JP3445461B2 - ハンダ接合方法および超音波センサー - Google Patents
ハンダ接合方法および超音波センサーInfo
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- JP3445461B2 JP3445461B2 JP05952797A JP5952797A JP3445461B2 JP 3445461 B2 JP3445461 B2 JP 3445461B2 JP 05952797 A JP05952797 A JP 05952797A JP 5952797 A JP5952797 A JP 5952797A JP 3445461 B2 JP3445461 B2 JP 3445461B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属部材とセラミ
ック部材とをハンダにより接合する方法、およびそのよ
うな方法により圧電振動子と前面板との接合がなされた
超音波センサーに関する。
ック部材とをハンダにより接合する方法、およびそのよ
うな方法により圧電振動子と前面板との接合がなされた
超音波センサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、超音波を送・受波する超音波
センサーは、電気・音響変換を行なうＰＺＴ（ＰｂＴｉ
Ｏ3 −ＰＺｒＯ3 ）系セラミックやＰＴ（ＰｂＴｉ
Ｏ3 ）系セラミック、ＰｂＮｂ2 Ｏ6 系セラミックなど
の圧電振動子と、この圧電振動子の一方の側に配置され
る前面板と、圧電振動子に対して前面板と反対の側に配
置される背板（バッキング部材）とを備えている。そし
て、パルス送信器からの電気信号により圧電振動子が付
勢されて超音波が放射され、この超音波が前面板を介し
て被検材に送波される一方、被検材からの反射波が、前
面板を介して圧電振動子に受波されるように構成されて
いる。
センサーは、電気・音響変換を行なうＰＺＴ（ＰｂＴｉ
Ｏ3 −ＰＺｒＯ3 ）系セラミックやＰＴ（ＰｂＴｉ
Ｏ3 ）系セラミック、ＰｂＮｂ2 Ｏ6 系セラミックなど
の圧電振動子と、この圧電振動子の一方の側に配置され
る前面板と、圧電振動子に対して前面板と反対の側に配
置される背板（バッキング部材）とを備えている。そし
て、パルス送信器からの電気信号により圧電振動子が付
勢されて超音波が放射され、この超音波が前面板を介し
て被検材に送波される一方、被検材からの反射波が、前
面板を介して圧電振動子に受波されるように構成されて
いる。
【０００３】このような超音波センサーにおいて、Ｆｅ
基合金，Ｎｉ基合金、Ｔｉ基合金等の金属からなる前面
板とセラミックの圧電振動子とを接合する方法として
は、パッキング部材により機械的に固定する方法や、接
合面を水素ラジカルを用いて活性化し直接接合する方
法、ハンダを用いたろう接方法などが挙げられる。これ
らのうちでハンダを用いたろう接方法は、安価であり、
かつ接合すべき金属部材やセラミック部材（いずれも接
合部材）の表面の凹凸に起因して生じる、音響特性に悪
影響を及ぼすおそれのある空隙を、溶融したハンダによ
り充填することが可能であるなどの理由で、広く用いら
れている（例えば、特開平 5-11042号公報記載）。
基合金，Ｎｉ基合金、Ｔｉ基合金等の金属からなる前面
板とセラミックの圧電振動子とを接合する方法として
は、パッキング部材により機械的に固定する方法や、接
合面を水素ラジカルを用いて活性化し直接接合する方
法、ハンダを用いたろう接方法などが挙げられる。これ
らのうちでハンダを用いたろう接方法は、安価であり、
かつ接合すべき金属部材やセラミック部材（いずれも接
合部材）の表面の凹凸に起因して生じる、音響特性に悪
影響を及ぼすおそれのある空隙を、溶融したハンダによ
り充填することが可能であるなどの理由で、広く用いら
れている（例えば、特開平 5-11042号公報記載）。
