JP2001025862A - アモルファス金属接合体の製造方法およびアモルファス金属接合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アモルファス金属を強固に接合することがで
きる方法を提供する。 【解決手段】 アモルファス金属部材３ｂを、金属相手
材２ｂと接合用金属部材４ｂとで挟んで接合用金属部材
４ｂ側から超音波振動を付与する超音波接合によって接
合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はアモルファス金属
接合体及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】外部磁場によってアモルファスワイヤの
インピーダンスが大きく変化する磁気−インピーダンス
（ＭＩ）効果を用いたＭＩセンサが提案されている。こ
のＭＩセンサは、ホール素子やＭＲ素子と同程度の微小
寸法が可能で，磁界の検出感度がホール素子やＭＲ素子
の１００倍以上であり，フラックスゲートセンサと同程
度のセンサとして知られている。

【０００３】ＭＩセンサは、検出体であるアモルファス
ワイヤとアモルファスワイヤの高周波インピーダンス、
またはアモルファスワイヤに巻装されたピックアップコ
イルの鎖交磁界変化を測定する電子回路とよりなる。ア
モルファスワイヤは、通常２０〜１３０ミクロン程度の
太さを有するＣｏ系のアモルファスワイヤが使用され
る。このＣｏ系のアモルファスワイヤは５００数十℃で
再結晶し、再結晶した場合にはＭＩ効果が劣化してしま
う。このことから、はんだ付け等の際にははんだ付け温
度の上限が３００℃程度とされている。

【０００４】このようなアモルファスワイヤは、ピアノ
線より硬く、さらには一般のはんだ材料、例えば、Ｓｎ
６０％−Ｐｂ４０％のはんだ材料との一般のはんだ付け
では合金層を形成しないという性質がある。従って、は
んだ付けにおいてはんだはアモルファスワイヤと単に機
械的に接触するだけとなる。

【０００５】従来、Ｃｏ系アモルファスワイヤをはんだ
付けする場合には、先ず、アモルファスワイヤの表面を
エメリー研磨紙等により粗面に仕上げて酸化膜を除去
し、さらにフラックスを使用して表面の汚れを除去す
る。この後、図８に示すようにプリント基板等の基部２
eの表面に形成された銅等の導電体２１eからなる導電パ
ターンの接合部に、溶融はんだ４eを比較的高く盛る。
そしてこの溶融はんだ４e内にアモルファスワイヤ１１e
を挿入して、溶融はんだ４eを冷却固化する。これによ
りアモルファスワイヤ１１eが接合部に対して電気的に
接続されるようにしている。

【０００６】また、従来、アモルファス金属の接合にお
いて、スポット溶接等の通電加熱が行われてきた。スポ
ット溶接等の通電加熱では、接合させる金属の両側から
棒状の電極で挟み、局部的に通電して加熱し、さらに加
圧することで接合が行われた。

【０００７】更に、特公平２−３２０７７号公報は、ア
モルファス金属と他の金属、あるいはアモルファス金属
どうしを重ねて、超音波接合機によって超音波振動を付
与しながら加圧して接合することを記載している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たはんだ付け方法においては、Ｃｏ系アモルファスワイ
ヤは、はんだに対する濡れ性が悪いため、はんだ付けの
際には、はんだが表面張力によって、アモルファスワイ
ヤの表面からはじかれることになる。従って、上述のよ
うにはんだ付けした場合には、アモルファスワイヤ１１
eとはんだ４eとの境界面を観察すると図９に示すよう
に、アモルファスワイヤ１１eの表面に対して、はんだ
４は、部分的に接触するだけとなり、はんだ４eの欠落
した部分６１eが生じる。

【０００９】このようにして得られるＭＩセンサを、車
載化可能かどうかの耐久性を調べるための冷熱サイクル
試験において、−４０℃〜＋８０℃の条件下で液槽中に
浸漬する液槽試験を繰り返すと１００回の冷熱サイクル
試験ではんだ接合が不具合となるといった問題があっ
た。この接触不良の問題を解決するために多方面で検討
されているがいまだ解決されていない。

【００１０】また、ＭＩセンサの直線性を向上させた
り、検出範囲を拡大するために、検出体であるアモルフ
ァスワイヤの周囲にコイルが巻かれるが、アモルファス
ワイヤは直径が３０〜１２０μｍと細いために直接巻く
ことができず、コイルが中空状態で提供され、振動に極
めて弱い構造になっていた。これらのことにより、ＭＩ
素子は、熱衝撃や機械的振動に弱く、車載化が困難であ
った。

【００１１】また、上記したスポット溶接等の通電加熱
では、熱の影響を受けてアモルファス金属の組織が変化
し、結晶化が生じるという問題がある。また、はんだ付
けによる結合では、アモルファス金属は、はんだに対す
る塗れ性が悪いため、はんだ付けの際には、はんだが表
面張力によって、アモルファス金属の表面からはじかれ
ることになる。したがって、アモルファス金属の表面に
対して、はんだは、部分的に接触するだけとなる。

