合部表面的缩孔(引け巣)、褶皱的发生状况。就在表面多褶皱、凹凸而言，表示钎料没有充分地融合。定量地表示缩孔发生状况是非常困难的，但如果产生缩孔，则在Zn钎料2的表面形成如褶皱的凹凸，如果采用光学式的显微镜来观察，则没有看到钎料熔融的光滑的面，因此能够确认。在本实施方式中使用有限会社テクニトロンサプライ的安装不良检查系统RV-550来进行目视评价。将采用目视评价而确认明确的褶皱、缩孔的情况下记为“×”，将没有褶皱、缩孔的情况下记为“○”。
将初期接合性的评价结果示于表1。对于添加有0.1～14wt％的Al的Zn系钎料而言，初期接合性为“○”。Zn与Al为具有共晶点(380℃)的组合，认为：通过在Zn中添加少量的Al，初期接合性得到改善。另一方面，对于没有添加Al的Zn系钎料、及添加有15wt％的Al的Zn钎料而言，在接合部的表面发现褶皱、缩孔，初期接合性为“×”。认为是由于：如果没有添加Al，则不具有低熔点的共晶组成，因此接合性变差，在钎焊表面产生褶皱，另一方面，如果添加15wt％以上的Al，则钎料的固相线与液相线之差(固液共存区域)扩大，变得容易产生缩孔。因此，为了改善初期接合性，优选在Zn系钎料中的Al添加量比0wt％大且不到15wt％。
接着，对于各接合样品进行接合可靠性评价试验。例如，就电动机的卷线接合部而言，在电动机紧急停止时温度瞬间地上升到250℃左右(具备H种的绝缘被膜的卷线的情形)。本试验是模拟反复地发生该瞬间的温度上升的状态。在本试验中，将高温250℃/低温50℃的冷热冲击试验反复进行合计2000个循环。具体地，反复进行以下：在接合样品的两端施加规定的电压，使电流7流至接合部，在接合部的温度成为250℃时将通电关闭(OFF)，等待直至成为50℃。就接合部的温度而言，采用热像图仪来测定表面的温度，以全部样品都成为相同的温度条件的方式，调整通电条件。2000个循环后，测定接触电阻，求出与初期接合时的接触电阻的变化量。在接触电阻的变化量为10mΩ以上的情况下作为“×”，在不到10mΩ的情况下作为“○”。这是由于：如果接触电阻的变化量成为10mΩ以上，则发生过剩地产生由电阻增大所导致的焦耳热、接合部由于该发热而变差、电阻进一步增大这样的负的循环(負のスパイラル)，接合部显著地变差。
将接合可靠性的评价结果示于表1。在初期接合性为“○”的接合样品中，钎焊时的最高到达温度不到560℃的样品(实施例1～7)的接合可靠性评价成为“○”。但是，对于钎焊时的最高到达温度为560℃以上的样品(比较例1～3、6～9)而言，接合可靠性评价成为“×”。予以说明，初期接合性为“×”的接合样品(比较例4、5、10、11)的接合可靠性评价均成为“×”，认为这是由于：以褶皱、缩孔为起点而产生裂纹。
在以往的电动机的批量生产工序中，没有进行燃烧器加热时的温度测定，几乎全部情形都是大体凭借操作者的感觉来进行钎焊。但是，通过这样监控钎焊时的最高到达温度来进行接合可靠性评价，得知以最高到达温度是否达到了560℃为边界，在接合可靠性上产生大的差异。
为了弄清详细情况，对于接合可靠性评价试验后的各样品，进行接合部的分析。在图4～7中，示出用与接合方向平行的面将接合部切断的截面的概略图。应予说明，这里所说的接合方向，是从Cu系被接合材料1向Zn系钎料2的方向。
其结果得知：对于在最高到达温度560℃以上接合的样品而言，如图4、图6中所示，从Cu线1侧形成第1合金相3、第2合金相4、第3合金相5，进而，在第2合金相4的附近形成空隙6。组成分析的结果，得知，各合金相的基本组成为：第1合金相3是富Cu的Cu-Zn合金相：Cu5Zn8，第2合金相4是CuZn3，第3合金相5是富Zn的Cu-Zn合金相：CuZn4或CuZn5。予以说明，就各合金相而言，可以是在上述基本组成中将Zn的一部分置换为Al的合金相(Cux(Zn、Al)y)。在第1合金相3与第3合金相5的界面的大致全体来形成第2合金相4及空隙6。就空隙6而言，因为其在第2合金相4的附近形成，因此推定其是伴随第2合金相4的形成而形成的。