【０００４】また、金属やセラミックの接合部材とハン
ダとの濡れ性が良くない場合には、予めこれらの接合部
材の接合面に、ハンダに対して濡れ性の良いＣｕ膜など
をスパッタ法やメッキ法により成膜し、その上にハンダ
を接合する方法が用いられている（例えば、溶接学会論
文集 13(1995)240-247）。
ダとの濡れ性が良くない場合には、予めこれらの接合部
材の接合面に、ハンダに対して濡れ性の良いＣｕ膜など
をスパッタ法やメッキ法により成膜し、その上にハンダ
を接合する方法が用いられている（例えば、溶接学会論
文集 13(1995)240-247）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなハンダ接合方法では、ハンダが溶融する温度まで接
合部材を加熱する必要があるため、接合部材双方の熱膨
張係数の差に起因する反りなどの変形やクラックの発生
が接合体に見られ、特に大きな残留応力が発生するセラ
ミック部材（圧電振動子）の端部にクラックの発生が顕
著に見られる。
うなハンダ接合方法では、ハンダが溶融する温度まで接
合部材を加熱する必要があるため、接合部材双方の熱膨
張係数の差に起因する反りなどの変形やクラックの発生
が接合体に見られ、特に大きな残留応力が発生するセラ
ミック部材（圧電振動子）の端部にクラックの発生が顕
著に見られる。
【０００６】このような現象を抑制するため、ハンダを
部分的に供給したり、あるいはＣｕ膜を部分的に形成す
るなどの方法で、接合部材の接触する界面全体ではなく
部分的に接合を行ない、残留応力を低減させることなど
も行われている。
部分的に供給したり、あるいはＣｕ膜を部分的に形成す
るなどの方法で、接合部材の接触する界面全体ではなく
部分的に接合を行ない、残留応力を低減させることなど
も行われている。
【０００７】しかし、これらの方法では、工程の複雑化
が避けられないばかりでなく、接合界面に空隙が生じ、
これが音響特性を低下させるため、センサーとして十分
な信頼性が得られないという問題があった。
が避けられないばかりでなく、接合界面に空隙が生じ、
これが音響特性を低下させるため、センサーとして十分
な信頼性が得られないという問題があった。
【０００８】本発明は、これらの問題を解決するために
なされたもので、金属部材とセラミック部材とを、煩雑
な工程を経ることなく簡便にかつ反りなどの変形やクラ
ックの発生を抑制しながらハンダにより接合する方法、
およびＰＺＴ系等のセラミックからなる圧電振動子が前
面板にハンダ接合された、音響特性の良好な超音波セン
サーを提供することを目的とする。
なされたもので、金属部材とセラミック部材とを、煩雑
な工程を経ることなく簡便にかつ反りなどの変形やクラ
ックの発生を抑制しながらハンダにより接合する方法、
およびＰＺＴ系等のセラミックからなる圧電振動子が前
面板にハンダ接合された、音響特性の良好な超音波セン
サーを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】 本発明のハンダ接合方
法は、いずれも接合部材である金属部材とセラミック部
材とをＳｎを含むハンダにより接合する方法において、
前記接合部材の少なくとも一方の接合面にＣｕ層および
ハンダ層を積層形成した後、前記Ｃｕとハンダとの反応
により前記接合面に生じるＣｕ−Ｓｎ化合物層が、前記
Ｃｕ層が形成された接合部材と接合する接合部の面積
が、前記ハンダとその接合部材との界面の全面積に対し
て30〜80％の割合となるように、熱処理を行なうことを
特徴とする。
法は、いずれも接合部材である金属部材とセラミック部
材とをＳｎを含むハンダにより接合する方法において、
前記接合部材の少なくとも一方の接合面にＣｕ層および
ハンダ層を積層形成した後、前記Ｃｕとハンダとの反応
により前記接合面に生じるＣｕ−Ｓｎ化合物層が、前記
Ｃｕ層が形成された接合部材と接合する接合部の面積
が、前記ハンダとその接合部材との界面の全面積に対し