【００１２】更に、上述した超音波接合を用いてアモル
ファスワイヤを他の部材に接合することは実際には困難
である。これは、アモルファスワイヤの形状に起因して
通常は平板状の金属相手材との間で十分な接合面積を確
保することができず、その結果として接合強度が小さく
なってしまうためである。本発明者らの実験によれば、
自動車環境試験である冷熱サイクル試験や振動試験など
の耐久試験に耐える接合強度を実現することはできなか
った。

【００１３】また、アモルファス金属部材が通常の結晶
性金属に比較して弾性が乏しい上、硬度が大きいため、
超音波振動エネルギーによる機械的振動により折れた
り、曲がったりしやすく、特にこの問題は細線状のアモ
ルファスワイヤを超音波接合する場合に顕著であった。

【００１４】本発明は、これらの問題を克服するもの
で、アモルファス金属を結晶化させず、しかもワイヤの
ような細い線形のアモルファス金属でも折れたり曲げた
りしないで強固に相手部材に接合可能なアモルファス金
属接合体の製造方法及びアモルファス金属接合体を提供
することを、その目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のアモルフ
ァス金属接合体の製造方法によれば、アモルファス金属
部材よりも軟質の接合用金属部材と金属相手材とでアモ
ルファス金属部材を挟んだ状態で、接合用金属部材側か
ら接合部に接合用のエネルギーを与えてこれら三者を接
合する。

【００１６】軟質の接合用金属部材としては、たとえば
アルミニウム、金、はんだなどを採用することができ
る。また、あらかじめアモルファス金属部材に被着した
金属薄膜をこの軟質の接合用金属部材としてもよい。こ
の被着はたとえばめっき、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法で行うこ
ともできる。ただし、このような成膜法では厚い膜を得
るには長時間を要するので、この金属薄膜を用いる場合
には更に、接合用のエネルギーをアモルファス金属部材
に与えるヘッドとこの接合用金属部材としての金属薄膜
との間に更に、第二の接合用金属部材を介在させること
が好ましい。

【００１７】このようにすれば、この接合用のエネルギ
ーを与えるためのヘッドが硬く脆いアモルファス金属部
材に直接、衝接することがなく、この接合用の物理力は
より軟質の接合用金属部材を通じてアモルファス金属部
に伝達され、接合用金属部材の緩衝作用により、アモル
ファス金属部材が超音波振動エネルギー入力中に曲がっ
たり、折れたりすることがない。

【００１８】すなわち、本発明は、硬くもろいアモルフ
ァス金属部材と硬い接合用のヘッドとを接触させる場
合、両者の衝接によりアモルファス金属部材が変形した
り、折れたりする問題を、両者間により軟質の接合用金
属部材を介在させることにより解消できる点を見いだし
たものである。

【００１９】また、このような軟質の接合用金属部材を
ヘッドとアモルファス金属部材との間に介在させると、
アモルファス金属部材を直接ヘッドに接触させる場合に
比較して、アモルファス金属部材と接合用金属部材との
接触面積の増大が容易であるので、接合エネルギーのア
モルファス金属部材への伝達をより良好化できる効果も
奏する。

【００２０】更に、従来のように溶融はんだによる接合
に比較して、はんだ固化時のはんだの体積変化が小さく
ので、その影響によりアモルファス金属部材に応力が生
じるのを抑止することもできる。なお、磁気センサ用の
アモルファス金属部材は内部応力に極めて敏感であり、
その磁気特性は顕著に変化する。

【００２１】請求項２記載の構成によれば請求項１記載
のアモルファス金属接合体の製造方法において更に、接
合は接合用金属部材側から接合部に超音波エネルギーを
与えて行われる。

【００２２】このようにすれば、アモルファス金属部材
と金属相手材との接合界面、及び接合用金属部材とアモ
ルファス金属部材との接合界面が超音波振動に基づく摩
擦運動により、表面の不働体膜の分離による清浄金属面
の露出や摩擦熱による加熱により、接合される。熱の発
生は上記接合界面に限定されるので、超音波を与える時
間を調節することにより減らすことができ、アモルファ
ス金属部材に与える熱的影響を減らすことができる。

【００２３】また、接合後に摩擦熱により温度上昇した
接合部の熱は、金属相手材だけでなく接合用金属部材側
へも伝熱するので、アモルファス金属部材の温度低下を
図って、アモルファス金属部材の結晶化を防止すること
ができる。アモルファス金属部材が加熱されると、特に
磁気センサ用のアモルファス金属部材ではその磁気特性
が顕著に変化するので好ましくない。

【００２４】更に、超音波ボンダなどの超音波接合機に
設けられた超音波振動子のヘッドが直接硬く脆いアモル
ファス金属部材に衝接することがなく、超音波振動エネ
ルギーはより軟質の接合用金属部材を通じてアモルファ
ス金属部に伝達され、接合用金属部材の緩衝作用によ
り、アモルファス金属部材が超音波振動エネルギー入力
中に曲がったり、折れたりすることがない。また、硬い
アモルファス金属部材と硬い超音波ヘッドとの間で無駄
な発熱が生じてアモルファス金属部材が加熱され、温度
上昇することがない。