另一方面，对于在最高到达温度低于560℃下接合的样品而言，如图5、图7中所示，从Cu线1侧依次形成第1合金相3和第3合金相5。可知在第1合金相3与第3合金相5之间，虽然部分地形成第2合金相4及空隙6，但第2合金相4及空隙6成为不连续的相，在不具有第2合金相4及空隙6的区域中，第1合金相3与第3合金相5充分地相接，电流7流动。
将在最高到达温度560℃以上所接合的样品的截面观察照片示于图8中，将在最高到达温度低于560℃下所接合的样品的截面照片示于图9中。由图8可知：对于在560℃以上的温度下所接合的样品而言，除了第1合金相3及第3合金相5以外，在第1合金相3与第3合金相5的界面的大致全体形成第2合金相4(CuZn3)及空隙6。另一方面，由图9可知：对于在不到560℃的温度下所接合的样品而言，在第1合金相3与第3合金相5的界面没有形成第2合金相4及空隙6。
对于在第2合金相4的附近形成空隙6的理由，推测如下。推测:构成第2合金相4的CuZn3的密度比第1合金相3(Cu5Zn8)及第3合金相5(CuZn4、CuZn5)大，因此第1合金相3与第3合金相5发生相变，形成第2合金相4，相伴地发生体积收缩，产生空隙6。在接合时的最高到达温度为560℃以上的情况下，在第1合金相与第3合金相的界面的大致全体形成该第2合金相4，因此在界面的大致全体也形成空隙6，成为导通不良的原因。另一方面，在最高到达温度不到560℃的情况下，第2合金相的生成受到抑制，形成不连续的相，因此空隙6也变得不连续，没有发生导通不良。
另外，对于尽管在接合工艺中形成空隙6，但刚接合后接触电阻低、施加了反复热冲击后接触电阻增大的理由，推测如下。推测：虽然上述空隙6在接合工艺中产生，但接合工艺中作为熔融状态的Zn钎料进入空隙6，因此接合后形成空隙6被Zn系钎料填充了的状态，因此，不能观察空隙6，接触电阻也低。而且推测：在反复施加250℃左右(比Zn系钎料和各合金相的熔点低的温度)的热冲击中，在填充于上述空隙6的Zn系钎料与其周围的合金相之间发生固相扩散，由于此时的扩散系数的不相称，在原子的移动上发生偏差，填充于空隙6的Zn系钎料扩散，上述空隙6再次出现，由此接触电阻增大。
就本现象而言，凭借只是初期接合性的评价不可知，另外在接合可靠性评价中如果不是：不是简单的高温保持试验而是将上述的电动机的紧急停止状态下的瞬时的过剩温度再现了的试验方法，则不会弄清。是在钎焊时产生第2合金相4及空隙6、进而对其反复施加严酷的热冲击而由此首次发生的现象，在弄清其机制而发现了解决对策的方面，本发明具有大的技术意义。
由以上可知：如果钎焊时的最高到达温度成为560℃以上，则在第1合金相3与第3合金相5的界面的大致全体形成第2合金相4(CuZn3)及空隙6，其成为接触电阻增大的原因。另外可知：通过将钎焊时的最高到达温度控制为不到560℃而抑制第2合金相4的形成，可抑制空隙6的形成而得到即使在高温通电动作中接触电阻的变化也小、接合可靠性高的接合结构体。
特别地，在电动机中使用Zn系钎料将Cu卷线与其他被接合材料(其他的卷线、引线、端子等)进行接合时，以往几乎都是不进行接合界面的温度控制而通过燃烧器等来加热的情形，如上所述将钎焊时的接合界面的最高到达温度控制为不到560℃，由此即使在高温通电动作中接合部的接触电阻的变化也小、可得到接合可靠性高的电动机。