て30〜80％の割合となるように、熱処理を行なうことを
特徴とする。
【００１０】また、本発明の超音波センサーは、電気・
音響変換を行なう圧電振動子と、この圧電振動子の一方
の側に配置される前面板とを備えた超音波センサーにお
いて、前記圧電振動子と前面板とがＳｎを含むハンダに
より接合され、かつＣｕ−Ｓｎ化合物の層が前記圧電振
動子と接合する接合部の面積が、前記ハンダと圧電振動
子との界面の全面積に対して、30〜80％の割合を占める
ことを特徴とする。
音響変換を行なう圧電振動子と、この圧電振動子の一方
の側に配置される前面板とを備えた超音波センサーにお
いて、前記圧電振動子と前面板とがＳｎを含むハンダに
より接合され、かつＣｕ−Ｓｎ化合物の層が前記圧電振
動子と接合する接合部の面積が、前記ハンダと圧電振動
子との界面の全面積に対して、30〜80％の割合を占める
ことを特徴とする。
【００１１】本発明において、圧電振動子などのセラミ
ック部材と金属部材とを接合するハンダとしては、Ｐｂ
−Ｓｎハンダ、Ｐｂ−Ａｇ−ＳｎハンダのようなＳｎを
含むものが用いられる。
ック部材と金属部材とを接合するハンダとしては、Ｐｂ
−Ｓｎハンダ、Ｐｂ−Ａｇ−ＳｎハンダのようなＳｎを
含むものが用いられる。
【００１２】本発明においては、このようなハンダによ
り接合するセラミックのような接合部材の接合面に、例
えばＣｕメタライズ層をスパッタなどの方法で形成すれ
ば良いが、接合部材であるセラミック部材とＣｕ層との
密着力が低い場合には、Ｔｉなどの活性な金属の層を、
Ｃｕ層と接合部材との間に形成しておくことが望まし
い。ここで、Ｃｕ層の厚さは、 0.5〜 7μm とすること
が望ましい。Ｃｕ層の厚さが 0.5μm 未満では、接合に
必要なＣｕ−Ｓｎ化合物層の厚さが不足して十分な接合
強度が得られず、反対に 7μm 以上では、Ｃｕ−Ｓｎ化
合物層を粒界に沿って部分的に溶解することが難しくな
るためである。同様の理由により、Ｔｉ層を設ける場合
のＴｉ層の厚さは、 5〜20nmとすることが望ましい。
り接合するセラミックのような接合部材の接合面に、例
えばＣｕメタライズ層をスパッタなどの方法で形成すれ
ば良いが、接合部材であるセラミック部材とＣｕ層との
密着力が低い場合には、Ｔｉなどの活性な金属の層を、
Ｃｕ層と接合部材との間に形成しておくことが望まし
い。ここで、Ｃｕ層の厚さは、 0.5〜 7μm とすること
が望ましい。Ｃｕ層の厚さが 0.5μm 未満では、接合に
必要なＣｕ−Ｓｎ化合物層の厚さが不足して十分な接合
強度が得られず、反対に 7μm 以上では、Ｃｕ−Ｓｎ化
合物層を粒界に沿って部分的に溶解することが難しくな
るためである。同様の理由により、Ｔｉ層を設ける場合
のＴｉ層の厚さは、 5〜20nmとすることが望ましい。
【００１３】一般に、ハンダによる接合では、金属また
はセラミックの接合部材とハンダとは接合強度が著しく
低いため、接合部材上にメタライズされたＣｕとハンダ
との反応相であるＣｕ−Ｓｎ化合物を介してのみ、強度
の高い接合が可能となる。本発明においては、熱処理を
行なう条件（温度および時間）を調整することにより、
Ｃｕ−Ｓｎ化合物層を粒界に沿って部分的に溶融させ、
ハンダと接合部材との界面を、Ｃｕ−Ｓｎ化合物層と接
合部材とが接合した接合部と、ハンダと接合部材とが直
接接触しほとんど接合がなされていない非接合部とが混
在した構造とする。なお、このような接合部と非接合部
とは、細かく分散され交互に配列されることが望まし
い。
はセラミックの接合部材とハンダとは接合強度が著しく
低いため、接合部材上にメタライズされたＣｕとハンダ
との反応相であるＣｕ−Ｓｎ化合物を介してのみ、強度
の高い接合が可能となる。本発明においては、熱処理を
行なう条件（温度および時間）を調整することにより、
Ｃｕ−Ｓｎ化合物層を粒界に沿って部分的に溶融させ、
ハンダと接合部材との界面を、Ｃｕ−Ｓｎ化合物層と接