【００２５】請求項３記載の構成によれば請求項１記載
のアモルファス金属接合体の製造方法において更に、接
合用金属部材は少なくとも超音波振動子のヘッドとアモ
ルファス金属部材との間の部位にて３０μｍ以上の厚さ
とされる。これ未満の厚さでは、上述の衝撃吸収が不十
分となり、更に、アモルファス金属部材がたとえばワイ
ヤ形状の場合などにおいて接合用金属部材がその外周面
に沿って変形しなければならないので、接合用金属部材
が局部的に薄くなったり、外力が加えられた場合の接合
用金属部材内の応力が局部的に集中したりして、接合強
度が低下するおそれを生じさせてしまう。

【００２６】請求項４記載の構成によれば請求項２記載
のアモルファス金属接合体の製造方法において更に、ア
モルファス金属部材はアモルファスワイヤからなる。ア
モルファスワイヤは略円形の断面形状をもつため、とり
わけ超音波振動子のヘッドとの間の接触面積が小さいた
め、このヘッドとアモルファスワイヤとの小さな接触領
域に超音波振動エネルギーの局部集中が生じやすく、更
にアモルファスワイヤと金属相手材との接触面積も同じ
く小さくなって接合強度が不十分となり、超音波振動エ
ネルギーの局部集中が生じやすく、アモルファスワイヤ
の曲がり、折れ、クラックの発生が生じやすい。本方法
によれば、塑性変形しやすい接合用金属部材を通じてア
モルファスワイヤの広い表面に超音波振動エネルギーを
伝達するので、アモルファスワイヤに局部応力集中が生
じにくく、これらの問題を改善できる。

【００２７】請求項５記載の構成によれば請求項４記載
のアモルファス金属接合体の製造方法において更に、接
合用金属部材がアモルファスワイヤ近傍の金属相手材と
も接合するので、アモルファスワイヤと金属相手材との
接合面積が接合用金属部材とアモルファスワイヤとの間
の接合、及び、接合用金属部材と金属相手材との接合を
介して増加するため、アモルファスワイヤと金属相手材
との間の接合強度が接合用金属部材を用いない場合に比
較して格段に向上し、アモルファスワイヤと金属相手材
との間の接合の耐衝撃性も向上する。また、接合用金属
部材がアモルファスワイヤと金属相手材との間の新たな
電流経路となるので、これら両部材間の電気抵抗値を低
減することができ、アモルファスワイヤに通電する磁気
センサであるＭＩセンサの雑音を減らすことができる。

【００２８】請求項６記載の構成によれば請求項５記載
のアモルファス金属接合体の製造方法において更に、ア
モルファスワイヤの両側に配置した接合用金属部材の両
端部を金属相手材にそれぞれ接合するので、アモルファ
スワイヤと金属相手材との接合面積が接合用金属部材と
アモルファスワイヤとの間の接合、及び、接合用金属部
材と金属相手材との接合を介して増加するため、アモル
ファスワイヤと金属相手材との間の接合強度が接合用金
属部材を用いない場合に比較して格段に向上し、更にア
モルファス金属部材と金属相手材との接合の耐衝撃性を
更に向上することができる。

【００２９】請求項７記載の構成によれば請求項６記載
のアモルファス金属接合体の製造方法において更に、接
合用金属部材はアモルファスワイヤと金属相手材との接
合部の側端縁を被覆するので、アモルファスワイヤがそ
の全周にわたって被覆されているため最高の接合強度を
得ることができ、更にこの接合部の耐酸化性などの耐環
境性を向上することができる。

【００３０】請求項８記載の構成によれば請求項４記載
のアモルファス金属接合体の製造方法において更に、金
属相手材とアモルファスワイヤとの間に、金属相手材よ
りもアモルファスワイヤとの接合性に優れる第二の接合
用金属部材を介設するので、一層の接合強度向上を図る
ことができる。なお、この第二の接合用金属部材として
は、ヘッド側の上記接合用金属部材と同じく、金、アル
ミニウム、はんだなどを採用することができる。

【００３１】この第二の接合用金属部材は、アモルファ
スワイヤ及び金属相手材と別体に作成してこれら両材間
に挟むことができるが、その他、第二の接合用金属部材
を、アモルファスワイヤ又は金属相手材の表面にメッ
キ、ＣＶＤ、ＰＶＤなどの成膜法で成膜してもよい。

【００３２】特に、第二の接合用金属部材をアモルファ
スワイヤにその全周にわたって成膜する場合には、この
第二の接合用金属部材はヘッドとアモルファスワイヤと
の間の上記接合用金属部材の一部又は全部を兼ねること
ができる。

【００３３】また、この第二の接合用金属部材は複数の
膜を重ねて構成することができ、この場合には最も外層
は耐酸化性、耐食性に優れることが好ましい。また、第
二の接合用金属部材を複数の膜を重ねて構成する場合、
アモルファスワイヤ側の膜はアモルファスワイヤと接合
性に優れる膜とし、金属相手材側の膜は金属相手材と接
合性に優れる膜とすることができる。

【００３４】請求項９記載の構成によれば請求項１乃至
８のいずれか記載のアモルファス金属接合体の製造方法
において更に、接合用金属部材としてアルミニウム又は
アルミニウムを主成分とする合金を採用する。