另外，对于接合界面处的第2合金相4的量对于接合可靠性产生何种程度的影响进行了研究。对于接合可靠性试验后的各接合样品，观察与接合方向平行的截面，通过SEM(扫描电子显微镜，Scanning Electron Microscope)的元素分析来对第1合金相3与第3合金相5的界面处的第2合金相4所占的比例(在截面图中形成第2合金相4的长度/第1合金相3与第3合金相的界面的长度(整个周长))进行解析。将解析结果示于表1中。对于在接合界面的最高到达温度不到560℃下所形成的样品，第2合金相4的比例不到80％。另一方面，对于在560℃以上所形成的样品而言，第2合金相4的比例成为80％以上。由此可知：在与接合方向平行的截面中，如果第1合金相3与第3合金相5的界面处的第2合金相4所占的比例不到80％，则得到充分的接合可靠性。予以说明，就比较例4、10而言，尽管接合界面的最高到达温度不到560℃，第2合金相4的比例不到80％，但形成接合可靠性低的结果，认为这是由以初期接合时的褶皱或缩孔为起点的裂纹产生这样的、与第2合金无关的原因所引起的。
另外，将对于表1中使用Zn-5Al钎料的实施例1～3及比较例1～3、将钎焊时的最高到达温度用于横轴、将第2合金相的比例用于纵轴而表示的坐标图示于图10。可知：如果钎焊时的最高到达温度不到560℃，则第2合金相的比例不到80％，如果为560℃以上，则第2合金相的比例成为80％以上。
如以上说明，就本实施方式1的接合结构体而言，在Zn系钎料2与Cu系被接合材料1之间，具备包含第1合金相3、第2合金相4及第3合金相5的接合部，第1合金相3为在上述接合部处的上述Cu系被接合材料侧所形成的具有Cu5Zn8的基本组成的合金相，第3合金相5为在上述接合部处的上述Zn系钎料侧形成、Cu被接合材料侧的面的一部分与上述第1合金相相接的具有CuZn4或CuZn5的基本组成的合金相，第2合金相4为在上述第1合金相3与上述第3合金相5的界面所形成的具有CuZn3的基本组成的合金相，在与接合方向平行的截面中，上述第1合金相3与上述第3合金相5的界面处的上述第2合金相4所占的比例不到80％。
另外，就本实施方式1的接合结构体的制造方法而言，在将Zn系钎料2加热熔融而对包含Cu系被接合材料1的被接合材料进行钎焊时，将上述Cu系被接合材料1与上述Zn系钎料2的接合界面的最高到达温度控制为不到560℃。
根据本实施方式1的接合结构体及接合结构体的制造方法，能够抑制Cu系被接合材料1与Zn系钎料2的接合界面处的空隙的生成，其结果，可得到接合可靠性高的接合结构体。
另外，在本实施方式1的接合结构体及接合结构体的制造方法中，通过使用包含大于0wt％且不到15wt％的Al的Zn系钎料2，可得到初期接合性优异的接合结构体。
实施方式2.
在实施方式1中，作为被接合材料，使用1对Cu线1，但在本实施方式2中，作为被接合材料，使用Cu线1和Al线8。作为Al线8，使用线径为φ1mm的线。如图11、图12中所示，除了改变被接合材料以外，采用与实施方式1同样的接合工艺来制作接合样品，进行初期接合性及接合可靠性的评价。予以说明，对于钎焊时的温度，与实施方式1若干不同，以成为与实施方式1大致相同的温度的方式来选择样品。
[表2]
将初期接合性的评价结果示于表2中。与实施方式1同样地，对于添加有0.1～14wt％的Al的Zn系钎料而言，成为“○”，对于添加有15wt％的Al的Zn系钎料而言，成为“×”。另一方面，对于使用不含Al的Zn系钎料的实施例11、比较例15而言，与实施方式1中的比较例4、比较例5不同，获得良好的初期接合性。认为这是通过在钎焊时Al从Al线8向钎料内部扩散而形成少许的熔点低的Zn-Al的共晶相(380℃)，有助于初期接合性的改善。应予说明，上述所谓“不含Al”，意指Al浓度为0.001wt％以下。在本实施方式中，按照JIS Z3282、采用ICP发光分光法来进行钎料的分析，如果Al为0.001wt％以下，则认为是杂质水平，认为“不含Al”。
因此，可知：即使在使用不含Al的Zn系钎料的情况下，在被接合材料的一部分中使用Al，由此使Al向钎料扩散，可改善Cu系被接合材料与Zn系钎料的初期接合性。应予说明，Al的供给方法并不限于Al线，例如可以是Al板，或者即使是进行了Al镀覆的Cu线也获得同样的效果。