合部材とが接合した接合部と、ハンダと接合部材とが直
接接触しほとんど接合がなされていない非接合部とが混
在した構造とする。なお、このような接合部と非接合部
とは、細かく分散され交互に配列されることが望まし
い。
【００１４】そして、前記した接合部の面積を、ハンダ
と接合部材との界面全体の面積の30〜80％の割合とする
ことで、金属部材とセラミック部材との熱膨張係数の差
に起因する残留応力が低減される。ここで、接合部の面
積の割合を接合界面の全面積の30〜80％としたのは、接
合部の面積の割合が30％未満では、接合強度が著しく低
くなり、反対に80％を越えると、残留応力の低減効果が
十分に得られず、接合部材の変形やクラックの発生が抑
制されないためである。また、Ｃｕ−Ｓｎ化合物が介在
しない非接合部においては、接合部材の界面にハンダが
充填されるため、ボイドなどの発生がなく、特に超音波
センサーの圧電振動子と前面板とのハンダ接合では、良
好な音響特性を得ることができる。
と接合部材との界面全体の面積の30〜80％の割合とする
ことで、金属部材とセラミック部材との熱膨張係数の差
に起因する残留応力が低減される。ここで、接合部の面
積の割合を接合界面の全面積の30〜80％としたのは、接
合部の面積の割合が30％未満では、接合強度が著しく低
くなり、反対に80％を越えると、残留応力の低減効果が
十分に得られず、接合部材の変形やクラックの発生が抑
制されないためである。また、Ｃｕ−Ｓｎ化合物が介在
しない非接合部においては、接合部材の界面にハンダが
充填されるため、ボイドなどの発生がなく、特に超音波
センサーの圧電振動子と前面板とのハンダ接合では、良
好な音響特性を得ることができる。
【００１５】本発明において、このようなハンダによる
接合構造を得るための熱処理条件は、ハンダの組成等に
より異なるが、例えばＰｂ−5wt%Ｓｎハンダを用いた場
合には、約 600°K の温度で30〜60min 程度の熱処理が
必要である。熱処理温度をより高温に設定した場合に
は、保持時間は短くて良い。
接合構造を得るための熱処理条件は、ハンダの組成等に
より異なるが、例えばＰｂ−5wt%Ｓｎハンダを用いた場
合には、約 600°K の温度で30〜60min 程度の熱処理が
必要である。熱処理温度をより高温に設定した場合に
は、保持時間は短くて良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
て説明する。
【００１７】本発明のハンダ接合方法においては、まず
接合すべきＦｅ基合金、Ｎｉ基合金などの金属部材とＰ
ＺＴなどのセラミック部材の接合面に、スパッタやメッ
キなどで方法でそれぞれ 0.5〜 7μm の厚さのＣｕ層を
形成する。なお、金属やセラミックの接合部材とＣｕ層
との密着力が低い場合には、Ｔｉ層などの活性な金属層
を、接合部材とＣｕ層との間に形成しておくことが望ま
しい。形成されたＴｉ層は、溶融ハンダに接触すると直
ちにハンダ中に溶解する。
接合すべきＦｅ基合金、Ｎｉ基合金などの金属部材とＰ
ＺＴなどのセラミック部材の接合面に、スパッタやメッ
キなどで方法でそれぞれ 0.5〜 7μm の厚さのＣｕ層を
形成する。なお、金属やセラミックの接合部材とＣｕ層
との密着力が低い場合には、Ｔｉ層などの活性な金属層
を、接合部材とＣｕ層との間に形成しておくことが望ま
しい。形成されたＴｉ層は、溶融ハンダに接触すると直
ちにハンダ中に溶解する。
【００１８】次いで、こうしてＣｕメタライズ層が形成
された接合部材の間に、Ｐｂ−ＳｎハンダやＰｂ−Ａｇ
−ＳｎハンダのようなＳｎを含むハンダを配置し、ハン
ダの融点以上の温度に加熱する。ハンダの溶融に伴って
ハンダ中のＳｎとメタライズされたＣｕとが反応し、Ｃ
ｕ−Ｓｎ化合物が層状に接合部材の界面に形成する。熱
処理をさらに継続することにより、層状に形成したＣｕ
−Ｓｎ化合物は、粒界からハンダ中に溶解し始めるの
で、ハンダと接合部材とがＣｕ−Ｓｎ化合物を介さずに
