JP2008169889A - Joint structure, and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、接合構造体に関するものである。更に詳しくは、本発明は、第1部材と、第2部材と、この第1部材と第2部材との間に介在した中間部材とからなり、これらの各部材が接合された接合構造体およびその製造法に関するものである。 The present invention relates to a joined structure. More specifically, the present invention is composed of a first member, a second member, and an intermediate member interposed between the first member and the second member, and a joined structure in which these members are joined, and It relates to the manufacturing method.
複数の部材が接合された接合構造体においては、各部材の材質や形状に基づく物理的性質の相違や、接合界面における熱膨張係数の差による残留応力、それに伴う反りや変形、剥離などの種々の課題を起こし、十分な接合強度ならびに信頼性を得ることが困難であった。 In a joined structure in which multiple members are joined, there are various physical properties such as differences in physical properties based on the material and shape of each member, residual stress due to differences in thermal expansion coefficients at the joining interface, warping, deformation, peeling, etc. It was difficult to obtain sufficient joint strength and reliability.
板ガラスの接合構造は、特開平2002−266819号公報(特許文献1)に記載されている。しかし、この技術は、主として、ボルト等の締め付け手段の締め付け力のバラツキによって接着剤の接着強度にバラツキが生じるのを防止する技術に関するものであっって、熱膨張係数の差による残留応力、それに伴う反りや変形、応力の発生防止に関しては詳述されていない。 The joining structure of plate glass is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-266819 (Patent Document 1). However, this technique mainly relates to a technique for preventing variation in the adhesive strength of the adhesive due to variations in the tightening force of bolts and the like, including residual stress due to a difference in thermal expansion coefficient, It does not describe in detail the warpage, deformation, and prevention of stress generation.
また、特開平10−29256号公報(特許文献2)には、複合材料およびその製造方法が開示されている。しかし、この文献には、複合材料の表面に垂直方向の引張応力に抗力を示す構造が示されるものの、複合材料の水平方向の応力ならびにその緩和構造については具体的に示されていない。また、複合材料の孔部には異種材料が充填されていることから、この孔は応力の緩和には直接的には寄与しないものと思われる。
上記の通りに、複数の部材が接合された接合構造体においては、十分な接合強度ならびに信頼性を得ることが困難であった。特に、異種材料からなる接合構造体や大型の接合構造体では、応力の増大や部分的集中によって、反りや剥離などが生じやすい傾向がある。 As described above, in a bonded structure in which a plurality of members are bonded, it is difficult to obtain sufficient bonding strength and reliability. In particular, a bonded structure made of a different material or a large bonded structure tends to be warped or peeled off due to an increase in stress or partial concentration.
このことから、各部材の接合強度が高く、かつ応力の発生ないし部分的集中が抑制された接合構造体が求められている。 For this reason, there is a demand for a bonded structure in which the bonding strength of each member is high and the occurrence of stress or partial concentration is suppressed.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。 The present invention has been made to solve the above problems.
したがって、本発明による接合構造体は、第1部材と、第2部材と、この第1部材と第2部材との間に介在した中間部材とからなり、これらの各部材が接合材によって接合された接合構造体であって、前記中間部材が空間を形成する複数の孔もしくは溝を有することを特徴とするもの、である。 Therefore, the joining structure according to the present invention includes the first member, the second member, and the intermediate member interposed between the first member and the second member, and these members are joined by the joining material. The intermediate structure is characterized in that the intermediate member has a plurality of holes or grooves forming a space.
このような本発明による接合構造体は、好ましい態様として、前記第1部材および(または)前記第2部材が、金属材料、セラミックス材料若しくはガラス材料からなるもの、を包含する。 Such a bonded structure according to the present invention includes, as a preferred embodiment, one in which the first member and / or the second member are made of a metal material, a ceramic material, or a glass material.
このような本発明による接合構造体は、好ましい態様として、前記中間部材が、金属材料、セラミックス材料またはガラス材料からなるもの、を包含する。 Such a bonded structure according to the present invention includes, as a preferred embodiment, one in which the intermediate member is made of a metal material, a ceramic material, or a glass material.