将接合可靠性的评价结果示于表2中。与实施方式1同样地，在初期接合性为“○”的接合样品中最高到达温度不到560℃接合的样品在接合可靠性评价中成为“○”，在最高到达温度560℃以上接合的样品在接合可靠性评价中成为“×”。另外，对于在560℃以上接合的样品，观察Cu线1与Zn系钎料2的接合部的截面，与实施方式1同样地，在第1合金相3与第3合金相5之间形成第2合金相4和空隙6。另外，在不到最高到达温度560℃下所形成的样品的第2合金相4的比例不到80％，在560℃以上所形成的样品的第2合金相4的比例成为80％以上。
另外，对于表2中使用Zn-5Al钎料的实施例8～10和比较例12～13，将横轴使用钎焊时的最高到达温度、纵轴使用第2合金相的比例而表示的坐标图示于图13中。可知：与实施方式1同样地，如果钎焊时的最高到达温度不到560℃，则第2合金相的比例为80％以下，如果为560℃以上，则第2合金相的比例成为80％以上。
由这些可知：在使用Cu线1和Al线8作为被接合材料的情况下，最成为接合可靠性降低主要因素的接合部位也是Cu线1与Zn系钎料2的界面，与实施方式1同样地将该界面处的最高到达温度控制为不到560℃、抑制第2合金相4的形成，由此可获得接合可靠性高的接合结构体。
另外，就接合后的Zn系钎料2内所分散的Cu-Al合金相10的量而言，与实施方式1相比，没有增加。由此认为从Al线8向Zn系钎料2内扩散的Al的量很少。从在接合可靠性试验及截面观察中形成与实施方式1大致同样的结果来看，也认为该扩散Al对于Cu-Zn接合界面处的合金形成及接合可靠性几乎没有影响。
如以上说明，就本实施方式2的接合结构体而言，是包含Zn系钎料2和Cu系被接合材料1及Al系被接合材料8的接合结构体，在Zn系钎料2与Cu系被接合材料1之间，具备包含第1合金相3、第2合金相4及第3合金相5的接合部，第1合金相3是在上述接合部处的上述Cu系被接合材料侧所形成的具有Cu5Zn8的基本组成的合金相，第3合金相5是在上述接合部处的上述Zn系钎料侧形成、Cu被接合材料侧的面的一部分与上述第1合金相相接的具有CuZn4或CuZn5的基本组成的合金相，第2合金相4是在上述第1合金相3与上述第3合金相5的界面所形成的具有CuZn3的基本组成的合金相，在与接合方向平行的截面中，上述第1合金相3与上述第3合金相5的界面处的上述第2合金相4所占的比例不到80％。
另外，就本实施方式2的接合结构体的制造方法而言，在将Zn系钎料2加热熔融而将包含Cu系被接合材料1和Al系被接合材料8的被接合材料进行钎焊时，将上述Cu系被接合材料1与上述Zn系钎料2的接合界面的最高到达温度控制为不到560℃。
根据本实施方式2的接合结构体和接合结构体的制造法方法，与实施方式1同样地，能够抑制Cu系被接合材料1与Zn系钎料2的接合界面处的空隙的生成，其结果，可得到接合可靠性高的接合结构体。另外，由于从Al系被接合材料8向Zn系钎料2中供给Al，因此即使在使用不含Al的Zn系钎料2的情况下，也可得到初期接合性优异的接合结构体。
应予说明，在本实施方式1、2中，作为被接合材料，使用设想为电动机的卷线的Cu线1，但本发明也能够应用于实际的电动机的卷线等，并不限定于此。例如，可应用于使用Cu及Zn的复合材料的半导体装置、热交换部件等各种Cu-Zn接合结构体。应予说明，在电动机中有分布卷绕和集中卷绕、或者其他的卷线方式，并无特别限定。另外，不仅可以是Cu卷线的接合，也可以是将细线多根集束而成的Cu引线的接合。另外，Cu卷线的截面形状并不限于圆状，也可以是矩形状、平板状。Cu卷线的线径也不限于φ1mm。
另外，被接合材料并不限于Cu线，能够使用以Cu作为主成分的全部Cu系被接合材料。Cu系被接合材料可包含Sn、Fe、Zn、Cr、Mn、Ni、Si、C、Al、S、P、W、Mg、Be、Ti、Ag、Au中的任一种以上。