直接接触する非接合部は、Ｃｕ−Ｓｎ化合物の粒径程度
の間隔で界面に分散して存在する。こうして熱処理を続
け、溶融したハンダに溶解せずに接合部材と直接接する
領域（接合部）の面積が、接合部材との界面の全面積に
対して30〜80％の割合となった時点で、熱処理を終了す
る。
された接合部材の間に、Ｐｂ−ＳｎハンダやＰｂ−Ａｇ
−ＳｎハンダのようなＳｎを含むハンダを配置し、ハン
ダの融点以上の温度に加熱する。ハンダの溶融に伴って
ハンダ中のＳｎとメタライズされたＣｕとが反応し、Ｃ
ｕ−Ｓｎ化合物が層状に接合部材の界面に形成する。熱
処理をさらに継続することにより、層状に形成したＣｕ
−Ｓｎ化合物は、粒界からハンダ中に溶解し始めるの
で、ハンダと接合部材とがＣｕ−Ｓｎ化合物を介さずに
直接接触する非接合部は、Ｃｕ−Ｓｎ化合物の粒径程度
の間隔で界面に分散して存在する。こうして熱処理を続
け、溶融したハンダに溶解せずに接合部材と直接接する
領域（接合部）の面積が、接合部材との界面の全面積に
対して30〜80％の割合となった時点で、熱処理を終了す
る。
【００１９】このような実施例により得られるハンダ接
合部の断面を、図１に示す。
合部の断面を、図１に示す。
【００２０】このハンダ接合部においては、最適条件で
熱処理が施されることにより、ハンダ１と接合部材２と
の界面に、Ｃｕ−Ｓｎ化合物層３と接合部材２とが直接
接合した密着強度の高い接合部４と、ハンダ１と接合部
材２とが直接接触し密着強度が著しく低い非接合部５と
が混在し、接合部４の面積が、界面の全面積の30〜80％
の割合を占めている。
熱処理が施されることにより、ハンダ１と接合部材２と
の界面に、Ｃｕ−Ｓｎ化合物層３と接合部材２とが直接
接合した密着強度の高い接合部４と、ハンダ１と接合部
材２とが直接接触し密着強度が著しく低い非接合部５と
が混在し、接合部４の面積が、界面の全面積の30〜80％
の割合を占めている。
【００２１】このように構成されるハンダ接合部では、
接合界面の全面積の20〜70％を占める非接合部５におい
て、ハンダ１と接合部材２とが接触するのみで両相はほ
とんど接合していないので、接合部材の残留応力が低減
され、変形やクラックの発生が抑制される。また、この
ような非接合部５において、界面にハンダが充填されて
いるため、ボイドなどの発生が防止される。
接合界面の全面積の20〜70％を占める非接合部５におい
て、ハンダ１と接合部材２とが接触するのみで両相はほ
とんど接合していないので、接合部材の残留応力が低減
され、変形やクラックの発生が抑制される。また、この
ような非接合部５において、界面にハンダが充填されて
いるため、ボイドなどの発生が防止される。
【００２２】次に、このようなハンダ接合方法を用いて
圧電振動子と前面板との接合を行なった超音波センサー
の一実施例を、図２に示す。
圧電振動子と前面板との接合を行なった超音波センサー
の一実施例を、図２に示す。
【００２３】実施例の超音波センサーは、外囲器（ケー
ス）６と、Ｎｉ基合金からなる前面板７およびバッキン
グ部材８と、ＰＺＴ系セラミックからなる圧電振動子
９、およびケーブル１０を備えて成り、圧電振動子９は
電極を兼ねたＰｂ−Ｓｎハンダ１１により前面板７に接
合されている。また、バッキング部材８と圧電振動子９
とも、電極を兼ねたＰｂ−Ｓｎハンダ１１により接合さ
れている。そして、圧電振動子９と前面板７とのハンダ
接合部において、最適の条件（温度および時間）での熱
処理がなされ、圧電振動子９および前面板７の接合面に
それぞれ形成されたＣｕ層とハンダ１１との反応により
生じたＣｕ−Ｓｎ化合物層が、圧電振動子９または前面
板７と直接接する接合部の面積が、界面の面積全体の30
〜80％を占めるようになっている。
ス）６と、Ｎｉ基合金からなる前面板７およびバッキン
グ部材８と、ＰＺＴ系セラミックからなる圧電振動子
９、およびケーブル１０を備えて成り、圧電振動子９は