このような本発明による接合構造体は、好ましい態様として、前記中間部材が、前記空間を形成し得る複数の部材から構成されたもの、を包含する。 Such a bonded structure according to the present invention includes, as a preferred embodiment, one in which the intermediate member is composed of a plurality of members that can form the space.
このような本発明による接合構造体は、好ましい態様として、前記中間部材が、前記第1部材または前記第2部材との接合界面の垂直方向に貫通孔を有するもの、を包含する。 Such a bonded structure according to the present invention includes, as a preferred mode, one in which the intermediate member has a through hole in a direction perpendicular to the bonding interface with the first member or the second member.
このような本発明による接合構造体は、好ましい態様として、前記貫通孔が、前記中間部材の前記第1部材または前記第2部材との接合界面の垂直方向の直線状断面において、前記中間部材の連続性を分断するように配置されたもの、を包含する。 In such a bonded structure according to the present invention, as a preferred embodiment, the through hole is formed in the linear member in the vertical direction of the bonding interface with the first member or the second member of the intermediate member. Including those arranged to break continuity.
このような本発明による接合構造体は、好ましい態様として、前記中間部材が、鉄系、銅系、Ni系またはCo系金属材料、あるいはNi、Co被膜を形成した鉄系金属材料からなるもの、を包含する。 In such a bonded structure according to the present invention, as a preferred embodiment, the intermediate member is made of an iron-based, copper-based, Ni-based or Co-based metal material, or an iron-based metal material on which a Ni or Co film is formed, Is included.
このような本発明による接合構造体は、好ましい態様として、前記接合材が、Cu、Ni、Zn、Ag、In、Biから選ばれた少なくとも1種を含有するSn系低融点金属材料からなるもの、を包含する。 In such a bonded structure according to the present invention, as a preferred embodiment, the bonding material is made of an Sn-based low melting point metal material containing at least one selected from Cu, Ni, Zn, Ag, In, and Bi. .
このような本発明による接合構造体は、好ましい態様として、前記接合材が、Co、Ti、Ta、Pdから選ばれた少なくとも1種をさらに含有するSn系低融点金属材料からなるもの、を包含する。 Such a bonded structure according to the present invention includes, as a preferred embodiment, one in which the bonding material is made of an Sn-based low melting point metal material further containing at least one selected from Co, Ti, Ta, and Pd. To do.
このような本発明による接合構造体は、好ましい態様として、前記第1部材、前記第2部材および前記中間部材がそれぞれガラス材料からなり、これらの各部材の前記接合材との少なくとも接触部位にメタライズ層が形成されたもの、を包含する。 In such a bonded structure according to the present invention, as a preferred embodiment, the first member, the second member, and the intermediate member are each made of a glass material, and at least a contact portion of each of the members with the bonding material is metallized. In which a layer is formed.
このような本発明による接合構造体は、好ましい態様として、前記メタライズ層が、Ag、Cu、Ni、Coの少なくとも1種とCo酸化物を含有し、残部はガラスからなるもの、を包含する。 In such a bonded structure according to the present invention, as a preferred embodiment, the metallized layer contains at least one of Ag, Cu, Ni, and Co and a Co oxide, and the balance is made of glass.
このような本発明による接合構造体は、さらに好ましい態様として、前記メタライズ層が、Ag、Cu、Ni、Coの含有量が各々1〜80重量%であり、かつこれらの合計含有量が90重量%を越えず、かつ、Co酸化物の含有量が1〜50重量%であり、残部はガラスからなるもの、を包含する。 In such a bonded structure according to the present invention, as a further preferred embodiment, the metallized layer has a content of 1 to 80% by weight of Ag, Cu, Ni and Co, respectively, and a total content of these is 90% by weight. %, And the Co oxide content is 1 to 50% by weight, with the balance being made of glass.
また、本発明による接合構造体の製造法は、前記第1部材と前記中間部材との間および前記中間部材と前記第2部材との間に配置された前記接合材を、この接合材の融点以上の温度に加熱して、前記第1部材と前記中間部材と前記第2部材とを接合させることを特徴とするもの、である。 Further, the manufacturing method of the bonded structure according to the present invention includes the bonding material disposed between the first member and the intermediate member and between the intermediate member and the second member, the melting point of the bonding material. The first member, the intermediate member, and the second member are joined by heating to the above temperature.