【００３５】本発明者らは、アモルファス金属部材、特
にＦｅＳｉＢやＦｅＣｏＳｉＢアモルファスワイヤに対
して上記接合用金属部材としてアルミニウム又はアルミ
ニウムを主成分とする合金を採用すると、接合用金属部
材として他の金属を採用する場合に比較して、アモルフ
ァス金属部材のアモルファス性の劣化を抑止しつつ格段
に接合強度及び導電性に優れた接合が得られることを見
いだした。

【００３６】従来、この種のアモルファス金属部材の接
合の良い方法はなく、はんだ付けははんだの濡れが悪い
ため接合性が悪く、抵抗溶接はアモルファス金属部材の
温度上昇が大きくそのアモルファス状態が悪化し、アル
ミニウム又はアルミニウムを主成分とする合金よりも融
点が低い材料であるはんだでははんだが溶けて超音波接
合が容易でなかった。また、金や銀などの軟質金属はア
ルミニウムよりも接合強度が低かった。本発明者らは、
アルミニウムは超音波振動エネルギーによる接触の摩擦
運動によりその表面酸化膜がやぶれてアルミニウム面が
露出すると、同じくこの摩擦により表面の不働体膜が破
れて露出したアモルファス金属部材の表面と接触してそ
れらの間に残る酸素と化合し、アモルファス金属部材の
表面の再酸化をも防いで、アモルファス金属部材の清浄
な表面と、アルミニウムである接合用金属部材の清浄な
表面とが良好に超音波接合できるためであると、推定し
ている。すなわち、摩擦により表面酸化膜や不働膜が破
壊されて、アモルファス金属部材及び接合用金属部材の
清浄面が周辺に残留する酸素などと接触使用とするので
あるが、酸素はアモルファス金属ではなく、より酸化さ
れやすいアルミニウムの方により結合するためにアモル
ファス金属部材の表面の清浄度を保つことができるもの
である。そして、アルミニウムの方は柔らかいので、表
面の酸化物は容易に表面から内部などに分散してしま
い、アルミニウムの接触面の接合性は良好に保たれる。

【００３７】なお、接合用金属部材としてアルミニウム
を用いた場合でも、この接合用金属部材とアモルファス
金属部材との間の接触面で摩擦が生じ、アルミニウムが
加熱されるが、アルミニウムの融点ははんだより高いの
で、たとえ摩擦熱でこれら接触面近傍が高温なって僅か
にその溶融現象が生じたとしても、接合用金属部材全体
が溶融することはなく、接合用金属部材は塑性変形する
ものの固体形状を維持して、超音波ヘッドからの超音波
振動エネルギーを上記両接触面に伝達することができ
る。また、変形性に富むので、塑性変形して金属相手材
に接触し、金属相手材に超音波接合することができる。

【００３８】請求項１０記載のアモルファス金属接合体
によれば請求項２記載のアモルファス金属接合体におい
て更に、アモルファス金属部材を接合前にエッチングし
て清浄化するので、その表面の汚れや酸化巻くなどを除
去することができ、その後、アモルファスワイヤが再酸
化したとしてもこの再酸化膜をその後の接合の支障とな
らない程度に薄くかつ一定膜厚範囲に確実にコントロー
ルできるという効果を奏する。

【００３９】請求項１１記載のアモルファス金属接合体
によれば、接合用金属部材としてアルミニウム又はアル
ミニウムを主成分とする合金を用い、この接合用金属部
材がアモルファスワイヤ近傍の金属相手材とも接合する
ので、請求項８記載と同じ効果を奏することができる。

【００４０】また、アモルファスワイヤと金属相手材と
の間の接合の耐衝撃性を一層向上することができる。ま
た、接合用金属部材がアモルファスワイヤと金属相手材
との間の新たな電流経路となるので、これら両部材間の
電気抵抗値を低減することができ、アモルファスワイヤ
に通電する磁気センサであるＭＩセンサの雑音を減らす
ことができる。

【００４１】請求項１２記載の構成によれば請求項１１
記載のアモルファス金属接合体において更に、接合用金
属部材は、アモルファスワイヤの両側にて金属相手材に
それぞれ接合されているので、アモルファス金属部材と
金属相手材との接合の耐衝撃性を更に向上することがで
きる。

【００４２】請求項１３記載の構成によれば請求項１１
記載のアモルファス金属接合体において更に、アモルフ
ァスワイヤは、接合用金属部材及び金属相手材との接合
部位にアモルファスワイヤよりも接合用金属部材及び金
属相手材に対して優れた接合性をもつ膜を有するので、
接合強度を更に向上することができる。この膜として
は、たとえばアルミニウムや金やはんだなどが好適であ
る。

【００４３】この膜は、めっき、ＣＶＤ、ＰＶＤにより
アモルファスワイヤ表面に形成することができる。これ
らの方法によれば、アモルファスワイヤの表面に良好な
接合性を有する金属を被着できるが、これらの方法で
は、膜厚を稼ぐことが困難である。しかし、これらの膜
はアルミニウム又はアルミニウムを主成分とする合金か
らなる接合用金属部材に超音波接合にアモルファスワイ
ヤより更に良好に接合されることができる。