電極を兼ねたＰｂ−Ｓｎハンダ１１により前面板７に接
合されている。また、バッキング部材８と圧電振動子９
とも、電極を兼ねたＰｂ−Ｓｎハンダ１１により接合さ
れている。そして、圧電振動子９と前面板７とのハンダ
接合部において、最適の条件（温度および時間）での熱
処理がなされ、圧電振動子９および前面板７の接合面に
それぞれ形成されたＣｕ層とハンダ１１との反応により
生じたＣｕ−Ｓｎ化合物層が、圧電振動子９または前面
板７と直接接する接合部の面積が、界面の面積全体の30
〜80％を占めるようになっている。
【００２４】このように構成される超音波センサーで
は、前面板７と圧電振動子９との熱膨張係数の差に起因
する残留応力が低減されるので、反りなどの変形やクラ
ックが生じることがなく、音響特性が良好であり、セン
サーとして十分な信頼性が得られる。なお、圧電振動子
９と前面板７との接合部だけでなく、圧電振動子９とバ
ッキング部材８とのハンダ接合部においても、同様な構
造とすることができる。
は、前面板７と圧電振動子９との熱膨張係数の差に起因
する残留応力が低減されるので、反りなどの変形やクラ
ックが生じることがなく、音響特性が良好であり、セン
サーとして十分な信頼性が得られる。なお、圧電振動子
９と前面板７との接合部だけでなく、圧電振動子９とバ
ッキング部材８とのハンダ接合部においても、同様な構
造とすることができる。
【００２５】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
する。
【００２６】実施例１
10cm×10cm、厚さ 0.5mmのＰＺＴ板、および15cm×15c
m、厚さ 0.2mmのSUS304板の各表面に、それぞれスパッ
タ法により、厚さ 5nmのＴｉ膜と厚さ 2μm のＣｕ膜と
を順に成膜した。次いで、このようにメタライズした接
合部材の間に、10cm×10cm、厚さ50μm のＰｂ−5wt%Ｓ
ｎハンダを配置し、真空中で 600°K-60min の熱処理を
行なった。得られた接合体のハンダ接合部の断面組織
を、ＳＥＭを用いて観察し、画像からＣｕ−Ｓｎ化合物
層が接合部材と直接接する接合部の面積を求めたとこ
ろ、界面の全面積に対して約65％の割合を占めていた。
また、接合体に反りなどの変形は見られなかった。
m、厚さ 0.2mmのSUS304板の各表面に、それぞれスパッ
タ法により、厚さ 5nmのＴｉ膜と厚さ 2μm のＣｕ膜と
を順に成膜した。次いで、このようにメタライズした接
合部材の間に、10cm×10cm、厚さ50μm のＰｂ−5wt%Ｓ
ｎハンダを配置し、真空中で 600°K-60min の熱処理を
行なった。得られた接合体のハンダ接合部の断面組織
を、ＳＥＭを用いて観察し、画像からＣｕ−Ｓｎ化合物
層が接合部材と直接接する接合部の面積を求めたとこ
ろ、界面の全面積に対して約65％の割合を占めていた。
また、接合体に反りなどの変形は見られなかった。
【００２７】また比較例１として、実施例１と同じ寸法
のＰＺＴ板およびSUS304板を、同じ寸法のＰｂ−5wt%Ｓ
ｎハンダを用い、熱処理条件のみ 600°K-10min として
接合した。得られた接合体のハンダ接合部の断面組織を
ＳＥＭを用いて観察したところ、Ｃｕ−Ｓｎ化合物層は
ほとんど溶解しておらず、Ｃｕ−Ｓｎ化合物層による直
接接合部の面積が、界面の全面積のほぼ 100％の割合と
なっていた。そして、接合体に反りなどの変形が認めら
れた。
のＰＺＴ板およびSUS304板を、同じ寸法のＰｂ−5wt%Ｓ
ｎハンダを用い、熱処理条件のみ 600°K-10min として
接合した。得られた接合体のハンダ接合部の断面組織を
ＳＥＭを用いて観察したところ、Ｃｕ−Ｓｎ化合物層は
ほとんど溶解しておらず、Ｃｕ−Ｓｎ化合物層による直
接接合部の面積が、界面の全面積のほぼ 100％の割合と
なっていた。そして、接合体に反りなどの変形が認めら
れた。
【００２８】さらに、ＰＺＴ系セラミックからなる圧電