このような本発明による接合構造体の製造法は、好ましい態様として、前記接着材が、前記第1部材、前記第2部材および前記中間部材のいずれかに予め形成されたもの、を包含する。 Such a method for producing a bonded structure according to the present invention includes, as a preferred embodiment, one in which the adhesive is previously formed on any of the first member, the second member, and the intermediate member.
本発明によれば、応力の発生ないし部分的集中が抑制された、各部材の接合強度が高い接合構造体を得ることができる。よって、本発明は、例えば、異種材料からなる接合構造体、大型の接合構造体、加熱、冷却などに繰り返し付される接合構造体、特に高精度であることが求められる接合構造体、高度の耐久性が求められる接合構造体として、特に有用なものである。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the joining structure with high joining strength of each member with which generation | occurrence | production or partial concentration of stress was suppressed can be obtained. Therefore, the present invention can be applied to, for example, a joining structure made of different materials, a large joining structure, a joining structure that is repeatedly subjected to heating, cooling, etc., particularly a joining structure that is required to be highly accurate, It is particularly useful as a bonded structure requiring durability.
以下、本発明を必要に応じて図面を参照して説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings as necessary.
<接合構造体>
図1は、本発明による好ましい接合構造体の上面図であり、図2は、図1の接合構造体のA−A断面を示すものである。
<Joint structure>
FIG. 1 is a top view of a preferred bonded structure according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of the bonded structure of FIG.
この図1および図2に示される本発明による接合構造体は、第1部材1と、第2部材2と、この第1部材1と第2部材2との間に介在した中間部材3とからなり、これらの各部材(即ち、第1部材1、第2部材2および中間部材3)が接合材4aおよび4bによって接合された接合構造体であって、前記中間部材3が空間を形成する複数の孔6を有するものである。
The joining structure according to the present invention shown in FIGS. 1 and 2 includes a
第1部材1、第2部材2および中間部材3の大きさおよび形状は、例えば接合構造体の使用目的等に応じてそれぞれ適宜定めることができる。
The size and shape of the
本発明では、図1および図2に示されにように、第1部材1と第2部材2とが実質的に同じ大きさで、中間部材3がそれより小さいことが好ましいが、第1部材1と第2部材2とは異なる大きさであってもよく、場合によっては、第1部材1および第2部材2は中間部材3より小さくてもよい。
In the present invention, as shown in FIGS. 1 and 2, it is preferable that the
また、一対の第1部材1および第2部材2に対する中間部材3の数およびその位置は任意である。例えば、図1に示されるように、一対の第1部材1および第2部材2のその中央部付近に中間部材3を1箇所設けることもできるし、例えば第1部材1および第2部材2の外周部に沿って、1ないし複数個の中間部材を連続してあるいは間隔をあけて設けることができる。
The number of
第1部材1および第2部材2は、金属材料、セラミックス材料若しくはガラス材料からなるものが好ましい。また、中間部材3は、金属材料、セラミックス材料またはガラス材料からなるものが好ましい。そして、第1部材1、第2部材2および中間部材3は、熱膨張特性が同一もしくは近似したものが好ましい。
The
ここで、図1および図2に示される好ましい接合構造体における中間部材3は、第1部材1および第2部材2の接合界面の垂直方向に貫通した孔6を有するものである。なお、孔6は、第1部材1側の開口径と第2部材2側の開口径とが同一であることが普通であるが、異なっていてもよい。そして、孔6は、図2に示されるように、中間部材3を貫通していることが普通であるが、第1部材1または第2部材2のどちらか一方のみに開口していてもよい。即ち、孔は、第1部材1側あるいは第2部材2側のどちらか一方のみに開口した非貫通の孔であってもよい。また、孔6は、それが貫通している場合には、第1部材1または第2部材2との接合界面に対し垂直方向でなくてもよい。
Here, the
そして、図1および図2に示される好ましい接合構造体は、孔6が、中間部材3の第1部材1および第2部材2との接合界面の垂直方向の直線状断面(即ち、A−A断面)において、中間部材3の連続性を分断するように配置されたものである。そして、孔6の直線状断面(A−A断面)上の開口径(開口長さ)が同一であり、かつ孔6が直線状断面(A−A断面)上に等間隔に形成されたものである。
1 and FIG. 2, the
なお、直線状断面(A−A断面)上に存在する複数の貫通口の開口径(開口長さ)は同一でなくてもよく、また各貫通口の間隔は異なっていてもよい。 Note that the opening diameters (opening lengths) of the plurality of through holes present on the linear cross section (the AA cross section) may not be the same, and the intervals between the through holes may be different.