【００４４】請求項１４記載の構成によれば請求項１１
記載のアモルファス金属接合体において更に、アモルフ
ァスワイヤは、磁気インピーダンスセンサ（以下、ＭＩ
センサという）の感磁部に用いられる。ＭＩセンサの感
磁部として用いられるアモルファスワイヤでは、低抵抗
のアモルファスワイヤに電流を通電する必要があるた
め、アモルファスワイヤと電流源とを接続する配線イン
ピーダンスをできるかぎり低減することが損失低減及び
雑音低減の点で必要となる。

【００４５】本構成では、接合用金属部材がこのアモル
ファスワイヤへの新たな通電路を構成するため、アモル
ファスワイヤの電気抵抗値と直列に接続される磁気検出
に無効な配線抵抗値を低減し、またそれに基づくノイズ
を低減することができる。

【００４６】

【発明の実施の態様】（超音波接合によるアモルファス
金属接合体の形成）本発明者達は、アモルファス金属の
接合方法を改善するため種々検討した結果、アモルファ
ス金属と相手材との接合部分に接合用金属を介在させつ
つ超音波振動を付与することで接合方法が改善されるこ
とを確認し、本発明のアモルファス金属の接合方法を完
成したものである。

【００４７】すなわち、本発明のアモルファス合金の接
合方法は、少なくとも一方がアモルファス金属である金
属どうしの接合方法であって、両者の接合部分に接合用
金属を介在させた状態で超音波振動を付与する超音波接
合によって接合することを特徴とする。

【００４８】本発明の接合方法では、アモルファス金属
をより確実に接合することができる。これは超音波振動
によりアモルファス金属の表面が活性化され、アモルフ
ァス金属の表面に接合用金属が濡れるためであると考え
られる。

【００４９】本発明のアモルファス金属の接合方法は、
少なくとも一方がアモルファス金属である金属どうしの
接合方法であって、両者の接合部分に接合用金属を介在
させた状態で超音波振動を付与する超音波接合によって
接合する。

【００５０】アモルファス金属とは、その組成元素が非
結晶の状態でガラス状に分散している金属をいう。アモ
ルファス金属は、磁気特性、耐食性、耐摩耗性の点で優
れた特徴を備えている。アモルファス金属として、具体
的にＦｅＳｉＢやＦｅＣｏＳｉＢ等を挙げることができ
る。ここで使用されるアモルファス金属としては、板
状、線状等の形状に限られないが、アモルファスワイヤ
のような直径が１００μｍ以下のアモルファス細線が好
ましい。

【００５１】接合用金属は、接合材であるアモルファス
金属と相手材とを繋げるための金属である。この接合用
金属としては好ましくは還元性材料を用いることができ
る。この還元性材料として、例えば、アルミニウムやア
ルミニウム合金、亜鉛等を挙げることができる。

【００５２】このアモルファス金属と接合する相手材
は、アモルファス金属でも他の種類の金属でもよい。こ
の相手材には、表面に接合用金属と同じ還元性材料が被
膜されていることが好ましい。この被膜方法としては、
メッキや蒸着（ＣＶＤ、ＰＶＤ）、溶射等が挙げられ
る。

【００５３】この接合用金属を介在させた状態とは、接
合用金属が接合部分と接触している状態をいう。例え
ば、アモルファス金属と相手材との間に挟んだ状態や、
相手材の上にアモルファス金属を重ねその上から被せた
状態等を挙げることができる。

【００５４】超音波振動は、超音波接合機等から送られ
る超音波によって接合用金属とアモルファス金属及び接
合用金属と相手金属とを相対的に摺動させ、接合部分を
接合させる。超音波振動は従来より使用されている接合
用の超音波振動装置を用いることができる。

【００５５】ここで好ましい接合方法としては、接合用
金属の形状は特にこだわらないが、相手材の上にアモル
ファスワイヤを配置し、アモルファスワイヤの上に接合
用金属を配置し、接合用金属の上から超音波振動を付与
する超音波接合によて接合する方法である。

【００５６】本発明のアモルファス金属の接合方法で
は、例えば、図１に示した超音波接合機によって、アモ
ルファス金属が接合する部分に超音波振動を付与する。
この超音波振動によって接合部分に摩擦熱が生じ、この
摩擦熱により、アモルファス金属と相手材とが接合す
る。この摩擦熱の発生は、摩擦面近傍の局所に限られ
る。なお、接合のメカニズムは不明であるが、振動によ
る相対摩擦で、アモルファス金属の表面にある不働態被
膜が破壊除去されて表面が活性化されアモルファス金属
の表面に接合用金属が濡れやすくなると考えられる。

【００５７】また、アモルファスワイヤのような非常に
細いアモルファス細線に、直接、超音波振動を付与する
と、細線が折れたり曲がったりする。そこでアモルファ
ス細線の上に接合用金属を配置し、接合用金属の上から
超音波振動を付与することによって、接合用金属が緩衝
剤の役割になり、細線が折れたり曲がったりすることか
ら護られることも考えられる。

