JP2010120034A - ろう付方法及びその方法による接合部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セラミックス粒子あるいは第2元素を分散させた分散強化銅又は無酸素銅から成る複数の部材のそれぞれの表面に、めっき処理にて第1の金属の第1のめっき層7を形成し、前記第1のめっき層7の上に、めっき処理にて第2の金属の第2のめっき層8をそれぞれ形成し、前記第1のめっき層7及び前記第2のめっき層8が形成された前記複数の部材をそれぞれ密着させて熱処理して接合することを特徴とするろう付方法が提供される。
【選択図】 図5
Description
上述したように、ODSを、Agろう材を用いてろう付する場合、エロージョンが発生する場合がある。このエロージョンが発生すると、密着不良が発生するだけでなく、接合部分の強度が低下し破損の原因ともなる。そこで、特許文献1に示されたような、ニッケルめっき層からなるエロージョン防止層を設けるODSのろう付方法が提案されている。しかし、上述したように、この方法はニッケルめっき層の膜厚の管理が難しい。図11、図12に基づいて説明する。図11は、ニッケルめっき層からなるエロージョン防止層を設けた場合の効果を示す接合面の電子顕微鏡像であり、図11(A)は、それぞれ10μm及び30μmの膜厚でニッケルめっき層を形成したODSを、Agろう材を用いてろう付した場合の接合面の電子顕微鏡像であり、図11(B)は、同様に20μm及び30μmの膜厚でニッケルめっき層を形成したODSを、ろう付した場合の接合面の電子顕微鏡像である。また、図12は、図11(A)及び(B)に示したそれぞれの断面における銀(Ag)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)の分布状況を示す図である。
以上から、銅めっき層の膜厚を適切に管理すれば、銅めっき層がエロージョン防止層として有効に機能することが把握される。銅めっき層の効果については、図14に示した、銀、銅それぞれの分布状況からも理解できる。めっき層を設けないでAgろう材でろう付した場合、図14(B)に示すように、画像中に赤色で表示される銀は、画像中に黒色で表示されるアルミナ分散強化銅部材内部までほぼ同じ様に拡散している。一方、図14(A)に示す本テスト実施例においては、銀は、Agろう材を配設した箇所にほぼ集中して分布しており、銀の拡散が少ない。一方銅については、図14(A)及び(B)のいずれにおいても、ほとんど変わらない。以上説明したように、アルミナ分散強化銅表面に銅めっき層を設けてAgろう材でろう付することで、Agろう材中の銀のエロージョンを防止できるとの感触を得た。
[ろう付方法]
本発明の第1の実施形態に係るセラミックス粒子あるいは第2元素を分散させた分散強化銅又は無酸素銅のろう付方法について、図を基に説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係るセラミックス粒子あるいは第2元素を分散させた分散強化銅又は無酸素銅のろう付方法を示す概略断面図である。図1(A)はろう付前の状態を示し、図1(B)はろう付後の状態を示す。
上述したように、本発明の第1の実施形態に係るセラミックス粒子あるいは第2元素を分散させた分散強化銅又は無酸素銅のろう付方法においては、Agろう材5中の銀の分散強化銅3への拡散(エロージョン)を防止するために、エロージョン防止層として分散強化銅3の表面に銅めっき層7を設け、更にこの銅めっき層7の全面に、Agろう材5の濡れ性改善層としてニッケルめっき層6又は金めっき層を設ける。このように分散強化銅3の表面に二重のめっき層を設けることによって、Agろう材5の分散強化銅3内へのエロージョンを防止するとともに、Agろう材5の濡れ性を改善し、Agろう材5が充填されないことに起因して発生する密着不良を防止することができる。
次に、本発明の第1の実施形態に係るセラミックス粒子あるいは第2元素を分散させた分散強化銅又は無酸素銅のろう付方法を用いた実施例について説明する。以下の実施例においては、材質としてアルミナ分散強化銅を用いた部材の実施例について示すが、本実施例1はこれに限定されるものではない。実施例1は、本ろう付方法によって図7に示した部材を形成した例である。図2は、本ろう付方法によって形成した部材100の断面図である。また、図3は、図2に示した部材100の部分αの拡大模式図である。図3(A)は、ろう付前の状態、図3(B)はろう付後の状態を示す。
次に、本発明の第2の実施形態に係るセラミックス粒子あるいは第2元素を分散させた分散強化銅又は無酸素銅のろう付方法について説明する。なお、以下の説明において、上述した第1の実施形態に係るろう付方法と共通する部分については、説明を省略する場合がある。
本発明の第2の実施形態に係るセラミックス粒子あるいは第2元素を分散させた分散強化銅又は無酸素銅のろう付方法の効果について、図を基に説明する。図6は、本発明の第2の実施形態に係るろう付方法によって接合した接合断面の電気顕微鏡像であり、図6(A1)及び(A2)は、本第2の実施形態に係るろう付方法によってろう付した場合の電子顕微鏡像であり、図6(B1)及び(B2)は、比較例として、従来のAgろう材によって接合した場合の電子顕微鏡像を示す。なお、比較例においては、Agろう材を100μmの厚さのシート状に形成したものを用いてろう付した。また、図6(A1)の本第2の実施例形態に係るろう付接合断面においては、銅めっき及び銀めっきを施したODSを3段接合した断面を示しており、上下に2つ見られる色の薄い部分が、それぞれ接合部分である。一方、図6(B1)の従来のろう付方法の断面は、ODSを、Agろう材を介して2段接合した断面を示し、中央が接合部分である。図6(A2)及び図6(B2)においては、画像上で、赤色で示されている部分が銀であり、一方、黒色で示されている部分がODS(及び銅)の部分である。