そして、本発明による接合構造体は、中間部材3が空間を形成する複数の溝を有するものも好ましい。溝は、中間部材3の片方の面あるいは両方の面に、図1のA−A断面に平行に、あるいは直角に、あるいは任意の角度をもって、1本または複数本設けることができる。また、複数の溝が一つの方向に平行に配列したものであってもよく、平行に配列した溝が二方向以上あって任意の角度で交差しているものであってもよい
そして、本発明による接合構造体は、中間部材3が、鉄系、銅系、Ni系またはCo系金属材料、あるいはNi、Co被膜を形成した鉄系金属材料からなるものが好ましい。このことによって、第1部材1および第2部材2との接合強度の向上を図ることが容易になる。
And as for the joining structure body by this invention, what has the some groove | channel which the
そして、本発明による接合構造体において、接合材4aおよび4bとしては、Cu、Ni、Zn、Ag、In、Biから選ばれた少なくとも1種を含有するSn系低融点金属材料からなるのが好ましい。特に、Co、Ti、Ta、Pdから選ばれた少なくとも1種をさらに含有するSn系低融点金属材料からなるものが好ましい。Ag、Cu、Ni、Co含有量が、各々0.1〜70重量%、かつ、前記合計量が80重量%を超えず、かつ、Co酸化物含有量が0.1〜10重量%であるものが適当である。Agは高価のため、Cu、NiやCoと共に用いることができるが、前記合計量が20〜60重量%が望ましい。Co酸化物含有量も特に限定はないが1〜5%重量で十分な界面反応制御を発揮できる。
In the bonded structure according to the present invention, the
第1部材1側の結合材4aおよび第2部材2側の結合材4bは、第1部材1または第2部材2の材質や、それとの接合強度や応力等を考慮して、それぞれ適宜定めることができる。
The
第1部材1、第2部材2および中間部材3がそれぞれガラス材料からなる場合、これらの各部材の接合材4a、4bとの少なくとも接触部位にはメタライズ層5a、5bが形成されていることが好ましい。好ましいメタライズ層としては、Ag、Cu、Ni、Coの少なくとも1種とCo酸化物を含有し、残部はガラスからなるものを例示することができる。特に好ましいメタライズ層としては、Ag、Cu、Ni、Coの含有量が各々1〜80重量%であり、かつこれらの合計含有量が90重量%を越えず、かつ、Co酸化物の含有量が1〜50重量%であるものを例示することができる。
When the
<接合構造体の製造法>
図1および図2に示される好ましい接合構造体は、例えば、第1部材1と中間部材3との間および中間部材3と第2部材2との間に配置された接合材4aおよび4bを、この接合材の融点以上の温度に加熱して、第1部材1と中間部材3と第2部材2とを接合させることによって製造することができる。第1部材1と中間部材3との接合と、中間部材3と第2部材2との接合を、同時に行うことが効率上最も好ましいが、第1部材1と中間部材3との接合と、中間部材3と第2部材2との接合を、別々に行うこともできる。
<Method of manufacturing a joined structure>
The preferable joining structure shown in FIG. 1 and FIG. 2 includes, for example, joining
結合材4a、4bは、第1部材1、第2部材2または中間部材のずれかに予め形成しておくことが好ましい。結合材は、リボン状、線状や棒状で用いることができる。
The
下地層としてメタライズ層5a、5bを接合構造体に必要に応じて設ける場合、このメタライズ層5a、5bは、結合材4a、4bを形成する前に、第1部材1、第2部材2に形成することが好ましい。
In the case where the metallized
<実施例1>