【００５８】さらに、アモルファス金属は相手材と接合
し、相手材は接合用金属と接合し、接合用金属はアモル
ファス金属と接合しているので、アモルファス金属の接
合面積が大きくなり、アモルファス金属をより確実に接
合することができるものと考えている。

【００５９】また、アモルファス金属は相手材と接合
し、相手材は接合用金属と接合し、接合用金属はアモル
ファス金属を全周に渡って接合されている場合は、アモ
ルファス金属の接合面積がさらに大きくなる。そして相
手材と接合用金属が同一材の場合、接合強度が向上す
る。

【００６０】本発明に用いた接合用金属は、超音波振動
によって発生する摩擦熱の余剰な熱を吸収するといった
ヒートシンクのような役目を有すると考えられる。つま
り、接合用金属にアルミニウムのような熱伝導率の高い
金属を用いることによって、摩擦熱が吸収され、アモル
ファス金属にほとんど熱を与えない。

【００６１】また、アルミニウムは非常に還元作用の強
い金属であるため、超音波振動によってアモルファス金
属の表面の不働態被膜を除去したときに、この不働態被
膜が再び形成されることを阻止する働きをもつと考えら
れる。たとえば、ＭＩセンサに用いるＦｅＣｏＳｉＢな
どのアモルファスワイヤにおいては、接合用金属部材に
Ａｌ及びＡｌ金属を用いて接合すると、金、銀、銅など
の各種金属に比較して前述した各種耐久試験のすべてに
おいて最良の結果が得られた。

【００６２】さらに、本発明の接合方法は、電子回路基
板の配線上のような細かな部分にも接合することができ
る。

【００６３】

【実施例１】以下、本発明のアモルファス金属の接合方
法の実施例を示す。

【００６４】本実施例では、図１に示す超音波接合機５
を用いて図２に示すように接合した。

【００６５】図１において、６は試験片、１２はボンデ
ィングツール、２０は発振器、３０はコーン、４０は超
音波振動子、５０はアンビルである。

【００６６】先ず、アモルファス金属として、ＦｅＣｏ
ＳｉＢの組成をもち、直径が３０μｍのアモルファスワ
イヤ６０を使用した。相手材７０としては、一辺が５０
mmで厚さが０．５mmの正方形のエポキシ基板７８上に、
厚さ０．０３mmの銅箔７６が貼り付けられ、その上に厚
さ３μｍの無電解Ｎｉメッキ７４が施され、この無電解
Ｎｉメッキの表面に厚さ３μｍのアルミニウム７２を蒸
着したものを用いた。なお、銅箔７６の上に無電解Ｎｉ
メッキを施し、その表面にアルミニウム７２を蒸着した
相手部材７９はエポキシ基板７８上に複数設けてある。

【００６７】アモルファスワイヤ６０を、図３に示した
ように、ワイヤ６０を脱脂洗浄し、その後、ワイヤ６０
を水洗いして乾燥した。

【００６８】次に、このアモルファスワイヤ６０を相手
材７０の上に配置し、アモルファスワイヤの上を接合用
金属である直径３００μｍのアルミニウムワイヤ６５を
重ねた。

【００６９】さらにその上に、ボンディングツール１２
から送られる超音波振動を与えることで、相手材７０と
アモルファスワイヤ６５とを接合した。なお、ボンディ
ングツール１２の出力は、４Ｗ、振動時間は、０．７
秒、振動周波数は、６０ＫＨｚ、荷重は２００gであ
る。

【００７０】このようにして、アモルファスワイヤ６５
と相手材７０とが接合するのに必要な量のアルミニウム
ワイヤ６５を接合したのち、余分なアルミニウムワイヤ
６５を切断した。

【００７１】なお、超音波振動の条件は、出力は１〜１
０Ｗ、振動時間は０．１〜１．５秒、振動周波数は、６
０ＫＨｚ、荷重は０．１〜２．０ｋgの範囲で実施でき
た。但し、本発明は、上記条件にしばられるものではな
い。

【００７２】（評価）以上のような接合方法に従って図
４の試験片６を作製した。

【００７３】この場合、試験片６は、中心に直径１０mm
の開口部７１を有し、一辺が３０mmの正方形の相手材７
０を用意した。そして、この開口部７１を横断するよう
に、相手材７０の上に２０mmの長さのアモルファスワイ
ヤ６０を設置して、このワイヤ６０の両端と相手材７０
とを上記実施例の接合方法で接合した。この試験片は５
つ作製した。

【００７４】（比較例）接合用金属であるアルミニウム
ワイヤ６５を用いないで、そのままアモルファスワイヤ
６５と相手材７０とを実施例と同じボンディングツール
１２を用い、同じ条件で接合した。これら以外は実施例
と同様である。この比較例の試験片も、実施例と同様に
５つ作製した。

【００７５】（引張試験）上述した実施例と比較例との
合計１０個の試験片を用いて接合程度を調べた。この方
法は、各試験片に接合されたアモルファスワイヤ６０の
中心をＪ型形状の金具で引っかけて垂直方向に引っ張
り、アモルファスワイヤ６０が切れるまで、または、ア
モルファスワイヤ６０と相手材７０との接合部８０が剥
がれるまでの荷重を測定した。このときの荷重を表１に
示す。