2、302:第1構成要素(無酸素銅貫通バー)
3、303:第3構成要素(アルミナ分散強化銅エンドリング)
4、204、304:第2貫通孔
4a、304a:第2貫通孔側壁部
5、205、305:銀ろう材(銀ろう材シート)
5a、205a、305a:ろう付後のろう接部
6、206、306:ニッケルめっき層
7、307:銅めっき層
8:銀めっき層
10、210、310:第1貫通孔
100、200、300:部材
202:アルミニウム貫通バー
203:アルミニウムエンドリング
Claims (20)
- セラミックス粒子あるいは第2元素を分散させた分散強化銅又は無酸素銅から成る複数の部材のそれぞれの表面に、めっき処理にて第1の金属の第1のめっき層を形成し、
前記第1のめっき層の上に、めっき処理にて第2の金属の第2のめっき層をそれぞれ形成し、
前記第1のめっき層及び前記第2のめっき層が形成された前記複数の部材をそれぞれ密着させて熱処理して接合することを特徴とするろう付方法。 - セラミックス粒子あるいは第2元素を分散させた分散強化銅又は無酸素銅から成る複数の部材のそれぞれの表面に、めっき処理にて第1の金属の第1のめっき層を形成し、
前記第1のめっき層の上に、めっき処理にて第2の金属の第2のめっき層をそれぞれ形成し、
前記第1のめっき層及び前記第2のめっき層が形成された前記複数の部材を、それぞれの間に銀ろう材を配置してそれぞれ密着させて熱処理して接合することを特徴とするろう付方法。 - 前記セラミックス粒子あるいは第2元素は、Al2O3、SiC、AlN、Si3N4、C、TiO2、W又はMoのいずれか一つであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のろう付方法。
- 前記第1の金属は、銅であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のろう付方法。
- 前記第2の金属は、銀であることを特徴とする請求項1に記載のろう付方法。
- 前記第2の金属は、ニッケル又は金であることを特徴とする請求項2に記載のろう付方法。
- 前記第1のめっき層の膜厚は、5μm以上であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のろう付方法。
- 前記第2のめっき層の膜厚は、5μm以上であることを特徴とする請求項1に記載のろう付方法。
- 前記第2のめっき層の膜厚は、1μm以上であることを特徴とする請求項2に記載のろう付方法。
- 前記めっき処理は、電気めっき処理であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のろう付方法。
- 前記熱処理の温度は、830℃以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のろう付方法。
- 前記銀ろう材は、BAg−8銀ろう材であることを特徴とする請求項2に記載のろう付方法。
- 前記銀ろう材は、シート状に形成された箔であることを特徴とする請求項12に記載のろう付方法。
- 無酸素銅から形成された複数の円柱状の第1の構成要素と、
前記第1の構成要素に対応する複数の第1貫通孔を有する複数のドーナツ状の第2の構成要素と、
セラミックス粒子あるいは第2元素を分散させた分散強化銅から形成され、前記第1の構成要素に対応する複数の第2貫通孔を有する複数のドーナツ状の第3の構成要素と、を備え、
前記複数の第1の構成要素及び前記複数の第3の構成要素のそれぞれは、表面に銅めっき層が形成され、更に、前記銅めっき層の表面に第2の金属からなる第2のめっき層が形成され、
前記複数の第2の構成要素は、それぞれの前記第1貫通孔に前記銅めっき層及び第2のめっき層が形成された前記複数の第1の構成要素がそれぞれ貫通されて積層され、
前記積層された複数の第2の構成要素の両端に、それぞれの前記第2貫通孔に前記複数の第1の構成要素が貫通された前記銅めっき層及び第2めっき層が形成された前記複数の第3の構成要素が、少なくとも1つ以上それぞれ配設され、
熱処理されて、前記複数の第3の構成要素のそれぞれの第2貫通孔の側壁部と前記複数の第1の構成要素のそれぞれとが接合されることを特徴とする部材。 - 前記セラミックス粒子あるいは第2元素は、Al2O3、SiC、AlN、Si3N4、C、TiO2、W又はMoのいずれか一つであることを特徴とする請求項14に記載の部材。
- 前記銅めっき層の膜厚は5μm以上であることを特徴とする請求項15に記載の部材。
- 前記第2の金属は銀であって、
前記第2のめっき層の膜厚は5μm以上であることを特徴とする請求項16に記載の部材。 - 前記積層された複数の第2の構成要素の両端に、前記銅めっき層及び第2のめっき層が形成された前記複数の第3の構成要素が、それぞれの前記複数の第2貫通孔に銀ろう材を介して前記複数の第1の構成要素がそれぞれ貫通されかつ前記複数の第3の構成要素相互間に銀ろう材が配置されて複数個ずつ配設されることを特徴とする請求項16に記載の部材。
- 前記第2の金属はニッケル又は金であって、
前記第2のめっき層の膜厚は1μm以上であることを特徴とする請求項18に記載の部材。 - 前記熱処理の温度は、830℃以下であることを特徴とする請求項17又は請求項19に記載の部材。
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