另外，就Zn系钎料而言，除了Al以外，还可包含Ga、In、Sn、Mg、Ge、Mn、Sb、Cr、Bi、P、V、Si中的任一种以上。上述的添加元素为与Zn具有共晶点的、或者熔点比Zn低的元素，因此熔点降低，预计初期接合性改善。
就加热方法而言，除了燃烧器加热以外，也可以是具有超声波的焊接、浸渍于熔融钎焊层的方法、流焊、回流焊、在还原或真空气氛炉中的接合法、利用高频感应加热的局部加热法。燃烧器加热中的气体并不限定于氧气氢气，可任意地选择可燃性气体、支持燃烧性气体，调整流量，气源可包含甲烷、丙烷、甲烷、丁烷、乙烯、乙炔、丙烯、氧、二氧化碳。另外，加热部的温度监控并不限定于热电偶，也可利用热像图仪、任意地调整沸点的材料、差示热测定器等。
另外，将应用本发明的接合结构体的电动机的概略图示于图14中。如图14中所示，如果大致划分，则电动机由定子13和转子17构成。定子13具备定子铁芯12和卷绕于该定子铁芯12的卷线11，卷线11与引线15接合。卷线11和引线中的至少一者由Cu或Cu系合金构成，作为接合材料，使用Zn系钎料。就本发明的接合结构体而言，用于卷线11与引线15的接合部或者卷线11之间的接合部。通过将本发明的接合结构体应用于该接合部，抑制接合部处的接触电阻增大及导通不良的发生，可得到可靠性高的电动机。
附图标记的说明
1 Cu线
2 Zn系钎料
3 第1合金相
4 第2合金相
5 第3合金相
6 空隙
7 电流
8 Al线
9 加热装置
10 Cu-Al合金相
11 卷线
12 定子铁芯
13 定子
14 绝缘纸
15 引线
16 连接器端子
17 转子
18 轴
Claims (4)
1.一种接合结构体，是将Zn系钎料和被接合材料接合的接合结构体，所述被接合材料包含Cu系被接合材料及Al系被接合材料，
在所述Zn系钎料与所述Cu系被接合材料之间，具备包含第1合金相、第2合金相及第3合金相的接合部，
所述Zn系钎料包含0.1wt％以上且不到15wt％的Al,剩余部分为Zn及不可避免的杂质，
所述第1合金相是在所述接合部处的所述Cu系被接合材料侧所形成的具有Cu5Zn8的基本组成的合金相，
所述第3合金相是在所述接合部处的所述Zn系钎料侧形成、所述Cu系被接合材料侧的面的一部分与所述第1合金相相接的、具有CuZn4或CuZn5的基本组成的合金相，
所述第2合金相是在所述第1合金相与所述第3合金相的界面所形成的具有CuZn3的基本组成的合金相，
在与接合方向平行的截面中，将合计所述第1合金相与所述第3合金相相接的界面的长度、和在所述第1合金相与所述第3合金相的界面所形成的第2合金相的长度的长度设为100％时，在所述第1合金相与所述第3合金相的界面处所形成的所述第2合金相的长度所占的比例不到80％。
2.一种电动机，其具备：
作为Cu系被接合材料的卷线、和
通过Zn系钎料而与所述卷线接合的Al系被接合材料，
在所述卷线与所述Al系被接合材料的接合部具有根据权利要求1所述的接合结构体。
3.一种接合结构体的制造方法，其是权利要求1所述的接合结构体的制造方法，
在将所述Zn系钎料加热熔融而将包含所述Cu系被接合材料及所述Al系被接合材料的被接合材料进行钎焊时，将所述Cu系被接合材料与所述Zn系钎料的接合界面的最高到达温度控制为不到560℃。
4.一种电动机的制造方法，包括：
使用权利要求3所述的接合结构体的制造方法来将作为电动机的卷线的Cu系被接合材料和Al系被接合材料进行接合的工序。
Applications Claiming Priority (3)
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| JP2017089912 | 2017-04-28 | ||
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Publications (2)
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