振動子とステンレス製の前面板との接合を、実施例１と
同様な方法で行ない、超音波センサーを作製した。この
超音波センサーを所定の条件で動作させたところ、安定
した良好な音響特性が得られ、信頼性の高いものであっ
た。
振動子とステンレス製の前面板との接合を、実施例１と
同様な方法で行ない、超音波センサーを作製した。この
超音波センサーを所定の条件で動作させたところ、安定
した良好な音響特性が得られ、信頼性の高いものであっ
た。
【００２９】実施例２
15cm×15cm、厚さ 1mmのＰＺＴ板、および20cm×20cm、
厚さ 0.5mmのＴｉ板の各表面に、それぞれスパッタ法に
より厚さ 3μm のＣｕ膜を成膜した。次いで、このよう
にメタライズを行なった接合部材の間に、15cm×15cm、
厚さ80μm のＰｂ−5wt%Ｓｎハンダを配置し、真空中で
600°K-40min の熱処理を行なった。得られた接合体の
ハンダ接合部の断面組織を、ＳＥＭを用いて観察し、画
像からＣｕ−Ｓｎ化合物層が接合部材と直接接する接合
部の面積を求めたところ、界面の全面積に対して約50％
の割合であった。また、接合体に反りなどの変形は見ら
れなかった。
厚さ 0.5mmのＴｉ板の各表面に、それぞれスパッタ法に
より厚さ 3μm のＣｕ膜を成膜した。次いで、このよう
にメタライズを行なった接合部材の間に、15cm×15cm、
厚さ80μm のＰｂ−5wt%Ｓｎハンダを配置し、真空中で
600°K-40min の熱処理を行なった。得られた接合体の
ハンダ接合部の断面組織を、ＳＥＭを用いて観察し、画
像からＣｕ−Ｓｎ化合物層が接合部材と直接接する接合
部の面積を求めたところ、界面の全面積に対して約50％
の割合であった。また、接合体に反りなどの変形は見ら
れなかった。
【００３０】また比較例２として、実施例２と同じ寸法
のＰＺＴ板およびＴｉ板を、同じ寸法のＰｂ−5wt%Ｓｎ
ハンダを用い、熱処理条件のみ 600°K- 8min として接
合した。得られた接合体のハンダ接合部の断面組織をＳ
ＥＭを用いて観察したところ、Ｃｕ−Ｓｎ化合物層はほ
とんど溶解しておらず、Ｃｕ−Ｓｎ化合物層による直接
接合部の面積が、界面の全面積のほぼ 100％となってい
た。そして、Ｔｉ板に反り認められ、ＰＺＴ板にクラッ
クの発生が見られた。
のＰＺＴ板およびＴｉ板を、同じ寸法のＰｂ−5wt%Ｓｎ
ハンダを用い、熱処理条件のみ 600°K- 8min として接
合した。得られた接合体のハンダ接合部の断面組織をＳ
ＥＭを用いて観察したところ、Ｃｕ−Ｓｎ化合物層はほ
とんど溶解しておらず、Ｃｕ−Ｓｎ化合物層による直接
接合部の面積が、界面の全面積のほぼ 100％となってい
た。そして、Ｔｉ板に反り認められ、ＰＺＴ板にクラッ
クの発生が見られた。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
れば、金属部材とセラミック部材とのハンダによる接合
において、熱膨張係数の差に起因する残留応力を低減
し、接合部材の変形やクラックの発生を防止することが
できる。
れば、金属部材とセラミック部材とのハンダによる接合
において、熱膨張係数の差に起因する残留応力を低減
し、接合部材の変形やクラックの発生を防止することが
できる。
【００３２】また、このようなハンダ接合方法を用い、
ＰＺＴ系等のセラミックからなる圧電振動子と金属製の
前面板とが接合された超音波センサーでは、音響特性が
良好であり、センサーとして十分な信頼性が得られる。
ＰＺＴ系等のセラミックからなる圧電振動子と金属製の
前面板とが接合された超音波センサーでは、音響特性が
良好であり、センサーとして十分な信頼性が得られる。
【図１】本発明の方法の一実施例により得られるハンダ
接合部の組織を示す断面図。
接合部の組織を示す断面図。
【図２】本発明の超音波センサーの一実施例を概略的に
示す断面図。
示す断面図。
１………ハンダ
２………接合部材
３………Ｃｕ−Ｓｎ化合物層