【００７６】

【表１】

【００７７】表１より明らかなように、実施例で得られ
た試験片は、すべてワイヤの中心で破断し、荷重の最高
値は実施例２の２４２ｇ、最低値は実施例４の２２０
ｇ、平均値は２３２．６ｇであった。

【００７８】これに対し、アルミニウムワイヤ６０を用
いないで接合した比較例の試験片の場合、比較例１、
３、４では、アモルファスワイヤ６０が接合時に折れて
しまった。また比較例２と５とでは、アモルファスワイ
ヤ６０と相手材７０とを接合できても、引張試験を行っ
た後、接合部分が剥がれてしまった。このときの引張荷
重は、比較例２では５８ｇ、比較例５では５４ｇであっ
た。実施例の荷重の平均値は比較例のものより、著しく
高い。従って実施例は、良好な接合であることが判る。

【００７９】参考までに、実施例のアモルファスワイヤ
の接合部分の断面写真を図５に示す。図５より明らかな
ように、アモルファスワイヤの周囲全体に接合用金属で
あるアルミニウムワイヤが一体になって存在し、両者が
よく馴染んで濡れていることが判る。

【００８０】（変形例）以下に、この実施例の変形例に
ついて説明する。

【００８１】アモルファスワイヤ６０は、接合前にＦｅ
Ｃｌ２をエッチング液としてエッチングし、そのこのエ
ッチング液を水洗して乾燥した。エッチング液の比重は
ボーメー度で４８Ｂｅ、液温は２０℃、浸漬時間は１分
とした。

【００８２】これによりアモルファスワイヤ表面の酸化
膜や汚れを良好に除去でき、接合強度を更に向上するこ
とができた。

【００８３】なお、エッチング後、脱酸した洗浄水で水
洗後、非酸素雰囲気で乾燥し、接合直前まで保存するこ
とにより、更に良好な接合強度を得ることができ、接合
を非酸化雰囲気中で行えば更に好適である。

【００８４】

【実施例２】以下、本発明のアモルファス金属接合体の
他の実施例を図６、図７を参照して説明する。

【００８５】１ｂはＭＩセンサの回路部が集積されたシ
リコンＩＣチップであり、１１ｂはその一導電性のシリ
コン基板、１２ｂはシリコン基板１１ｂの表面に形成さ
れたパッシベーション用の複合絶縁膜である。

【００８６】複合絶縁膜１２ｂ上の所定領域には、アル
ミニウムを素材とするランド（コンタクト領域）２ｂが
既知のホトリソグラフィ工程で形成され、ランド２ｂは
図示しない位置にて複合絶縁膜１２ｂに形成された開口
を通じて、シリコン基板１１ｂ上の所定の逆導電性の領
域にコンタクトされ、シリコン基板１１ｂに集積された
図示しない回路部と接続されている。

【００８７】３ｂはアモルファスワイヤであり、このア
モルファスワイヤ３ｂの軸方向両端部（図７参照）は、
アルミからなるボール（本発明でいう接合用金属部材）
４ｂでランド２ｂに接合されている。ボール４ｂは球形
でなくてもよく、板状、半球状など形状は自由である。

【００８８】接合工程を説明すると、ＩＣチップ１ｂ上
に形成された一対のランド２上にアモルファスワイヤ３
ｂの両端部を個別に配置し、その上にボール４ｂを搭載
し、その上から超音波ヘッド５ｂを押しつけて、ランド
２ｂ、アモルファスワイヤ３ｂ及びボール４ｂの三者を
強く超音波接合する。

【００８９】この時、ボール４ｂは変形して、アモルフ
ァスワイヤ３ｂに接合されるとともに、アモルファスワ
イヤ３ｂの両側でランド２ｂに接合される。これによ
り、アモルファスワイヤ３ｂとランド２ｂとの接合部６
ｂは変形したボール４ｂにより良好に囲覆、保護され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１で使用した超音波接合機を示す図で
ある。