厚さ2mm、幅40mm、長さ100mmのガラス基板からなる第1部材1と厚さ2mm、幅40mm、長さ100mmのガラス基板からなる第2部材2の表面にそれぞれ厚さ10μm、幅5mm、長さ35mmのガラスフリットからなる下地層(メタライズ層)5a、5bを形成した。次に、Fe−42重量%Niからなる中間部材3となる厚さ1mmの鉄板2の両側に厚さ50μmのSn−0.7重量%Cu−0.15重量%Co−0.05重量%Tiからなる接合部材4a、4bをクラッド圧延し、一体化した後、孔径2.5mm、ピッチ5mm、45°配列のパンチング孔を加工した後、幅5mm、長さ35mmの中間部材3と接合部材4a、4bの結合体を作製した。
<Example 1>
The surface of the
次に、上記の下地層を形成した第1部材1の上部に、図1に示すように、中間部材3と接合部材4a、4bの結合体を挿置し、その上部に下地層(メタライズ層)を形成した第2部材2を挿置した後、10−5Torrの真空中で、250℃、3分間加熱して接合した。得られた接合構造をX線探傷試験法で内部欠陥を観測した結果、上記の下地層(メタライズ層)を形成した第1部材1と接合部材4a、接合部材5aと中間部材3、中間部材3と接合材4b、接合材4bと下地層を形成した第2部材2の接合界面には、ボイド欠陥が見られず、健全な接合構造が得られた。
Next, as shown in FIG. 1, a combined body of the
<実施例2>
厚さ2mm、幅40mm、長さ100mmのガラス基板からなる第1部材1と厚さ2mm、幅40mm、長さ100mmのガラス基板からなる第2部材2の表面にそれぞれ厚さ10μm、幅5mm、長さ35mmのガラスフリットからなる下地層(メタライズ層)5a、5bを形成した。次に、S45C鉄板iからなる中間部材3となる厚さ1mmの鉄板2の両側に厚さ50μmのSn−3重量%Ag−0.5重量%Cu−0.15重量%Co−0.05重量%Tiの接合部材4a、4bをクラッド圧延し、一体化した後、孔径2.5mm、ピッチ5mm、45°配列のパンチング孔を加工した後、幅5mm、長さ35mmの中間部材3と接合部材4a、4bの結合体を作製した。
<Example 2>
The surface of the
次に、上記の下地層を形成した第1部材1の上部に、図1に示すように、中間部材3と接合部材4a、4bの結合体を挿置し、その上部に下地層(メタライズ層)を形成した第2部材2を挿置した後、10−5Torrの真空中で、250℃、3分間加熱して接合した。得られた接合構造をX線探傷試験法で内部欠陥を観測した結果、上記の下地層を形成した第1部材1と接合部材4a、接合部材5aと中間部材3、中間部材3と接合材4b、接合材4bと下地層を形成した第2部材2の接合界面には、ボイド欠陥が見られず、健全な接合構造が得られた。
Next, as shown in FIG. 1, a combined body of the
<実施例3>
厚さ5mm、幅40mm、長さ100mmのSiN基板からなる第1部材1と厚さ2mm、幅40mm、長さ100mmのガラス基板からなる第2部材2の表面にそれぞれ厚さ10μm、幅5mm、長さ35mmのガラスフリットからなる下地層(メタライズ層)5a、5bを形成した。
<Example 3>
The
次に、S45C鉄板iからなる中間部材3となる厚さ1mmの鉄板2の両側に厚さ50μmのSn−3重量%Ag−0.5重量%Cuの接合部材4a、4bをクラッド圧延し、一体化した後、孔径2.5mm、ピッチ5mm、45°配列のパンチング孔を加工した後、幅5mm、長さ35mmの中間部材3と接合部材4a、4bの結合体を作製した。次に、上記の下地層を形成した第1部材1の上部に、図1に示すように、中間部材3と接合材4a、4bの結合体を挿置し、その上部に下地層(メタライズ層)を形成した第2部材2を挿置した後、10−5Torrの真空中で、250℃、3分間加熱して接合した。得られた接合構造をX線探傷試験法で内部欠陥を観測した結果、上記の下地層を形成した第1部材1と接合材4a、接合材5aと中間部材3、中間部材3と接合材4b、接合材4bと下地層を形成した第2部材2の接合界面には、ボイド欠陥が見られず、健全な接合構造が得られた。
1 第1部材
2 第2部材
3 中間部材
4a、4b 結合材
5a、5b 下地層(メタライズ層)
6 孔
DESCRIPTION OF
6 holes
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