４………接合部
５………非接合部
７………前面板
８………バッキング部材
９………圧電振動子
１１………Ｐｂ−Ｓｎハンダ
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｂ３２Ｂ 15/04 Ｂ３２Ｂ 15/04 Ｂ
Ｈ０４Ｒ 17/00 ３３０ Ｈ０４Ｒ 17/00 ３３０Ｇ
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C04B 37/02
H04R 17/00 330
Claims (2)
- 【請求項１】 いずれも接合部材である金属部材とセラ
ミック部材とをＳｎを含むハンダにより接合する方法に
おいて、 前記接合部材の少なくとも一方の接合面にＣｕ層および
ハンダ層を積層形成した後、前記Ｃｕとハンダとの反応
により前記接合面に生じるＣｕ−Ｓｎ化合物層が、前記
Ｃｕ層が形成された接合部材と接合する接合部の面積
が、前記ハンダとその接合部材との界面の全面積に対し
て30〜80％の割合となるように、熱処理を行なうことを
特徴とするハンダ接合方法。 - 【請求項２】 電気・音響変換を行なう圧電振動子と、
この圧電振動子の一方の側に配置される前面板とを備え
た超音波センサーにおいて、前記圧電振動子と前面板と
がＳｎを含むハンダにより接合され、かつＣｕ−Ｓｎ化
合物の層が前記圧電振動子と接合する接合部の面積が、
前記ハンダと圧電振動子との界面の全面積に対して、30
〜80％の割合を占めることを特徴とする超音波センサ
ー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05952797A JP3445461B2 (ja) | 1997-03-13 | 1997-03-13 | ハンダ接合方法および超音波センサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05952797A JP3445461B2 (ja) | 1997-03-13 | 1997-03-13 | ハンダ接合方法および超音波センサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10251074A JPH10251074A (ja) | 1998-09-22 |
| JP3445461B2 true JP3445461B2 (ja) | 2003-09-08 |
Family
ID=13115848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05952797A Expired - Fee Related JP3445461B2 (ja) | 1997-03-13 | 1997-03-13 | ハンダ接合方法および超音波センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3445461B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022075409A1 (ja) * | 2020-10-07 | 2022-04-14 | 株式会社 東芝 | 接合体、セラミックス回路基板、および半導体装置 |
-
1997
- 1997-03-13 JP JP05952797A patent/JP3445461B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10251074A (ja) | 1998-09-22 |
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|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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