【図２】 実施例１のアモルファスワイヤの接合を示す
図である。

【図３】 実施例１でアモルファスワイヤの表面を脱脂
洗浄する装置の図である。

【図４】 実施例１で使用した引張試験の図である。

【図５】 実施例１のアモルファスワイヤの接合部分の
断面の顕微鏡写真図である。

【図６】 実施例２のＭＩセンサ用アモルファス金属接
合体の部分断面図である。

【図７】 実施例２のＭＩセンサ用アモルファス金属接
合体の部分側面図である。

【図８】 従来のアモルファスワイヤのはんだ接合を示
す斜視図である。

【図９】 従来のアモルファスワイヤのはんだ接合の接
合状態を示す断面図である。

【符号の説明】

（実施例１） ５：超音波接合機 ６：試験片 １２：ボンディングツール ２０：発振器 ３０：コーン ４０：超音波振動子 ５０：アンビル ６０：アモルファスワイヤ ６５：アルミニウムワイヤ ７０：相手材 ７１：開口部 ７２：アルミニウムメッキ ７４：無電解Ｎｉメッキ ７６：銅箔 ７８：エポキシ基板 ７９：相手部材 ８０：接合部 （実施例２） １ｂ：シリコンＩＣチップ ２ｂ：ランド（金属相手材） ３ｂ：アモルファスワイヤ（アモルファス金属部材） ４ｂ：ボール（接合用金属部材） ５ｂ：超音波ヘッド １１ｂ：シリコン基板 １２ｂ：複合絶縁膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ２３Ｋ 103:08 (72)発明者 本蔵 義信 愛知県東海市荒尾町ワノ割１番地 愛知製 鋼株式会社内 (72)発明者 毛利 佳年雄 愛知県名古屋市天白区天白町島田黒石3911 番地の３ Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AD51 AD65 5E041 AA11 AA19 BD03 CA01 CA10 HB00 5E085 BB01 BB08 BB17 BB30 CC01 CC09 DD04 EE23 EE36 HH11 HH22 JJ01 JJ06 JJ36

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アモルファス金属部材と金属相手材とを
   接合するアモルファス金属接合体の製造方法において、 前記アモルファス金属部材よりも軟質の接合用金属部材
   と前記金属相手材とで前記アモルファス金属部材を挟ん
   だ状態で前記接合用金属部材側から接合部へ接合エネル
   ギーを与えて前記三者を接合することによりアモルファ
   ス金属接合体を形成することを特徴とするアモルファス
   金属接合体の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のアモルファス金属接合体
   の製造方法において、 前記アモルファス金属部材よりも軟質の接合用金属部材
   と前記金属相手材とで前記アモルファス金属部材を挟ん
   だ状態で前記接合用金属部材側から接合部に超音波エネ
   ルギーを与えて前記三者を接合してアモルファス金属接
   合体を形成することを特徴とするアモルファス金属接合
   体の製造方法。
3. 【請求項３】 前記接合用金属部材は、３０μｍ以上の
   厚さを有することを特徴とする請求項１記載のアモルフ
   ァス金属接合体の製造方法。
4. 【請求項４】 前記アモルファス金属部材は、アモルフ
   ァスワイヤからなることを特徴とする請求項３記載のア
   モルファス金属接合体の製造方法。
5. 【請求項５】 前記接合用金属部材を、前記アモルファ
   スワイヤとともに更に、前記アモルファスワイヤ近傍の
   前記金属相手材とも接合させることを特徴とする請求項
   ４記載のアモルファス金属接合体の製造方法。
6. 【請求項６】 前記アモルファスワイヤの両側に配置し
   た前記接合用金属部材の両端部を前記金属相手材にそれ
   ぞれ接合することを特徴とする請求項５記載のアモルフ
   ァス金属接合体の製造方法。
7. 【請求項７】 前記超音波エネルギーにより前記接合用
   金属部材を変形させて前記アモルファスワイヤと前記金
   属相手材との接合部の側端縁を被覆させることを特徴と
   する請求項６記載のアモルファス金属接合体の製造方
   法。
8. 【請求項８】 前記金属相手材と前記前記アモルファス
   ワイヤとの接合性と同等以上の接合性を前記アモルファ
   スワイヤに対して有する第二の接合用金属部材を、前記
   アモルファスワイヤと前記金属相手材との間に介在させ
   た状態で前記接合を実施することを特徴とする請求項４
   記載のアモルファス金属接合体の製造方法。
9. 【請求項９】 前記接合用金属部材は、アルミニウム又
   はアルミニウムを主成分とする合金からなる請求項１乃
   至８のいずれか記載のアモルファス金属接合体の製造方
   法。
10. 【請求項１０】 前記アモルファス金属部材をエッチン
    グするエッチング液に前記アモルファス金属部材を浸漬
    し、その後、前記エッチング液を洗浄して前記アモルフ
    ァス金属部材の表面をエッチング処理してから前記アモ
    ルファス金属部材の前記接合を実施することを特徴とす
    る請求項２記載のアモルファス金属接合体の製造方法。
11. 【請求項１１】 アモルファスワイヤ、前記アモルファ
    スワイヤと接合する接合面をもつ金属相手材、及び、前
    記アモルファスワイヤを挟んで前記接合面と反対側にて
    前記アモルファスワイヤと接合する接合用金属部材を備
    え、 前記接合用金属部材は、アルミニウム又はアルミニウム
    を主成分とする合金からなり、前記接合面近傍にて前記
    金属相手材と接合することを特徴とするアモルファス金
    属接合体。
12. 【請求項１２】 前記接合用金属部材は、前記アモルフ
    ァスワイヤをなすアモルファスワイヤの両側にて前記金
    属相手材にそれぞれ接合されていることを特徴とする請
    求項１１記載のアモルファス金属接合体。
13. 【請求項１３】前記アモルファスワイヤは、前記接合用
    金属部材及び前記金属相手材に接合する部位に前記アモ
    ルファスワイヤよりも前記接合用金属部材及び前記金属
    相手材に対して優れた接合性をもつ膜を表面に有するこ
    とを特徴とする請求項１１記載のアモルファス金属接合
    体。
14. 【請求項１４】前記アモルファスワイヤは、磁気インピ
    ーダンスセンサ（以下、ＭＩセンサという）のセンサ部
    に用いられることを特徴とする請求項１１記載のアモル
    ファス金属接合体。